SU1652621A1

SU1652621A1 - Power supply system with spark-safe output

Info

Publication number: SU1652621A1
Application number: SU894709352A
Authority: SU
Inventors: Евгений Иванович Егоров
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6900
Priority date: 1989-06-23
Filing date: 1989-06-23
Publication date: 1991-05-30

Abstract

Иибрегенио относитс к устройствам электропитани , защищенным сг аварийного повышени тока и напр жени в выходной цепи. Система предназначена преимущественно дл всгройки в блоки питани искробеэоп сных приборов Цель 2 изобретени - повышение надежности и упрощение Это достигаетс за счет упрощени цепи обратной положительной св зи, выполненной в виде резистора, соедин ющего базу второго транзистора с первым выходным зажимом системы питани , а также за счет упрощени цепи защиты от повышени выходного напр жени . Цепь защиты выполнена в виде стабилитрона и резистора, соедин ющих базу второго транзистора с общей шиной системы питани Отсутствует втора св зь выходной цепи с первичным источником питани через эмиттерно-ба овый переход первого транзистора устройства защиты . Исключен стабилизатор тока, питающий базовую цепь первого транзистора устройства защиты. 1 ил. ЁIt refers to power supply devices protected by emergency rises and voltages in the output circuit. The system is designed primarily for fitting into the power supply units of spark-free instruments Objective 2 of the invention — improving reliability and simplification. This is achieved by simplifying a positive feedback circuit made in the form of a resistor connecting the base of the second transistor to the first output terminal of the power supply system, as well as by simplifying the overvoltage protection circuit. The protection circuit is made in the form of a zener diode and a resistor connecting the base of the second transistor to the common bus system of the power supply. There is no second connection between the output circuit and the primary power source through the emitter-base junction of the first transistor of the protection device. The current stabilizer supplying the base circuit of the first transistor of the protection device is excluded. 1 il. Yo

Description

Изобретение относитс к устройствам электропитани , защищенным от аварийного повышени тока и напр жени в DI ходной цепи, и предназначено преимущественно дл встройки в блоки электропитани искроБезо- пасных приборов.The invention relates to power supply devices protected from an abnormal rise in current and voltage in the DI drive circuit, and is intended primarily for building into spark-safe power supply units.

Цель изобретени - повышение надежности и упрощениеThe purpose of the invention is to increase reliability and simplify

На чертеже приведена электрическа схема предлагаемой системы питани с ис- кробезопасным выходом.The drawing shows the electrical circuit of the proposed power supply system with an intrinsically safe output.

Система включает в себ первичный источник 1 питани , блок 2 регулировани выходного напр жени , блок 3 управлени , блок 4 формировани сигнала рассогласовани , выход которого через ограничительный резистор 5 соединен с входом управлени блока 3, и блок 6 защиты от превышени искробезопасного уровн тока и напр жени , подключенный к выходу первичного источника 1 питани через блок 2 регулировани выходного напр жени .The system includes a primary power supply 1, an output voltage control unit 2, a control unit 3, an error signal generation unit 4, the output of which is connected via a limiting resistor 5 to the control input of the unit 3, and the protection system 6 from exceeding the intrinsically safe current level and voltage connected to the output of the primary power source 1 through the output voltage control unit 2.

Блок 6 защиты включает в себ первый транзистор 7, подключенный коллектором к первому выходному зажиму системы питани , а базовой - через первый и второй последовательно соединенные резисторы 8 и 9 к общей шине, третий резистор 10, один вывод которого подключен к эмиттеру транзистора 7, а второй вывод подсоединен к выходу блока 2 регулировани выходного напр жени , второй транзистор 11, коллектор которого подключен к базе транзистора 7, эмиттер - к второму выводу третьего резистора 10 и к выходу блока 2, а база подсоединена через четвертый резистор 12 к эмиттеру транзистора 7 и через п тый резистор 13 к выходу блока 6. стабилитрон 14,The protection unit 6 includes the first transistor 7 connected by a collector to the first output terminal of the power system, and the base transistor through the first and second series-connected resistors 8 and 9 to the common bus, the third resistor 10, one output of which is connected to the emitter of transistor 7, and the second terminal is connected to the output of the output voltage control unit 2, the second transistor 11, whose collector is connected to the base of the transistor 7, the emitter is connected to the second output of the third resistor 10 and to the output of the block 2, and the base is connected via the fourth resistor or 12 to the emitter of the transistor 7 and through the fifth resistor 13 to the output of block 6. zener diode 14,

сь елhave eaten

hoho

00

1ЧЭ1CE

подсоединенный одним выводом к базе транзистора 11, а вторым выводом - к общей точке соединени резисторов 8 и 9.connected by one pin to the base of the transistor 11, and the second pin to the common connection point of resistors 8 and 9.

