Устройство для защиты стабилизатора напряжения от перегрузок по току

 

Использование: во вторичных источниках электропитания для надежной защиты стабилизаторов постоянного напряжения. Сущность изобретения: устр-во содержит плавкий предохранитель, выводы для подключения стабилизатора постоянного напряжения и форсирующий узел, выполненный на параллельном стабилизаторе напряжения. Форсирующий ток через плавкий предохранитель значительно меньше , чем в прототипе, и предохранитель сгорает немного позже. Однако при наличии ограничения входного напряжения это не выводит стабилизатор за пределы области безопасных режимов работы. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,„5LJ, Ä 1753461 А1, (si>s G 05 F 1/569

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО иЗОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ЫХ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ у р" й9К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТАБИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПЕРЕГРУК ПО ТОКУ (21) 4737269/07 - :: . . (54 (22) 12,09.89 ...." " .. ЛИ (46) 07.08.92. 6en. O 29: " . :: . ЗО (71) Конструкторское бюро радиоэлектроники Таллинского производствейного объединения радиоэлектронной техники (72) М,H.Ãîëîâ÷åíêî (56) 1. Полянин К;П. Полупроводниковые ин- " тегральные микросхемы электропитания аппаратуры, — В сб.: Электронная техника в автоматике./Под ред. 10.И.Конева. М,: Советское радио, 1978, вып. 10. с. 47, рис. 10а.

2. Авторское свидетельство СССР

Рв 1111141, кл. G 05 F 1/569, 1984.

3. Авторское свидетельство СССР

М 1191901, кл. G 05 F 1/571. 1984.

4. Авторское свидетельство СССР

hL 1198492, кл. G 05 F 1/569, 1985.

5. Хоровиц П., Хилл. У. Искусство схемотехники. — М.; Мир, 1983, т.1. с. 341, рис.

5,36.

6. Заявка Японии %54 — 3291, кл G05F

1/58, 1980. (57) Использование: во вторичных источниках электропитания для йадежной защиты стабилизаторов постоянного напряжения.

Сущность изобретения: устр-во содержит плавкий предохранитель, выводы для подключения стабилизатора постоянного напряжения и форсирующий узел, выполненный на параллельном стабилизаторе напряжения, Форсирующий ток через плавкий предохранитель значительно меньше, чем в прототийе, и предохрайитель сгорает немного позже. Однако при наличии ограничения входного напряжения это не выводит стабилизатор эа пределы области безопасных режимов рабрты. 1 ил. р

Изобретениеотноситсякзлектротехни- - билизаторам найти:широкое применение в ке и может быть использовано во вторичных различной технике. источниках питания для защиты стабилиэа- Известны устройства защиты стабилиторов постоянного напряжения. - : - заторов с исНользованием плавкого предоИзвестны стабилизаторы постоянного хранителя (2), (3). Однако такие устройства напряжения с внутренней токовой защитой, - не защищают стабилизаторы с описанными в которых предельно допустимое напряже- свойствами, йоскольку эа время сгорания ние между входом in выходом может быть плавкого предохранйтеля, равного нескольменьше входного напряжения t1)., .: ко десятков или сотен миллисекунд, стабилизатор успевает выйти иа строя.

Однако не существует эффективнйхус- Известйо устройства защиты стабилитройств защиты стабилизаторов от токовой . : затора, содержащее Датчик тока. управляюперегрузки или к,з. на выходе, которые не щий ключевым элементам иэ тйристора и смижают надежности и защитных свойств транзисторЭ, K010pblA включен последовастабилизаторов, что не позволяет таким ста- . тмина с эащищаемьнж стабилизатором (4), 1753461

Однако такое устройство снижает надежность системы стабйлизатор плюс защита в.нормальных режимах эксплуатации стабилизатора..Это происходит потому, что в таком устройстве защиты используется последовательный со стабилизатором активный элемент защиты, который не только сложен по конструкции и изменяет характеристики стабилизатора, но и пропускает йостоянно через себя весь ток нагрузки стабилизатора.

Известно также устройство защиты, в котором используют последовательный защитный стабилизатор напряжения, через который включает защищаемый стабилизатор (5).

Однако такое устройство, хотя и обладает необходимым быстродействием для защиты от кратковременных перегрузок, имеет малую надежность защиты при долговременных перегрузках по току. Это связано с тем, что в режиме перегрузки на васледовательном защитном стабилизатора падает полностью разность входного и е>рогового напряжений, что при большом значении аварийного тока приводит к очень значительному выделению тепла в регулирующем элементе последовательного стабилизатора, и он выходит из строя. Кроме того, при долговременной перегрузке в защищаемом стабилизаторе за время перегрузки выделяется значительная энергия. что также отражается на надежности стабилизатора.

Наиболее близким по техйжческой сущности к предлагаемому является устройство для защиты стабилизатора на@рйжвниа от перегрузок по току, содержащее плавкий предохранитель и форсирующий узел в вид@ шунтирующего вход стабилизатора ключевого тиристора (6).

