Устройство для защиты нагрузки

СОЮЗ СОВЕТСКИХОРМФФСМешихРЕСПУБЛИК аЕ 111 Э(59 С 05 Р 1/58 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ство СССР1980.во СССР1977.ИТЫ НАГРУЗсиловой иФГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩКИ, содержащее управляемыйэлемент, выполненный на силовом транзисторе, подключенном коллектором иэмиттером соответственно к входномуи выходному выводам, согласующемтранзисторе, эмиттером соединенном сбазовой цепью, а коллектором черезнасыщающий источник - с эмиттеромсилового транзистора, токозадающемрезисторе, подключенном к коллекторному переходу согласующего транзистора, управляющем транзисторном ключе,подключенном коллектором и эмиттеромсоответственно к базе согласующеготранзистора и общей шине и диоде,включенном между выходным выводом иобщей шиной, и пороговый датчик входного напряжения, подключенный входомотносительно общей шивы к входномувыводу, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения эффективностизащиты путем обеспечения минимальногоуровня срабатывания защиты при работе под нагрузкои за чет изменения уровня срабатывания защиты при подключенной и отключенной нагрузках, в него введеиы сравнивающий дифференциальный усилитель с источником опорного напряжения, подключенным относительно общей шины к одной из входных це- пей указанного усилителя, пороговый датчик выходного напряжения, подключенный входом относительно общей шины к выходному выводу, делитель напряжения, состоящий из.трех резисторов и включенный между входным выводом и общей шиной, блокирующий транзисторный ключ и согласующий усила тель, соединенный с питающим входом 9 относительно общей шины с входным выводом, при этом вход укаэанного усилителя соединен с выходом порогового датчика выходного напряжения, а его выход - с другой входной цепью диф- ф ференциального усилителя и с выходом порогового датчика входного напряжения, выходная цепь дифференциального усилителя соединена с базой блокирующего транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с общей шиной, а ффколлектор через средний резистор дели вава теля напряжения - с управляющим входом управляющего транзисторного ключа и с тем резистором делителя напряжения, который соединен с общей шиной.Изобретение относится к электро"технике и может быть использованодля защиты различных радиотехнических устройств от повышения напряжения источника питания,Известно устройство для защиты нагрузки, содержащее управляемый элемент и пороговый датчик входного напряжения, выходом подключенный к управляющему входу управляемого элемента 1 .Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является устройство для защиты нагрузки, содержащее Управляемый элемент, состоящий из силового транзистора, согласующего транзистора, насыщающего источника, диода и управляющего транзисторного ключа, и пороговый датчик входного напряжения, выходом подклю.ченный к управляющему входу транзисторного ключа 2,Недостатками известных устройств является то, что в них невозможно получить уровень срабатывания устрой.ства защиты при бросках входного напряжения ниже напряжения холостого хода источника питания. Это вызвано тем, что при отключении нагрузки источник питания переходит в режим холостого хода, что приводит к увеличению выходного напряжения. источника питания за счет уменьшения потерь напряжения на внутреннем сопротивлении источника и подводящих проводах. При этом уровень выходного напряже-ния источника питания в режиме холостого хода может достигнуть уровня срабатывания устройства защитЫ и тогда для последующего подключения нагрузки необходимо снизить выходное напряжение источника питания ниже уровня срабатывания устройства защиты, что в нерегулируемых источниках питания невозможно, или заранее выбирать уровень срабатывания устройства защиты выше напряжения источника питания в режиме холостого хода. Но повышение уровня срабатывания защиты при подключенной нагрузке может привести к выходу из строя . защищаемых нагрузок при переиапряже" киях, возникающих на выходе источника питания, так как до тех пор пока выходное напряжение источника питания не достигает уровня срабатывания устройства защиты, защищаемые нагрузки находятся под повышенным50 55 щий дифференциальный усилитель с источником опорного напряжения, подключенным относительно общей шины к одной из входных цепей указанногс усилителя, пороговый датчик выходного-напряжения, подключенный входом относительно общей шины к выходному выводу, делитель напряжения, состоящий из трех резисторов и включенныймежду входным выводом и общей шиной, блокирующий транзисторный ключ и согласующий усилитель, соединенный напряжением, Следовательно, необходимо выбирать уровень срабатыванияустройства защиты для отключениянагрузки при бросках входного напряжения ниже уровня срабатывания устройства защиты при подключении нагрузки. Кроме того, в известныхустройствах стабилитроны, используемые в датчиках перенапряжения в качестве пороговых элементов, имеютзначительньй разброс по напряжениюпробоя, что приводит к большим разбросам уровня срабатывания указанных устройств защиты, Это препятствует получению минимального уровнясрабатывания защиты при бросках входного напряжения.