Пристрій захисту підсилювача потужності від “наскрізних” струмів

1. Пристрій захисту підсилювача потужності від "наскрізних" струмів, що містить два блоки захистів - блок струмового захисту й блок захисту від "наскрізних" струмів, при цьому блок струмового захисту включає трансформатор струму й схему захисту, а блок захисту від "наскрізних" струмів містить магніточутливий датчик "наскрізного" струму (МЧДНС) із запам'ятовуванням аварійного сигналу, вихід якого з'єднаний із блоком захисного відключення, що містить мостовий мережний випрямляч, вхід якого підключений до напруги мережі змінного струму, а вихід якого навантажений на тиристор, при цьому вихід тиристора з'єднаний через діод з згладжуючим LC-фільтром, реалізованим на дроселі й конденсаторі, який відрізняється тим, що струмові обмотки МЧДНС включені в протилежні плечі мостової схеми підсилювача потужності, а вихід МЧДНС з'єднаний зі схемою включення тиристора, що включає фазочутливий датчик на першому логічному елементі АБО-НІ і двох резисторах і формувач імпульсів на другому логічному елементі АБО-НІ, що диференціює ланцюг, який містить послідовно включені резистор й конденсатор, а також транзисторний емітерний повторювач, вихід якого з'єднаний з керуючим U 2 (19) 1 3 лодіодним індикатором, причому блок пам'яті виконаний на двох логічних елементах "І", на яких реалізований "RS"-тригер, вихід блоку мостового випрямляча зашунтований підстроєчним резистором "грубо", блок установки в нуль виконаний на послідовно з'єднаних резисторі й конденсаторі, середня точка яких підключена до входу "R" блоку пам'яті, при цьому конденсатор зашунтований резистором. Недоліками найближчого аналога є обмежені функціональні можливості пристрою, що не дозволяють захистити підсилювач потужності від "наскрізних" струмів, а також наявність перешкод, створюваних пристроєм, які проникають у мережу і є джерелом спотворення радіо- і телесигналів. Технічним результатом корисної моделі є розширення функціональних можливостей за рахунок захисту від "наскрізних" струмів підсилювача потужності при зменшенні спотворення радіо- і телесигналів. Технічною задачею корисної моделі є розробка нового пристрою струмового захисту. Поставлена технічна задача досягається тим, що в пристрої захисту підсилювача потужності від "наскрізних" струмів, що містить два блоки захистів - блок струмового захисту й блок захисту від "наскрізних" струмів, при цьому блок струмового захисту включає трансформатор струму й схему захисту, а блок захисту від "наскрізних" струмів містить магніточутливий датчик "наскрізного" струму (МЧДСТ) із запам'ятовуванням аварійного сигналу, вихід якого з'єднаний із блоком захисного відключення, що містить мостовий мережний випрямляч, вхід якого підключений до напруги мережі змінного струму, а вихід якого навантажений на тиристор, при цьому вихід тиристора з'єднаний через діод з LC-фільтром, що згладжує, реалізованим на дроселі й конденсаторі, при цьому струмові обмотки МЧДСТ включені в протилежні плечі мостової схеми підсилювача потужності, а вихід МЧДСТ з'єднаний зі схемою включення тиристора, що включає фазочутливий датчик на першому логічному елементі "АБО-НІ" і двох резисторах і формувач імпульсів на другому логічному елементі "АБО-НІ" і ланцюжку, що диференціює, що складається з послідовно включених резистора й конденсатора, а також транзисторному емітерному повторювачі, вихід якого з'єднаний з управляючим електродом тиристора, а живлення схеми включення тиристора здійснюється через параметричний стабілізатор напруги, крім того, струмові обмотки МЧДСТ включені в діагональ мостової схеми підсилювача потужності послідовно один з одним і з первинною обмоткою вихідного трансформатора підсилювача потужності, а магнітні потоки цих двох струмових обмоток спрямовані зустрічне один одному, а кожна із двох струмових обмоток МЧДСТ включена в діагональ мостової схеми підсилювача