Патент на изобретение №2208292

(54) КОММУТАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания с защитой от перегрузки по току. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет осуществления защиты от перегрузки по току как в переходном процессе при включении питания блока нагрузки или дополнительных потребителей после включения блока нагрузки, так и в установившемся состоянии, причем значения тока, при которых коммутатор напряжения отключает блок нагрузки от источника тока, регулируют и устанавливают в зависимости от параметров нагрузки. Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току содержит электронный ключ, который через датчик тока подает питание в блок нагрузки. Первый и второй релейные элементы, подключенные к выходу датчика тока, управляют с помощью одновибратора, апериодического звена и элементов И и ИЛИ триггером, который осуществляет включение и выключение питания в блок нагрузки посредством электронного ключа. При наличии перегрузки по току как в переходном, так и в установившемся режиме осуществляют отключение питания от блока нагрузки. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания с защитой от перегрузки по току.

Известен компенсационный стабилизатор напряжения [1] с защитой от перегрузки по току, содержащий электронный коммутатор, выполненный на транзисторе, ограничительный резистор, блок нагрузки и второй транзистор, управляющий электронным коммутатором.

Недостаток известного устройства состоит в том, что при превышении тока в нагрузке, например, из-за отказа, открывается второй транзистор и уменьшает ток, протекающий через электронный коммутатор, снижая тем самым выделяемую мощность на электронном коммутаторе. Это устройство не осуществляет полное отключение нагрузки от источника напряжения, что во многих случаях является недопустимым из-за большой вероятности выдачи ложных сигналов или команд отказавшим устройством.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, описанный в [2]. Известный коммутатор напряжения содержит последовательно соединенные датчик тока, электронный ключ и блок нагрузки.

Недостаток известного устройства состоит в том, что отключение нагрузки от источника напряжения происходит при токе в нагрузке, значительно превышающем номинально допустимый ток через электронный ключ (ток короткого замыкания в нагрузке). Во многих случаях при отказах в блоке нагрузки потребляемый ток не достигает значений, при которых известное устройство отключает блок нагрузки от источника напряжения, вследствие чего не осуществляется защита от перегрузки по току. Кроме того, в известном устройстве уровень отключения источника напряжения по току нагрузки остается неизменным и не может быть перестроен на другое значение тока. Учитывая, что ток переходного процесса при включении блока нагрузки или при подключении дополнительных потребителей энергопитания после включения блока нагрузки всегда значительно превышает ток установившегося состояния, не представляется возможным в известном устройстве одновременно осуществить защиту от перегрузки по току как в переходном процессе, так и в установившемся состоянии.

Задача изобретения – расширение функциональных возможностей за счет осуществления защиты от перегрузки по току как в переходном процессе при включении питания блока нагрузки или дополнительных потребителей после включения блока нагрузки, так и в установившемся состоянии, причем значения тока, при которых коммутатор напряжения отключает блок нагрузки от источника тока, могут регулироваться и устанавливаются в зависимости от параметров нагрузки.

Эта задача достигается тем, что в коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащий последовательно соединенные датчик тока, электронный ключ и блок нагрузки, дополнительно введены первый релейный элемент и последовательно соединенные второй релейный элемент, одновибратор, элемент НЕ, элемент И, апериодическое звено, элемент ИЛИ и триггер, R – вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, S – вход триггера соединен с входом включения коммутатора напряжения, а выход триггера соединен с входом управления электронного ключа, при этом входы первого и второго релейных элементов подключены к выходу датчика тока, выход первого релейного элемента соединен со вторым входом элемента ИЛИ, третий вход которого подключен к входу выключения коммутатора напряжения, а второй вход элемента И соединен с выходом второго релейного элемента.

На чертеже приведена блок-схема коммутатора напряжения с защитой от перегрузки по току. На этой схеме: 1 – вход включения коммутатора напряжения, 2 – вход выключения коммутатора напряжения, 3 – электронный ключ, 4 – блок нагрузки, 5 – датчик тока, 6 – триггер, 7 – элемент ИЛИ, 8 – одновибратор, 9 – элемент И, 10 – первый релейный элемент, 11 – второй релейный элемент, 12 – апериодическое звено, 13 – элемент НЕ.

