Устройство для защиты нагрузки от перенапряжения в сети постоянного тока

(51)5 6 05 Р 1/56 О НИЕ ИЗО РЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛ ЬСТВ АВТОРСКОМ%27аучно-проиинЕцаи В.П.Павловдетельство СССР2 Н 1/20, 1987.детельство СССРР 1/569, 1978,зводствен юаааа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАГРУЗКИ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ ПОСТОЯНН.ОГО ТОКА Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры.Известно устройство для защиты нагрузки, содержащее регулирующий и управляющий транзисторы, блок управления, резистор и нагрузку. Регулирующий транзистор включен последовательно в одну из силовых шин, а блок управления, включенный параллельно входу, выходом соединен с базой управляющего транзистора, который соединен выходом с базой регулирующего транзистора. Резистор включен параллельно база-эмиттерному переходу регулирующего транзистора,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее регулирующий и управляющий транзисторы, блок управления, первый резистор, при этом регулирующий транзистор включен последовательно в одну из силовых шин, блок управления выходом соединен с базой управляющего транзистора, который соединен выходом с(57) Использование: в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры, большой надежности и с высоким КПД, Сущность изобретения: устройство содержит регулирующий управляющий и исполнитЕльный транзисторы, блок управления, двухобмоточный и трехобмоточный трансформаторы. выпрямительный мост, оптоэлектронный прибор, два резистора, стабилитрон, два дополнительных выпрямИтеля, два диода, дроссель и конденсатор, Обеспечивается непрерывное питание нагрузки. Радиатор регулирующего элемента уменьшается. Надежность устройства повышается. 1 ил,базой регулирующего транзистора, первый резистор включен: параллельно база-эмиттерному переходу "регулирующего" транзистора.Однако это устройство имеет низкую надежность за счет низкого КПД и. следовательно, тяжелого режима работы элементов, обусловленного линейным режимом работы, Для больших мощностей нагрузок ухудшаются массогабаритн ые показател и за счет увеличения радиатора регулирующего элемента,Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения непрерывного питания нагрузки с поддержанием номинального напряжения на выходе. повышения КПД и улучшения массогабаритных характеристик,Для этого в предлагаемое устройство, содержащее регулирующий и управляющий транзисторы, блок управления, первый резистор, при этом регулирующий транзистор включен последовательно в одну из силовых шин, блок управления выходом соединен сбазой управляющего транзистора, который соединен выходом с базой регулирующего транзистора, первый резистор включен параллельно база-эмиттерному переходу регулирующего транзистора, введены двухобмоточный и трехобмоточный трансформаторы, выпрямительный мост, исполнительный транзистор, оптоэлектронный прибор, ограничительный резистор, второй резистор, стабилитрон, два дополнительных выпрямителя, диод, конденсатор, дроссель и коммутирующий диод, при этом коммутирующий диод подключен катодом к точке соединения эмиттера регулирующего транзистора и первого вывода дросселя, второй вывод которого через вторичную обмотку двухо 6 моточного трансформатора соединен с анодом диода, катодом подключенного к выходному выводу конденсатора и блока управления, включенным между выходным выводом и общей шиной, первичная обмотка двухобмоточного трансформатора через выпрямительный мост подключена к введенным выводам для подключения источника переменного напряжения, выход выпрямительного моста подключен параллельно коллекторно-эмиттерной цепи исполнительного транзистора, который базой через резистор соединен с положительным выводом первого дополнительного выпрямителя, а через фотоприемник оптоэлектронного прибора - с отрицательным выводом этого выпрямителя, второй дополнительный выпрямитель подключен положительным выводом к коллектору управляющего транзистора, а отрицательным выводом соединен с положительным входным выводом, последовательная цепочка из светодиода