RU2595270C1

RU2595270C1 - Device for protection of dc power supply

Info

Publication number: RU2595270C1
Application number: RU2015137880/07A
Authority: RU
Inventors: Сергей Галавтеевич Булатов; Александр Семенович Шихарев
Original assignee: Акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2016-08-27

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention can be applied to electrical engineering. Device for protection of DC power supply comprises comparator on operational amplifier (2), in positive feedback circuit of which is connected resistor (3), reference voltage source (4), corresponding outputs of which are connected to power supply, to comparator (1), to load, to grounding bus (5), resistive voltage divider (6), which includes series-connected trimming resistor (7) and constant resistor (8), transistor switch (10), connected to output of comparator (1) and with load, source of which is connected to current-measuring resistor (9), appropriate leads of which are connected to grounding bus (5), to power supply. Device also includes peak detector (11) including at input diode (12), cathode of which is connected with parallel-connected capacitor (13) and discharge resistor (14), extending grounding bus (5), and anode to output of resistive voltage divider (6). Peak detector (11) may include at input additional inlet operational amplifier (15), ensuring high thermal stability of operation threshold of comparator. Device makes it possible to automatically disconnect power supply load in case of overload in it and short circuit and automatically connect power load after elimination of overload or short circuit.

EFFECT: technical result consists in improvement of operational reliability of DC power supply.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты источников питания постоянного тока как импульсного, так и компенсационного (параметрического) типа от перегрузок и короткого замыкания в нагрузке (питаемом устройстве).The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to protect DC power sources of both pulse and compensation (parametric) type from overload and short circuit in the load (powered device).

Известен регулируемый блок питания с защитой от перегрузки (www.Joyta.ru, опубл. 18.05.2014), содержащий первый операционный усилитель (далее ОУ), первый источник опорного напряжения, мощный транзисторный ключ и схему защиты, которая содержит: второй ОУ, образующий компаратор, второй источник опорного напряжения, токоизмерительный резистор (датчик тока), второй маломощный транзисторный ключ, кнопку без фиксации, резисторы, конденсаторы. Устройство позволяет обесточить нагрузку при возникновении в ней короткого замыкания или перегрузки. Включение питания после его отключения осуществляется нажатием кнопки включения либо кратковременным отключением от сети. Недостатком является отсутствие автоматического включения источника питания после устранения перегрузки или короткого замыкания в нагрузке.Known adjustable power supply with overload protection (www.Joyta.ru, publ. 05/18/2014), containing the first operational amplifier (hereinafter OA), the first reference voltage source, a powerful transistor switch and a protection circuit that contains: a second OA, forming a comparator, a second reference voltage source, a current-measuring resistor (current sensor), a second low-power transistor switch, a button without fixing, resistors, capacitors. The device allows to de-energize the load when a short circuit or overload occurs in it. Turning on the power after turning it off is done by pressing the power button or by briefly disconnecting from the network. The disadvantage is the lack of automatically turning on the power source after eliminating the overload or short circuit in the load.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является электронный предохранитель на полевом транзисторе (www.Joyta.ru, опубл. 27.05.2014), который включают между источником питания и нагрузкой (питаемым устройством). Электронный предохранитель содержит устройство сравнения в виде компаратора, выполненного на операционном усилителе, в цепь положительной обратной связи которого включены: последовательно соединенные первый диод, первый и второй резисторы, причем второй резистор при последовательном соединении с третьим резистором образует резистивный делитель напряжения, образующий в свою очередь со стабилитроном и первым резистором источник опорного напряжения, который подключен через первый диод к выходу компаратора, а также к шине заземления, к кнопке и к входу компаратора. Кроме того, электронный предохранитель содержит транзисторный ключ, выполненный на мощном полевом транзисторе, датчик тока, представляющий собой токоизмерительный резистор, установленный на выходе устройства (после устройства сравнения) и соединенный через транзисторный ключ с инверсным входом компаратора, устройство индикации. Устройство индикации включает соединенные последовательно светодиод и резистор и соединено с выходом компаратора и с кнопкой, которая в свою очередь, соединена через резистор и второй диод с транзисторным ключом, через диод с источником опорного напряжения, а также с источником питания и нагрузкой. Устройство позволяет в случае перегрузки или короткого замыкания в нагрузке отключить защищаемый источник питания от нее. Для включения питания требуется подать напряжение на затвор транзисторного ключа и источник опорного напряжения посредством кратковременного нажатия кнопки. Недостатком этого устройства является то, что не предусмотрено автоматическое включение источника питания после устранения перегрузки или короткого замыкания в нагрузке.Closest to the claimed technical solution is an electronic fuse on a field effect transistor (www.Joyta.ru, publ. 05.27.2014), which is included between the power source and the load (powered device). The electronic fuse contains a comparator in the form of a comparator made on an operational amplifier, the positive feedback circuit of which includes: series-connected first diode, first and second resistors, and the second resistor when connected in series with the third resistor forms a resistive voltage divider, which in turn forms with a zener diode and a first resistor, the reference voltage source, which is connected through the first diode to the output of the comparator, as well as to the ground bus, button and to the input of the comparator. In addition, the electronic fuse contains a transistor switch made on a powerful field-effect transistor, a current sensor, which is a current-measuring resistor installed at the output of the device (after the comparison device) and connected through a transistor switch with the inverse input of the comparator, an indication device. The display device includes a serially connected LED and a resistor and is connected to the output of the comparator and to a button, which, in turn, is connected through a resistor and a second diode to a transistor switch, through a diode to a reference voltage source, and also to a power source and load. The device allows in the event of an overload or short circuit in the load to disconnect the protected power source from it. To turn on the power, you need to apply voltage to the gate of the transistor switch and the voltage reference source by briefly pressing the button. The disadvantage of this device is that it does not automatically turn on the power source after eliminating the overload or short circuit in the load.

Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности источника питания постоянного тока за счет обеспечения автоматического выключения защищаемого источника питания при возникновении неисправности (перегрузки или короткого замыкания в нагрузке) и его последующего включения (автозапуска) после устранения неисправности.The technical result consists in increasing the operational reliability of a DC power source by providing automatic shutdown of the protected power source in the event of a malfunction (overload or short circuit in the load) and its subsequent switching on (autostart) after eliminating the malfunction.

Технический результат достигается тем, в что Устройстве защиты источника питания постоянного тока (далее - Устройство), содержащем устройство сравнения в виде компаратора на операционном усилителе, в цепь положительной обратной связи которого включен резистор, источник опорного напряжения, соответствующие выводы которого подключены к входу устройству сравнения, к нагрузке и к шине заземления, резистивный делитель напряжения, содержащий последовательно соединенные подстроечный резистор и постоянный резистор, транзисторный ключ, соединенный с выходом устройства сравнения и с нагрузкой, токоизмерительный резистор, соответствующие выводы которого подключены к шине заземления и к транзисторному ключу, соответствующий вывод источника опорного напряжения соединен с источником питания, соответствующие выводы токоизмерительного резистора соединены с резистивным делителем напряжения, истоком транзисторного ключа, источником питания. При этом Устройство дополнительно снабжено пиковым детектором, который при перегрузке задает цикличность передачи на инверсный вход устройства сравнения измеренного значения напряжения, поступающего с выхода резистивного делителя напряжения. При превышении измеренным напряжением величины порогового напряжения происходит выключение напряжения питания нагрузки посредством транзисторного ключа. При превышении пороговым напряжением величины измеренного напряжения происходит автоматическое включение напряжения питания нагрузки посредством транзисторного ключа. Обеспечение возможности автоматического включения и выключения источника питания обеспечивает повышение его эксплуатационной надежности, защищая подключенную нагрузку от перегрузки по току.The technical result is achieved in that a DC power supply protection device (hereinafter referred to as the Device), comprising a comparison device in the form of a comparator on an operational amplifier, in the positive feedback circuit of which is included a resistor, a reference voltage source, the corresponding terminals of which are connected to the input of the comparison device , to the load and to the ground bus, a resistive voltage divider containing a trimming resistor and a constant resistor, a transistor switch, connected in series connected to the output of the comparison device and to the load, a current-measuring resistor, the corresponding terminals of which are connected to the ground bus and to the transistor switch, the corresponding output of the reference voltage source is connected to the power source, the corresponding terminals of the current-measuring resistor are connected to the resistive voltage divider, the source of the transistor switch, power supply . In this case, the device is additionally equipped with a peak detector, which, when overloaded, sets the cyclic transmission to the inverse input of the device for comparing the measured voltage value coming from the output of the resistive voltage divider. When the measured voltage exceeds the threshold voltage, the load supply voltage is switched off by means of a transistor switch. When the threshold voltage exceeds the value of the measured voltage, the load supply voltage is automatically turned on by means of a transistor switch. Providing the ability to automatically turn on and off the power source provides an increase in its operational reliability, protecting the connected load from overcurrent.