Блок 2 регулировани выходного напр жени , функционально объединенный с блоком 3 управлени и блоком А формировани сигнала рассогласовани , образует стабилизатор напр жени .The output voltage control unit 2, functionally combined with the control unit 3 and the error signal shaping unit A, forms a voltage stabilizer.

В качестве блока 3 управлени в предлагаемой системе питани с искробезопасным выходом может быть применен регулируемый стабилизатор напр жени 142ЕНЗ 6K0.347.Q98 ТУ4.As a control unit 3 in the proposed power supply system with an intrinsically safe output, an adjustable voltage stabilizer 142ENZ 6K0.347.Q98 TU4 can be used.

Система работает следующим образом,The system works as follows

В номинальном режиме работы, когда ток нагрузки в выходной цепи питани меньше ограничиваемой искробезопасной величины , падение напр жени на резисторе 10 недостаточно дл отпирани транзистора 11 и транзистор 11 не вли ет на работу системы питани .In the nominal operating mode, when the load current in the output power supply circuit is less than the limited intrinsically safe value, the voltage drop across resistor 10 is not enough to unlock transistor 11 and transistor 11 does not affect the operation of the power supply system.

Транзистор 7 в номинальном режиме работы полностью открыт и напр жение с выхода блока 2 регулировани выходного напр жени передаетс на выход системы питани за исключением потерь на эмиттер- но-коллекторном переходе открытого транзистора 7 и на резисторе 10.The transistor 7 in the nominal operating mode is fully open and the voltage from the output of the output voltage control unit 2 is transmitted to the output of the power supply system with the exception of losses at the emitter-collector junction of the open transistor 7 and at the resistor 10.

Так как падение напр жени на открытом транзисторе 7 невелико (0,3-0,83), ток, протекающий по цепи резисторов 12 и 13, мал (не превышает 0,2 мА), соответственно мало падение напр жени на резисторе 12 (40-110 мВ). Суммарное падение напр жени на резисторах 10 и 12 в номинальном режиме работы недостаточно дл отпирани транзистора 11 и последний не вли ет на работу системы питани .Since the voltage drop across the open transistor 7 is small (0.3-0.83), the current flowing through the resistor circuit 12 and 13 is small (does not exceed 0.2 mA), respectively, the voltage drop across the resistor 12 is low (40 -110 mV). The total voltage drop across resistors 10 and 12 in nominal operation mode is not enough to unlock transistor 11 and the latter does not affect the operation of the power supply system.

Цепь защиты (стабилитрон 14 и резистор 9) выходной цепи от высокого напр жени , превышающего искробезопасный уровень, также не вли ет на работу системы питани в номинальном режиме, так как напр жение на входе устройства 6 защиты не достигает величины, при которой стабилитрон 14 пробиваетс ,The protection circuit (Zener diode 14 and resistor 9) of the output circuit against high voltage exceeding the intrinsically safe level also does not affect the operation of the power supply system in the nominal mode, since the input voltage of the protection device 6 does not reach the value at which the Zener diode 14 pierces ,

Ограничение тока в выходной цепи системы питани обеспечиваетс следующим образом.Current limiting in the output circuit of the power system is provided as follows.

