SU845213A1

SU845213A1 - Device for protecting electric network from overcurrent and overvoltage

Info

Publication number: SU845213A1
Application number: SU792802684A
Authority: SU
Inventors: Виктор Алексеевич Брызгалов; Владимир Павлович Зубков
Original assignee: Научно-Исследовательский Институтпостоянного Toka
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1979-07-25
Publication date: 1981-07-07

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ И НАПРЯЖЕНИЮ(54) DEVICE FOR PROTECTION OF ELECTRICAL CIRCUIT FROM OVERLOAD ON CURRENT AND VOLTAGE

1one

Изобретение относитс к устройствам защиты электрических цепей от перегрузки по току и напр жению и может быть использовано дл защиты вторичных источников питани .The invention relates to devices for protecting electrical circuits against overcurrent and voltage and can be used to protect secondary power sources.

Известные устройства защиты электрических цепей от перегрузки по току 1 и устройства защиты электрических цепей от перенапр жени 2 предусматривают использование в качестве активных элементов полупроводниковые приборы.The known devices for protection of electrical circuits against overcurrent 1 and devices for protecting electrical circuits against overvoltage 2 provide for the use of semiconductor devices as active elements.

Эти устройства характеризуютс тем, что они не совмещают в себе функцию защиты от перенапр жени и перегрузки по току , что ограничивает их область применени .These devices are characterized in that they do not combine in themselves the function of protection against overvoltage and overcurrent, which limits their field of application.

Известные устройства защиты электрических цепей от перегрузки по току и напр жению 3 содержат два транзистора различного типа проводимости, включенные по схеме триггера, одно из плеч которого используетс как ключевой транзистор, а другое - как .сравнивающий транзистор.The known devices for protecting electrical circuits against overcurrent and voltage 3 contain two transistors of different conductivity types, connected according to a trigger circuit, one of the arms of which is used as a key transistor, and the other as an equalizing transistor.

Указанные устройства не обеспечивают стабильного срабатывани защиты от перенапр жени , так как уровень напр жени .These devices do not provide a stable overvoltage protection, as the voltage level.

при котором срабатывает защита, зависит от сопротивлени нагрузки.at which protection works, depends on the load resistance.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс устройство защиты электрических цепей от перегрузок по току и напр жению 4, содержащее защитный (ключевой) транзистор и орган сравнени , состо щий из транзистора, коллектор которого соединен с базой ключевого транзистора и через резистор соединен с общей щиной источника питани , а база через опорный элемент и резистор подключена к нагрузке , причем ключевой транзистор коллектором подключен к нагрузке, а эмиттером к выходной щине источника питани .The closest in technical essence to the invention is a device for protection of electrical circuits against overcurrent and voltage 4, containing a protective (key) transistor and a comparator consisting of a transistor whose collector is connected to the base of the key transistor and through a resistor connected to the common power source, and the base through the supporting element and the resistor is connected to the load, the key transistor is connected to the load by the collector and the emitter to the output power supply terminal board.

Это устройство имеет тот же недостаток что и другие известные устройства, а нали5 чие в цепи положительной обратной св зи, котора определ ет быстродействие отключени нагрузки от источника питани , токоограничивающего резистора уменьщает быст- родействие и стабильность срабатывани защиты от перегрузки по току и напр жению. Это наиболее сильно про вл етс при защите цепей посто нного тока с высоким напр жением (100-300 В)., когда номинальныйThis device has the same drawback as other known devices, and the presence of a positive feedback circuit that determines the speed at which the load is disconnected from the power source, the current limiting resistor reduces the speed and stability of the overcurrent and voltage protection. This is most pronounced in the protection of high voltage DC circuits (100-300 V), when the nominal

рабочий ток опорного элемента может быть обеспечен только за счет значительного увеличени значени сопротивлени резистора. Быстродействие защиты определ ет экстремальное значение тока через ключевой транзистор при больших импульсных перегрузках и следовательно, определ ет надежность устройства , так как недостаточное быстродействие может привести к выходу из стро ключевого транзистора за счет больших экстремальных токов.The operating current of the support element can be provided only by significantly increasing the value of the resistor. The protection speed determines the extreme value of the current through the key transistor at high impulse overloads and, therefore, determines the reliability of the device, since an insufficient speed can lead to the failure of the key transistor due to the large extreme currents.

Все перечисленные недостатки-ограничивают область применени данного устройства и снижают его надежность.All of these drawbacks limit the scope of this device and reduce its reliability.

Цель изобретени - увеличение надежности .The purpose of the invention is to increase reliability.

