Устройство защиты от перенапряжения (его варианты) — SU 1020808 (original) (raw)
Р 1/58; Н 712 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПИС ВТОРСКОМУ и вторичтронной.и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИГЕТ ССЛО ДЕЛАМ ИЭОБРЕГЕНИИ И 121) 3396065/24. 07(71) Московский институт электронной техники(53) 621. 316 . 7221 ) 088. 8) .Ь 6.) 1. Ромаш Э.М., Источник ного электропитания радиоэлек аппаратуры. И Изд-во "Радио связь", 1981, с. 113,2. Патент США 9 4202023, кл. 361 18.(54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯ ЖЕНИЯ. (ЕГО ВАРИАНТЫ ).. 1571).устройство защиты от перенапряжения, содержащее трайзистор, вклю ченный промежутком коллектор-эмит тер между соответствующими входным и выходным . выводами, резистор и опорный. элемент, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и напряжения в нормальном режиме работы, в неговведены генератор тока, два нелинейных элемента, генератор переменного напряжения, усилитель мощности, выпрямитель и.фильтр низкой частоты, выход которого соединен с базой тран.зистора и с точкой соединения двух укаэанных нелинейных элемента, включенных последовательно с генератором тока, свободный, вывод которого подключен к коллектору транзистора и".с опорным элементом, свободный вывод которого подключен к общей шине, ге- нератор переменного напряжения вклю-. чен между общей шиной и одним иэ выводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, питающий вывод генератора переменного.напряжения подюпочен к Е точке соединения нелинейного эле-. мента и опорного элемента, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности, включенного последовательно с выпрямителем и Фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подключены к эмиттеру транзистора.1020808 2. Устройство защиты от перенапряжения, содержащее трайзистор, включенный промежутком коллекторэмиттер между соответствующими входным и выходным выводами, резистор и опорный элемент, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и напряжения в нормальном режиме работы, в него введены нелинейный элемент, генератор переменного напряжения, усилитель мощности, выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которого подключен к базе транзистора и к одному из выводов нелинейного элемента, включенного последовательно с опорным элементом, сво 30 35 40 Изобретение относится к электротехнике, в частности к схемам защиты электрических линий, машин и приборов и может быть использовано в системах защиты электронной аппаратуры от перенапряжений в первичном источнике питания.Известно устройство защиты от перегр; зки которое содержит блок регулирования тока, образованный транзистором, включенным последовательно с токоограничительным резистором и блок управления 1 1.Наиболее близким по технической сущности является устройство защиты от перенапряжения, содержащее транзистор, включенный промежутком коллектор-эмиттер между соответствующим входным и выходным выводами, резистор и опорный элемент. 2 .Недостатками устройств является большое (порядка единиц вольт ) падение напряжения на защите, из-за чего необходимо вибирать напряжение источника питания на соответствующее число вольт выше, чем требуется для нормальной работы нагрузки.Цель изобретения - уменьшение потерь мощности и напряжения на устройстве защиты в нормальном режиме его работы. Поставленная цель достигается тем, что, в устройство защиты от перенапряжения, содержащее транзистор, включенный промежутком коллек" тор-эмиттер между соответствующими входным и выходным выводами, резистор и опорный элемент, введены генератор тока, два нелинейных элемента, генератор переменного напряжения, усилитель мощности, выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которого соединен с базой транзистора и с точкой соединения двух указан. 