В предпочтительном варианте пиковый детектор на входе содержит диод, катод которого соединен с параллельно соединенными конденсатором и разрядным резистором, выведенными на шину заземления, а анод диода соединен с выходом резистивного делителя напряжения.In a preferred embodiment, the peak detector at the input contains a diode, the cathode of which is connected to a capacitor and a discharge resistor connected in parallel to the ground bus, and the anode of the diode is connected to the output of a resistive voltage divider.

В предпочтительном варианте пиковый детектор содержит на входе дополнительный операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен диод, катод которого соединен с параллельно соединенными конденсатором и резистивным резистором, выведенными на шину заземления, а анод диода соединен с выходом операционного усилителя.In a preferred embodiment, the peak detector contains an additional operational amplifier at the input, the diode is connected to the negative feedback circuit, the cathode of which is connected to a capacitor and a resistor connected in parallel to the ground bus, and the anode of the diode is connected to the output of the operational amplifier.

Автоматическое выключение и включение напряжения питания нагрузки в данной схеме достигается за счет одновременного применения в Устройстве следующих средств. Во-первых, включением на входе Устройства (до устройства сравнения) токоизмерительного резистора, контролирующего величину перегрузки, достигается постоянная готовность измерения тока и передачи измеренного значения напряжения на устройство сравнения при включении транзисторного ключа. Во-вторых, подключением источника опорного напряжения непосредственно к источнику питания обеспечивается постоянная подача опорного напряжения на устройство сравнения для его сравнения с измеренным напряжением, поступающим с выхода резистивного делителя напряжения. В-третьих, введением в схему Устройства пикового детектора при перегрузке обеспечивается необходимое время как выключения напряжения питания нагрузки, так и необходимое время включения питания нагрузки. Причем если перегрузка не устранена, этот процесс циклически может продолжаться сколь угодно долго, так как время включения питания нагрузки задается пиковым детектором и резистивным делителем напряжения таким кратковременным, что это не может привести к выходу из строя ни транзисторного ключа, ни Устройства в целом. При включении в схему Устройства дополнительного операционного усилителя обеспечивается повышение термостабильности порога срабатывания компаратора, что позволяет Устройству стабильно работать при перепадах температуры в десятки градусов Цельсия.Automatic switching off and on of the load supply voltage in this circuit is achieved due to the simultaneous use of the following means in the device. Firstly, by turning on a current-measuring resistor at the input of the Device (to the comparison device), which controls the magnitude of the overload, constant readiness for measuring the current and transmitting the measured voltage to the comparison device when the transistor switch is turned on is achieved. Secondly, by connecting the reference voltage source directly to the power source, the reference voltage is constantly supplied to the comparison device to compare it with the measured voltage coming from the output of the resistive voltage divider. Thirdly, the introduction of a peak detector in the Device circuit during overload provides the necessary time for both turning off the load power voltage and the necessary time for turning on the load power. Moreover, if the overload is not eliminated, this process can continue cyclically for an arbitrarily long time, since the load power-on time is set by the peak detector and resistive voltage divider so short that it cannot lead to failure of either the transistor switch or the device as a whole. When an additional operational amplifier is included in the device circuit, the temperature stability of the comparator threshold is increased, which allows the device to work stably at temperature drops of tens of degrees Celsius.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено устройство защиты источника питания постоянного тока в минимальной комплектации. На фиг. 2 изображено устройство защиты источника питания постоянного тока в предпочтительном варианте.The essence of the invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a device for protecting a DC power supply in a minimal configuration. In FIG. 2 shows a device for protecting a DC power source in a preferred embodiment.

