SU907667A1 - Искробезопасна система питани - Google Patents

Description

Изобретение относится к источникам питания, защищенным от аварий, в частности от сверхтока в выходной вели питания, и предназначено преимущественно для встройки в блоки питания искробезопасных приборов.'

Известны источники питания, имеющие в своем составе устройство защиты, содержащее датчик сигнала перегрузки по току и исполнительный элемент, например, регулирующий транзистор, включенный в выходную цепь питания последовательно с нагрузкой {13 и [2 ].

Однако эти устройства из-за своей многозвенности, большой элементной насыщенности имеют недостаточную надежност ь.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее резне тор (датчик сигнала от перегрузки по току) и регулирующий транзистор, включенные в цепь питания последова2 |Тельно с нагрузкой, и транзистор, шунтирующий эмиттерно-коллекторным переходом резистор и эмиттерно-базовый переход регулирующего транзистора [ 3 J.

Устройство в нормальномрежиме или при токе нагрузки, близком к максимальному току ограничения, остается открытым, при этом напряжение источника тока полностью передается в выходную цепь питания, за исключением, потерь на открытом эмиттерно-коллекторном переходе регулирующего транзистора .

Известно, что искробезопасный ток электрических цепей находится в обратной зависимости от напряжения (уменьшается с возрастанием напряжения) . Поэтому при использовании устройства в качестве защиты от искроопасного тока ограничиваемая величина тока в выходной цепи может быть установлена на уровне, не превышающем искробезопасный ток, соответ ствующий максимальному напряжению источника тока. При больших перепадах напряжения источника тока выходной ток устройства, ограниченный величиной допустимого искробезопасного то- 5 ка, снижается до малого значения и может быть критичным, не обеспечивающим работоспособности питаемого устройства.

Однако этот недостаток ограничи- ю вает применение устройства и не позволяет получить максимальную искробезопасную выходную мощность во всем диапазоне напряжения источника тока независимо от его величины. »5

Цель изобретения - обеспечение возможности получения максимально допустимой искробезопасной мощности и повышения выходного тока и надежности. 20

Поставленная цель достигается, тем, что искробезопасная система питания, содержащая источник постоянного тока, выключатель и блок защиты, вы- 25 полненный на регулирующем транзисторе, включенном в выходную цепь источника постоянного тока последовательно с резистором, соединенным с эмиттером и выходным зажимом источ- ₃₀ ника постоянного тока, и второй транзистор, база которого связана через резистор с эмиттером регулирующего транзистора, а коллекторно-эмиттерный переход подсоединен к базе регулирующего транзистора параллельно переходу база-эмиттер и резистору, включенному в цепь питания, дополнительно снабжена управляющим транзистором, резистивным делителем выход40 ного напряжения, источником опорного напряжения - стабилитроном, резистором , включенным в цепь питания стабилитрона и двумя диодами, разделитель ным и шунтирующим, при этом управляющий транзистор подсоединен эмиттерно-коллекторным переходом к резистивному делителю выходного напряжения и к базе регулирующего транзистора через обратный переход разделительного диода соединена со стабилит- ⁵⁰ роном, резистором, подсоединенным к выходному зажиму источника постоянного тока, и с другим диодом, через прямой переход которого резистор, стабилитрон и первый диод соединены . ⁵⁵ с выходным зажимом системы питания и с коллектором регулирующего транзистора. Достигается искробезопасный режим включения и выключения питания тем, что второй выходной зажим источника постоянного тока подключен к стабилитрону, резистивному делителю выходного напряжения и ко второму зажиму системы питания через одни и те же контакты выключателя.

Для надежной работы устройства и стабильности выходного напряжения в выходную цепь питания между коллектором регулирующего транзистора и выходным зажимом системы питания включен резервный узел, дублирующий по своей электрической схеме блок защиты с управляющим транзистором и резистивным делителем выходного напряжения, при этом база управляющего транзистора резервного узла соединена с базой управляющего транзистора и с разделительным диодом источника питания.

На фиг.1 приведена электрическая схема устройства; на фиг. 2 - электрическая схема питания с резервным узлом.