Это достигаетс тем, что в устройство защиты от перегрузки по току и напр жению введены стабилитрон, дополнительный резистор , RC-цепи, коммутируемый диод, причем база транзистора органа сравнени подключена к общей шине источника питани через последовательную цепь из стабилитрона и дополнительного резистора, упом нутый токоограничивающий резистор через резистор RC-цепи подключен к общей шине источника питани и через конденсатор RC-цепи подключен к выходной шине источника питани , а обща точка токоограничивающего резистора и опорного элемента через коммутируемый диод подключена к нагрузке .This is achieved by introducing a Zener diode, an additional resistor, an RC circuit, a switched diode into the overcurrent and voltage protection device, and the base of the reference transistor is connected to the common power supply bus through a series circuit of the Zener diode and an additional resistor, mentioned The current limiting resistor is connected via an RC circuit resistor to the common power supply bus and via an RC circuit capacitor to the output power supply bus, and the common current limiting resistor and supports point element through a switched diode connected to the load.

На фиг. 1 приведена принципиальна электрическа схема описываемого устройства; на фиг. 2 - зависимости срабатывани зашиты как от перегрузки по входному напр жению UBX при различных значени х сопротивлени нагрузки R так и зависимость выходного напр жени от тока нагрузки .(1„лгр) при UBX 15 В.FIG. 1 is a circuit diagram of the device described; in fig. 2 - the operation dependencies are protected both from the overload on the input voltage UBX at different values of load resistance R and the dependence of the output voltage on the load current. (1 „LGD) at UBX 15 V.

Устройство зашиты от перегрузок по току и напр жению содержит ключевой транзистор 1, источник питани 2, нагрузку 3, резистор 4, орган сравнени 5, содержащий транзистор 6, опорный элемент 7, токоограничивающий резистор 8, коммутируемый диод 9, стабилитрон 10, дополнительный резистор 11 и RC-цепь (резистор 12 и конденсатор 13).The device is protected against current and voltage overloads and contains a key transistor 1, a power source 2, a load 3, a resistor 4, a comparison unit 5 containing a transistor 6, a supporting element 7, a current limiting resistor 8, a switched diode 9, a Zener diode 10, an additional resistor 11 and RC circuit (resistor 12 and capacitor 13).

Работает устройство следующим образом .The device works as follows.

При подаче напр жени от источника питани 2 на вход устройства в первую очередь по вл етс базовый ток ключевого транзистора 1, величина которого задаетс ре-, зистором 4. Временный приоритет по влени базового тока ключевого транзистора 1 над по влением базового тока транзистора 6 обеспечиваетс временной задержкой RC-цепи 12, 13 и наличием в базовой цепи транзистора 6 опорного элемента 7.When voltage is applied from the power source 2 to the input of the device, the base current of the key transistor 1 first appears, the value of which is set by the resistor 4. The time priority of the base current of the key transistor 1 over the base current of the transistor 6 is provided the delay of the RC circuit 12, 13 and the presence in the base circuit of the transistor 6 of the support element 7.

Дальнейшее состо ние устройства зависит от выполнени одного из следующи-х двух неравенств: + UAS 11з5, + UAIUSKI + UAS sS(. + UAT, где U, - падение напр жени между эмиттером и коллектором ключевого транзистора; Од-у, Цд9 напр жение отпирани опорного элемента 7 и коммутируемого диода 9; напр жение открывани базового перехода транзистора 6.The further state of the device depends on the fulfillment of one of the following two inequalities: + UAS 11з5, + UAIUSKI + UAS sS (. + UAT, where U, is the voltage drop between the emitter and the collector of the key transistor; Od-y, Tsd9 voltage unlock the support element 7 and the switched diode 9; the voltage to open the base transition of the transistor 6.

При выполнении первого неравенства (нормальные услови ) открываетс коммутируемый диод 9 (опорный элемент 7 заперт) и ток, величина которого задаетс резисторами 8, 12, ответвл етс через коммутируемый диод 9, открытый транзистор 1 в выходную шину источника питани 2, мину базу транзистора 6.When the first inequality is fulfilled (normal conditions), a switching diode 9 is opened (support element 7 is locked) and the current, the value of which is set by resistors 8, 12, is coupled through switching diode 9, an open transistor 1 to the output power supply bus 2, mine the base of transistor 6 .