Устройство (на фиг. 1) содержит устройство сравнения 1 в виде компаратора на операционном усилителе 2, в цепь положительной обратной связи которого включен резистор 3 для задания гистерезиса, источник опорного напряжения 4, шину заземления 5, резистивный делитель напряжения 6, состоящий из последовательно соединенных подстроенного резистора 7 и постоянного резистора 8, токоизмерительный резистор 9, транзисторный ключ 10, пиковый детектор 11, содержащий диод 12 и параллельно соединенные конденсатор 13 и разрядный резистор 14, причем катод диода 12 соединен с инверсным входом устройства сравнения, с первыми выводами конденсатора 13 и разрядного резистора 14, вторые выводы которых выведены на шину заземления 5, а анод диода 12 подключен к выходу резистивного делителя 6.The device (in Fig. 1) contains a comparison device 1 in the form of a comparator on an operational amplifier 2, in the positive feedback circuit of which is included a resistor 3 for specifying hysteresis, a reference voltage source 4, a ground bus 5, a resistive voltage divider 6, consisting of series-connected a tuned resistor 7 and a constant resistor 8, a current measuring resistor 9, a transistor switch 10, a peak detector 11 containing a diode 12 and parallel connected capacitor 13 and a discharge resistor 14, the cathode of the diode 12 sec one with the inverse input of the comparator, to first terminals of the capacitor 13 and the discharge resistor 14, the second terminals of which are displayed on the ground bus 5, and the anode of diode 12 is connected to the output of the resistive divider 6.

На фиг. 2 показан пиковый детектор 11 в предпочтительном варианте. Пиковый детектор 11 содержит на входе операционный усилитель 15, в цепь отрицательной обратной связи которого включен диод 12, причем его катод соединен инверсным входом устройства сравнения 1 и с первыми выводами параллельно соединенных конденсатора 13 и разрядного резистора 14, вторые выводы которых выведены на шину заземления 5, а анод диода 12 подключен к выходу операционного усилителя 15.In FIG. 2 shows a peak detector 11 in a preferred embodiment. The peak detector 11 contains an operational amplifier 15 at the input, the diode 12 is connected to the negative feedback circuit, and its cathode is connected to the inverse input of the comparison device 1 and to the first terminals of the capacitor 13 and the discharge resistor 14 connected in parallel, the second terminals of which are connected to the ground bus 5 , and the anode of the diode 12 is connected to the output of the operational amplifier 15.

В качестве опорного источника напряжения 4 может быть использован стабилитрон BZX84C5V6 компании Philips с гасящим резистором MCR18∗J102 Rohm (1,0 кОм) и создающем при помощи дополнительного делителя напряжения (на фиг. 1 и фиг. 2 не показан) на прямом входе устройства сравнения 1 опорное напряжение величиной 0,56 В, с которым сравнивается напряжение на инверсном входе, поступающее на него с токоизмерительного резистора 9.As a reference voltage source 4, a Zener diode BZX84C5V6 from Philips with a quenching resistor MCR18 * J102 Rohm (1.0 kOhm) and using an additional voltage divider (not shown in Fig. 1 and Fig. 2) can be used at the direct input of the comparison device 1 reference voltage of 0.56 V, which compares the voltage at the inverse input supplied to it from the current-measuring resistor 9.

В качестве транзисторного ключа 10 может быть использован, в частности, мощный n-канальный МОП-транзистор IRFR3505PBF компании IRF.As transistor switch 10, a particularly powerful IRF IRFR3505PBF n-channel MOSFET can be used.