Система питания содержит источник постоянного тока, например электрохимический, резистор 2 и регулирующий транзистор 3включенные в основную токовую цепь, транзистор 4, база которого через резистор 5 соединена с эмиттером регулирующего транзистора 3 и с резистором 7транзистор 6, эмиттер которого подсоединен к резисторам 7 и 8 делителя выходного напряжения, а коллектор к базе регулирующего транзистора 3', стабилитрон 9, резистор 10, включенный е цепь питания стабилитрона, разделительный диод 11, шунтирующий диод 12, выключатель 13.

При номинальном режиме работы, когда ток нагрузки в выходной цепи источника питания меньше тока срабатывания устройства защиты, падение напряжения на резисторе 2 недостаточно для отпирания транзистора 4, и транзистор не влияет на работу источника питания.

При возрастании тока нагрузки до ограничиваемой величины напряжение на резисторе 2 увеличивается и становится достаточным для отпирания транзистора. При этом транзистор 4 шунтирует эмиттерно-коллекторным переходом входную базовую цепь регулирующего транзистора 3, потенциал базы регулирующего транзистора уменьшается, транзистор запирается.

Сопротивление эмиттерно-коллекторного перехода транзистора увеличивается, а напряжение и ток в выходной цепи уменьшается.

При снижении сопротивления на- 5 грузки до малой величины или при коротком замыкании выходной цепи системы питания диод 12 шунтирует прямым переходом стабилитрон ®.

При этом потенциал базы транзис- »0 тора 6 уменьшается, транзистор запирается, соответственно запирается регулирующий транзистор 3 и отключает выходную цепь (нагрузку) от источника 1 постоянного тока. 15

При устранении токовой перегрузки устройство автоматически переходит в нормальный рабочий режим. Ограничение выходного напряжения источника питания обеспечивается с 20 помощью транзистора 6, регулирующего на возрастание выходного напряжения.

В номинальном режиме работы,когда выходное напряжение системы питания меньше ограничиваемой величины, 25 потенциал базы транзистора 6 достигает величины, при которой транзистор открыт и соответственно открыт регулирующий транзистор 3· Напряжение системы постоянного тока за исклю- зо чением потерь на открытом эмиттерноколлекторном переходе транзистора 3 передается в выходную цепь.

При возрастании выходного напряжения до ограничиваемой величины падение напряжения на резисторе 8 увеличивается до значения, при котором потенциал базы транзистора 6 начинает уменьшаться, а транзистор закрываться. Соответственно закрывает-₄₀ ся регулирующий транзистор 3· Сопротивление эмиттерно-коллекторного перехода увеличивается, а выходное напряжение уменьшается. Ограничиваемый . уровень напряжения задается напряже- ₄₅ нием стабилитрона 9 и соотношением величин сопротивлений резисторов.

и 8. Величина его устанавливается в пределах рабочего напряжения питаемого устройства и в соответствии с допустимой величиной искробезопасного тока.

Повышение надежности достигается с помощью диода 12, шунтирующего стабилитрон 9 при аварийном коротком замыкании выходной цепи системы питания. Шунтирование стабилитрона приводит к запиранию транзисторов 3 и 6 и снижению мощности, рассеива емой на них, обеспечивая надежную работу устройства в широком температурном диапазоне.

Разделительный диод 11, включенный в цепь эмиттерно-базового перехода транзистора 3 и стабилитрона 9, исключает возникновение лавинообразно нарастающего тока в указанной цепи при аварийном коротком замыкании коллекторно-базового перехода транзистора 6 и защищает таким образом транзистор 3 и стабилитрон от повреждения, а выходную цепь системы питания от искроопасного тока.

Резервный узел 14 (фиг.2) в представленной связи с разделительным диодом и стабилитроном образует вторую ступень защиты от максимального тока и ограничения выходного напряжения. При достаточно большой величине напряжения источника тока устройство защиты может работать в режиме стабилизации напряжения, а использование дополнительного узла 14 обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения в результате двухступенчатой стабилизации.