В аварийном режиме при возрастании тока в выходной цепи до ограничиваемой величины падение напр жени от резистора 10 увеличиваетс и суммарное падение напр жени на резисторах 10 и 12 становитс достаточным дл открывани транзистора 11. При этом транзистор 11 шунтирует эмиттерно-коллекторным переходом базовую цепь транзистора 7, потенциал базы уменьшаетс , транзистор 7 запираетс ,In emergency mode, as the current in the output circuit increases to the limited value, the voltage drop from resistor 10 increases and the total voltage drop across resistors 10 and 12 becomes sufficient to open transistor 11. At the same time, transistor 11 shunts the base circuit of transistor 7 by emitter-collector junction, the potential of the base decreases, the transistor 7 is locked,

По мере запирани транзистора 7 падение напр жени на его эмиттерно-коллектор- ном переходе увеличиваетс . Одновременно возрастает напр жение на входе блока 6 защиты , так как напр жение на выходе системы питани и соответственно сигнал рассогласовани , поступающий с выхода блока 4 на вход блока 3, уменьшаетс . Блок 3 открываетс и соответственно открываетс блок 2 регулировани выходного напр жени .As the transistor 7 is locked, the voltage drop across its emitter-collector junction increases. At the same time, the voltage at the input of the protection unit 6 increases, since the voltage at the output of the power supply system and, accordingly, the error signal from the output of the unit 4 to the input of the unit 3, decreases. Unit 3 opens and, accordingly, output voltage control unit 2 opens.

С возрастанием падени напр жени на эмиттерно-коллекторном переходе транзистора 7 возрастает ток, протекающий по цепи резисторов 12 и 13. при этом увеличиваетс With increasing voltage drop at the emitter-collector junction of transistor 7, the current flowing through the resistor circuit 12 and 13 increases.

падение напр жени ча резисторе 12. Суммарное падение напр жени на резисторах 10 и 12 возрастает Потенциал базы транзистора 11 увеличиваетс до величины, при которой транзистор 11 полностью открываетс .voltage drop across resistor 12. The total voltage drop across resistors 10 and 12 increases. The base potential of transistor 11 increases to the value at which transistor 11 fully opens.

Транзистор 7. базова цепь которого шунтируетс тмитгерно-коллекторным переходом открытого транзистора 11,переходит скачком в запертое состо ние и отключает выходную цепь питани от выхода блока 2 и соответственно от выхода первичного источника 1 питани .Transistor 7. The base circuit of which is shunted by the junction-collector junction of the open transistor 11, jumps to the locked state and disconnects the output power supply circuit from the output of block 2 and, accordingly, from the output of the primary power supply 1.

При переходе транзистора 7 в запертое состо ние блок 2 регулировани выходногоWhen the transistor 7 goes into the locked state, the output control block 2

напр жени также скачком открываетс , так как сигнал рассогласовани становитс близким к нулевому значению. На вход блока 6 защиты поступает напр жение первичного источника 1 питани за исключениемthe voltage also jumps open as the error signal becomes close to zero. The input of the protection unit 6 receives the voltage of the primary power source 1 with the exception of

потерь на внутреннем сопротивлении блока 2. При этом стабилитрон 14 пробиваетс по цепи: резистор 9, стабилитрон 14, резисторы 12 и 10 и эмиттерно-базовому переходу транзистора 11. Падение напр жени на резисторзх 10 и 12 достигает такой величины, при которой транзистор 11 удерживаетс в открытом устойчивом состо нии (транзистор 7 в as чертом состо нии), несмотр на то, что падение напр жение на резисторе 10losses on the internal resistance of the block 2. At the same time, the zener diode 14 is punched through the circuit: resistor 9, zener diode 14, resistors 12 and 10, and emitter-base junction of transistor 11. The voltage drop across resistors 10 and 12 reaches such a value at which transistor 11 is held in the open steady state (transistor 7 in as the devil state), despite the fact that the voltage drop across the resistor 10

становитс близким к нулевому значению после того, как транзистор 7 запираетс . Таким образом, реализуетс триггерна ха- рактиристика срабатывани блока 6 защиты выходной цепи от превышени искробезопасного уровн тока.becomes close to zero after the transistor 7 is locked. Thus, the trigger characteristic of the operation of the output circuit protection block 6 against exceeding the intrinsically safe current level is realized.

Пэдение напр жени наэмиттерно-кол- лектср -юм переходе транзистора 7, при котором блок 6 защиты срабатывает в режиме аварийного повышени тока в выходной цепи , определ етс соотношением величины сопротивлений резисторов 12 и 13 (с уменьшением сопротивлени резистора 13 падение напр жени уменьшаетс , с уменьшением сопротивлени резистора 12 - увеличиваетс ).The voltage drop across the emitter-collector-junction of the transistor 7, in which the protection unit 6 operates in the emergency mode of increasing the current in the output circuit, is determined by the ratio of the resistance values of resistors 12 and 13 (with decreasing resistance of resistor 13 the voltage drop decreases, s decreasing the resistance of the resistor 12 increases.

