ОГРАНИЧИТЕЛЬ ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при построении вторичных источников электропитания.
Известен ограничитель тока, представляющий собой транзисторный ключ, управляющий переход которого зашунтирован конденсатором, замедляющим нарастание управляющего сигнала. Это приводит к уменьшению скорости нарастания тока, коммутируемого транзисторным ключом при работе ограничителя тока на емкость нагрузки [1]. При окончании процесса заряда емкости нагрузки транзисторный ключ работает в режиме насыщения.
Недостатками данного технического решения являются увеличенная мощность, выделяемая на транзисторном ключе в процессе ограничения тока и пропорциональная ее зависимость от емкости нагрузки. Кроме того, после заряда конденсатора, шунтирующего переход транзисторного ключа, ограничительное действие устройства на ток нагрузки прекращается.
Перечисленные недостатки сужают функциональные возможности и область применимости рассмотренного технического решения.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой технической задаче является известный ограничитель тока, содержащий регулирующий элемент с управляющим, первым и вторым силовыми электродами, резисторным датчиком тока, подключенным между первым силовым электродом регулирующего элемента и выводом входного напряжения, усилитель, один вход которого соединен с первым силовым выводом регулирующего элемента, а второй вход через источник опорного напряжения -с выводом входного напряжения, конденсатор, включенный между выводом выходного напряжения и общим проводом, причем выход усилителя подключен к управляющему входу регулирующего элемента, второй силовой
электрод которого соединен выводом выходного напряжения [2]. На фиг.1 приведена функциональная схема прототипа.
Ограничитель тока работает следующим образом. Сначала для нормальной работы ограничителя тока последний настраивают на максимальное значение тока через регулирующий элемент РЭ подбором резистора датчика тока Rдт: Iрэ. макс=Uоп/Rдт. Тогда при токе регулирующего элемента РЭ Iрэ≤Iрэ. макс сигнал на выходе усилителя У максимален и регулирующий элемент РЭ открыт и работает в режиме насыщения.
При увеличении тока нагрузки сверх значения Iрэ. макс сигнал на выходе усилителя У уменьшается, переводя регулирующий элемент РЭ в линейный режим и ограничивая, тем самым, ток через него значением 1рэ.макс. Выходное напряжение ограничителя напряжения при этом уменьшается до значения Uвых=Rн×Iрэ. макс, а на регулирующем элементе РЭ выделяется мощность Ррэ=(Uвх-Uвых)×Iрэ. макс, а при коротком замыкании на выходе -Ррэ. макс=Uвх×Iрэ. макс
Недостатком известного технического решения являются увеличенная мощность, выделяемая на регулирующем элементе во время перегрузки по току на выходе, что влечет за собой перегрев регулирующего элемента РЭ и ограничивает время действия перегрузки на уровне десятков миллисекунд.
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются регулирующий элемент с управляющим, первым и вторым силовыми электродами, резисторный датчик тока, подключенным между первым силовым электродом регулирующего элемента и выводом входного напряжения, усилитель, один вход которого соединен с первым силовым выводом регулирующего элемента, а второй вход через источник опорного напряжения -с выводом входного напряжения, конденсатор, включенный между выводом выходного напряжения и общим проводом, выход усилителя.
Технической задачей предлагаемой полезной модели являются уменьшение мощности, выделяемой во время действия перегрузки на выходе, и увеличение времени ее действия.
Поставленная техническая задача решается тем, что предлагается ограничитель тока, содержащий регулирующий элемент с управляющим, первым и вторым силовыми электродами, резисторным датчиком тока, подключенным между первым силовым электродом регулирующего элемента и выводом входного напряжения, усилитель, один вход которого соединен с первым силовым выводом регулирующего элемента, а второй вход через источник опорного напряжения - с выводом входного напряжения, конденсатор, включенный между выводом выходного напряжения и общим проводом, выход усилителя, причем, что в него введены одновибратор, диод и дроссель, выход усилителя подключен к входу одновибратора, выход которого соединен с управляющим электродом регулирующего элемента, второй силовой электрод которого через дроссель соединен с выводом выходного напряжения и через диод - с общим проводом.