Резистивный делитель напряжения 6 выполнен на последовательно соединенном подстроенном резисторе 7 PV36W103C01 Murata (10 кОм), предназначенном для установки точного значения величины тока, при котором сработает Устройство, и постоянном резисторе 8 MCR18∗J511 Rohm (510 Ом) для ограничения максимального тока через делитель напряжения при минимальном значении подстроенного резистора 7.Resistive voltage divider 6 is made on a series-tuned resistor 7 PV36W103C01 Murata (10 kOhm), designed to set the exact value of the current value at which the device will work, and a constant resistor 8 MCR18 ∗ J511 Rohm (510 Ohm) to limit the maximum current through the voltage divider with a minimum value of the tuned resistor 7.

Токоизмерительный резистор 9 выбирают сопротивлением 0,1 Ом (может состоять, например, из десяти параллельно соединенных резисторов RC1206 F∗-∗ 1RL Yageo). Пиковый детектор 11 предназначен для запоминания величины тока перегрузки и удержания Устройства в выключенном состоянии необходимое время, которое задается постоянной времени разряда конденсатора 13. В минимальной комплектации пиковый детектор 11 содержит: диод 12, конденсатор 13 и разрядный резистор 14. Диод 12 может быть, например, типа BAS16 компании NXP или любой слаботочный диод Шоттки с минимальным прямым падением напряжения. В качестве конденсатора 13 может быть использован, например, конденсатор марки TAJB106M007 компании AVX (номиналом 100 мкФ). В качестве разрядного резистора 14 может быть использован резистор марки RC0805J∗-∗ 560KL фирмы Yageo (номиналом 560 кОм). При таких номиналах разрядного резистора 14 и конденсатора 13 постоянная времени разряда конденсатора 13 составит примерно 56 сек. При этом Устройство будет находиться в выключенном состоянии около 3-4 сек. Это связано с тем, что напряжение на конденсаторе 13 уменьшается не до величины 37% от его первоначального "запомненного" значения, а только до значения около 0,56 В, то есть почти до величины опорного напряжения на прямом входе устройства сравнения 1. После того как напряжение на инверсном входе станет меньше напряжения на прямом входе устройства сравнения 1, на выходе компаратора установится высокий уровень напряжения и транзисторный ключ 10 откроется. При этом конденсатор 13 заряжается через подстроечный резистор 7 и диод 12 до напряжения выше, чем опорное напряжение на прямом входе компаратора (если перегрузка была не устранена), и компаратор выключится. Постоянная времени заряда конденсатора 13 выбирается во много раз меньшей постоянной времени его разряда и зависит от величины подстроечного резистора 7. Если перегрузка или короткое замыкание не были устранены, а величина подстроечного резистора 7 составляет единицы кОм, транзисторный ключ 10 включается на время не более нескольких единиц миллисекунд и затем вновь выключается. В результате выделяемая импульсная тепловая мощность в нагрузке очень незначительна и Устройство может находиться в таком режиме сколь угодно долго, пока не будут устранены перегрузка или короткое замыкание. Изменяя параметры конденсатора 13, разрядного резистора 14, подстроечного резистора 7 и установив в пиковом детекторе 11 дополнительный операционный усилитель 15, при возникновении перегрузки можно увеличить время выключенного состояния Устройства, уменьшить время включенного состояния Устройства и, тем самым, повысить надежность работы Устройства.The current-measuring resistor 9 is selected with a resistance of 0.1 Ω (it may consist, for example, of ten parallel-connected resistors RC1206 F ∗ - ∗ 1RL Yageo). The peak detector 11 is designed to store the value of the overload current and to keep the device in the off state for the required time, which is set by the discharge time constant of the capacitor 13. In the minimum configuration, the peak detector 11 contains: a diode 12, a capacitor 13, and a discharge resistor 14. The diode 12 can be, for example , such as NXP's BAS16 or any low-current Schottky diode with minimal direct voltage drop. As the capacitor 13 can be used, for example, a capacitor brand TAJB106M007 company AVX (nominal 100 uF). As a discharge resistor 14, a resistor of the brand RC0805J * - * 560KL from Yageo (with a nominal value of 560 kOhm) can be used. With such values of the discharge resistor 14 and the capacitor 13, the discharge time constant of the capacitor 13 will be approximately 56 seconds. In this case, the device will be in the off state for about 3-4 seconds. This is due to the fact that the voltage across the capacitor 13 decreases not to a value of 37% of its initial “stored" value, but only to a value of about 0.56 V, that is, almost to the value of the reference voltage at the direct input of the comparison device 1. After that as the voltage at the inverse input becomes lower than the voltage at the direct input of the comparison device 1, a high voltage level will be established at the output of the comparator and the transistor switch 10 will open. In this case, the capacitor 13 is charged through the tuning resistor 7 and the diode 12 to a voltage higher than the reference voltage at the direct input of the comparator (if the overload has not been eliminated), and the comparator will turn off. The charge time constant of the capacitor 13 is selected many times smaller than the discharge time constant and depends on the value of the tuning resistor 7. If the overload or short circuit has not been eliminated, and the value of the tuning resistor 7 is units of kOhm, the transistor switch 10 is turned on for a period of not more than several units milliseconds and then turns off again. As a result, the emitted pulsed thermal power in the load is very small and the device can remain in this mode for as long as necessary until overload or short circuit are eliminated. By changing the parameters of the capacitor 13, the discharge resistor 14, the tuning resistor 7, and installing an additional operational amplifier 15 in the peak detector 11, when an overload occurs, the device’s off-time can be increased, the device’s on-time can be reduced, and thus, the reliability of the device can be increased.