потужності послідовно з первинною обмоткою вихідного трансформатора підсилювача потужності й додаткової - третьої - струмовою обмоткою МЧДСТ, магнітний потік якої спрямований зустрічне магнітному потоку кожної із двох струмових обмоток, при цьому МЧДСТ являє собою магніточутливий контактний елемент із "пам'яттю", 14169 4 наприклад, феррид або магніточутливий контактний елемент геркон, вихід якого підключений до входу схеми включення тиристора через електронний запам'ятовувальний пристрій, наприклад, тригер, причому МЧДСТ являє собою напівпровідниковий магніточутливий елемент, наприклад, магнітодіод, магнітотранзистор або магніточутливу мікросхему. Новим у заявленому пристрої у порівнянні з найближчим аналогом є розширення функціональних можливостей пристрою, що дозволить: - підвищити надійність роботи мостового підсилювача потужності; - відключати мостовий підсилювач, що захищає потужності, без ушкоджень при перевантаженнях і коротких замиканнях у навантаженні; - відключати мостовий підсилювач, що захищає потужності, без ушкоджень при протіканні в ньому "наскрізних" струмів; - зменшити мережні перешкоди, створювані роботою тиристорного випрямляча напруги, які є джерелами спотворень радіо- і телесигналів. Використання заявленого пристрою дозволить виконати технічну задачу, поставлену в корисній моделі, з досягненням технічного результату - розширення функціональних можливостей за рахунок захисту від "наскрізних" струмів підсилювача потужності при зменшенні спотворень радіо- і телесигналів. Суттєвими ознаками заявленого пристрою, що співпадають з найближчим аналогом, є наступні ознаки: - два блоки захистів - блок струмового захисту й блок захисту від "наскрізних" струмів; - блок струмового захисту включає трансформатор струму й схему захисту; - блок захисту від "наскрізних" струмів містить магніточутливий датчик "наскрізного" струму (МЧДСТ) із запам'ятовуванням аварійного сигналу; - вихід блоку захисту від "наскрізних" струмів з'єднаний із блоком захисного відключення; - блок захисного відключення містить мостовий мережний випрямляч, вхід якого підключений до напруги мережі змінного струму, а вихід якого навантажений на тиристор, при цьому вихід тиристора з'єднаний через діод з LC-фільтром, що згладжує, реалізованим на дроселі й конденсаторі. Відмітними від найближчого аналога суттєвими ознаками заявленого пристрою є наступні ознаки: - струмові обмотки МЧДСТ включені в протилежні плечі мостової схеми підсилювача потужності; - вихід МЧДСТ з'єднаний зі схемою включення тиристора; - схема включення тиристора включає фазочутливий датчик на першому логічному елементі "АБО-НІ" і двох резисторах, формувач імпульсів на другому логічному елементі "АБО-НІ" і ланцюг, що диференціює, який складається з послідовно включених резистора й конденсатора, а також транзисторному емітерному повторювачі, вихід якого з'єднаний з управляючим електродом тиристора; 5 - живлення схеми включення тиристора здійснюється через параметричний стабілізатор напруги. Уточнюючими відмітними від найближчого аналога суттєвими ознаками заявленого пристрою є наступні ознаки: - струмові обмотки МЧДСТ включені в діагональ мостової схеми підсилювача потужності послідовно один з одним і з первинною обмоткою вихідного трансформатора підсилювача потужності, при цьому магнітні потоки двох струмових обмоток спрямовані зустрічне один одному; - кожна із двох струмових обмоток МЧДСТ включена в діагональ мостової схеми підсилювача потужності послідовно з первинною обмоткою вихідного трансформатора підсилювача потужності й додаткової - третьої - струмовою обмоткою МЧДСТ, при цьому магнітний потік якої спрямований зустрічне магнітному потоку кожної із двох струмових обмоток; - МЧДСТ являє собою магніточутливий контактний елемент із "пам'яттю", наприклад, феррид; - МЧДСТ являє собою магніточутливий контактний елемент - геркон, вихід якого підключений