Устройство для защиты источников питания

(56) Авторское свидетельство СССР М 546870, кл, 6 05 Р 1/569, 1975.Авторское свидетельство СССР М 1348945, кл. Н 02 Н 9/02, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ(57) Использование: в источниках вторичного питания для питания радиоэлектронной аппаратуры в безопасном режиме работы 1 Т 4 бЗТО А 1 силового транзистора в широком диапазоне выходных токов и напряжений, Сущность изобретения: устройство содержит силовой транзистор 1, делитель напряжения на резисторах 2 и 3, управляющий транзистор 4, источник 5 тока, В устройство введены нелинейный датчик 6 тока и элемент 7 смещения. При напряжении с датчика 6 тока большем порогового значения и при малых значениях напряжения коллектор - эмиттер (кэ) транзистора 1 открывается транзистор 4, что приводит к ограничению выходного тока, При увеличении напряжения кэ транзистора 1 часть этого напряжения суммируется с напряжением датчика 6, и ограничение тока наступает при меньших значениях тока нагрузки, 4 ил.Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования вовторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры,Известно устройство для защиты силавых транзисторов от перегрузок, содержащее делитель входного напряжения,линейный датчик тока и нелинейный датчикколлекторного напряжения силового транзистора и дифференциальный усилитель, 10Недостатком устройства является сложность нелинейного датчика коллекторногонапряжения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является 15устройство для защиты источника питанияот токовых перегру=ок при включении нагрузки, содержащее силовой транзистор,змиттер которого через последовательносоединенные первый резистОр и нагрузку 20подключен к шине нулевого потенциала источника питания, база силового транзистора подключена к коллектору управляющеготранзистора, эмиттер которого подключен кобщей точке соединения первого резистора 25и нагрузки, база транзистора управленияподключена к первому выводу второго резистора и через третий резистор (представляющий делитель напряжения) - к эмиттерусилового транзистора, между коллектором 30и базой которого подключен источник тока,коллектор силового транзистора подключенк источнику питания,В этом устройстве с ростом напряжениямежду коллектором и эмиттером силового 35транзистора возрастает напряжение на базе управляющего транзистора, что вызывает уменьшение тока базы силовоготранзистора и, следовательно, его выходного тока, Характеристика ограничения является линейной с отрицательным наклоном.Недостатком известного устройства является то, что оно не может обеспечить безопасный режим работы силовоготранзистора в широком диапазоне выходных токов и напряжений, так как его максимальный выходной ток находится в линейнопадающей зависимости от коллекторногонапряжения силового транзистора, а длянепревышения максимальной рассеиваемой мощности зта зависимость должнабыть близкой к гиперболической.Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения безопасности режима работы силового 55транзистора в широком диапазоне выходных токов и напряжений,Цель достигается тем, что в устройстводля защиты источников питания, содержащее управляющий транзистор, коллектор которого подключен к точке соединения выхода генератора тока управления и базы силового транзистора, а база - к выходу делителя напряжения, включенного параллельно переходу коллектор - эмиттер силового транзистора, введены нелинейный датчик тока и элемент смещения, при этом к одному выводу нелинейного датчика тока подключен эмиттер силового транзистора и делитель напряжения, а к другому один из выходных выводов и первый вывод элемента смещения, второй вывод которого подключен к эмиттеру управляющего транзистора,Сопоставительный анализ с известным устройством показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых блоков: нелинейного датчика тока, элемента смещения и их связями с остальными элементами схемы,На фиг,1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - пример выполнения нелинейного датчика тока с несколькими изломами характеристики ограничения; на фиг.3 - вариант датчика тока на транзисторе; на фиг,4 - область нормальной работы силового транзистора (кривая 1),Кроме того, на фиг,4 представлена зависимость максимального тока нагрузки от напряжения коллектор - эмиттер силового транзистора при работе с линейным датчиком тока (кривая 2) и зависимость максимального тока нагрузки от напряжения коллектор - эмиттер силового транзистора при работе с нелинейным датчиком тока по схеме фиг.1 или 3 (кривая 3) и по схеме фиг,2 (кривая 4).