Работа Устройства осуществляется следующим образом. К "+Uвх" и "-Uвх" подключают выход источника питания постоянного тока (при этом может быть подключен источник питания, например, импульсного, или компенсационного, или параметрического типа). К "+Uвых" и "-Uвых" подключают нагрузку, в частности питаемое устройство. При подаче сетевого питания на вход источника питания на его выходе появляется постоянное напряжение. При этом на прямом входе операционного усилителя 2 устройства сравнения 1 устанавливается опорное напряжение, которое выше напряжения на его инверсном входе. Величина напряжения на инверсном входе операционного усилителя 2 устройства сравнения 1 формируется резистивным делителем напряжения 6, состоящим из подстроечного резистора 7 и постоянного резистора 8 совместно с токоизмерительным резистором 9. Это напряжение поступает на инверсный вход устройства сравнения 1 через диод 12 и одновременно "запоминается" конденсатором 13 пикового детектора 11. В результате на выходе устройства сравнения 1 устанавливается высокий уровень напряжения, который открывает мощный полевой транзистор 10, и на выходе "+Uвых, -Uвых" появляется напряжение. При подключении к выходу "+Uвых", "-Uвых" нагрузки через транзисторный ключ 10 и через токоизмерительный резистор 9 начинает протекать ток нагрузки. На токоизмерительном резисторе 9 появляется падение напряжения, которое увеличивает напряжение на инверсном входе устройства сравнения 1, но которое по-прежнему меньше опорного напряжения на его прямом входе (если ток нагрузки не достиг своего максимального значения). При превышении тока нагрузки своего максимального значения напряжение, поступающее с резистивного делителя напряжения 6 через открытый диод 12 на инверсный вход устройства сравнения 1, превысит опорное значение напряжения на его прямом входе и компаратор переключится. Напряжение на выходе операционного усилителя 2 примет значение, близкое к нулю, и транзисторный ключ 10 закроется - напряжение с выходов "+Uвых, -Uвых" перестанет поступать в нагрузку. Точное значение порога срабатывания компаратора на операционном усилителе 2 выставляется подстроенным резистором 7, который является регулируемым. Резистор 3 является резистором положительной обратной связи и при выключении операционного усилителя 2 уменьшает опорное значение напряжения на доли вольта, создавая гистерезис. После переключения операционного усилителя 2 напряжение на аноде диода 12 станет меньше из-за выключения транзисторного ключа 10 и отсутствия падения напряжения на токоизмерительном резисторе 9 и диод 12 закроется. При этом напряжение на катоде диода 12 в первый момент времени не изменится вследствие того, что конденсатор 13 пикового детектора 11 "запомнил" значение напряжения на инверсном входе операционного усилителя 2 в момент его переключения. Далее конденсатор 13 начнет разряжаться через разрядный резистор 14, так как диод 12 всегда закрыт для разряда конденсатора 13 на резистивный делитель напряжения 6. Скорость разряда конденсатора 13 определяется величиной его емкости и величиной номинала разрядного резистора 14 (постоянной времени разряда). При этом напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 2 начнет уменьшаться. После того как напряжение на конденсаторе 13 станет меньше, чем на прямом входе операционного усилителя 2, компаратор снова переключится. На выходе операционного усилителя 2 появится напряжение, величина которого близка к напряжению на выходе источника питания. Транзисторный ключ 10 откроется, появится падение напряжения на токоизмерительном резисторе 9 и, если перегрузка не устранена, напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 2 станет больше опорного напряжения на его прямом входе, оно опять "запомнится" конденсатором 13 пикового детектора 11, а транзисторный ключ 10 вновь закроется, отключая нагрузку от источника питания. В таком режиме Устройство может находиться до тех пор, пока не будут устранены перегрузка или короткое замыкание.The operation of the device is as follows. The output of the DC power source is connected to “+ Uin” and “-Uin” (in this case, a power source, for example, a pulse, or compensation, or parametric type can be connected). To "+ Uout" and "-Uout" connect the load, in particular the powered device. When applying mains power to the input of the power source, a constant voltage appears at its output. At the same time, a reference voltage is set at the direct input of the operational amplifier 2 of the comparison device 1, which is higher than the voltage at its inverse input. The voltage at the inverse input of the operational amplifier 2 of the comparison device 1 is formed by a resistive voltage divider 6, consisting of a tuning resistor 7 and a constant resistor 8 together with a current-measuring resistor 9. This voltage is supplied to the inverse input of the comparison device 1 through diode 12 and is simultaneously "remembered" by the capacitor 13 of the peak detector 11. As a result, the output of the comparison device 1 sets a high voltage level, which opens a powerful field-effect transistor 10, and the output "+ U out, -out, voltage appears. When connected to the output "+ Uout", "-Uout" of the load through the transistor switch 10 and through the current-measuring resistor 9, the load current begins to flow. A voltage drop appears on the current-measuring resistor 9, which increases the voltage at the inverse input of the comparison device 1, but which is still less than the reference voltage at its direct input (if the load current has not reached its maximum value). When the load current exceeds its maximum value, the voltage supplied from the resistive voltage divider 6 through the open diode 12 to the inverse input of the comparison device 1 will exceed the reference voltage value at its direct input and the comparator will switch. The voltage at the output of the operational amplifier 2 will take a value close to zero, and the transistor switch 10 will close - the voltage from the outputs "+ Uout, -Uout" will cease to be supplied to the load. The exact value of the comparator threshold on the operational amplifier 2 is set by a tuned resistor 7, which is adjustable. Resistor 3 is a positive feedback resistor and when the operational amplifier 2 is turned off, it decreases the voltage reference value by a fraction of a volt, creating hysteresis. After switching the operational amplifier 2, the voltage at the anode of the diode 12 will become less due to the turn-off of the transistor switch 10 and the absence of a voltage drop at the current-measuring resistor 9 and the diode 12 will close. The voltage at the cathode of the diode 12 at the first time does not change due to the fact that the capacitor 13 of the peak detector 11 "remembered" the voltage value at the inverse input of the operational amplifier 2 at the time of switching. Next, the capacitor 13 will begin to discharge through the discharge resistor 14, since the diode 12 is always closed to discharge the capacitor 13 to the resistive voltage divider 6. The discharge rate of the capacitor 13 is determined by the value of its capacitance and the value of the discharge resistor 14 (discharge time constant). In this case, the voltage at the inverting input of the operational amplifier 2 will begin to decrease. After the voltage across the capacitor 13 becomes less than at the direct input of the operational amplifier 2, the comparator will switch again. At the output of the operational amplifier 2, a voltage appears whose value is close to the voltage at the output of the power source. The transistor switch 10 will open, a voltage drop will appear at the current-measuring resistor 9 and, if the overload is not eliminated, the voltage at the inverting input of the operational amplifier 2 will become larger than the reference voltage at its direct input, it will again be "remembered" by the capacitor 13 of the peak detector 11, and the transistor switch 10 closes again, disconnecting the load from the power source. In this mode, the Device can remain until overload or short circuit are eliminated.