до входу схеми включення тиристора через електронний запам'ятовувальний пристрій, наприклад, тригер; - МЧДСТ являє собою напівпровідниковий магніточутливий елемент, наприклад, магнітодіод, магнітотранзистор або магніточутливу мікросхему. Між суттєвими ознаками заявленої корисної моделі і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Заявлений пристрій відрізняється більш широкими функціональними можливостями, що дозволяють, у порівнянні з найближчим аналогом, підвищити надійність роботи багатофункціонального перетворювача напруги й відключати багатофункціональний перетворювач, що захищає напруги, без ушкоджень при перевантаженнях і коротких замиканнях у навантаженні, а також при протіканні "наскрізних" струмів у мостовий підсилювач потужності. Крім того, схема включення тиристора забезпечує його включення в момент переходу сіткової напруги через нуль, що дозволяє до мінімуму знизити мережні перешкоди роботи заявленого пристрою на радіо-і телеапаратуру. Досягнення зазначеного вище технічного результату можливе тільки при наявності сукупності всіх суттєвих ознак, викладених у формулі корисної моделі, при відсутності кожного з них технічний результат не може бути досягнутим. Проведений заявником аналіз рівня техніки, що включає пошук по патентних і науковотехнічних джерелах інформації, з виявленням джерел, що містять інформацію про аналоги технічного рішення, дозволяє встановити, що заявником не виявлені аналоги, які характеризуються всією сукупністю ознак, ідентичної всім суттєвим ознакам пристрою, зазначеним у формулі заявленої корисної моделі. Корисна модель відповідає умовам патентноспроможності за критерієм "новизна". Корисна модель може бути використана в різних перетворювачах напруги як пристрій захисту 14169 6 джерел живлення від перевантажень і коротких замикань. Корисна модель проілюстрована наступними кресленнями. На фіг.1 зображена принципова електрична схема пристрою захисту підсилювача потужності від "наскрізних" струмів, на фіг.2 - принципова електрична схема включення тиристора. Пристрій складається з попереднього двотранзисторного підсилювача, зібраного на транзисторах VT1 і VT2, на бази яких надходять сигнали від блоку управління (умовно не показаний). Колектори транзисторів VT1 і VT2 навантажені на крайні виводи первинної обмотки проміжного трансформатора TV1, до середнього виводу якого підключений плюсовий вивід другого джерела постійного струму (умовно не показаний). Емітери транзисторів VT1 і VT2 підключені до мінусового виводу другого джерела постійного струму. Первинна обмотка проміжного трансформатора TV1 зашунтована ланцюжком R1, C1, що захищає транзистори VT1 і VT2 від перенапруги. До вторинних обмоток проміжного трансформатора TV1 через базові резистори R2-R5 і діоди VD1-VD4 підключені силові транзистори VT3-VT6. Колектори силових транзисторів VT3 і VT5 з'єднані між собою й підключені до плюсового виводу першого джерела постійного струму, до мінусового виводу якого підключені емітери силових транзисторів VT4 і VT6, також з'єднані між собою. Емітери силових транзисторів VT3 і VT5 відповідно з'єднані з колекторами силових транзисторів VT4 і VT6, причому в ці ланцюги включені обмотки індуктивностей L1 і L2. У діагональ мостової схеми на чотирьох силових транзисторах VT3-VT6 включені послідовно первинна обмотка силового трансформатора TV2, обмотка індуктивності L3 і первинна обмотка трансформатора струму ТТ1. До вторинної обмотки із середнім виводом силового трансформатора TV2 підключений дводіодний випрямляч на діодах VD5 і VD6, що навантажений на конденсаторний фільтр на конденсаторі С2. Вторинна обмотка трансформатора струму ТТ1 включена в схему струмового захисту й у схему широтно-імпульсного регулювання багатофункціонального перетворювача напруги (умовно не показані). Пристрій, крім того, містить мостовий мережний випрямляч на діодах VD7-VD10, вхід якого підключений