ОГРАНИЧИТЕЛЬ ТОКА (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемый ограничитель тока относится к электронной технике и может быть использован для защиты электронных цепей от перегрузок по току.
Известен ограничитель тока (патент RU 2139620, МПК Н02Н 9/02, Н03К 17/08, 10.10.1999), содержащий, по меньшей мере, один управляемый полупроводник, который имеет характеристики типа полевого транзистора (FET).
Недостаток известного устройства состоит в том, что данное устройство рассчитано для ограничения сверхтоков и не предназначено для работы с токами порядка 150 мА. Также в управляемом полупроводнике используется полевая структура и, соответственно, невозможно использовать данное устройство для защиты электронных схем от перенапряжения на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы биполярной полупроводниковой микросхемы.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току (патент RU 2 331 978, МПК Н03К 17/08, Н02Н 9/02, 20.08.2008), содержащий электронный ключ, датчик тока, логический элемент ИЛИ и триггер. Работающий следующим образом: релейный элемент, подключенный к выходу датчика тока нагрузки, через логический элемент ИЛИ и триггер, осуществляет выключение питания блока нагрузки при наличии перегрузки по току.
Недостаток известного устройства состоит в том, что в аналоге для отключения нагрузки используется релейный элемент. Следовательно, используя аналог, невозможно создать устройство, позволяющее защищать электронные схемы от повышенного уровня тока, на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
В предлагаемом устройстве для отключения нагрузки используется биполярный транзистор в ключевом режиме, а также остальные элементы, в том числе и датчик тока, выполняются по полупроводниковой технологии и, соответственно, все устройство может быть выполнено на кристалле микросхемы как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
К недостаткам известного устройства также относится то, что для удержания рабочего режима в аналоге используется, как минимум, два элемента схемы: логический элемент ИЛИ и триггер.
В предлагаемом устройстве для удержания рабочего режима используется только один логический элемент - инвертор.
Задача полезной модели - создание устройства, защиты электронных схем от повышенного уровня тока, которое можно производить по полупроводниковой технологии в одной технологической цепочки на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Для решения поставленной задачи предлагается в ограничителе постоянного тока, включающем датчик тока и электронный ключ, датчик тока выполнить в виде прямосмещенного р-n-перехода. В качестве электронного ключа предлагается использовать транзистор. Дополнительно вводится в схему инвертор. Причем р-n-переход и транзистор должны быть включены последовательно в контролируемую цепь, вход инвертора подключается к р-n-переходу, тогда как его выход к базе транзистора.
Во втором варианте исполнения для решения поставленной задачи предлагается в ограничителе переменного тока, включающем датчик тока и электронный ключ, датчик тока выполнить в виде двух параллельно включенных р-n-переходов обратной направленности. В качестве электронного ключа предлагается использовать транзистор. Дополнительно вводится в схему инвертор. Причем р-n-переход и транзистор должны быть включены последовательно в контролируемую цепь, вход инвертора подключается к р-n-переходам, тогда как его выход к базе транзистора.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что для определения заданного уровня тока используется эффект генерации повышенного уровня шумового напряжения в прямой ветке р-n-перехода в диапазоне от 150 до 200 мА, описанный в статье авторов: Воронцов В.Н., Холкин В.Ю. Шумовая термоэлектродинамическая диагностика полупроводниковых приборов // РАН. Дефектоскопия. 1995, №3. А также используется фиксация высокого уровня шума, как управляющего сигнала (см. фиг.1). Использование компенсационных способов включения предлагаемого ограничителя тока позволит ограничивать протекание тока в контролируемой сети от 150 мА и выше.
Предлагаемая полезная модель поясняется диаграммой изменения амплитуды напряжения шума приведенного к входу в прямосмещенном р-n-переходе кремниевого диода, при изменении электрических и тепловых нагрузок, частота измерения 23 Гц и электрическими схемами.
На фиг.1 изображена диаграмма изменения амплитуды напряжения шума приведенного к входу в прямосмещенном р-n-переходе кремниевого диода при изменении электрических и тепловых нагрузок, частота измерения 23 Гц.
На фиг.2 изображена электрическая схема ограничителя постоянного тока.
На фиг.3 изображена электрическая схема ограничителя переменного тока.
Где:
1 - контролируемая цепь,
2 - р-n-переход,
3 - транзистор,
4 - инвертор,
5 - второй р-n-переход.
Ограничитель тока работает следующим образом.
После подачи напряжения питания и установления в контролируемой сети 1 (фиг.2) тока, не выше допустимого 150 мА, на входе а инвертора 4 возникает низкий уровень напряжения, вследствие чего, на выходе b инвертора 4 возникает высокий уровень напряжения. Таким образом, возникает высокий уровень напряжения на базе транзистора 3, работающего в ключевом режиме, о транзистор 3 пропускает ток. Когда уровень тока в контролируемой сети 1 (фиг.2) достигает порядка 150 мА, в р-n-переходе 2 генерируется избыточное шумовое напряжение, вследствие чего, на входе а инвертора 4 возникает высокий уровень напряжения. Таким образом, на выходе b инвертора 4 возникает низкий уровень напряжения, поэтому возникает низкий уровень напряжения на базе транзистора 3, работающего в ключевом режиме, транзистор 3 перестает пропускать ток. Избыточный ток через контролируемую цепь 1 прекращается.
Инвертор 4 может быть собран на основе одной из известных схем, в которых имеется защита от многократных срабатываний, возникающих в результате шумовых флуктуаций на входе а.
Установка диода в прямосмещенном состоянии практически не влияет на работоспособность схемы и, соответственно, не усложняет схемотехническое решение.
Для ограничения переменного тока можно использовать схему фиг.3, где вместо одного диода 2 фиг.2 используются два параллельно включенных диода (фиг.3) обратной направленности.
Преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что оно может быть выполнено по полупроводниковой технологии в теле микросхемы как часть ее электрической схемы. Это позволит создать защиту микросхем от перегрузок, а также создать микросхемы с новыми функциональными возможностями.