оптоэлектронного прибора, ограничительного резистора и стабилитрона включена между входным выводом и общей шиной, при этом входы дополнительных выпрямителей подключены к вторичным обмоткам трехобмоточного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выводам для подключения источника переменного тока,На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства,Устройство содержит регулирующий 1 и уп ра вля ющий 2 транзисторы, блок уп равления 3, первый резистор 4 и нагрузку 5. При этом регулирующий транзистор 1 включен последовательно в одну из силовых шин, а блок управления 3 выходом соединен с базой управляющего транзистора 2, который соединен выходом с базой регулирующего транзистора 1, Первый резистор 4 включен параллельно база-эмиттерному переходурегулирующего транзистора 1,В устройство введены двухобмоточный6 и трехобмоточный 7 трансформаторы, вы 5 прямительный мост 8, исполнительныйтранзистор 9, оптоэлектронный прибор 10,ограничительный резистор 11, второй резистор 12, стабилитрон 13, два дополнительных выпрямителя 14 и 15, первый диод 16,10 второй коммутирующий диод 17, конденсатор 18 и дроссель 20. При этом второй коммутирующий диод 17 подключен катодом кточке соединения эмиттера регулирующеготранзистора 1 и первого вывода дросселя15 20, второй вывод которого соединен с началом вторичной обмотки 19 двухобмоточноготрансформатора б, конец которой соединенс анодом включенного последовательно диода 16, катодом подключенного к конденса 20 тору 18. Блок управления 3 включен междувыходным выводом и общей шиной. Первичная обмотка 21 двухобмоточного трансформатора б через выпрямительный мост 8подключена к введенным выводам для под 25 ключения источника переменного напряжения. При этом выход выпрямительногомоста 8 подключен параллельно коллекторэмиттерной цепи исполнительного транзистора 9, который базой через второй30 резистор 12 соединен с положительным выводом дополнительного выпрямителя 15, ачерез фотоприемник оптоэлектронногоприбора 10 - с отрицательным выводом этого выпрямителя. Дополнительный выпрями 35 тель 14 подключен положительным выводомк коллектору управляющего транзистора 2,отрицательным выводом соединен с положительным входным выводом устройства,Последовательная цепочка из светодиода40 оптоэлектронного прибора 10, ограничительного резистора 11 и стабилитрона 13шунтирует силовой вход устройства. Входыдополнительных выпрямителей 14 и 15 подключены к вторичным обмоткам трехобмо 45 точного трансформатора 7, Первичнаяобмотка этого трансформатора соединена свхбдом питания сети переменного тока,Устройство работает следующим образом,50 При нормальном напряжении питающей сети и напряжении на нагрузке 5 регулирующий 1 и управляющий 2 транзисторыоткрыты до насыщения напряжением, поступающим с выпрямителя 14. На переходе55 коллектор - эмиттер регулирующего транзистора 1 очень небольшое падение напряжения, При этом открыт исполнительныйтранзистор 9 напряжением, поступающимчерез резистор 12, На нагрузке 5 поддерживается номинальное напряжение питающей30 40 положительное напряжение, отпирая последний, и на первичную обмотку 21 транс 50 55 сети (согласно ГОСТ) путем компенсации падения напряжения на регулирующем транзисторе и дросселе 20 и путем подачи дополнительного напряжения с трансформатора 6, Это вол ьтдобавочное напряжение выпрямляется диодом 16 и сглаживается конденсатором 18. При перенапряжении в питающей сети выходит из режима насыщения ключевой стабилизатор понижающего типа, настроенный приблизительно на среднее напряжение броска напряжения в питающей сети (возможное по ГОСТ) при перенапряжении. Ключевой стабилизатор понижающего типа в устройстве защиты состоит из транзисторов 1, 2, блока управления 3, резистора 4, коммутирующего диода 17, накопительного дросселя, состоящего из дросселя 20 и обмотки 19 трансформатора 6, включенных последовательно, При этом блок управления 3 может быть выполнен по известным схемам.