Источник питания постоянного напряжения

 

Своз Советских

Социалистических

Республик

647677

ИЗОБРЕТЕН H$l

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (5l) М. Кл.

С3 05 i 3/02 (22) Заявлено 11.08.76 (2l) 2396138/24-07 к с присоединением заявки №

Государственный. квинтет

СССР оо делам изооретеннй N открытнй (23) При ори,тетОпубликовано 15.02.79.бюллетень №6

Дата опубликования описания j 9.02.79 (53) УДК 621 316. .722.1(088,8) (72) Автор изобретения

В. A. Сидяк (71) Заявитель

Научно-производственное объединение Автэматгормаш (S4) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение предназначено для использования в устройствах электропитания аппаратуры управления, контроля и автоматики, в частности, в искробезопасных устройствах питания повышенной мощности, Известен источник питания с защитой от перегрузок по току и коротких

: замыканий, содержащий последовательный регулирующий транзистор и делитель напряжения на входе, транзистор зашиты и резисторкый датчик тока (11

Наиболее близким к изобретению техническим решением является источник питания постоянного напряжения, содержащий питающий трансформатор, вторичные обмотки которого, соединенные в звезду, подключены к выпрямителю, выполненному на диодах по схеме с нулевым выводом, токоограничивающий транзистор, эмиттер которого через резистор подключен к катодам указанных диодов, коллектор соединен с положительным выходным выводом, а база через резистор подключена к отрицательному выходному выводу, и нелинейные .двухполюсники, один вывод каждого из котооых подключен к базе транзистора (21.

5 Для защиты известного источника питания от перегрузки и коротких заМыканий используется токоограничивающийтранэистор, включенный в плюаовую шину источника, причем база транзистора пОдключена через резистор к минусовому выводу источника, а эмиттер— через резистор к плюсовому выводу выпрямителя. База транзистора соединена с плюсовым выводом выпрямителя через нелинейный элемент — стабилитрон, вклю-ченный в прямом направлении. При перегрузке источника отпирается этот стабилитрон, вследствие чего запирается

1 токоограничивающий транзистор, ограничивая величину тока в выходной цепи .величиной, близкой к току срабатывания защиты, т.е. всегда большей номинального тока, но гораздо меньшей, чем ток короткого замыкания при отсутствиии зашиты. Однако, при коротком замыкании на токоограничиваюшем транзисторе рас сеивается значительная мощность, так как к нему прикладывается полное на- 5 пряжение источника пои .токе, большем номинального, поэтому, если возможен

° длительный режим короткого замыкания, приходится принимать меры для рассеивания этой мощности, что увеличивает 1О габариты и снижает надежность источника.

Целью изобретения является повышение надежности источника. Это достигается тем, что в предлагаемом источни- 15 ке каждый иэ нелинейных двухполюсников другим выводом подключен к аноду соответствующего из диодов выпрями- теля и выполнен на базе элемента с

5 -образной вольт-амперной характе- 20 ристикой.

Кроме того, каждый йз нелинейных двухполюсников может быть выполнен в виде тиристора, между анодом и управляющим электродом которого вклю- 25 чены последовательно диод и стабилитрон.

Каждый из нелинейных двухполюсников может быть выполнен также в виде тиристорного оптрона, светодиод которого включен между анодом и катодом фототиристора оптрона через диод и стабилитрон.

На фиг. 1 дана схема описываемого источника, на фиг. 2 и 3 - варианты выполненйя нелинейного двухполюсника, на фиг. 4 и 5 - волыамперные характеристики нелинейных двухполксников.

Источник содержит (см. фиг. 1) питающий трансформатор 1, вторичные 40 обмотки которого, соединенные в звезду„ подключены к выпрямителю 2, токоограничиваюший транзистор 3, точка 4 базы которого через резистор 5 йодключена K отрицательному выходному выводу 6, 45 а коллектор - к положительному выходному выводу 7, измерительный резистор 8, включенный между эмиттером транзистора 3 и плюсовым выводом выпрямителя 2. Точка 4 базы транзистора

3 соединена с точками анодов 9 диодов выпрямителя 2 через нелинейные двухнолюсники 10 с 5 -образными .. вольт-амперными характеристиками 11 (см. фиг. 4). .Каждый нелинейный двухполюсник 10 может быть выполнен в виде тиристора

12 (см. фиг. 2), между анодом и управляющим электродом которого включены последовательно диод 13 и стабилитрон 14, или в виде тиристорного оптрона 15 (см. фиг. 3), светодиод 16 которого включен между анодом и катодом фототиристора 17 оптрона через диод 18 и стабилитрон 19.

Источник работает следующим образом.

При номинальных токах нагрузки 20 падение напряжения на диодах выпрямителя 2, резисторе 8 и переходе эмиттер — база транзистора 3 (между точками 9 и 4) меньше напряжения переключения 21 (см. фиг, 4) нелинейного двухполюсника 10, поэтому последнйй находится в выключенном состоянии, т.е. имеет высокое сопротивление. При этом транзистор 3 нжодится в состоянии насыщения за счет тока базы, обеспечиваюшэгося резистором 5.

