Система питания с искробезопасным выходом

 

Иибрегенио относится к устройствам электропитания, защищенным сг аварийного повышения тока и напряжения в выходной цепи. Система предназначена преимущественно для всгройки в блоки питания искробеэопясных приборов Цель 2 изобретения - повышение надежности и упрощение Это достигается за счет упрощения цепи обратной положительной связи, выполненной в виде резистора, соединяющего базу второго транзистора с первым выходным зажимом системы питания, а также за счет упрощения цепи защиты от повышения выходного напряжения. Цепь защиты выполнена в виде стабилитрона и резистора, соединяющих базу второго транзистора с общей шиной системы питания Отсутствует вторая связь выходной цепи с первичным источником питания через эмиттерно-ба овый переход первого транзистора устройства защиты . Исключен стабилизатор тока, питающий базовую цепь первого транзистора устройства защиты. 1 ил. Ё

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ ".БЛИК

ГОСУцАРСТВЕННЫй КОМИТГТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬ! ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР пц:пр ц . 1

П1Г,"; ..:

Е.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРГКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4709352/07 (22) 23.06.89 (46) 30.05.91. Бюл, ¹ 20 (72) Е. И, Егоров (53) 621.316.925(088.8) (56) Патент Великобритании М 1511443, кл, Н 2 К, 1978, Авторское свидетельство СССР

t4 1411517, кл. Е 21 Г 9/00, 1986. (54} СИСТЕМА ПИТАНИЯ C ИСКРОЬЕЭОПАСНЬ!М ВЫХОДОМ (57) Изобретение относится к устройствам электропи эния, эащи,ценным ог аварийного повышения тока и напряжения в выходной цепи. Система предназначена преимущественно для встройки в блоки питания искробезопасных приборов. Цель

Изобретение относится к устройствам электропитания, защищенным от аварийного повышения тока и напряжения в в . ходной цепи, и предназначено преимущес денно для встройки в блоки электропитания искробезопасных приборов.

Цель изобретения — повышение надежности и упрощение

На чертеже приведена электрическая схема предлагаемой гистемы питания с искробеэопасным выходом.

Система включает в себя первичный источник 1 питания, блок 2 регулирования выходного напряжения, блок 3 управления. блок 4 формирования сигнала рассогласования, выход которого через ограничительный резистор 5 соединен с входом управления блока 3, и блок 6 защиты от превышения искробезопэсного уровня тока и напряже511) )„„1652621 А1

as

- ния, подключенный к выходу первичного источника 1 питания через блок 2 регулирования выходного напряжения. 0»

Блок 6 защиты включает в себя первый (Я транзистор 7, подключенный коллектором к »») первому выходному зажиму системы пита- О», ния, а базовой — через первый и второй последовательно соединенные резисторы 8 и 9 к общей шине, третий резистор 10, один вывод которого подключен к эмиттеру транзистора 7, а второй вывод подсоединен к выходу блока 2 регулирования выходного напряжения, второй транзистор 11, коллектор которого подключен к базе транзистора

7, эмиттер — к второму выводу третьего резистора 10 и к выходу блока 2, а база подсоединена через четвертый резистор 12 к эмиттеру транзистора 7 и через пятый резистор 13 к выходу блока 6, стабилитрон 14, 1652621 подсоединенный одним выводом к базе транзистора 11, а вторым выводом — к общей точке соединения резисторов 8 и 9.

Блок 2 регулирования выходного напряжения, функционально объединенный с блоком 3 управления и блоком 4 формирования сигнала рассогласования, образует стабилизатор напряжения.

В качестве блока 3 управления в предлагаемой системе питания с искробеэопасным выходом может быть применен регулируемый стабилизатор напряжения 142 Е Н3 6K0.347.098

ТУ4.

Система работает следующим образом, В номинальном режиме работы, когда ток нагрузки в выходной цепи питания меньше ограничиваемой искробезопасной величины, падение напряжения на резисторе 10 недостаточно для отпирания транзистора 11 и транзистор 11 не влияет на работу системы питания.

Транзистор 7 в номинальном режиме работы полностью открыт и напряжение с выхода блока 2 регулирования выходного напряжения передается на выход системы питания за исключением потерь на эмиттерно-коллекторном переходе открытого транзистора 7 и на резисторе 10.

