RU2120658C1

RU2120658C1 - Direct current stabilizer with combined protection

Info

Publication number: RU2120658C1
Application number: RU93026220A
Authority: RU
Inventors: С.В. Левинзон; Б.И. Чемерисов
Original assignee: Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: power supply equipment. SUBSTANCE: device has control unit and serial power circuit of gate and regulating element, which is connected in parallel to stabilizing diode. Control unit is connected to control electrode of regulating element. Goal of invention is achieved by introduced optical isolation amplifier which clipping resistor is connected in series to stabilizing diode. Emitter and base of first photo transistor of optical isolation amplifier are connected to terminals of current detector which is connected in series to regulating element. Collector of first photo transistor of optical isolation amplifier is connected to control input of regulating element and output of control unit. Emitter of second photo transistor of optical isolation amplifier is connected to control input of gate. Collector of second photo transistor is connected to common line through clipping transistor or clipping stabilizing diode. EFFECT: simplified design, increased functional capabilities. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках электропитания. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in power sources.

Известны источники электропитания с защитой от перенапряжения регулирующего элемента и защитой от коротких замыканий. В стабилизаторе постоянного напряжения [1] , содержащем датчик перегрузки от перенапряжения, стабилитрон защиты, регулирующий элемент, последовательно включенный в токовую шину, устройство управления стабилизатором, последовательно со стабилитроном включен исполнительный элемент - транзистор защиты. Known power sources with surge protection of the control element and protection against short circuits. In the DC stabilizer [1], which contains an overload sensor for overvoltage, a protection zener diode, a regulating element connected in series to the current bus, a stabilizer control device, and an actuating element, a protection transistor, is connected in series with the zener diode.

Недостатком известного устройства является отсутствие защиты от перегрузок по току. A disadvantage of the known device is the lack of protection against overcurrents.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является стабилизатор постоянного тока, содержащий включенные последовательно регулирующий элемент и нагрузку, блок управления, соединенный с управляющим входом регулирующего элемента, в котором параллельно регулирующему элементу включен тиристор с первым стабилитроном в его анодной цепи, между катодом тиристора и его управляющим электродом включен второй стабилитрон, а между управляющим электродом тиристора и катодом первого стабилитрона включен третий стабилитрон, в цепь для подключения нагрузки введен ключ, управляемый вход которого соединен с эталонным резистором [2]. Closest to the proposed device in technical essence is a DC stabilizer containing a regulating element and a load connected in series, a control unit connected to a control input of the regulating element, in which a thyristor is connected with the first zener diode in its anode circuit parallel to the regulating element, between the thyristor cathode and a second zener diode is connected by its control electrode, and a third zener diode is connected between the thyristor control electrode and the cathode of the first zener diode ron, a key is inserted into the circuit for connecting the load, the controlled input of which is connected to a reference resistor [2].

Недостатком такого устройства являются его сложность, а также отсутствие защиты от перегрузок по току (имеется защита от короткого замыкания) и индикации неисправностей. The disadvantage of such a device is its complexity, as well as the lack of protection against overcurrents (there is protection against short circuits) and fault indications.

Цель изобретения - упрощение устройства, расширение его функциональных возможностей. The purpose of the invention is to simplify the device, expanding its functionality.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее стабилизатор напряжения с комбинированной защитой, содержащей блок управления и включенные последовательно в силовую шину ключ и регулирующий элемент, параллельно которому включен стабилитрон, причем блок управления соединен с управляющим электродом регулирующего элемента, введен оптрон, светоизлучатель которого через ограничительный резистор включен последовательно со стабилитроном, первый фототранзистор оптрона эмиттером и базой подключен к выводам включенного последовательно с регулирующим элементом датчика тока, коллектор первого фототранзистора оптрона подключен к управляющему входу регулирующего элемента и выходу блока управления, второй фототранзистор оптрона подключен эмиттером к управляющему входу ключа, а коллектором через ограничительный первый дополнительный резистор или ограничительный дополнительный стабилитрон к общей шине. This goal is achieved by the fact that in the device containing a voltage stabilizer with combined protection, comprising a control unit and a key and a control element connected in series to the power bus, a zener diode connected in parallel with the control unit connected to a control electrode of the control element, an optocoupler whose light emitter is inserted through the limiting resistor is connected in series with the zener diode, the first phototransistor of the optocoupler by the emitter and the base is connected to the terminals of the next In particular, with the regulating element of the current sensor, the collector of the first phototransistor of the optocoupler is connected to the control input of the regulating element and the output of the control unit, the second phototransistor of the optocoupler is connected by the emitter to the control input of the key, and the collector through the limiting first additional resistor or limiting additional zener diode to the common bus.