Это позвол ет ограничить падение напр жени на транзисторе 7, свести к минимальному значению мощность, рассеиваемую на нем, и таким образом обеспечить надежную работу блока 6 защиты.This makes it possible to limit the voltage drop across the transistor 7, to minimize the power dissipated on it, and thus ensure reliable operation of the protection unit 6.

В исходное рабочее состо ние блок 6 защиты переводитс устранением аварийного возрастани тока в выходной цепи с последующим кратковременным выключением питани системы. %The protection unit 6 is reset to its initial operating state by eliminating an emergency increase in the current in the output circuit, followed by briefly turning off the system power. %

Ограничение выходного напр жени в аварийном режиме достигаетс с помощью стабилитрона 14 и резистора 9. При возрастании напр жени на входе блока 6 защиты до предельной величины, не превышающей искробезопасный уровень (например при выходе из стро блока 2), стабилитрон 14 пробиваетс по цепи: резистор 9, стабилитрон 14, резисторы 12 и 10 и переходу база- эмиттер транзистора 11.Output voltage limiting in emergency mode is achieved using Zener diode 14 and resistor 9. As the voltage at input of protection unit 6 rises to a limit value not exceeding the intrinsically safe level (for example, when exiting unit 2), Zener diode 14 breaks through the circuit: resistor 9, Zener diode 14, resistors 12 and 10 and the base-to-emitter junction of the transistor 11.

Падение напр жени на резисторах 10 и 12 достигает величины, при которой транзистор 11 открываетс и шунтирует эмит- терно-коллекторным переходом базовую цепь транзистора 7. Потенциал базы транзистора 7 уменьшаетс , транзистор 7 запираетс и отключает выходную цепь от первичного источника 1 питани .The voltage drop across resistors 10 and 12 reaches the value at which transistor 11 opens and bridges the base circuit of transistor 7 with an emitter-collector junction. The base potential of transistor 7 decreases, transistor 7 shuts off, and disconnects the output circuit from primary power source 1.

Уровень напр жени на входе блока 6 защиты и соответственно максимально допустимый уровень выходного напр жени системы питани , при котором стабилитрон 14 пробиваетс , определ етс напр жением стабилизации стабилитрона 14 и величиной сопротивлени резистора 9 (падением напр жени на пр мом базово-эмиттерном переходе транзитора 11 можно пренебречь, так как его величина мала, не превышает 0,7 В). С уменьшением сопротивлени резистора 9 ограничиваетс уровень напр жени на выходе системы понижаетс .The voltage level at the input of the protection unit 6 and, accordingly, the maximum permissible output voltage level of the power supply system at which the zener diode 14 punches is determined by the stabilization voltage of the zener diode 14 and the resistance value of the resistor 9 (voltage drop at the direct base-emitter junction of transistor 11 can be neglected, since its value is small, does not exceed 0.7 V). As the resistance of the resistor 9 decreases, the voltage level at the output of the system decreases.

Таким образом, при аварийном возрастании входного напр жени так же, как и при аварийном возрастании тока, отключаетс выходна цепь от первичного источника 1 питани , при этом исключаетс попадание высокого напр жени в выходную цепь, ограничиваетс мощность, рассеиваема на транзисторе 7.Thus, in case of an emergency increase in the input voltage, as in the case of an emergency increase in current, the output circuit is disconnected from the primary power source 1, thus preventing high voltage from entering the output circuit, limiting the power dissipated by the transistor 7.

В рабочем режиме с помощью стабилизатора напр жени (функционально объединенные блоки 2-4) обеспечиваетс посто нство напр жени на выходе системы питани и на входе блока 6 защиты. Это обеспечивает возможность получени максимально допустимой искробезопасной мощности и работу блока 6 защиты в номинальном режиме при изменении входного напр жени первичного источника 1 питани в широком диапазоне, обеспечиваетс высокий КПД системы.In the operating mode, the voltage stabilizer (functionally combined blocks 2-4) ensures the constancy of the voltage at the output of the power supply system and at the input of the protection unit 6. This provides the possibility of obtaining the maximum permissible intrinsically safe power and the operation of the protection unit 6 in the nominal mode when the input voltage of the primary power source 1 changes in a wide range, which ensures a high system efficiency.