Цель изобретения - повышение эффективности защиты путем обеспечения 20минимального уровня срабатывания защиты при работе под нагрузкой засчет изменения уровня срабатываниязащиты при подключенной и отключенной нагрузках.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для защиты нагрузки, содержащее управляемый силовой элемент, выполненный на силовомтранзисторе, подключенном коллектором и эмиттером соответственно квходному и выходному выводам., согласующем транзисторе, эмиттером соеди. -ненном с базовой цепью, а коллекто-,ром через насыщающий источник - сэмиттером силового транзистора, токозадающем резисторе, подключенном кколлекторному переходу согласующеготранзистора, управляющем транзисторном ключе, подключенном коллектороми эмиттером соответственно к базе согласующего транзистора и общей шинеи диоде, включенном между выходнымвыводом и общей шиной, и пороговый 45 датчик входного напряжения, подключенный входом относительно общей шинык входному выводу, введены сравниваю20 25 ЗО 35 40 45 50 55 питающим входом относительно общей шины с входным выводом, при этом вход указанного усилителя соединен с выходом порогового датчика выход- ного напряжения, а его выход - с другой входной цепью дифференциального усилителя и с взводом порогового датчика входного напряжения, выходная цепь дифференциального усилителя соединена с базой блокирующего транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через средний резистор делителя напряжения - с управляющим входом управляющего транзисторного ключа и с тем резистором делителя напряжения, который соединен с общей шиной,На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты нагрузки. Устройство содержит источник питания и нагрузку 2; пороговый датчик 3 входного напряжения, выполненный на стабилитроне 4 и резисторах 5 и 6, управляемый силовой элемент 7, в состав которого входит насыщающий источник 8, управляющий транзисторный ключ 9,токозадающий резистор 10, согласующий транзистор 11, силовой транзистор 12 (два параллельно включенных транзистора), базовые резисторы 13, диод 14. Выход порогового датчика входного напряжения через входную цепь (резистор 15) соединен с одним из входов сравнивапицего дифференциального усилителя 16, другая входная цепь которого (резистор 1) соединена с источником 18 опорного напряжения. Выходная цепь усилителя 16 (резистор 19) соединена с резистором 20 пассивного запирания и базой блокирующего транзисторного ключа 21, коллектор которого подклю" чен к одному из средних выводов дели.теля напряжения, выполненного на резисторах 22-24. Другой средний вывод делителя напряжения подключен к управляющему входу управляющего транзисторного ключа 9, который выполнен на составном транзисторе, посредством включения предварительного . транзистора 25 и резистора 26, Пороговый датчик 27 выходного напряжения выполнен на стабилитроне 28 и резисторах 29 и 30. Выход датчика 27 соединен с входом согласующего усилителя, который выполнен, в частности на входном транзисторе 31,т его коллекторном резисторе 32,реэистивном делителе на резисторах 33 и 34, к среднему выводу которого подключена база выходного транзистора 35, в выходной коллекторной цепи которой включен резистор 36. Выход согласующего усилителя (вывод резистора 36) соединен с выходом порогового датчика 3 напряжения,Устройство работает следующим образом.При включении источника 1 питания напряжение поступает через резистор 32 и делитель напряжения на резисторах 33 и 34 в базу транзистора 35, которьп открывается и через резистор 36 шунтирует резистор 6 датчика 3 перенапряжения, при этом уровень напряжения, поступающий через резистор 15 на первый вход дифференциального усилителя 16 с датчика 3 перенапряжения, ниже уровня напряжения, поступающего с источника 18 опорного напряжения через резистор 17 на второй вход дифференциального усилителя 16. Так как уровень напряжения на втором входе вьппе уровня напряжения на первом входе дифференциального усилителя 16, на выходе дифференциального усилителя - высокий уровень напряжения, что вызывает открывание транзистора 