ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ С УЛУЧШЕННОЙ НАГРУЗОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ

Полезная модель (ПМ) «Электронный предохранитель с улучшенной нагрузочной характеристикой» относится к устройствам защиты от перегрузок и коротких замыканий (к.з.) по току нагрузок и выходных силовых цепей вторичных источников электропитания с повышенными требованиями к качеству выходной нагрузочной характеристики. Такие устройства применяются, например, в автоматизированных системах управления технологическими процессами угольных шахт для защиты выходных цепей взрывозащищенных источников бесперебойного электропитания.
Известно устройство защиты от к.з. и превышения тока в нагрузке (Шустов М.А. Практическая схемотехника. Книга 4. «Контроль и защита источников питания.» М. Издательский дом «Додека-XX1», «Альтекс», 2007, стр.49, рис.5.3.), в состав которого входят силовой МДП-транзистор, работающий в ключевом режиме, и резистивный датчик тока, включенные в защищаемую цепь последовательно с нагрузкой, поэтому ток нагрузки создает на них падение напряжения, пропорциональное току. Известное устройство - аналог предлагаемой ПМ - обладает техническим недостатком, а именно, падающей нагрузочной характеристикой, что может привести к сбоям в работе подключенного оборудования.
Из патента на изобретение RU 2432656 известно устройство защиты от к.з. и превышения тока в нагрузке «Электронный предохранитель с самовосстановлением», по принципу работы являющееся пороговым устройством, на вход которого сигнал подается с резистивного датчика тока. При перегрузке или к.з. сигнал с датчика превышает установленный порог и выход устройства защиты отключается от нагрузки. Данное устройство защиты выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемой ПМ.
Существо заявляемой ПМ поясняют Фиг.1-3, где на Фиг.1 представлена обобщенная структурная схема прототипа; на фиг.2 - структурная схема заявляемой ПМ; на Фиг.3 - пример технического осуществления заявляемого устройства.
Устройство - ближайший аналог (Фиг.1) выполнено в виде четырехполюсника так, что к входным полюсам 1, 2 подключается выход защищаемого источника электропитания 3, к выходным полюсам 4, 5 подключается нагрузка 6. В состав ближайшего аналога входят источник питания вспомогательный 7, пороговое устройство 8, резистивный датчик тока Rд. К входным полюсам четырехполюсника подключен вход источника питания вспомогательного 7, выход которого соединен с входами электропитания порогового устройства 8. Входной положительный полюс 1 соединен с первым входом порогового устройства 8, выход которого соединен с положительным выходным полюсом 4, кроме того входной отрицательный полюс 2 соединен с первым выводом резистивного датчика тока Rд, а выходной отрицательный полюс 5 соединен со вторым выводом резистивного датчика тока Rд и вторым входом порогового устройства 8. Эквивалентное внутреннее сопротивление Ri порогового устройства 8 и датчик Rд включены последовательно в защищаемую цепь 1, 8, 4, 6, 5, Rд, 2, поэтому на них будет падение напряжения, пропорциональное току нагрузки, следовательно, напряжение на выходных полюсах 4, 5 будет меньше напряжения на входных полюсах 1, 2. Известное устройство - ближайший аналог - обладает техническим недостатком, а именно, падающей нагрузочной характеристикой, что может привести к нестабильности выходного напряжения и сбоям в работе подключенного оборудования.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой ПМ - повышение стабильности выходного напряжения при изменении тока нагрузки от нуля до максимума.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство - ближайший аналог введен новый блок - компенсатор 9 (см. Фиг.2); цепь электропитания компенсатора 9 соединена с выходом источника питания вспомогательного 7; на вход компенсатора 9 подается сигнал, пропорциональный току нагрузки, с вывода резистивного датчика тока Rд, соединенного с выходным полюсом 5. Выход компенсатора 9 соединен с регулировочным входом Trim защищаемого источника питания 3. Сигнал с выхода компенсатора 9, пропорциональный входному сигналу (току нагрузки), воздействует на регулировочный вход Trim защищаемого источника питания 3 так, что его выходное напряжение, при увеличении тока нагрузки, увеличивается и компенсирует падение напряжения на внутреннем сопротивлении Ri порогового устройства 8 и датчике Rд таким образом, что напряжение на выходных полюсах 4, 5 остается постоянным с высокой точностью.
Пример технического осуществления ПМ представлен на Фиг.3. Компенсатор 9 выполнен на прецизионном операционном усилителе DA1 и транзисторе VT1 по общеизвестной схеме генератора тока, управляемого напряжением. Напряжение с резистивного датчика тока Rд поступает на неинвертирующий вход усилителя DA1, ток коллектора транзистора VT1 (также пропорциональный току нагрузки) поступает на регулировочный вход Trim защищаемого источника питания, воздействуя на него так, что напряжение на его выходе изменяется также пропорционально току нагрузки, компенсируя падение напряжения на внутреннем сопротивлении предохранителя таким образом, что напряжение на выходных полюсах 4, 5 остается постоянным с высокой точностью. В качестве внешнего защищаемого источника электропитания 3 применен DC/DC преобразователь TEN40-2412WIN фирмы Traco Power. В представленном примере изменение выходного напряжения (на полюсах 4, 5) при изменении тока нагрузки от 0 до максимума уменьшено (скомпенсировано) с 4,15% до 0,083%.