Пристрій для захисту джерел живлення

Ус тройс тво д ля защиты ис точников питания, с од ержащее у правляющ ий транзистор, коллектор которого подключен к точке соед инения вых ода генератора тока у прав ления и базы с илового транзис тора, а база к выходу делителя напряжения, включенного параллельно переходу коллектор-эмиттер силового транзис тора, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что в него введ ены нелинейный датчик тока и элемент смещения, при э том к одному выводу нелинейного д атчика тока подклю чен эмиттер силового транзис тора и делитель напряж ения, а к другому - од ин из выходных выводов и первый вывод элемента смещения, второй вывод которого подклю чен к э миттеру управляющего транзис тора. Изобретение относ ится к облас ти электротех ники и пред назначено для использования во вторичных ис точник ах питания рад иоэ лектронной аппарату ры. Извес тно ус тройс тво д ля защиты с иловых транзис торов от перегрузок [ 1], сод ержащ ее д елите ль вх од ного напряж ения, линейный д атчик ток а и нелинейный датчик коллекторного напряж ения силового транзис тора и д ифференциальный усилитель. Недостатком устройс тва являетс я сложнос ть нелинейного д атчика коллекторного напряжения. Наиболее близким по технической сущ нос ти к заявляемому ус тройс тву являетс я выбранное в качестве прототипа устройс тво для защиты ис точника питания от токовых перегру зок при включении нагру зки [ 2], содержащее силовой транзис тор, эмиттер которого через пос ледовательно соединенные первый резис тор и нагру зку под ключен к шине ну левого потенциала ис точник а пита ния, база силового транзис тора, эмиттер которого подключен к общей точке соединения первого резис тора и нагрузки, база транзистора управления подключена к первому выводу второго резис тора и через тре тий резис тор (предс тавляющий делитель напря жения) - к эмиттеру силового транзис тора, между коллектором и базой которого под ключен ис точник тока, коллектор с илового транзис тора подключен к ис точнику питания В этом устройстве с рос том напряжения между коллектором и эмиттером с илового транзис тора возрас тает напряжение на базе управляющего транзистора, что вызывае т уменьшение тока базы силового транзис тора и. след овательно, его выход ного тока. Характерис тика ограничения являетс я линейной с отрицательным наклоном Недос татком извес тного устройс тва яв ляется то, ч і о оно не может обеспечить безопасный режим работы силового транзи (21)4723798/ 7 (22)26. 07.89, S U (46)31. 03. 95. Бюл. № 1 (56) Авторское свидетельс тво СССР N? 546870, G 05 F 1 /569, 1975. Авторское свидетельс тво СССР N» 1348945, кл. Н 02 H 9/02. 1987 (прототип). (71) Науково-дос лід ний Інс титу т "Букон" Ви робничого об'єд нання " Катіон" (72) Глухенький Арк адій Л еонід ович. Мель ник Григорій Харитонович , , і 6831 стора в широком диапазоне выход ных токов и напряж ений, так как его макс имальны й вых од ной ток находится а линейно-пад ающей завис имос ти от коллекторного напряже н и я с и л ов ог о тр ан з ис то ра, а д ля 5 иепревыш ения макс имальной расс еиваемой мощнос ти э та завис имос ть должна быть близкой к гиперболической. В основу изобретения пос тавлена зад а- 10 ча созд ать такое ус тройс тво д ля защиты ис точ н ик о в п и та ни я, в к о то ро м вв ед е ни е дополнительных у злов позволило бы обес печить безопас нос ть режима работы с илового транзис тора в ш ироком д иапазоне 15 вых од ных токов и напряж е ний, и за с чет этого повыс ить над ежнос ть ус тройс тва. Пос тавленная зад ача д ос тигается тем, что в ус тройс тво д ля защиты ис точников питания, сод ержащее управляющий транзи- 20 с тар, коллектор которого подключен к точке соединения вых ода генератора тока у правления и базы силового транзис тора а база -к вых оду д елителя напряжения, включенного параллельно переходу коллектор эмиттер 25 силового транзис тора, введ ены нелинейный датчик тока и э лемент смещения, при э том к од ному выводу нелинейного датчика тока под ключен э миттер с илового транзис тора и делитель напряж ения, а к другому од ин из 30 выходных выводов и первый вывод элемента смещ ения, второй вывод которого подключен к эмиттеру у правляющего транзис тора. Используемые в заявляемом ус тройс тве нелинейного датчика тока обеспечивает за- 35 щиту с илового транзис тора от перегрева, а использование э лемента смещения обеспе чивает ограничение тока базы транзис тора при больш их токах нагрузки, что в с овоку п нос ти позволяет д ос тичь безопас нос ти ре- 40 жим а ра бо ты с и л ов ого тр ан зис тор а в широком д иапазоне вых од ных токов и на пряж ений, и за счет э того повыс ить надеж нос ть ус тройс тва д ля защиты ис точников питания. 45 На фиг. 1 предс тавлена принципиальная схема пред лагаемого ус тройс тва, на фиг. 2 и 3 пример выполнения нелинейного д атчика ток а с несколькими изломами х арактеристики ограничения (фиг.2) и вариант датчика 50 тока на транзис торе (фиг.