При включении в схему пикового детектора второго операционного усилителя 15 его прямой вход подключается к выходу резистивного делителя напряжения 6, инверсный вход - к катоду диода 12 и к первым выводам конденсатора 13 и разрядного резистора 14, а выход - к аноду диода 12. Вторые выводы конденсатора 13 и разрядного резистора 14 подключены также к шине заземления 5. При этом отрицательный вывод питания операционного усилителя 15 подключен к шине заземления 5, его положительный вывод питания - к положительному выводу (+Uвх) источника питания. В результате температурные изменения прямого падения напряжения на диоде 12, а также величина его прямого напряжения при заряде конденсатора 13 будут скомпенсированы операционным усилителем 15. Поэтому напряжение на инверсном входе компаратора устройства сравнения 1 не будет подвержено температурным изменениям окружающей среды и будет в точности повторять величину напряжения на резистивном делителе напряжения 6 в точке соединения подстроечного резистора 7 и постоянного резистора 8, а не за минусом величины прямого падения напряжения на диоде 12.When the second operational amplifier 15 is included in the peak detector circuit, its direct input is connected to the output of the resistive voltage divider 6, the inverse input is connected to the cathode of the diode 12 and to the first terminals of the capacitor 13 and the discharge resistor 14, and the output is connected to the anode of the diode 12. Second terminals of the capacitor 13 and the discharge resistor 14 are also connected to the ground bus 5. In this case, the negative power terminal of the operational amplifier 15 is connected to the ground bus 5, its positive power terminal is connected to the positive terminal (+ Uin) of the power source. As a result, the temperature changes of the direct voltage drop across the diode 12, as well as the magnitude of its direct voltage when the capacitor 13 is charged, will be compensated by the operational amplifier 15. Therefore, the voltage at the inverted input of the comparator of the comparison device 1 will not be affected by temperature changes in the environment and will exactly repeat the voltage value on the resistive voltage divider 6 at the junction point of the tuning resistor 7 and the constant resistor 8, and not minus the magnitude of the direct voltage drop across iodine 12.