Введение дополнительного узла позволяет обеспечивать высокую надежность ограничения тока и напряжения. Аварийное замыкание любого из элементов устройства или обрыв любой цепи не приводит к аварийному возрастанию тока до искроопасной величины.

предлагаемой системе питания с целью обеспечения искробезопасного режима включения и выключения питания источник 1 постоянного тока подключается и отключается одновременно как от устройства защиты, так и от выходной цепи через одни и те же контакты выключателя 13· В случае включения питания устройство защиты мгновенно переводится в рабочее состояние, обеспечивающее защиту выходной цепи, а в случае выключения питания база регулирующего транзистора становится под нулевой потенциал, транзистор запирается исключая таким образом, появление на контактах выключателя напряжения, вызывающего опасное искрение.

Применение предлагаемой системы питания позволяет увеличить выходной ток по сравнению с величиной тока, соответствующего максимальному напряжению, и получить на выходе блока питания искробезопасную мощность, независящую от величины напряжения источника тока при перепаде его от 11 до 15 В.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к источникам питани , защиш.енным от аварий ь частности от сверхтока в выходной иепи питани , и предназначено преиму щественно дл  встройки в блоки питани  искробезопасных приборов. Известны источники питани , имеющие в своем составе устройство защиты , содержащее датчик сигнала перегрузки по току и исполнительный элемент , например, регулирующий транзис тор, включенный в выходную цепь пита ни  последовательно с нагрузкой М и 2. Однако эти устройства из-за своей многозвенности, большой элементной насыщенности имеют недостаточную надежность . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство, содержащее рези тор (датчик сигнала от перегрузки по току) и регулирующий транзистор, включеннь1е в цепь питани  последовательно с нагрузкой, и транзистор, шунтирующий эмиттерно-коллекторным переходом резистор и эмиттерно-базовый перехо/: регулирующего транзистора 3 3Устройство Б нормальном режиме или при токе нагрузки, близком к максимальному току ограничени , остаетс  открытым, при этом напр жение источника тока полностью передаетс  в выходную цепь питани , за исключением, потерь на открытом эмиттерно-коллекторном переходе регулирующего транзистора . Известно, что искробезопасный ток электрических цепей находитс  в обратной зависимости от напр жени  (уменьшаетс  с возрастанием напр жени ) . Поэтому при использовании устройства в качестве защиты от искроопасного тока ограничиваема  величина тока в выходной цепи может быть установлена на уровне, не превышающем искробезопаснь1й ток , соответствующий максимальному напр жению ис точника тока. При больших перепадах напр жени  источника тока выходной ток устройства, ограниченный величи ной допустимого искробезопасного то ка, снижаетс  до малого значени  и может быть критичным, не обеспечивающим работоспособности питаемого устройства. Однако этот недостаток ограничивает применение устройства и не поз вол ет получить максимальную искробезопасную выходную мощность во всем диапазоне напр жени  источника тока независимо от его величины. Цель изобретени  - обеспечение возможности получени  максимально допустимой искробезопасной мощности и повышени  выходного тока и надежности . Поставленна  цель достигаетс , тем что искробезопасна  система питани , содержаща  источник посто нного тока, .выключатель и блок защиты, выполненный на регулирующем транзисторе , включенном в выходную цепь источника посто нного тока последова тельно с резистором, соединенным с эмиттером и выходным зажимом источника посто нного тока, и второй транзистор, база которого св зана через резистор с эмиттером регулирую щего транзистора, а коллекторно-эмит терный переход подсоединен к базе регулирующего транзистора параллельно переходу база-эмиттер и резистору включенному в цепь питани , дополнительно снабжена управл ющим транзистором , резистиБным делителем выходного напр жени , источником опорного напр жени  - стабилитроном, резистором , включенным в цепь питани  стабилитрона и двум  диодами, разделите ным и шунтирующим, при