Так как падение напряжения на открытом транзисторе 7 невелико (0,3-0,8S), ток, протекающий по цепи резисторов 12 и 13, мал (не превышает 0,2 мА), соответственно мало падение напряжения на резисторе 12 (40 — 110 мВ). Суммарное падение напряжения на резисторах 10 и 12 в номинальном режиме работы недостаточно для отпирания транзистора 11 и последний не влияет на работу системы питания.

Цепь защиты (стабилитрон 14 и резистор 9) выходной цепи от высокого напряжения, превышающего искробезопасный уровень, также не влияет на работу системы питания в номинальном режиме, так как напряжение на входе устройства 6 защиты не достигает величины, при которой стэбилитрон 14 пробивается, Ограничение тока в выходной цепи системы питания обеспечивается следующим образом.

В аварийном режиме при возрастании тока в выходной цепи до ограничиваемой величины падение напряжения от резистора 10 увеличивается и суммарное падение напряжения на резисторах 10 и 12 становится достаточным для открывания транзистора 11. При этом транзистор 11 шунтирует эмиттерно-коллекторным переходом базовую цепь транзистора 7, потенциал базы уменьшается, транзистор 7 запирается, 5

По мере эапирэния транзистора 7 падение напряжения на его эмиттерно-коллекторном переходе увеличивается. Одновременно возрастает напряжение на входе блока 6 защиты, так как напряжение на выходе системы питания и соответственно сигнал рассогласования, поступающий с выхода блока 4 на вход блока 3, уменьшается, Блок 3 открывается и соответственно открывается блок 2 регулирования выходного напряжения.

С возрастанием падения напряжения на змиттерно-коллекторном переходе транзистора 7 возрастает ток, протекающий по цепи резисторов 12 и 13, при этом увеличивается падение напряжения на резисторе 12, Суммарное падение напряжения на резисторах

10 и 12 возрастает Потенциал базы транзистора 11 увеличивается до величины, при

«оторой транзистор 11 полностью открывается.

Транзистор 7. базовая цепь которого шунтируется эмитгерно-коллекторным переходом открытого транзистора 11, переходит скачком в запертое состояние и отключает выходную цепь питания от выходэ блока 2 и соответственно от выхода первичного источника 1 питания.

При переходе транзистора 7 в запертое состояние блок 2 регулирования выходного напряжения также скачком открывается, тэк как сигнал рассогласования становится близким к нулевому значению. Нэ вход блока б защиты поступает напряжение первичного источника 1 питания за исключением потерь на внутреннем сопротивлении блока

2. При этом стабилитрон 14 пробивается по цепи: резистор 9, стэбилитрон 14, резисторы !2 и 10 и эмиттерно-базовому переходу транзистора 11. Падение напряжения на резисторах 10 и 12 достигает такой величины, при которой транзистор 11 удерживается в открытом устойчивом состоянии (транзистор 7 в за" ртом состоянии), несмотря на то, что падение напряжение на резисторе 10 становится близким к нулевому значению после того, кэк транзистор 7 запирается.

Таким образом, реализуется триггерная характиристикэ срабатывания блока 6 защиты выходной цепи от превышения искробеэопасного уровня тока.

Падение напряжения на эмиттерно-коллектср ом переходе транзистора 7, при котором блок б защиты срабатывает в режиме аварийного повышения тока в выходной цепи, определяется соотношением величины сопротивлений резисторов 12 и 13 (с уменьшением сопротивления резистора 13 падение напряжения уменьшается. с уменьшением сопротивления резистора 12 — увеличивается).

1652621

Это позволяет ограничить падение напряжения на транзисторе 7, свести к минимальному значению мощность, рассеиваемую на нем, и таким образом обеспечить надежную работу блока 6 защиты.

В исходное рабочее состояние блок 6 защиты переводится устранением аварийного возрастания тока в выходной цепи с последующим кратковременным выключением питания системы.

Ограничение выходного напряжения в аварийном режиме достигается с помощью стабилитрона 14 и резистора 9. При возрастании напряжения на входе блока 6 защиты до предельной величины, не превышающей искробезопасный уровень (например при выходе иэ строя блока 2), стабилитрон 14 пробивается по цепи; резистор 9, стабилитрон 14. резисторы 12 и 10 и переходу базаэмиттер транзистора 11.