Claims

1. The protection device of the DC power source, comprising a comparator 1 in the form of a comparator on an operational amplifier 2, in the positive feedback circuit of which is included a resistor 3, a reference voltage source 4, the corresponding terminals of which are connected to the comparator 1, to the power source, to load, to the ground bus 5, a resistive voltage divider 6, containing a tuned resistor 7 connected in series, a constant resistor 8, a transistor switch 10 connected to a comparison device 1, with a narrow, current-measuring resistor 9, the corresponding terminals of which are connected to the ground bus 5 and to the transistor switch 10, characterized in that the corresponding terminals of the current-measuring resistor are connected to a power source, the source of the transistor switch 10 and a resistive voltage divider 6, while the device is additionally equipped with a peak detector 11, which when overloaded sets the cyclic transmission to the inverse input of the comparison device 1 of the measured voltage value coming from the output of the resistive divider n voltage 6, in this case, when the measured voltage exceeds the threshold voltage, the load voltage is turned off by the transistor switch 10, and when the threshold voltage exceeds the measured voltage value, the load voltage is automatically turned on by the transistor switch 10.

2. The device according to claim 1, characterized in that the peak detector 11 at the input contains a diode 12, the cathode of which is connected to a capacitor 13 and a discharge resistor 14 connected in parallel to the ground bus 5.

3. The device according to p. 1, characterized in that the peak detector contains an operational amplifier 15 at the input, the diode 12 is connected to the negative feedback circuit of which the cathode is connected to a capacitor 13 and a discharge resistor 14 connected to the ground bus 5 in parallel.