З). На фиг. 4 изображена облас ть нормальной работы силового транзис тора {кривая 1), завис имос ть макс имального тока нагру зки от напряжения коллектор-эмиттер силового 55 транзис тора при работе с линейным датчиком тока {кривая 2) и завис имос ть максима льного ток а нагру зки о т нап ряж ен ия коллекторэ миттер с илового транзис тора при работе с нелинейным датчиком тока по схеме фиг. 1 или фиг.З (кривая 3) и по схеме фиг.З {кривая 4). Ус тройс тво защ иты ис точников питания (фиг.1) сод ержит силовой транзис тор 1, коллектор которого соединен со вход ом ус тройства и делителя напряжения на первом 2 и втором 3 резис торах, с ред ней точкой под ключенным к базе управляющего транзис тора 4. К оллекторн ая цепь у правляю щ его транзис тора соед инена с базой с илового транзис тора 1 и через пос лед овательно вк люченный ис точник 5 тока с вх од ом ус тройс тва. Эмиттер силового транзис тора 1 соединен с о вторым выводом резис тора 3 делителя напряжения и входом нелинейного датчика 6 тока, выход которого соед инен с од ним из выход ных вывод ов ус тройс тва и через пос лед овательно включенный э лемент смещения 7 - е эмиттером управляю щего транзис тора 4. Нелинейный д атчик 6 тока выполнен на диод е 8. включенном параллельно резис тору 9, и последовательно соединенным с этой цепочкой резис торе 10. Вариант выполнения нелинейного датчика 6 тока, сод ержащего, диод ы 11 и 12 и пос лед овательно включенные резис торы 13, 14,15, 16, изображенный на фиг. 2 позволяет получить несколько изломов на харак терис тике ограничения, т. е. более точну ю аппрокс имацию гиперболической кривой. На фиг.З привед ен вариант выполнения датчика токэ на резис торах 17 и 18, сос тавляющих базовый делитель, и резис торе 19, включенном пос ледовательно в коллекторную цепь транзис тора 20. Устройс тво для защиты ис точников тока работает с ледующим образом. Пока пад ение напряжения на д атчике 6 тока не превышает порог ового значения Unop управляющий транзис тор 4 закрыт и не влияет на работу силового транзис тора 1. Когда же напряжение датчика тока превыс ит пороговое значение, транзис тор 4 открывается и начинается ограничение выходного тока. Эта картина наблюд ается при малых напряжениях иКэ с илового транзис тора 1. При увеличении напряжения UKS. часть этого напряжения K Uio (гд е К - к оэ ффициент передачи делителя, образованного резис торами 2 и 3) с у ммиру етс я с напряж ением датчика 6 и ограничение тока нас тупает при меньших значениях тока нагру зки. Из условия ограничения Unop. = Ui + Шкэ. где Ui - напряжение, снимаемое с датчика 6 тока; с учетом значений Ui = lorp.(R9 + R10) для малых токов Ui = lorp.(Rio + ид) д ля больших токов, 6831 где Іогр - ограничиваемое значение тока нагрузки; R9,Rto - сопротивление резисторов 9 и 10 соответственно; 1)д - падение напряжения на открытом диоде 8 определим значение максимального тока нагрузки при малых значениях и К э . Unop Цэ + КЛЬсэ Іогр —п— 5 RIQ Rio а такж е пр и бо ль ши х з н а че ни я х 11к э: і = U no p _ К Цк э огр R 9 + R1 0 R g + R to Из п р и ве де нн ы х вы р аж ен и й дл я Іо гр ви дн о , что к р ути з н а сп а д а Іо гр б о ль ше п ри ма л ы х зн а че н ия х U o . То чк у и з л о м а , т е . п е р е хо д а о т к р уто го у ча с тк а ха р а к те р и с тик и к б о л ее по л о го м у мож н о о пр е де л и ть из вы р аж е ни я : Uno p U g + К 1 Лэ _ Rio Rio _ Unop_______ К Цкэ R g + Ri o R 9 + R io с уче том то го что в то чке из лом а ид = Іо гр R AПри м ен и в бо ле е сл ож н ую с хем у да тчик а тока фи г.2 , м ож но п о л учи ть хар ак тер ис тик у о гр ан и че н и я , с о с то я щ ую и з тр е х о тр е зк о в (д ве то чки из лом а) , а пр и по дб оре э лем е н то в из че тыр е х о тр езко в ( тр и то чки из л ом а), что поз во ли т б ол е е то чн о а ппр ок си ми ро ва ть ги пе р бо л и че ск ую к р и вую . Ес ли , нап рим ер , R13 > Ri4 > Rie . то коо рд ин а ты то че к из л ом а д л я д а тчик а п о с хе м е фи г 2 о пр е де л я ю тся п о фо рм ул а м Unop ~ ' R13 +• RM і и 2-я 10 ^ 1 5 "^ -fR13 точка; Ік = - ид [і + 11„. пор Ri6 N Ri4 К M R1 6 -. , R13 R 13 Unop 3-я точка: Ік = 15 і + RM v ' R14 R15 ' К R13 д I R13 R14 ^ к 20 25 30 35 Таким образом, в предлагаемом устройстве можно обеспечить широкий диапазон выходных токов и напряжений, гарантируя невыход режима работы силового транзисто ра з а пр еде лы безо пас н ой о бласти (см кривые 3 и 4 на фиг.А). Нелинейный датчик тока,-изображенный на фиг. З работае т как и диодный на фиг 1 с одной точкой излома Роль резистора 19 в нем может выполнять сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора 20. Точно так же роль резистора 10 в варианте датчика б на фиг.1 может выполнять дифференциальное сопротивление открытого диода. 6831 I 6831 UK$5 (Лкэ JK max Jicf б U/тэ l/K9f ФигЛ Упорядник А.Хоптяр Замовлення 4501 Техред М.Моргентал Коректор М.Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, ТОЇ