Падение напряжения на резисторах 10 и 12 достигает величины, при которой транзистор 11 открывается и шунтирует эмиттерно-коллекторным переходом базовую цепь транзистора 7. Потенциал базы транзистора 7 уменьшается, транзистор 7 запирается и отключает выходную цепь от первичного источника 1 питания, Уровень напряжения на входе блока 6 защиты и соответственно максимально допустимый уровень выходного напряжения системы питания, при котором стабилитрон

14 пробивается, определяется напряжением стабилизации стабилитрона 14 и величиной сопротивления резистора 9 (падением напряжения на прямом базово-эмиттерном переходе транзитора 11 можно пренебречь, так как его величина мала, не превышает 0,7

В), С уменьшением сопротивления резистора 9 ограничивается уровень напряжения на выходе системы понижается.

Таким образом, при аварийном возрастании входного напряжения так же, как и при аварийном возрастании тока, тключается выходная цепь от первичного источника 1 питания. при этом исключается попадание высокого напряжения в выходную цепь, ограничивается мощность, рассеиваемая на транзисторе 7, В рабочем режиме с помощью стабилизатора напряжения (функционально обьединенные блоки 2 — 4) обеспечивается постоянство напряжения на выходе системы питания и на входе блока 6 защиты, Это обеспечивает воэможность получения максимально допустимой искробеэопасной мощности и работу блока 6 защиты в номинальном режиме при изменении входного напряжения первичного источника 1 пита10

55 ния в широком диапазоне, обеспечивается высокий КПД системы.

Соединением выхода блока 4 формирования сигнала рассогласования с выходом блока 3 управления через ограничительный резистор 5 исключается аварийное повышение тока в выходной цепи по цепи связи блоков 3 и 4.

Таким образом, в предлагаемой системе питания защита выходной цепи от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения, возможность получения максимальной искробеэопасной мощности на выходе, уменьшение потерь энергии (высокий КПД} достигается более простыми средствами: количество элементов блока 6 защиты по сравнению с прототипом сократилось с 15 до 8. Это позволяет в состав системы вводить резервное устройство защиты, включаемое последовательно в выходную цепь питания и повышающее надежность защиты выходной цепи от превышения искробеэопасного уровня тока и напряжения без значительного увеличения количества электрорвдиоэлементов и снижения надежности питания. В предлагаемой системе питания отсутствует связь выходной цепи с первичным источником 1 питания через эмиттерно-базовый переход транзистора 7, В результате этого надежность защиты выходной цепи от превышения искробезосного уровня тока и напряжения повышается. Кроме того, сохранена воэможность автоматического включения системы после устранения аварийного повышения тока или напряжения в выходной цепи. уменьшение температурного дрейфа ограничиваемого уровня выходного тока, а также обеспечение возможности использования системы в биполярных источниках тока с искробезопасным выходом, Формула изобретения

Система питания с искробезопасным выходом, содержащая первичный источник питания, блок регулирования выходного напряжения, блок управления. блок формирования сигнала рассогласования, ограничительный резистор, блок защиты от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения в выходной цепи, состоящий из первого и второго транзисторов, стабилитрона и пяти резисторов, при этом вход указанного блока подключен к плюсу первичного источника питания через блок регулирования выходного напряжения, его выход соединен с первым входом блока формирования сигнала рассогласования, второй выход которого через ограничительный резистор соединен с входом блока управления, выходы которого

1652621

Составитель К. Шилан

Редактор С. Лисина Техред М.Моргентал Корректор Т, Малец

Заказ 1757 Тираж 289 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 подключены к соответствующим входам блока регулирования выходного напряжения, втзрые выходы блока управления, минус первичного источника питания и второй вход блока формирования сигнала рассог- 5 ласования соединены с общей шиной, о т ли ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения, база первого транзистора блока защиты от превышения искробезопасного уровня тока и напряже- 10 ния в выходной цепи соединена с общей шиной через два последовательно соединенных резистора, общая точка соединения которых подключена через стабилигрон к базе второго транзистора, змиттер которого 15 подключен к первому выводу третьего резистора и является входом блока защиты от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения в выходной цепи, второй вывод упомянутого резистора подключен к эмиттеру первого транзистора и через четвертый резистор соединен с базой второго гранзистора и с первым выводом пятого резистора, второй вывод которого соединен с коллектором первого транзистора и является выходом блока защиты от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения в выходной цепи, а коллектор второго транзистора подключен к базе первог0 транзистора,