Соединением выхода блока 4 формировани сигнала рассогласовани с выходомThe connection of the output of the block 4 of the formation of the error signal with the output

блока 3 управлени через ограничительный резистор 5 исключаетс аварийное повышение тока в выходной цепи по цепи св зи блоков 3 и 4.The control unit 3 through the limiting resistor 5 eliminates the emergency increase of the current in the output circuit along the communication circuit of the units 3 and 4.

Таким образом, в предлагаемой системе питани защита выходной цепи от превышени искробезопасного уровн тока и напр жени , возможность получени максимальной искробезопасной мощности на выходе, уменьшение потерь энергии (высокий КПД) достигаетс более простыми средствами: количество элементов блока 6 защиты по сравнению с прототипом сократилось с 15 до 8. Это позвол ет в состав системы вводить резервное устройство защиты , включаемое последовательно в выходную цепь питани и повышающее надежность защиты выходной цепи от превышени искробезопасного уровн тока и напр жени без значительного увеличени количестваThus, in the proposed power supply system, the protection of the output circuit from exceeding the intrinsically safe current level and voltage, the possibility of obtaining the maximum intrinsically safe output power, reducing energy loss (high efficiency) is achieved by simpler means: the number of elements of the protection unit 6 compared with the prototype decreased from 15 to 8. This allows the system to introduce a backup protection device that is connected in series into the output power supply circuit and increases the reliability of the output circuit protection against intrinsically safe current level and voltage without significantly increasing the amount

электрорвдиоэлементов и снижени надежности питани . В предлагаемой системе питани отсутствует св зь выходной цепи с первичным источником 1 питани через эмит- терно-базовый переход транзистора 7. В результате этого надежность защиты выходной цепи от превышени искробезосного уровн тока и напр жени повышаетс . Кроме того, сохранена возможность автоматического включени системы после устранени electrodiode elements and reduced power reliability. In the proposed power supply system, there is no connection between the output circuit and the primary power source 1 via the emitter-base junction of transistor 7. As a result, the reliability of protection of the output circuit against an excess of the intrinsically safe current level and voltage is increased. In addition, the ability to automatically turn on the system after eliminating

аварийного повышени тока или напр жени в выходной цепи, уменьшение температурного дрейфа ограничиваемого уровн выходного тока, а также обеспечение возможности использовани системы в бипол рных источниках тока с искробезопасным выходом.an emergency increase in current or voltage in the output circuit; a decrease in the temperature drift of the limited output current level; and also the possibility of using the system in bipolar current sources with an intrinsically safe output.

Claims

Invention Formula Intrinsically Safe Power System

an output containing a primary power source, an output voltage regulating unit, a control unit, an error signal generating unit, a limiting resistor, a protection unit for exceeding the intrinsically safe current level and an output voltage of the first and second transistors, a zener diode and five resistors, while the input of the specified block is connected to the plus of the primary source

power supply through the output voltage control unit, its output is connected to the first input of the error signal generation unit, the second output of which is connected to the input of the control unit through the limiting resistor, the outputs of which

connected to the corresponding inputs of the output voltage control unit, the second outputs of the control unit, minus the primary power source, and the second input of the error shaping unit are connected to a common bus, characterized in that, in order to increase reliability and simplification, the base of the first transistor of the protection unit the intrinsically safe current level and voltage in the output circuit are connected to the common bus through two series-connected resistors, the common connection point of which is connected via a zener diode to the base of the second transistor, the emitter of which

0

five

connected to the first output of the third resistor and is the input of the protection block against over-current and voltage in the output circuit; the second output of the resistor is connected to the emitter of the first transistor and through the fourth resistor is connected to the base of the second transistor , the second terminal of which is connected to the collector of the first transistor and is the output of the protection unit from exceeding the spark of the current level and voltage in the output circuit, and the collector of the second transistor is connected en to the base of the first transistor