УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ ОТ ВЫБРОСОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к силовой электронике, в частности к источникам питания электронной аппаратуры, использующим генераторы постоянного тока, и может быть использована для создания источников питания электронной аппаратуры.
Известно устройство [1] защиты электронной аппаратуры от выбросов напряжения (УЗ), включающее транзистор, первый вывод которого предназначен для подачи напряжения положительной полярности от источника питания, а второй вывод предназначен для подачи напряжения питания положительной полярности на электронную аппаратуру, резистор и стабилитрон, катод которого соединен с первым выводом резистора, а анод предназначен для соединения с выводом напряжения отрицательной полярности источника питания и для подачи напряжения питания отрицательной полярности на электронную аппаратуру.
При этом второй вывод резистора соединен с первым выводом транзистора, а первый вывод резистора соединен дополнительно с управляющим выводом транзистора.
Пока напряжение на выходе источника питания электронной аппаратуры меньше напряжения срабатывания стабилитрона, напряжение на управляющем выводе транзистора практически равно напряжению на его первом выводе, транзистор открыт. Напряжение на электронной аппаратуре в этом случае равно напряжению на выходе источника питания электронной аппаратуры, уменьшенному на величину суммарного падения напряжения на резисторе и между управляющим и вторым выводами транзистора (что обычно составляет величину >1 В).
Когда напряжение на выходе источника питания электронной аппаратуры становится больше напряжения срабатывания стабилитрона, через стабилитрон течет ток, а напряжение стабилизации на нем и на управляющем выводе транзистора ограничено параметрами стабилитрона и меньше напряжения на выходе источника питания электронной аппаратуры. Напряжение на электронной аппаратуре в этом случае равно напряжению стабилизации стабилитрона, уменьшенному на величину падения напряжения между управляющим и вторым выводами транзистора. Таким образом, электронная аппаратура защищается от скачков напряжения на выходе источника питания электронной аппаратуры.
Недостатком этого УЗ является то, что в рабочем состоянии падение напряжения на транзисторе не может быть меньше падения напряжения между управляющим и вторым выводами транзистора, и обычно составляет в реальных схемах величину более или равную 1 В, что при больших токах потребления электронной аппаратуры приводит к выделению существенной тепловой мощности, и соответственно, требует применения радиатора для транзистора.
Меньшее тепловыделение на транзисторе происходит в УЗ [2], являющемся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранном в качестве прототипа.
УЗ включает транзистор, резистор, стабилитрон, вторичный источник постоянного напряжения, при этом первый вывод транзистора УЗ предназначен для подачи напряжения положительной полярности от источника питания, а второй вывод предназначен для подачи напряжения питания положительной полярности на электронную аппаратуру, первый вывод резистора соединен с катодом стабилитрона, анод которого предназначен для соединения с выводом напряжения отрицательной полярности источника питания и для подачи напряжения питания отрицательной полярности на электронную аппаратуру.
Вывод напряжения положительной полярности вторичного источника постоянного напряжения соединен с вторым выводом резистора, а вывод напряжения отрицательной полярности указанного источника соединен с первым выводом транзистора УЗ.
УЗ содержит также эмиттерный повторитель (ЭП), составленный из двух транзисторов, выход которого соединен с управляющим выводом транзистора УЗ. ЭП служит для увеличения тока управления транзистора УЗ, и соответственного уменьшения в рабочем режиме падения напряжения на транзисторе УЗ.
При этом второй вывод резистора соединен также с первыми выводами транзисторов ЭП, а первый вывод резистора соединен дополнительно с управляющим выводом первого транзистора ЭП.
Пока напряжение на выходе источника питания электронной аппаратуры меньше напряжения срабатывания стабилитрона, вторичный источник постоянного напряжения и ЭП обеспечивают полное открывание транзистора УЗ.
В связи с этим падение напряжения на нем составляет ~0,2 В, что приводит к уменьшению тепловыделения по сравнению с УЗ в [1].
Напряжение на электронной аппаратуре в этом случае равно напряжению на выходе источника питания электронной аппаратуры, уменьшенному на напряжение (~0,2 В) между первым и вторым выводами транзистора УЗ.
Когда напряжение на выходе источника питания электронной аппаратуры становится больше напряжения срабатывания стабилитрона, через стабилитрон течет ток, а напряжение стабилизации ограничено параметрами стабилитрона и меньше напряжения на выходе источника питания электронной аппаратуры. В этом случае напряжение на управляющем выводе первого транзистора ЭП равно напряжению стабилизации стабилитрона, что соответственно ограничивает напряжение на электронной аппаратуре до напряжения стабилизации стабилитрона.
ЭП является дополнительной нагрузкой источника питания, а тепловая энергия, выделяющаяся на нем, бесполезно теряется.