При превышении током нагрузки некоторой величины (перегрузке или коротком замыкании нагрузки) падение напряжения между точками 9 и 4 превышает напряжение переключения 21, один из нелинейных двухполюсников 10 включается, падение напряжения 22 на нем определяется рабочей точкой 23 - точкой пересечения нагрузочной характеристики 24 резистора 5 и волыамперной. характеристики 1 1 нелинейного двухпо-. люсника 1 О. Практически это н&пря2к9 ние находится в пределах 1-2Б. Это означает, что транзистор 3 запрется, так как падение напряжения между точками 9 и 4, определяющееся током эмиттера транзистора 3, должно быть равно падению напряжения 22 на двухполюснике

Из- за нелинейности прямых сопротивле ний диодов выпрямителя 2 и перехода эмиттер-база транзистора 3 кратность токов эмиттера можно точно: определить только графоаналитически. Ориентировочно, если пренебречь падением на ди6дах выпрямителя 2 и переходе эмиттер-база транзистора 3, можно получить )э мокс +Xi з макс 8

Ф t

Э огр

22. гдето, - максимальный ток эмиттера, авакс соответствующий порогу срабатывания зашиты (т.е. условию 0ймзкс Р =u 4огр — ток эмиттера, устанавлива юшийся в цепи эмиттера после срабаты647677

55 вания защиты (после включения нелинейного двухполюсника):

0 - предельное напряжение меж ду точками 9 и 4, при котором еше не срабатывает двухполюсник, g<< - падение напряжения на двухполюснйке после срабатывания.

Надлежащим выбором кратности

U /ll можно добиться существен21! ного уменьшения тока J zp, т.е. обеспечить ток короткого замыкания схемы )к э 4 ном где 4íîì минальный ток нагрузки.

Хотя в режиме к.з. все выходное напряжение падает на транзисторе 3, мощность, рассеиваемая на нем„. невелика, твк как невелик ток короткого замыкания 0 к кq " Jýогр " 0 g . Нагрузочнвя характеристика 25 источника приведена на фиг. 5.

После снятия к.э. или устранении перегрузки источник восстанавливает рабочее состояние, твк квк благодаря под ключению нелинейных двухполюсников

10 к разным фазам трансформатора l ранее включенный двухполюсник выключается при снижении мгновенного значения напряжения данной фшы относитель но любой из двух других, т.е. задержка воЧстановления напряжения не превышает

2T/Ü 6,6 мс (при частоте сети

5 Гц).

Из выпускаемых промышленностью полупроводниковых приборов наиболее подходящими элементами для формирования 6, -образной вольт-вмперной ха« рактеристики являются тиристоры и оптроны. В первом случае (см. фиг. 2) между анодом и управляющим электродом тиристора включается стабилитрон

14 и диод 13, поэтому тиристор 12 включается, когда в пепи его управляющего электрода проходит достаточной величины ток, что происходит в случае

Ц - o ц. "уэ где 3 - анодное напряжение, - падение напряжения на дио - . де 13, О - напряжение стабилизации стабилитрона 14, ф — парение напряжения на переЦ9

xone управляющий электрод -катод тиристора 12, соответствующее току включения его.

Величины Ц @ и ц достаточно стабильны и известны с удовлет>е

f$

35 ворительной точностью, тогда квк Ц„ колеблется в пределах 0,5-10 В и более, что требует предварительного о бора для использования в данной схеме

THpHcTopoB c минимальным 2 у з (HBпример, с U g - 2В).

При использовании в качестве нелинейного двухполюсника тиристорного оптрона (см. фиг. 3) специального подбора производить не требуется, так как прямое падение напряжения нв светодиоде

16 оптрона при токах через него, соответствующих токам включения фототиристора 17 оптрона, не превышает по техническим условиям 28.

Диоды 13 и 18 предохраняют переход управляющий электрод-катод тирис« тора 12 и светодиод 16 от обратного напряжения.

Предлагаемый источник может быть использован при построении искробеэопасных йсточников повышенной мощности, в которых сокращение длитель ности коммутационных разрядов обеспечивается тиристорными короткоэамыкателями, шунтируюшими выход источника, т.е. переводящими его в режим короткого замыкания. Эффект от использования изобретения заключается в снижении мощности, рассеиваемой в режиме кз. на токоограничиваюших элементах источника,,что позволяет повысить HQ» дежность, уменьшить габариты и вес ис.точника.

Формула изобретения

1. Источник питания постоянного напряжения, содержащий питающий трансформатор, вторичные обмотки которого, соединенные в звезду, подключены к выпрямителю, выполненному нв диодах по схеме с нулевым выводом, токоограничиввюший транзистор, эмигтер которого через резистор подключен к катодам указанных диодов, коллектор соединен с положительным выходным выводом, в база через резистор подключена к отри нательному выходному выводу, и нелинейные двухполюсники, один вывод каждого из.которых подключен к базе транзистора отличающийся тем, что, с целью повышения надежности источника, каждый иэ нелинейных двухполюсников другим выводом подключен к аноду соответствующего иэ диодов выпрямителя и выполнен нв базе элемента

647677

10 с S -образной вольт-амперной..-характеристикой.

2. Источник по п. 1, о т л и ч а— ю m и и с я тем, что каждый из нелииейных двухполюсников выполнен в виде тиристбра",между анбдом и управляющим электродом которого включены последовательно диод и стабилитрон.

3. Источник по п. 1, .о т л и ч а юш и и с я тем, что каждый из нелинейных двухполюсников выполнен в виде тиg ристорного оптрона, светодиод которого включен между анодом и катодом фототиристора оптрона через диод и стабилитрон.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лвторское свидетельство СССР

14 392479, кл. Cj 05 Р 1/58, 1970.

2. Сб, "Электронная техника в автоматике", вып. 2, изд. "Энергия", 1971, с. 170.

0НИИПИ Заказ 310/41

Тираж 1014 Подписное

Филиал ППП Патент" г. Ужгород,ул. Проектная,4