до напруги мережі змінного струму, а вихід якого навантажений на тиристор VS1 і силовий діод VD13 з фільтром, що згладжує, на дроселі Др.1 і конденсаторі СЗ. Індуктивності L1, L2 і L3 включені в схему захисту від "наскрізних" струмів підсилювача потужності й розташовані зверху скляного балона геркона KM 1 з нормально-нормально-замкнутими контактами. Вихід МЧДСТ (виводи "а" і "в" геркона KM 1) з'єднаний зі схемою включення тиристора VS1, показаною на фіг.2. Схема включення тиристора VS 1 включає фазочутливий датчик, реалізований на двох логічних елементах "АБО-НІ" - DD1.1 і DD1.2, двох резисторах R9 і R10 і ланцюжка, що диференціює, який складається з послідовно включених резистора R8 і конденсатора С5, а також транзисторному емітерному повторювачі VT7, вихід якого з'єднаний з управляючим електродом 7 тиристора VS1. Живлення схеми включення тиристора VS1 здійснюється через параметричний стабілізатор напруги, що складається з резистора, що гасить, R7, що розв'язує діода VD12, резистора R6, стабілітрона VD11 і конденсатора, що згладжує, С4. Перший вивід "а" контактів геркона KM 1 підключений до першого входу логічного елемента DD1.1, а другий вивід "в" контактів геркона KM 1 підключений до катода тиристора VS1, з'єднаного з мінусовим виводом мостового мережного випрямляча на діодах VD7-VD10. На двоходовому логічному елементі DD1.1 і резисторі R10 реалізований фазочутливий датчик, що спрацьовує лише в моменти, коли напруга в мережі є близькою до нуля. Діод, що розв'язує, VD12 перешкоджає потраплянню на цей датчик постійної напруги з параметричного стабілізатора напруги. А логічний елемент DD1.2 і ланцюжок, що диференціює, R8 і С5 утворять формувач короткочасних імпульсів тривалістю близько 30мкс, які використаються для включення тиристора VS1 кожні 10мс. Такі короткі імпульси управління забезпечують тиристору VS1 сприятливий температурний режим роботи. На фіг.1 зображений варіант захисного пристрою підсилювача потужності від "наскрізних" струмів, у якому елемент пам'яті сигналу спрацьовування захисту виконаний у вигляді магніточутливого елемента з "пам'яттю" - феррида KM 1. Крім того, елемент пам'яті сигналу спрацьовування захисту може бути виконаний у вигляді електронного запам'ятовувального пристрою, наприклад, тригера (умовно не показаний), включеного між контактом геркона KM 1 і схемою управління тиристором VS 1. Пристрій, що заявляється, працює в такий спосіб. Контроль схеми захисту на МЧДСТ здійснюється в обидва напівперіоди сіткової напруги, при цьому в один напівперіод робочий струм проходить по індуктивності L1 і L3, які включені зустрічне, отже, результуючий магнітний потік цих обмоток дорівнює нулю й чутливий елемент МЧДСТ не спрацьовує. У другий напівперіод робочий струм проходить по індуктивності L2 і L3, які включені зустрічне, отже, результуючий магнітний потік цих обмоток також дорівнює нулю й чутливий елемент МЧДСТ також не спрацьовує. У нормальному режимі роботи - при справних транзисторах VT3-VT6 - в одному з напівперіодів робочий струм проходить через перехід колектор-емітер транзистора VT5, через індуктивність L2, через первинну обмотку трансформатора TV2, через індуктивність L3 і через перехід колектор-емітер транзистора VT4. Так як індуктивності L2 і L3 включені зустрічне для робочого струму, що протікає, то магнітні потоки цих індуктивностей L2 і L3 спрямовані зустрічне один одному й взаємно компенсують один одного, тому що параметри індуктивностей L2 і L3 обрані однаковими. Тому проходження першої напівхвилі робочого струму не впливає на стан феррида KM 1 з розмикальним контактом, у зв'язку із чим захист від "наскрізних" струмів буде в неактивованому стані - черговий режим. Аналогічно, у нормальному режимі роботи - при справних транзисторах VT3-VT6 - у другому напівперіоді робочий струм 14169 8 проходить через перехід колектор-емітер транзистора VT3, через індуктивність