5 О 15 20 25 бодный вывод которого подключен кобщей шине, а к точке соединениянелинейного и опорного элементов подключвн питающий вывод генератора переменного напряжения, включенногомежду общей шиной и одним из выводов резистора, другойвывод которогоподключен к коллектору транзистора,а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителямощности, включенного последовательнос выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощностиподключены к коллектору транзистора. ных нелинейных элемента, включенныхпоследовательно с генератором тока,свободный вывод которого подключенк коллектору транзистора, и с опорным элементом, свободный вывод которого подключен к общей шине, генератор переменного напряжения включен между общей шиной и одним извыводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, питающий вывод генераторапеременного напряжения подключен кточке соединения нелинейного элемента и опорного элемента, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности,включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты,причем питающие выводы выпрямителяи усилителя мощности подключены кэмиттеру транзистора,Кроме того, в устройство защитыот перенапряжения введены нелинейный элемент, генератор переменногонапряжения, усилитель мощности,выпрямитель и фильтр низкой частоты,выход которого подключен к базе транзистора и к одному из выводов нелинейного элемента, включенного последовательно с опорным элементом,свободный вывод которого подключенк общей шине, а к точке соединениянелинейного,и опорного элементов подключен питающий вывод генераторапеременного напряжения, включенногомежду общей шиной и одним из выводоврезистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, авыход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности включенного последовательнос выпрямителем и фильтром низкойчастоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подключены к коллектору транзистора.На фиг.1 представлена функциональная схема первого варианта уст-ройства; на фиг,2 - второго вариантаустройства; на фиг.3 - пример реали"зации принципиальной схемы первоговарианта устройства. 5Оба варианта устройства решаютзадачу принципиально одним и темже путем, а именно обеспечением насыщенного режима работы транэйсторапри нормальном режиме работы устройства .защиты, н переходом от насы щенного режима к активному когда навход устройства защиты поступает ловы.щенное напряжение (перенапряжение )при обеспечении параметрической 1.5стабилизации выходного напряженияна уровне, еще допустимом длянагрузки.Между входным выводом 1 первоговарианта устройства защиты фиг.1) и 2 Оего выходным выводом 2 включен промежутком коллектор-эмиттер транзистор3. Между коллектором транзистора3 и общей шиной устройства последовательно включены генератор 4 тока, 25первый нелинейный элемент 5, второйнелинейный элемент б и опорный элемент 7, к точке соединения второгонелинейного элемента б и опорногоэлемента 7 подключены питающий выводгенератора 8 переменного напряжения,выход генератора 8 переменного напряжения соединен с входом усилителя9 мощности, к выходу которого подключен вход выпрямителя 10, общая точка выпрямителя 10 и питающий выводусилителя 9 мощности соединены сэмиттером транзистора 3, выход выпрямителя 10 соединен с входом Фильтра11 низкой частоты, выход которогосоединен с базой транзистора 3 и точкой соединения двух нелинейных элементов 5,и б, резистор 12,Устройство защиты, выполненноепо первому варианту (Фиг.1) работаетследующим образом 45После появления на входе 1 устройства защиты номинального напряженияисточника питания (с учетом его допусков), генератор 4 тока через нелинейный элемент 5 задает ток базы транзистора 3, благодаря чему на выходе2 устройства защиты появляется напряжение, меньшее напряжения источникапитания на 1,2- 1,5 В, но достаточноедля работы элементов 9, 10 и 11.Одновременно.через резистор 12напряжение источника литания подается на генератор 8 переменного напряжения, выходное напряжение которогопоступает на усилитель 9 мощности, свыхода которого переменное напряже- бОние поступает на вход выпрямителя 10.Поскольку общая точка выпрямителя10 подключена к выходу устройства за-.щиты, на выходе выпрямителя 10 появляется напряжение, превышающее нап,ряжение источникапитания. Напряжение с выхода выпрямителя 10, пройдя через Фильтр низких частот 11, обеспечивает ток базы транзистора 3, достаточный для глубокого насыщения транзистора 3. В результате в установившемся режиме на выходе устройства защиты получается напряжение"выл=)ип- )кэ Насгде О - напряжение источника питания0- напряжение на промежуткеколлектор-эмиттер насыщенного транзистора.