Наличие а устройстве форсирующего узла, уменьшающего время сгорания плаакого предохранителя, увеличивает быстродействие срабатывания устройства защиты в несколько раз по сравнению с известными устройствами, однако и оно явно недостаточно для предотвращения пробоя регулирующего элемента стабилизатора, поскольку мощный ключевой тиристор имеет большую задержку включения, достигающую десятков и сотен микросекунд, и в течение этого промежутка времени, а также в течение времени сгорания плавкого ïðå. дохранителя, через стабилизатор течет аварийный ток перегрузки при напряжении на нем больше максимального допустимого значения и это выводит регулирующий эле" мент стабилизатора из строя.

Цель изобретения — повышение надежности.

Поставленная цель Достигается тем, что в устройстве для защиты стабилизатора на5 пряжения от перегрузок по току, содержащем плавкий предохранитель, одним выводом соединенный с выводом для подключения источника питания, выводы для подключения входа и выхода стабилизатора

10 напряжения и форсирующий узел, последний выполнен на параллельном стабилизаторе напряжения, состоящем из регулирующего элемента, ограничительного элемента и блока сравнения, входы срав15 нения которого подсоединены к выходам для подключения входа и выхода стабилизатора напряжения, вход опоры соединен с выводам для подключения источника порогового напряжения, а выход — с управляю20 щим входом регулирующего элемента, причем ограничмтельный элемент включен мамщу вторым выводом плавкого предохранителя и выаодом лл» подключения входа стабвииазатора иапражфнив.

25 На фиг. 1 приведена структурная схема устройства защиты стабилизатора напряжения: на фвн. 2 и 3 — временные диаграммы, поясняющие функционирование известноm н щюдлагаамого устройств.

ЗО Устройство для защиты стабилаэатора 1 содержит плавкий предохранитель 2 и форсирующий узел в виде параллельного стабилизатора 3, состоящего иэ регулирующего элемента 4. ограничительного элемента 5 и

35 блока 6 сравнения, Регулирующий элемент

4 может быть в виде мощного транзистора, а ограничительный элемент 5 — в виде низкоомного резистора.

Устройство работает следующим обра40 зом.

Напряжение с шины источника питания

Ол поступает через плавкий предохранитель 2 и ограничительный резистор 5 на вход защищаемого стабилизатора 1 напря45 жения. Блок 6 сравнения сравнивает разность входного напряжения U>< и выходного напряжения 0»х стабилизатора

1 с пороговым напряжением Ugpp. При.перегрузке выхода стабилизатора 1 по току, т,е.

50 когда ток нагрузки 1, превышает ток срабатывания lapp внутренней защиты стабилизатора 1, происходит возрастание между входом и выходом стабилизатора 1 Л О. При превышении этим напряжением порогового

55 значения Опор на выходе блока 6 сравнения вырабатывается сигнал, который переводит транзистор регулирующего элемента 4 из режима неглубокой отсечки в активный режим. При этом блок 6, регулирующий эле. мент 4 и ограничительный элемент 5

1753461 образуют параллельный входу стабилизатор, который ограничивает входное напряжениестабиизатора1О наypoBHe U. р-+ Ue xx.

Значение напряжения Опор выбирают исходя из того, чтобы оно не могло превысить максимально допустимое напряжение Омако между входом и выходом стабилизатора 1.

В результате ограничения входного напряжения Uex напряжение Л U не может достигнуть значения Омакс и, следовательно, не может произойти пробоя стабилизатора

1 по напряжению. Одновременно с ограничением форсирующий узел в виде параллельного стабилизатора 3 резко увеличивает ток потребления от шины источника питания Оп, что обеспечивает форсирование сгорания плавкого предохранителя 2 и обесточивание стабилизатора 1. Значение сопротивления ограничительного элемента 5 R5 выбирают таким чтобы амплитуда импульса тока через регулирующий элемент 4 не превысила максимально допустимое значение тока !макс для применяемого транзистора, но была бы гораздо больше тока срабатывания плавкого предохранителя 2 Inp. Кроме того, к ñîïðîтивлению резистора 5 R5 предъявляются также такие требования, чтобы падение напряжения на нем при номинальном токе нагрузки стабилизатора 1 I<>M было заметно меньше минимального падения напряжения на стабилизаторе 1 Unaq. Все эти условия реализации устройства можно выразить

s виде следующих соотношений:

Опор < Омакс

R5 > (Un Опор)/ макс.