L1, через первинну обмотку трансформатора TV2, через індуктивність L3 і через перехід колектор-емітер транзистора VT6. Так як індуктивності L1 і L3 включені зустрічне для робочого струму, що протікає, то магнітні потоки цих індуктивностей L 1 і L3 спрямовані зустрічне один одному й взаємно компенсують один одного, тому що параметри індуктивностей L1 і L3 обрані однаковими. Тому проходження другої напівхвилі робочого струму не впливає на стан феррида KM 1 з розмикальним контактом, у зв'язку із чим захист від "наскрізних" струмів буде в неактивованому стані - черговий режим. При пробої кожного із силових транзисторів VT3-VT6 замикається струмовий ланцюг між транзисторами VT3,VT4 або VT5, VT6, при цьому "наскрізний" струм проходить через індуктивність L1 або L2 - залежно від ушкодження. У зв'язку із цим порушується баланс магнітних потоків при проходженні "наскрізного" струму через індуктивність L1 або L2, що викликає спрацьовування магніточутливого елемента схеми захисту - феррида KM 1, що не тільки розриває своїм розмикальним контактом вхідний ланцюг логічного елемента DD1.1 і, тим самим, відключає управляючий ланцюг тиристора VS1 і знеструмлює мостовий підсилювач потужності на чотирьох силових транзисторах VT3VT6, але й "запам'ятовує" сигнал аварійного режиму, не дозволяючи відключити схему захисту від "наскрізних" струмів до усунення ушкодження в схемі. Робота схему включення тиристора VS1. При підключенні заявленого пристрою до мережі 220В і 50Гц параметричний стабілізатор на елементах R7, VD12, R6, VD11 і С4 починає виробляти постійний струм напругою близько 10В, що подається на схему включення тиристора VS1. Поки захист від "наскрізних" струмів не спрацював, геркон феррида KM 1 перебуває в замкнутому стані й на одному із входів фазочутливого датчика на логічному елементі DD1.1 є присутнім низький рівень напруги, що дозволяє роботу цього фазочутливого датчика - як тільки напруга в мережі наближається до свого нульового значення, низький рівень на виході логічного елемента DD1.1 переміняється високим. Коли ж напруга в мережі знову починає зростати, високий рівень на виході цього логічного елемента знову стає низьким. При цьому на виході логічного елемента DD1.2 формується імпульс високого рівня, короткочасно на 30мкс відкриваючий транзистор VT7. Одночасно відкривається й тиристор VS1 і залишається в такому стані протягом даної напівхвилі мережного струму. Аналогічно працює фазочутливий датчик кожні 10мс, тобто один раз на початку напівперіоду включається тиристор VS1 і подає живлення на вихідний каскад підсилювача потужності. Такийрежим роботи пристрою триває доти, поки не спрацює захист від "наскрізних" струмів підсилювача потужності. При цьому розмикається нормально-нормально-замкнутий контакт феррида КМ 1, у зв'язку із чим на вхід логічного елемента DD1.1 подається високий рівень, що для нього є заборонним. Тому фазочутливий датчик припиняє 9 14169 свою роботу - на виході логічного елемента DD1.1 є присутнім низький рівень, у зв'язку із чим формувач імпульсів на логічному елементі DD1.2 вимикається, тому транзистор VT7 і тиристор VS1 залишаються закритими, а вихідний каскад підсилювача потужності - знеструмленим. У схемі управління тиристором VS1 використана мікросхема типу К176ЛЕ5 або К561ЛЕ5. Як чутливий елемент МЧДСТ може бути використаний магнітодіод, наприклад, типу КД301А, або магнітотранзистор, наприклад, типу МТ-1, або мікро Комп’ютерна верстка А. Рябко 10 схема, що яку управляють магнітом, наприклад, типу МУМС. Таким чином, на підставі вищевикладеного можна зробити висновок, що технічна задача розробка нового пристрою струмового захисту виконана з досягненням технічного результату розширення функціональних можливостей за рахунок захисту від "наскрізних" струмів підсилювача потужності при зменшенні спотворення радіо- і телесигналів. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601