Задачей полезной модели является уменьшение мощности тепловыделения УЗ.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве защиты электронной аппаратуры от выбросов напряжения, включающем транзистор, резистор, стабилитрон, вторичный источник постоянного напряжения, при этом первый вывод транзистора предназначен для подачи напряжения положительной полярности от источника питания, первый вывод резистора соединен с катодом стабилитрона, анод которого предназначен для соединения с выводом напряжения отрицательной полярности источника питания, в отличие от прототипа, вывод напряжения положительной полярности вторичного источника постоянного напряжения соединен с управляющим выводом транзистора, второй вывод транзистора соединен с вторым выводом резистора, первый вывод которого соединен с выводом напряжения отрицательной полярности вторичного источника постоянного напряжения.
Соединение вывода напряжения положительной полярности вторичного источника постоянного напряжения с управляющим выводом транзистора, и соединение второго вывода транзистора с вторым выводом резистора, первый вывод которого соединен с выводом напряжения отрицательной полярности вторичного источника постоянного напряжения, позволяет, во-первых, обеспечить в рабочем режиме напряжение на управляющем выводе транзистора относительно его второго вывода, достаточное для полного открывания транзистора, что соответственно приводит к уменьшению мощности тепловыделения УЗ.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фигуре представлена принципиальная электрическая схема УЗ.
Устройство защиты электронной аппаратуры от выбросов напряжения включает транзистор 1, резистор 2, стабилитрон 3, вторичный источник 4 постоянного напряжения.
Первый вывод транзистора 1 предназначен для подачи напряжения положительной полярности от источника питания, а второй вывод его предназначен для подачи напряжения питания положительной полярности на электронную аппаратуру 5. Первый вывод резистора 2 соединен с катодом стабилитрона 3, анод которого предназначен для соединения с выводом напряжения отрицательной полярности источника питания и для подачи напряжения питания отрицательной полярности на электронную аппаратуру 5. При этом вывод напряжения положительной полярности вторичного источника 4 постоянного напряжения соединен с управляющим выводом транзистора 1, второй вывод транзистора 1 соединен с вторым выводом резистора 2, первый вывод которого соединен с выводом напряжения отрицательной полярности от вторичного источника 4 постоянного напряжения.
В качестве транзистора 1 используется полевой транзистор SPP80N08S2-07. В качестве резистора 2 используется резистор Р 1-12-0,25-1 кОм±5%-М-А. В качестве стабилитрона 3 используется стабилитрон BZX284-C30. Вторичный источник 4 постоянного напряжения 5 В может быть выполнен различным и с использованием различных элементов, в частности, может быть использован автономный элемент питания.
УЗ работает следующим образом.
Пока напряжение на выходе источника питания электронной аппаратуры 5 меньше напряжения срабатывания стабилитрона 3, напряжение на управляющем выводе транзистора 1 относительно его второго вывода равно примерно напряжению вторичного источника 4 постоянного напряжения (в нашем случае это 5 В). При этом транзистор 1 полностью открыт, в связи с чем падение напряжения на нем составляет ~0,1 В, что приводит к малому тепловыделению на транзисторе 1. Напряжение на электронной аппаратуре 5 в этом случае равно напряжению на выходе источника питания электронной аппаратуры 5, уменьшенному на напряжение ~0,1 В между первым и вторым выводами транзистора 1.
Когда напряжение на выходе источника питания электронной аппаратуры 5 становится больше напряжения срабатывания стабилитрона 3, через резистор 2 и стабилитрон 3 течет ток, при этом напряжение стабилизации ограничено параметрами стабилитрона и меньше напряжения на выходе источника питания электронной аппаратуры 5. При увеличении напряжения на выходе источника питания электронной аппаратуры 5 увеличивается ток через резистор 2 и стабилитрон 3, соответственно, напряжение на управляющем выводе транзистора 1 относительно его второго вывода уменьшается, сопротивление транзистора 1 увеличивается, что предотвращает увеличение напряжения на электронной аппаратуре 5.
Напряжение на электронной аппаратуре 5 не превышает суммы напряжения стабилизации стабилитрона 3 и напряжения вторичного источника 4 постоянного напряжения, уменьшенной на величину напряжения между первым и вторым выводами транзистора 1, в связи с чем электронная аппаратура 5 защищается от выбросов напряжения на выходе источника питания электронной аппаратуры 5.
При этом в связи с отсутствием дополнительных потерь в цепи управления транзистора 1 уменьшается мощность тепловыделения УЗ.
Источники информации.
1 Прицел-прибор наведения 1К13. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1465.00.00.000 ТО.- Минск, ЦКБ «Пеленг». Типография Минского механического завода им. С.И.Вавилова, 1990. - С.29, 93.
2 Прицел-прибор наведения 1К13. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1465.00.00.000 ТО.- Минск, ЦКБ «Пеленг». Типография Минского механического завода им. С.И.Вавилова, 1990. - С.38, 107. -Прототип.