Кроме того, в него введен светодиод, включенный последовательно со стабилитроном. In addition, an LED is introduced into it, which is connected in series with the zener diode.

Введена оптопара, светоизлучатель которой включен последовательно со стабилитроном, а фотоприемник через второй дополнительный ограничительный резистор подключен к источнику входного напряжения. An optocoupler has been introduced, the light emitter of which is connected in series with the zener diode, and the photodetector is connected to an input voltage source through a second additional limiting resistor.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых блоков (например, оптрона) с их связями с остальными узлами и элементами схемы. Таким образом, заявленное устройство является новым, т.к. оно неизвестно из уровня техники. A comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is distinguished by the presence of new units (for example, an optocoupler) with their links to other nodes and circuit elements. Thus, the claimed device is new, because it is unknown in the prior art.

Сравнение заявленного устройства с другими техническими решениями показывает, что при введении новых узлов с указанными связями с остальными элементами появляются новые свойства, такие как защита от перегрузки по току, индикация неисправностей. Это позволяет сделать вывод о том, что техническое решение имеет изобретательский уровень, т.к. для авторов оно явным образом не следует из уровня техники. Comparison of the claimed device with other technical solutions shows that when new nodes are introduced with the indicated connections with other elements, new properties appear, such as overcurrent protection, fault indication. This allows us to conclude that the technical solution has an inventive step, because for the authors it does not explicitly follow from the prior art.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства, фиг. 2 - выходная характеристика, фиг. 3, 4 - варианты исполнения. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed device, FIG. 2 - output characteristic, FIG. 3, 4 - versions.

Устройство содержит регулирующий элемент 1, включенный в силовую шину, блок управления 2, соединенный выходом с управляющим входом регулирующего элемента 1, входами с нагрузкой 3; последовательно с эмиттером регулирующего элемента 1 включен датчик тока 4, параллельно регулирующему элементу 1 включен стабилитрон 5, светоизлучатель 6 оптрона 7, ограничительный резистор 8 и светодиод 9, параллельно элементам 6, 5, 9 включен конденсатор 10, эмиттер и база первого фототранзистора 11 подключены к датчику тока 4, а коллектор его соединен с управляющим входом элемента 1, эмиттер второго фототранзистора 12 оптрона 7 подключен к входу ключа 13, включенного в силовую шину, коллектор элемента 12 подключен к общей шине через дополнительный ограничительный резистор 14 или стабилитрон 15. Элементы 5, 6, 8, 9, 10 представляют собой параллельную ветвь, подключенную параллельно к регулирующему элементу. 1 При выполнении ключа 13 на тиристоре (фиг. 3) его управление осуществляется через элементы 12, 16, 17 и диод 18, включенный между управляемым входом элемента 1 и коллектором элемента 12, эмиттер которого подключен к общей шине. Вместо элемента 9 может быть установлен светоизлучатель 19 тиристорной оптопары 20, фотоприемник 22 которой включен через ограничительный резистор 23 (фиг. 4). The device comprises a control element 1 included in the power bus, a control unit 2 connected by the output to the control input of the control element 1, inputs with a load of 3; a current sensor 4 is connected in series with the emitter of the regulating element 1, a zener diode 5, a light emitter 6 of the optocoupler 7, a limiting resistor 8 and an LED 9 are connected in parallel with the regulating element 1, a capacitor 10 is connected in parallel with the elements 6, 5, 9, the emitter and the base of the first phototransistor 11 are connected to the current sensor 4, and its collector is connected to the control input of the element 1, the emitter of the second phototransistor 12 of the optocoupler 7 is connected to the input of the key 13 included in the power bus, the collector of the element 12 is connected to the common bus through an additional a limiting resistor 14 or a zener diode 15. Elements 5, 6, 8, 9, 10 are a parallel branch connected in parallel to the regulating element. 1 When the key 13 is executed on the thyristor (Fig. 3), it is controlled through the elements 12, 16, 17 and the diode 18 connected between the controlled input of the element 1 and the collector of the element 12, the emitter of which is connected to the common bus. Instead of element 9, a light emitter 19 of the thyristor optocoupler 20 can be installed, the photodetector 22 of which is connected through a limiting resistor 23 (Fig. 4).