При этом при перенапряжении пробивается стабилитрон 13 и источник света оптоэлектронного прибора 10 получает питающее напряжение, Срабатывает фото- приемник оптоэлектронного прибора 10 подавая через фотоприемник минусовое запирающее напряжение на базу транзистора 9, запирая его, давая возможность вторичной обмотке 19 трансформатора 6 функционировать как накопительный дроссель ключевого стабилизатора совместно с дросселем 20, так как транзистор 9 заперт, напряжение на первичную обмотку 21 трансформатора 6 не поступает, При перенапряжении в питающей сети напряжение на нагрузке 5 поддерживается в заданном значении ключевым стабилизатором, По окончании перенапряжения ключевой стабилизатор переходит в режим насыщения,обесточивая источник света оптоэлектронного прибора 10. Фотоприемник оптоэлектронного прибора 10 запирается, На базу транзистора 9 через резистор 12 поступает форматора 6 поступает питающее напряжение. Устройство защиты будет функционировать в режиме работы при номинальном напряжении сети, т.е. стабилизатор будет находиться в режиме насыщения с добавочным напряжением, компенсирующим падение напряжения на регулирующем транзисторе 1 и дросселе 20,снимаемым с трансформатора 6. Таким образом повышается надежность путем обеспечения непрерывного питания нагрузки., При этом КПД повышается на 20 - 40)ь, Для некоторого вида радиотехнической аппаратуры, особенно бортовой, имеет большое 5 10 15 20 25 значение уменьшение массы и габаритов. В предложенном устройстве уменьшаются массогабаритные характеристики главным образом за счет уменьшения радиатора регулирующего элемента и совмещения функций трансформатора 6, работающего как трансформатор и накопительный дроссель совместно с дросселем 20 в составе ключевого стабилизатора.Формула изобретения Устройство для защиты нагрузки от перенапряжения в сети постоянного тока, содержащее регулирующий и управляющий транзисторы, блок управления, первый резистор, при этом регулирующий транзистор включен последовательно в одну из силовых шин, блок управления выходом соединен с базой управляющего транзистора, который соединей выходом с базой регулирующего транзистора, первый резистор включен параллельно база-эмиттерному переходу регулирующего транзистора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения непрерывного питания нагрузки с поддержанием номинального напряжения на выходе, повышения КПД и улучшения массогабаритных характеристик, в него введены двухобмоточный и трехобмоточный трансформаторы, выпрямительный мост, исполнительный транзистор, оптоэлектронный прибор, ограничительный резистор, второй резистор, стабилитрон, два дополнительных выпрямителя, первый диод, второй коммутирующий диод, конденсатор и дроссель, причем второй коммутирующий диод подключен катодом к точке соединения эмиттера регулирующего транзистора, к первому выводу дросселя, второй вывод которого через вторичную обмотку двухобмоточного трансформатора соединен с анодом первого диода, катодом подключенного к выход- . ному выводу конденсатора, и блок управления, включенный между выходным выводом и общей шиной, первичная обмотка двухобмоточного трансформатора через выпрямительный мост подключена к введенным выводам для подключения источника переменного напряжения, выход выпрямительного моста подключен параллельно коллекторно-эмиттерной цепи исполнительного транзистора, который базой через резистор соединен с положительным выводом первого дополнительного выпрямителя, а через фотоприемник оптоэлектронного прибора - с отрицательным выводом этого выпрямителя, второй дополнительный выпрямитель подключен положительным выводом к коллектору управляющеготранзистора, а отрицательРектоР А,Осауле ва дакт Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 2596 ВНИИП Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро гарина, 101 ным выводом соединен с положительным входным выводом, последовательная цепочка из светодиода оптоэлектронного прибора, ограничительного резистора и стабилитрона включена между входным выводом и общей шиной, при этом входы дополнительных выпрямителей подключены к вторчным обмоткам трехобмоточного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к 5 выводам для подключения источника переменного тока,