Устройство защиты источников питания (фиг.1) содержит силовой транзистор 1, коллектор которого соединен с входом устройства и делителем напряжения на первом 2 и втором 3 резисторах, средней точкой подключенным к базе управляющего транзистора 4, Коллекторная цепь управляющего транзистора соединена с базой силового транзистора 1 и через последовательно включенный источник 5 тока с входом устройства, Эмиттер силового транзистора 1 соединен с вторым выводом резистора 3 делителя напряжения и входом нелинейного датчика 6 тока, выход которого соединен с одним из выходных выводов устройства и через последовательно включенный элемент 7 смещения - с эмиттером упоавляющего транзистора 4.Нелинейный датчик 6 тока выпо.1 нен на диоде 8, включенном параллельно резистору 9, и последовательно соединенном с этой цепочкой резисторе 10,1746370 20 25О Опор = О + КОкэ Окэ 35 Опро Од + К ОкэВ 1 о В 1 о Опра К Окэ +В Я +В Вариант выполнения нелинейного датчика б тока, содержащего диоды 11 и 12 и последовательно включенные резисторы 13-16, позволяет получить несколько изломов на характеристике ограничения, т:е, болееточную апроксимацию гиперболической кривой, приведен на фиг,2.На фиг,3 приведен вариант выполнения датчика тока на резисторах 17 и 18, составляющих базовый делитель, и резисторе 19, включенном последовательно в коллекторную цепь транзистора 20.Устройство для защиты источников тока работает следующим образом,Пока падение напряжения на датчике 6 тока не превышает порогового значения Опор управляющий транзистор 4 закрыт и не влияет на работу силового транзистора 1, Когда же напряжение датчика тока превысит пороговое значение, транзистор 4 открывается и начинается ограничение выходного тока. Эта картина наблюдается при малых напряжениях Окэ силового транзистора 1, При увеличении напряжения Окэ часть этого напряжения КОкэ (где К - коэффициент передачи делителя, образованного резисторами 2 и 3) суммируется с напряжением датчика 6 и ограничение тока поступает при меньших значениях тока нагрузки. Из условия ограничения где Ь - напряжение снимаемое с датчика б тока с учетом значений О = огр (Вд+ В 10) для малых токов;Й = огр В 1 о+ Оо для больших токов, где огр - ограничиваемое значение така нагрузки;Вд и В 1 о - сопротивление резисторов 9 и 10 соответственно;Од - падение напряжения на открытом диоде 8,определим значение максимального тока нагрузки при малых значениях Окэ а также при больших значениях Окэ Иэ приведенных выражений для р видно, что крутизна спада огр больше при малых значениях Окэ, Точку изломат,е. перехода от крутого участка характеристики к более пологому можно определить из выражения с учетом того, что в точке излома Од = огр Вд,Применив более сложную схему датчика тока (фиг,2), можно получить характери стику ограничения, состоящую из трехотрезков (две точки излома), а при подборе элементов из четырех отрезков (три точки излома). что позволяет более точно апроксимировать гиперболическую кривую.10 Если, например, В 1 з В 4В 6, то координаты точек излома для датчика по схеме фиг.2 определяются по формулам: Первая точка: к - В + В Од 13 14Опор Оо(1 + В )В 15 + В 16кэК Вторая точка:-Од В 1 з а, О30 Третья точка:ч +В 13 В 15 Опор - Оо(2+ В + В )В 16 В 16 В 13 В 14 Таким образом, в предлагаемом устройстве можно обеспечить широкий диапазон выходных токов и напряжений, гарантируя невыход режима работы силового транзистора эа пределы безопасной области(кри, вые 3 и 4 на фиг,4).Нелинейный датчик тока (фиг,З) работает как и диодный на фиг,1 с одной точкой излома. Роль резистора 19 в нем может выполнять сопротивление перехода коллектор - эмиттер транзистора 20. Точно так же роль резистора 10 в варианте датчика 6 на фиг,1 может выполнять дифференциальное сопротивление открытого диода 8.Формула изобретен ия Устройство для защиты источников питания, содержащее управляющий транзистор, коллектор которого подключен к точке соединения выхода генератора тока управления и базы силового транзистора, а база - к выходу делителя напряжения. включенного параллельно переходу коллектор - эмиттер силового транзистора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения1746310 КмдГСоставитель И,ГлухенькийТехред М,Моргентал Корректор З.Садко дактор Г,Ге Заказ 2395 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Произв здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,ен надежности путем обеспечения безопасности режима работы силового транзистора в широком диапазоне выходных токов и напряжений, в него введены нелинейный датчик тока и элемент смещения, при этом к одному выводу нелинейного датчика тока подключен эмиттер силового транзистора и делитель напряжения, а к другому один из выходных выводов и первый вывод элемента смещения, второй вывод которого под ключен к эмиттеру управляющеготранзистора.