этом управл ю щий транзистор подсоединен эмиттерно-коллекторным переходом к резистивному делителю выходного напр жени  и к базе регулирующего транзистора через обратный переход разделительного диода соединена со стабилит роном, резистором, подсоединенным к выходному зажиму источника посто н ного тока, и с другим диодом, через пр мой переход которого резистор, стабилитрон и первый диод соединены с выходным зажимом системы питани  и с коллектором регулирующего транзистора . Достигаетс  искробезопасный режим включени  и выключени  питани  тем, что второй выходной зажим источника посто нного тока подключен к стабилитрону, резистивному делителю выходного напр жени  и ко второму зажиму системы питани  через одни и те же контакты выключател . Дл  надежной работы устройства и стабильности выходного напр жени  в выходную цепь питани  между коллектором регулирующего транзистора и выходным зажимом системы питани  включен резервный узел, дублирующий по своей электрической схеме блок защиты с управл ющим транзистором и резистивным делителем выходного напр жени , при этом база управл ющего транзистора резервного узла соединена с базой управл ющего транзистора и с разделительным диодом источника питани . На Оиг.1 приведена электрическа  схема устройства; на фиг. 2 - электрическа  схема питани  с резервным узлом. Система питани  содержит источник 1 посто нного тока, например электрохимический , резистор 2 и регулирующий транзистор 3, включенные в основную токовую цепь, транзистор k, база которого через резистор 5 соединена с эмиттером регулирующего транзистора 3 и с резистором , транзистор 6, эмиттер которого подсоединен к резисторам 7 и Б делител  выходного напр жени , а коллектор к базе регулирующего транзистора 3, стабилитрон 9, резистор 10, включенный в цепь питани  стабилитрона, разделительный диод 11, шунтирующий диод 12, выключатель При номинальном режиме работы, когда ток нагрузки Б выходной цепи источника питани  меньше тока срабатывани  устройства защиты, падение напр жени  на резисторе 2 недостаточно дл  отпирани  транзистора k, и транзистор не вли ет на работу источника питани . При возрастании тока нагрузки до ограничиваемой величины напр жение на резисторе 2 увеличиваетс  и становитс  достаточным дл  отпирани  транзистора. При этом транзистор А шунтирует эммттерно-коллекторным переходом входную базовую цепь регулирующего транзистора 3, потенциал базы регулирующего транзистора уменьшаетс , транзистор запираетс Сопротивление эмиттерно-коллекторного перехода транзистора увеличиБзетс , а напр жение и ток в выходной цепи уменьшаетс . При снижении сопротивлени  нагрузки до малой величины или при коротком замыкании выходной цепи системы питани  диод 12 шунтирует пр мым переходом стабилитрон ЭПри этом потенциал базы транзистора 6 уменьшаетс , транзистор запираетс , соответственно запираетс  регулирующий транзистор 3 и отключает выходную цепь (нагрузку) от источника 1 посто нного тока. При устранении токовой перегрузки устройство автоматически переходит в нормальный рабочий режим. Ограничение выходного напр жени  источника питани  обеспечиваетс  с помои ью транзистора 6, регулирутощего на возрастание выходного напр жени  В номинальном режиме работы,когда выходное напр жение системы питани  меньше ограничиваемой величины, потенциал базы транзистора 6 достигает величины, при которой транзисто 6открыт и соответственно открыт регулирующий транзистор 3. Напр жение системы посто нного тока за исключением потерь на открытом эмиттерноколлекторном переходе транзистора 3 передаетс  в выходную цепь. При возр::;тании выходного напр же ни  до ограничиваемой величины падение напр жени  на резисторе 8 увеличиваетс  до значени , при котором потенциал базы транзистора 6 начинает уменьшатьс , а транзистор закрыватьс . Соответственно закрывае с  регулирующий транзистор 3- Сопротивление эмиттерно-коллекторного перехода увеличиваетс , а выходное напр жение уменьшаетс . Ограничиваемый уровень напр жени  задаетс  напр же нием стабилитрона 9 и соотношением величин сопротивлений резисторов. 