R5 « (Un Опор)/(напр пор)

R5 « Опадl!ном

Сравним напряжения и токи в стабилизаторе при использовании двух устройств защиты: rio прототипу и по предлагаемому устройству (фиг. 2 и 3), Предпьложим, что сопротивление нагрузки стеби1изатора R меняется от номинального знзч эния Яном до нуля. При этом ток нагрузки 4, заличивает ся от значения imp< до порогового значения

lnpp. В момент времени, когд Оном запор, начинает уменьшаться напряжэние на выходе стабилизатора 1 Оапек вследсгвие действия внутренней защиты стабилизатора и при Rg = 0 оно также становится равным нулю. Поскольку в известном устройстве (фиг, 2) в течение времени, пока плавкий предохранитель не сгорел, входное напряжение стабилизатора Uax остается относительно постоянным, то напряжение между входом и выходом Л U растет с момента падения выходного напряжения Овых до момента полного замыкания нагруЗки и моае1 достигнуть значения A lJ=L4x=L4; В момент времени, когда напряжение Л U достигнет значения Опор, в известном устройстве открывается ключевой элемент и

5 резко увеличивается ток через него и плавкий предохранитель, тем самым форсируя

eto сгорание. Однако, поскольку плавкий предохранитель обладает большой инерционностью, то отключение шины источяика

10 питания Un от стабилизатора задерживает-. ся на время Тпр и напряжение между входом и выходом стабилизатора Л О успевает повыситься много выше значения Опор вплоть до уровня Un. который значительно боаьше

15 максимального допустимого напряжения

Омако, и стабилизатор выходит иэ строя. В то же время, в предлагаемом устройстве (фиг.

3) при достижении напряжением ЛО значения Опор начинает действовать на входное

20 напряжение Uex параллельный стаб: пизатор напряжений, который за счет падения напряжения на огранйчительном резисторе в соответствии с уменьшением выходного напряжения Ua x удерживает напряжение

25 Ь U на уровне Опор. Входное напряжение

Uex при этом уменьшается за счет увеличения тока через цепь от шины источника питания. состоящую из плавкого предохранителя и ограничительного рези30 стора, что одновременно обеспечивает форсирование сгорания плавкого предохранителя. ФОрсирующий ток через плавкий предохранитель в предлагаемом устройстве значительно меньше, чем в изве35 стном, и предохранитель сгорает немного позже, однако при наличии ограничения входного напряжения Uex это не выводит стабилизата за пределы области безопасных режимоа .)аботы (Л U Unop< Ом.„.), и

40 он сохраняет ".вою работоспособность после простой замены сгоревшего плаакого предохранит:.-. . Наличие ограничительного элемента .. e. де резистора, включенного последовательно с плавким предохраните45 лем, позволят уменьшить амплитуду импульса тока через регулирующий элемент защиты и кстсчник питания как минимум на порядок г.с -"<. авнению с известным устройством эаи„иты, что благоприятно отражает50 ся на надежности системы источник питания — стабилизатор напряжения с защитой.

В ходе проверки предложенного устройства защиты на конкретном стабилиза55 торе с выходным напряжением 40 В, входным напряжением 60 В и максимально допустимым напряжением между входом и выходом 30 В установлено следующее. При " выборе порогового напряжения равным 24

1753461

B, что меньше максимально допустимого, указанный стабилизатор, который построен на микросхеме типа КР142ЕНВВ и дополнительном стэбилитроне типа КС224Ж, выдержал не менее 200 коротких замыканий выхода. в то время как органиэация защиты по известному устройству приводит стабилизатор к пробою через 1-6 коротких замыканий вйхода.

Фа.! . к

t е

Фщ.Я . . Фив. 5

Составитель М.Головченко

Редактор И.Шмакова Техред М.Моргентал КорректЪр M.Максимишинец

Заказ 2768 Тираж Подписное

ВНИИПИ Госудэрствейного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113036, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Применение предложенного устройства защиты позволяет использовать в стабилизаторах более низковольтные активные элементы, например микросхемы, и- позволяет уменьшить себестоимость стабилизаторов постоянного напряжения или рэсширйть их диапазон входных и выходнйх напряжений, Это позволяет расширить возможности применения стабилйзаторов, Имеющих токовую защиту, но обладающих малыми предельно допустимыми напряжениями между входом и выходом стабилйзато ра.

Фо р мул а изобретен ия

Устройство для защиты стабилизатора напряжения от перегрузок bio току, содержащее плавкий йредохранитель, одним вы-..

5 водом соединенный с выводом для

hîäêëþ÷åéèÿ источника питания, выводы для подклачения"входа и выхода стабили-:... затора напряжейия и форсирующий узел;: о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью

10 повышения надежности, форсирующий узел выполнен- на параллвльйом стабйлиэаторв напряжения, состоящем иэ регулирующего элемента, ограничительного элемента и блока сравнения, входы сравнения которого под15 соедйнены к выводам для подключения входа и выхода стабилйзатора напряжения, вход опоры Совдийен с выводом для подключения истбчника порогового напряжения, а выход— с управляющим входом регулирующего эле.20 мента; причем ограничительный элемент включен между вторым выводом плавкого предохранителя и выводом для подключения входа стабйлизатора напряжения.