В этом случае устройство находитс в рабочем состо нии. При увеличении токаIn this case, the device is in operating condition. With increasing current

5 нагрузки до значени , при котором начинает выполн тьс второе неравенство, за счет возрастани падени напр жени Uj,,, на открытом ключевом транзисторе 1 часть тока начинает ответвл тьс через опорный элемент 7 в базу транзистора 6. По вление базового тока транзистора 6 вызывает его открывание , в результате чего базовый ток ключевого транзистора 1 уменьшаетс и еще больше возрастает падение напр жени LJ транзистора 1. Этот процесс лавинообразно5 load up to the value at which the second inequality starts to be fulfilled, due to an increase in the voltage Uj ,, at the open key transistor 1, a part of the current begins to branch through the supporting element 7 into the base of the transistor 6. The appearance of the base current of the transistor 6 causes it opening, as a result of which the base current of the key transistor 1 decreases and the voltage drop of the LJ transistor 1 increases even more. This process is avalanche

5 возрастает и приводит к полному отключению цепи нагрузки 3 от источника питани 2. В состо нии « Выключено через опорный элемент 7 и базу транзистора 6 протекает весь ток, который при рабочем состо нии устройства протекал через диод 9. Диод 9,5 increases and leads to a complete disconnection of the load circuit 3 from the power source 2. In the state of “OFF” through the supporting element 7 and the base of the transistor 6, all the current flows, which during the working state of the device flowed through the diode 9. Diode 9,

когда устройство находитс в состо нии «Вы ключено, заперт обратным напр жением, а база транзистора 1 шунтирована полностью открытым транзистором 6 и, следовательно, транзистор 1 заперт, что и обеспечивает when the device is turned off, locked by reverse voltage, and the base of transistor 1 is shunted by a fully open transistor 6 and, therefore, transistor 1 is locked, which ensures

полное отключение цепи нагрузки от источника питани 2. complete disconnection of the load circuit from the power source 2.

Если входное напр жение (устройство на ходитс в рабочем состо нии) превысит папр жение пробо стабилитрона 10, через резистор 11 и базу транзистора 6 начинаетIf the input voltage (the device is in the operating state) exceeds the breakdown of the breakdown of the Zener diode 10, through the resistor 11 and the base of the transistor 6 begins

0 течь ток, в результате чего также возникает лавинообразный процесс выключени , т. е. срабатывает защита от перегрузки по напр жению. Из двух приведенных неравенств следует, что падение напр жени U при котором срабатывает защита, может быть снижено до любой очень малой величины за счет подбора напр жени отпирани опорного элемента 7, коммутируе.мого диода 9 и базового перехода транзистора 6. Так как сигнал положительной обратной св зи подаетс в базу транзистора б через малое динамическое сопротивление пр мосмещенных опорного элемента 7 и коммутируемого диода 9, то лавинообразный процесс выключени характеризуетс высокой скоростью его развити , что обеспечивает высокое быстродействие срабатывани защиты.0 current flows, as a result of which an avalanche-like shutdown process also occurs, i.e. an overvoltage protection is activated. From the two inequalities given, it follows that the voltage drop U at which the protection is triggered can be reduced to any very small value by selecting the voltage to unlock the supporting element 7, the switching diode 9 and the basic transition of the transistor 6. Since the signal is positive reverse connection is fed to the base of the transistor b through a small dynamic resistance of the forward-displaced support element 7 and the switched diode 9, the avalanche-like switching off process is characterized by a high speed of its development, which ensures Exposure to extreme performance protection is activated.

В р де случаев возможно упрощение устройства за счет исключени резистора 8,In some cases it is possible to simplify the device by eliminating the resistor 8,

при этом несколько снижаетс быстродействие защиты, но сохран ютс все остальные достоинства данного устройства.at the same time, the protection performance is slightly reduced, but all other advantages of this device are retained.

Использование новых элементов - стабилитрона 10, резистора 11, диода 9, RC-цепи 12, 13 выгодно отличает данное устройство защиты от перегрузки по току и напр жению от известного устройства 4, так как позвол ет увеличить надежность устройства защиты и увеличить стабильность порога срабатывани защиты как по току, так и по напр жению. В результате повыситс надежность- защиты электронных блоков различных устройств и в раде случаев устранитс необходимость использовани одновременно двух различных устройств, одно из которых предназначено дл защиты от перегрузок по току, а другое дл защиты от перенапр жений.The use of new elements - Zener diode 10, resistor 11, diode 9, RC circuit 12, 13 distinguishes this protection device against overcurrent and voltage from the known device 4, as it allows to increase the reliability of the protection device and increase the stability of the protection threshold both in current and voltage. As a result, the reliability of the electronic components of different devices will increase and, in a number of cases, the need to use two different devices simultaneously, one of which is designed to protect against overcurrent and the other to protect against overvoltage, will be eliminated.

Claims

1. The patent of Germany No. 2529883, cl. H 02 H 3/08 1976.

2. USSR author's certificate number 467430, cl. H 02 H 3/20, 1971.

3. USSR author's certificate number 542288, cl. H 02 H 3/24, 1978.

4. Martynov E.M. Contactless switching devices. M., “Energie, 1970, p. 158 (prototype).

InoefljA

0.2 id

Oj

,

Q, J 0.2

uff

ol

ff.5

L

0,40,5iHozfl.A

(p1 / .g