Устройство, изображенное на фиг. 1, работает следующим образом. В нормальном режиме работы элемент 5 находится в закрытом состоянии, излучатель 6 обесточен, фототранзисторы 11 и 12 закрыты, ключ 13 включен и стабилизатор выполняет свои основные функции. Стабилитрон 5 выбирается из условия, что при максимально допустимом входном напряжении и минимальном токе нагрузки он не пробивается, но если по каким-либо причинам (превышение входного напряжения, КЗ в нагрузке) напряжение на регулирующем элементе 1 превысит расчетное значение, стабилитрон 5 входит на участок пробоя Зенера, начинает протекать ток через светоизлучатель 6, открывается транзистор 11, стабилизатор входит в режим токоограничения (участок AB на фиг. 2) и затем лавинообразно открывается элемент 1 (участок CB). Открывается и фототранзистор 12, начинает протекать ток через резистор 14, который может быть рассчитан таким образом, чтобы при определенном, но допустимом U_вх ключ 13 не отключался. Элемент 9 сигнализирует об этом аварийном состоянии. Для защиты от превышения входного напряжения вместо элемента 14 устанавливается пороговый элемент (например, дополнительный стабилизатор) 15. В этом случае при достижении U_вх максимально допустимой величины ключ 13 срабатывает, отключая входное напряжение от стабилизатора. Конденсатор 10 обеспечивает помехоустойчивость устройства при включении и переходных процессах.The device shown in FIG. 1, works as follows. In normal operation, the element 5 is in the closed state, the emitter 6 is de-energized, the phototransistors 11 and 12 are closed, the key 13 is turned on, and the stabilizer performs its main functions. Zener diode 5 is selected from the condition that at the maximum allowable input voltage and minimum load current it does not break through, but if for some reason (exceeding the input voltage, short circuit in the load) the voltage on the control element 1 exceeds the calculated value, the zener diode 5 enters the area Zener breakdown, current flows through the light emitter 6, transistor 11 opens, the stabilizer enters current limiting mode (section AB in Fig. 2), and then element 1 (section CB) opens like an avalanche. The phototransistor 12 also opens, a current begins to flow through the resistor 14, which can be calculated in such a way that, with a certain but valid U _{input, the} key 13 will not turn off. Element 9 signals this alarm condition. For protection against excess voltage input instead of the threshold element member 14 is set (for example, additional stabilizer) 15. In this case, when the maximum U value _Rin switch 13 is activated, cutting off the input voltage from the stabilizer. The capacitor 10 provides noise immunity of the device when turned on and transients.

При исполнении ключа 13 в виде тиристора в нормальном режиме работы тиристор 13 включен (ток управления протекает через элемент 16), диод 18 закрыт, закрыты фототранзисторы 11, 12. При любом из аварийных режимов (перенапряжение на регулирующем элементе, перегрузка по току) открываются элементы 11, 12, 18, тиристор 13 закрывается. При подключении точки b в точку c светодиод 9 индицирует неисправность, а напряжение на элементе 1 распределяется на элементы 1 и 13. When the key 13 is in the form of a thyristor in normal operation, the thyristor 13 is turned on (the control current flows through element 16), the diode 18 is closed, the phototransistors 11, 12 are closed. In any of the emergency modes (overvoltage on the control element, overcurrent), the elements open 11, 12, 18, the thyristor 13 is closed. When point b is connected to point c, LED 9 indicates a malfunction, and the voltage on element 1 is distributed to elements 1 and 13.

При необходимости индикации общего аварийного состояния (фиг. 4) при протекании тока через элемент 19 включается фотоприемник 22 и затем светодиод 22. If necessary, an indication of the general emergency state (Fig. 4) when current flows through the element 19, the photodetector 22 is turned on and then the LED 22.

Таким образом, предложенное устройство осуществляет комбинированную защиту с индикацией неисправности. Предложенные сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения. Thus, the proposed device provides combined protection with a fault indication. The proposed information confirms the feasibility of the invention.

Источники информации
1. А.с. СССР N 413470, G 05 F 1/58, БИ 4, 1974.Sources of information
1. A.S. USSR N 413470, G 05 F 1/58, BI 4, 1974.

2. А.с. СССР N 573803, G 05 F 1/58, БИ 35, 1977. 2. A.S. USSR N 573803, G 05 F 1/58, BI 35, 1977.

Claims

1. A voltage regulator with combined protection, comprising a control unit and a key and a control element connected in series in the power bus, a zener diode connected in parallel with the control unit connected to a control electrode of the control element, characterized in that an optocoupler is inserted into it, the light emitter of which is through a restrictive the resistor is connected in series with the zener diode, the first phototransistor of the optocoupler by the emitter and the base is connected to the terminals connected in series with the control element With the help of a current sensor, the collector of the first phototransistor of the optocoupler is connected to the control input of the regulating element and the output of the control unit, the second phototransistor of the optocoupler is connected by the emitter to the control input of the key, and the collector through the first additional limiting resistor or additional limiting zener diode to the common bus.

2. The zener diode according to claim 1. characterized in that an LED is inserted into it, connected in series with the zener diode.

3. The zener diode according to claim 1, characterized in that an optocoupler is inserted into it, the light emitter of which is connected in series with the zener diode, and the photodetector is connected to an input voltage source through a second additional limiting resistor.