7и 8. Величина его устанавливаетс  пределах рабочего напр жени  питаемо го устройства и в соответствии с до пустимой величиной искробезопасного тока . Повышение надежности достигаетс  помоцью диода 12, шунтируЮ1чего стабилитрон 9 при аварийном коротком замыкании выходной цепи системы питани . Пунтирование стабилитрона приводит к .запиранию транзисторов 3 и 6 и снижению мощности, рассеива емой на них, обеспечива  надежную работу устройства в широком температурном диапазоне. Разделительный диод 11, включенный в цепь эмиттерно-базового перехода транзистора 3 и стабилитрона 9, исключает возникновение лавинообразно нарастающего тока в указанной цепи при аварийном коротком замыкании коллекторно-базового перехода транзистора 6 и защищает таким образом транзистор 3 и стабилитрон от повреждени , а выходную цепь системы питани  от искроопасного тока. Резервный узел 1 А (фиг.2) в представленной св зи с разделительным диодом и стабилитроном образует вторую ступень защиты от максимального тока и ограничени  выходного напр жени . При достаточно большой величине напр жени  источника тока устройство защиты может работать в режиме стабилизации напр жени , а использование дополнительного узла 14 обеспечивает высокую стабильность выходного напр жени  в результате двухступенчатой стабилизации. Введение дополнительного узла позвол ет обеспечивать высокую надежность ограничени  тока и напр жени . Аварийное зань1кание любого из элементов устройства или оСрыв любой цепи не приводит к аварийному возрастанию тока до искроопасной величины . 8 предлагаемой системе питани  с целью обеспечени  искробезопасного режима включени  и выключени  питани  источник 1 посто нного тока подключаетс  и отключаетс  одноЕзременно как от устройства защиты, так и от выходной цепи через одни и те же контакты выключател  13. В случае включени  питани  устройство защиты мгновенно переводитс  в рабочее состо ние, обеспечивающее защиту выходной цепи, а в случае выключени  питани  база регулирующего транзистора становитс  под нулевой потенциал , транзистор запираетс ,исключа  таким образом, по влени на контактах выключател  напр жени , вызывающего опасное искрение. Применение предлагаемой системы питани  позвол ет увеличить выходной ток по сравнению с величиной тока, соответствующего максимальному напр жению, и получить на выходе блока питани  искробезопасную мощность, независ щую от величины напр жени  источника тока при переп де его от 11 до 15 В. Формула изобретени  Искробезопасна  система питани , содержаща  источник посто нного ток выключатель и блок защиты, выполнен ный на регулирующем транзисторе, включенном в выходную цепь источника посто нного тока последователь но с резистором, соединенным с эмит тером и выходным зажимом источника посто нного тока, и второй транзистор , база которого св зана через ре зистор с эмиттером регулирующего транзистора, а коллекторно-эмиттерный переход подсоединен к базе регу лирующего транзистора параллельно переходу база-эмиттер и резистору, включенному в цепь питани , о тличающа с  тем, что, с целью получени  максимально допусти мой искробезопасной мощности и повыш ни  надежности, она дополнительно снабжена резистивным делителем напр жени , шунтирующим диодом, управл ющим транзистором, разделительным диодом и источником опорного напр жени , при этом база регулирующего 78 транзистора подсоединена к резистивному делителю выходного напр жени  через коллекторно-эмиттерный переход управл ющего транзистора, при этом база последнего св зана через обратный переход разделительного диода с источником опорного напр жени , например стабилитроном, с резистором, св занным с выходным зажимом источника посто нного тока и с другим диодом , через пр мой переход которого стабилитрон источника опорного напр жени , резистор и разделительный диод соединены с коллектором регулирующего транзистора и с выходным зажимом системы питани , кроме того, второй выходной зажим источника посто нного тока подключен к стабилитрону источника опорного напр жени , резистивным делителем выходного напр жени  и к второму выходному зажиму системы питани  через одни и те же контакты выключател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР К 323826, кл. Н 02 Н 3/08, G 05 D 1/56, 1967.
2. 2.Авторское свидетельство СССР f-r , кл. Н 02 Н 3/08, 1568.
3. 3., Патент Англии W 1517 43, кл. Н 2 К, 1978.