В зависимости от тока нагрузки, коэффициента насыщения и типа транзистора величина О ис. составляет 0,05-0,3 В. Поскольку в установившемся режиме на базе транзистора 3 устанавливается напряжение 0 -у +ип кэ нас + 0 , большее Ои, нелинейный элемент 5 отключаетфгенератор 4 тока. Сумма падений напряжений на опорном элементе 7 и нелинейном элементе б выбирается больше, чем М+ип щах +О , поэтому ток с выхода Фильтра 11 йоступает в базу транзистора.3 и не ответвляется в цепь нелинейного элемента б и опорного элемента 7.Таким образом, если напряжение истчоника питания лежит в пределах допуска номинального значения, то оно передается в нагрузку с уменьшением всего на 0,05-0,3 В.Если на вход устройства защиты ,подается напряжение, превышающее максимально допустимое значение, . открывается нелинейный элемент 5 и на базе транзистора 3 фиксируется потенциал, равный сумме падений напряжений на опорном элементе 7 и нелинейном элементе б. Эта сумма выбирается на уровне предельно допустимогонапряжения на нагрузке плюс падение напряжения на промежутке базо-эмиттер транзистора 3, В этой ситуации транзистор 3 переходит иэ насыщенного режима в активный режим при фиксированном потенциале базы, т.е. работает как известный линейный стабилизатор, поскольку нагрузка не отличается, на транзисторе рассеивается избыточная мощность, поэтому для него необходимо предусмотреть соответствующий .рациатор. После уменьшения напряжения источника питания до номинального значения транзистор 3 опять переходит в режим насыщения и схема работает так, как описано выше.. Йелинейный элемент б защищает устройство защиты от перемены полярностей полюсов источника. питания.Если напряжение источника питания меньше 3-4 В, то схема выполненная по первому варианту, может не войти в установившийся режим, при1020808 13 котором транзистор 3 работает в насыщенном режиме, В этом случае необходимо использовать второй вариантустройства защиты (фиг. 2 ),Между входом 13 второго варианта устройства защиты и его выходом 14 включен промежутком коллекторэмиттер транзистор 15. Между базой ,транзистора 15 и общей точкой устройст. ва защиты последовательно включены нелинейный 16 и опорный 17 элементы, последовательно включены генератор 18 переменного напряжения, усилитель 19 мощности, выпрямитель 20 и фильтр 21 низкой частоты, выход последнего соединен с базой транзистора 15, шина питания генератора 18 переменного напряжения подключена к точке соединения нелинейного 16 и опорного 17 элементов и с резистором 22, второй вывод которого подключен к коллекто ру транзистора 15, общая точка выпря мителя 20 и шина питания усилителя 19 мощности подключены к коллектору транзистора 15.Второй вариант устройства защиты отличается от первогоотстутствием генератора 4 тока и нелинейного элемента 5, выполняющих функцию запуска первого варианта устройства защиты, так как эта функция автоматически реализуется в цепи 18-19-20-21 благодаря подключению общей точки выпрямителя 20 и шины питания усилителя 19 мощности к коллектору транзистора 15. Кроме того, во втором вариантеустройства защиты обеспечиваетсябольший коэффициент насыщения транзистора 15 и, следовательно, меньшее:.значение 0. Второй вариант 5 .устройства защиты работает так же,как и первый.Оба варианта устройств защиты могут использоваться при положительном и отрицательном напряжении ис точника питания с использованиемсоответственно п-р-п и р-п-р транзисторов и необходимого включениянелинейных и опорного элементов.На фиг.2 показана принципиальнаясхема первого варианта устройствазащиты, предназначенная для защитыТТЛ-зонда, подключаемого непосредственно к истонику питания электронныхсхем, выполненных на интегральныхболтах схемах ТТЛ-типа.Применение предлагаемого устройства защиты нагрузки от перенапряжения обеспечивает снижение потерь мощности первичного источника питанияи уменьшение номинала его напряжения,возможность установки устройств защиты на все конструктивно законченныеэлектронные блоки типовые элементызамены ТЭ 31.,резкое повышение эксплуатационной надежности электронной аппаратуры. ТТЛ-зонд, в состав которого входитпервый вариант устройства защиты, выполнен в виде экспериментального 35 образца.сноеСР Филиал ППП "Патентф, г.ужгород, Ул.Проектн 40 тираж 8 ШПИ Государс о делам изобр 5, Москва, Жаказ 3895/ ВН и 113034 По венного комитета тений и открытий 5, Рауиская наб.