Введение в устройство дополнительных элементов и новых неочевидных связей позволили значительно уменьшить мощность, выделяемую на регулирующем элементе во время действия перегрузки по току на выходе и практически снять ограничения на время действия перегрузки, что, в свою очередь, расширяет его функциональные возможности.
Заявитель не обнаружил технических решений, имеющих сходные признаки с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, а, следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.
Предлагаемое устройство изготавливается из стандартных элементов, которые серийно выпускаются промышленностью. Оно собирается типовыми монтажными операциями с помощью стандартного оборудования и не нуждается в регулировке, что особенно важно при серийном производстве.
Поэтому предлагаемое устройство удовлетворяет критерию промышленной применимости.
На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого ограничителя тока.
Предлагаемый ограничителя тока содержит резисторный датчик тока 1, источник опорного напряжения 2, усилитель 3, одновибратор 4, регулирующий элемент 5, диод 6, дроссель 7 и конденсатор 8.
В предлагаемом ограничителе тока первый силовой электрод регулирующего элемента 5 соединен через резисторный датчик тока 1 с выводом входного напряжения, а второй силовой электрод через дроссель 7 - с выводом выходного напряжения. Один вход усилителя 3 подключен к первому силовому электроду регулирующего элемента 5, а другой вход через источник опорного напряжения 2 - к выводу входного напряжения. Конденсатор 8 подключен между выводом выходного напряжения и общим проводом. Выход усилителя 3 подключен к входу одновибратора 4. Выход одновибратора 4 соединен с управляющим электродом регулирующего элемента 5, второй силовой электрод которого через диод 6 подключен к общему проводу.
Предлагаемый ограничитель тока работает следующим образом. Сначала для нормальной работы ограничителя тока последний настраивают на максимальное значение тока через регулирующий элемент РЭ установкой номинала резисторного датчика тока Rдт исходя из выражения:
Rдт=Uоп/Iрэ.макс. В установившемся режиме и токе регулирующего элемента РЭ Iрэ≤Iрэ. макс сигнал на выходе усилителя У максимален. Одновибратором Од он воспринимается как логическая единица, а на его выходе удерживается сигнал логического нуля. При этом регулирующий элемент РЭ открыт и насыщен.
При увеличении тока через регулирующий элемент РЭ сверх значения Iрэ. макс сигнал на выходе усилителя У уменьшается. Когда его значение достигнет уровня логического нуля, одновибратор Од запускается. Напряжение на его выходе скачкообразно устанавливается на уровне логической единицы и
удерживается в течение времени задержки tзад, запирая регулирующий элемент РЭ на указанное время. В итоге при перегрузке по току на выходе ограничителя последний переходит в импульсный режим работы, ограничивая максимальное значение тока через регулирующий элемент РЭ и нагрузку на уровне Iрэ. макс. При этом регулирующий элемент РЭ работает в ключевом режиме с минимальной рассеиваемой на нем мощностью, которая увеличивается незначительно и не приводит к перегреву регулирующего элемента РЭ. Практически ограничитель тока может работать в этом режиме непрерывно без опасности перегрева регулирующего элемента РЭ, что увеличивает его надежность и расширяет функциональные возможности. Так, например, при Uвх=36 В и Iрэ. макс=10 А в прототипе рассеиваемая на регулирующем элементе РЭ мощность при коротком замыкании на входе составляет 360 Вт, а на регулирующем элементе РЭ предлагаемого устройства - не более 8 Вт.
Источники, используемые при написании заявки.
1. Миронов А. А. Некоторые проблемы разработки ограничителей пускового тока. Обзор по материалам отечественной и зарубежной патентной информации за 1972-1989 гг. - Центр научно-технической информации «Поиск», вып.42, 1990 г., с. 5, рис.3.
2. Там же, рис.2.