Вход включения коммутатора напряжения 1 соединен с S-входом триггера 6, R-вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 7, а выход триггера 6 соединен с входом управления электронного ключа 3. Датчик тока 5, электронный ключ 3 и блок нагрузки 4 соединены последовательно. Выход датчика тока 5 соединен с входом первого 10 и входом второго 11 релейных элементов. Соединены последовательно второй релейный элемент 11, одновибратор 8, элемент НЕ 13, элемент И 9, апериодическое звено 12, элемент ИЛИ 7, второй вход которого соединен с выходом первого релейного элемента 10, а третий вход подключен к входу выключения коммутатора напряжения 2. Второй вход элемента И 9 соединен с выходом второго релейного элемента 11.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току работает следующим образом. По импульсному сигналу U_s = 1, подаваемому на вход включения коммутатора напряжения 1, триггер 6 переходит в единичное состояние и его выходной сигнал U_т = 1 переводит во включенное состояние электронный ключ 3, который подает питание на блок нагрузки 4. В зависимости от параметров блока нагрузки 4 тока I₁ в переходном процессе, длительности переходного процесса при включении блока нагрузки или при подключении дополнительных потребителей энергопитания после включения блока нагрузки, тока I₂ в установившемся состоянии выбираются соответственно значение порога срабатывания h₁ первого релейного элемента 10, длительность выходного импульса одновибратора 8 и значение порога срабатывания h₂ второго релейного элемента 11. Значение h₁ выбирается из условия h₁ = R₁ I₁, h₂ выбирается из условия h₂ = R₁ I₂, где R₁ – сопротивление датчика тока 5.

Пусть в момент включения электронного ключа 3 ток нагрузки Iн лежит в пределах
I₁>I_H>I₂ (1)
В этом случае срабатывает второй релейный элемент 11 и его выходной сигнал U₂ = 1 поступает на вход одновибратора 8 и второй вход элемента И 9. Одновибратор 8 формирует выходной сигнал U = 1 длительностью , а на выходе элемента НЕ 13 формируется сигнал U₁ = 0, который поступает на первый вход элемента И 9. В результате в течение времени выходной сигнал U элемента И 9 равен нулю. Если по истечению времени произойдет выключение второго релейного элемента 11, то его выходной сигнал U₂ = 0 блокирует прохождение выходного сигнала U₁ = 1 элемента НЕ 13 на вход элемента ИЛИ 7. Иначе говоря, при нормальном функционировании блока нагрузки (при отсутствии превышения тока из-за неисправности) электронный ключ 3 остается замкнутым после его включения.

Если в момент включения ток I_н > I₁, то произойдет включение первого релейного элемента 10 и его выходной сигнал U₁ = 1 поступает на второй вход элемента ИЛИ 7, выходной сигнал которого U_R = 1 подается на R-вход триггера 6 и выключает его, вследствие чего выключается электронный ключ 3 и отключает питание от блока нагрузки 3.

Если в процессе функционирования произойдет увеличение тока нагрузки I_H до величины I₂, то в этом случае включается второй релейный элемент 11 и его выходной сигнал U₂ = 1 поступает на вход одновибратора 8 и второй вход элемента И 9 и повторяется процесс, описанный выше. Если по истечении времени второй релейный элемент выключается (U₂ = 0), то выходной сигнал элемента И 9 U = 0, также как и выходной сигнал U_A апериодического звена 12, которое устраняет состязание фронтов на входах элемента И 9 при включении второго релейного элемента 11. Если по истечении времени второй релейный элемент 11 остается вследствие отказа в блоке нагрузки 4 включенным (U₂=1), то на выходе элемента И 9 формируется сигнал U = 1, на выходе апериодического звена 12 сигнал U_A = 1, который проходя через элемент ИЛИ 7, выключает триггер 6 и его выходной сигнал U_T = 0 закрывает электронный ключ 3, который снимает питание с блока нагрузки 3. Таким образом, при превышении током нагрузки допустимого значения по истечении времени происходит ее отключение от источника напряжения. Выключить блок нагрузки можно также подачей сигнала на вход 2 выключения коммутатора напряжения.

По сравнению с известным коммутатором напряжения [2] предлагаемое изобретение расширяет функциональные возможности за счет осуществления защиты от перегрузки по току как в переходном процессе при включении питания блока нагрузки или при подключении дополнительных потребителей энергопитания после включения блока нагрузки, так и в установившемся состоянии, причем значения тока, при которых коммутатор напряжения отключает блок нагрузки от источника тока, могут регулироваться и устанавливаются в зависимости от параметров нагрузки.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных авторами решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям “новизна” и “изобретательский уровень”. В качестве элементов для реализации устройства могут быть использованы логические элементы И, ИЛИ, одновибраторы, триггеры любых серий, например, серии 564, стандартные релейные элементы, электронные ключи, апериодическое звено.

Литература
1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник под редакцией Г. С.Найвельта. Москва, “Радио и связь”, 1986 г., стр. 1896, рис. 5.19.

Формула изобретения

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащий последовательно соединенные датчик тока, электронный ключ и блок нагрузки, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первый релейный элемент и последовательно соединенные второй релейный элемент, одновибратор, элемент НЕ, элемент И, апериодическое звено, элемент ИЛИ и триггер, R-вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, S-вход триггера соединен с входом включения коммутатора напряжения, а выход триггера соединен с входом управления электронного ключа, при этом входы первого и второго релейных элементов подключены к выходу датчика тока, выход первого релейного элемента соединен со вторым входом элемента ИЛИ, третий вход которого подключен к входу выключения коммутатора напряжения, а второй вход элемента И соединен с выходом второго релейного элемента.

РИСУНКИ