21. Транзистор 21 открывается и шунтирует делитель напряжения на резисторах 23 и 24 и, следовательно, вход транзистора 25Транзистор 25 закрыт, следовательно, отсутствует ток базы транзистора 9, который также закрыт, Транзистор 12 находится в режиме насьпцения за счет базового тока, протекающего через переход коллектор-эмиттер согласующего транзистора 11 и резисторы 13 от дополнительного источника 8. При увеличениинапряжения на выходе устройства защиты увеличивается напряжение на делителе 29 и 30 напряжения, и открывается транзистор 31, который шунтирует дели- . тель 33 и 34 напряжения и, следовательно, вход транзистора 35, который закрывается. Потенциал, снимаемый с резистора 6, повышается,При нормальной работе источника 1 под нагрузкой потенциал, снимаемый с резистора 6 и поступающий через резистор 15 на первый вход дифференциального усилителя 16, выбирается так, чтобы не превьппать уровня на 1099312пряжения, поступающего на второй вход дифференциального усилителя 16 с источника 18 опорного напряжения через резистор 17, тогда на выходе дифференциального усилителя 16 - вы сокий уровень, транзистор 21 открыт, транзисторы 25 и 9 закрыты и не оказывают влияния на работу защитных транзисторов 12.При повышении напряжения источника 1 питания выше допустимого уровня при работе его под нагрузкой, уровень напряжения, снимаемый с датчика 3 перенапряжения, увеличивается и превышает напряжение,. снимаемое с источника 18 опорного. напряжения. Тогда на выходе дифференциального усилителя 16 - низкий уровень напряжения, что приводит к обесточиванию базы транзистора 21, который закрывается, и,напряжение источника 1 питания через резистор 22 и делитель 23 и 24 напряжения поступает в базу транзистора 25, который открывается и обеспечивает протекание базового тока транзистора 9. Транзистор 9 открывается и отключает дополнительный источник 8. Защитные транзисторы 12 эа. крываются и отключают нагрузки от источника питания. Выходное напряже- ЗО ние понижается, делитель напряжения на резисторах 29, 30 обесточивается, и следовательно, обесточивается база транзистора 31, который закрывается, напряжение источника 1 питания через З 5 резистор 32 и делитель 33 и 34 ианря" жения поступает в базу транзистора 35 который открывается и вновь шунтирует резистор 6 делителя 5 и 6 напряжения, тем самым способствуя снижению уров ня напряжения, поступающего на первый вход дифференциального усилителя. Как только напряжение на выходе источника питания снижается до заданной ве" личины уровень холостого хода напря жения на втором входе дифференциального усилителя 10 снова превышает напряжение на его первом входе, на выходе дифференциального усилителя 16 появляется высокий уровень,.50 траэистор 21 открывается, транэисто ры 25 и 9 закрываются, транзисторы 12 открываются и подключают нагрузки к источнику 1 питания.Таким образом, указанные средства в устройстве для защиты нагрузки позволяют получить более низкий уровень срабатывания устройства при работе его под нагрузкой по сравнению с уровнем срабатывания при включении схемы или при повторном подкпючении после срабатывания защиты. Уровень срабатывания устройства для защиты нагрузки определяется напряжением, снимаемым с резистора 6. Это напряжение снижается за счет,шунтирования резистора 6 транзистором 35 через резистор 36 при включении источника питания. Следовательно, уровень срабатывания схемы повышает ся, При работе устройства под нагрузкой транзистор 35 закрыт и не шунтирует резистор 6, следовательно, напряжение, снимаемое с него, увеличи-вается и тем самым уровень срабатывания защиты снижается.При этом обеспечивается нормальное включение устройства при работе источника питания в режиме холостого .хода, когда выходное напряжение его повышается, за счет уменьшения падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника 1. При работе устройства под нагрузкой схема выключается при малейшем перенапряжении, возникающем на выходе источника 1 питания, причем уровень этот будет ниже, чем при включении.При использовании прототипа для защиты нагрузки от перенапряжения источника питания, у которого в нормальном режиме выходное напряжение изменяется от 24 до 30 В, уровень срабатывания выбирался равным 34 В, что недопустимо для некоторых изделий.При работе предлагаемого устройства под нагрузкой обеспечивается уровень срабатывания защиты порядка 30,2 В1099312 Составитель О,Овсянниковедактор И.Касарда Техред Т. Иаточка Коррек каз 4371/3ВН 113035 4 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная Тираж 842Государственного комите по делам изобретений и о сква, Ж, Раушская наб Подписи СССР ытий