УСТРОЙСТВО ОГРАНИЧЕНИЯ ПУСКОВОГО И РАБОЧЕГО ТОКА
STARTING AND OPERATING CURRENT LIMITING DEVICE

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в составе радиоэлектронной аппаратуры в качестве входного фильтра и ограничителя тока в целях питания нагрузки.
Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, патент RU2588051С1, 13.05.2015г., которое по техническому эффекту наиболее близко соответствует заявленному устройству. Известное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки содержит источник напряжения постоянного тока, ключ и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа, а первый вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первым выводом ключа, устройство задания тока, датчик тока, реактор, диод и блок временной задержки, при этом, второй вывод ключа соединен через реактор с первой клеммой для подсоединения конденсатора нагрузки, второй вывод источника напряжения через датчик тока подсоединен ко второй клемме для подключения конденсатора нагрузки, выход устройства задания тока подключен к первому входу блока управления, а выход датчика тока через блок временной задержки подсоединен ко второму входу блока управления, причем между вторым выводом ключа и вторым выводом источника напряжения постоянного тока подключен диод катодом ко второму выводу ключа.
Для заявленного устройства выявлены общие с прототипом признаки:
- устройство ограничения пускового и рабочего тока нагрузки;
- источник напряжения постоянного тока;
- транзисторный ключ со схемой управления;
- управляющий транзистор;
- датчик тока;
- резистор обратной связи;
- RC цепь временной задержки;
- реактор (дроссель) с шунтирующим диодом;
- конденсатор нагрузки.
Существенным недостатком известного устройства является функциональная сложность ограничителя тока и зависимость его качества работы от состава функциональных узлов. Это видно из осциллограммы тока и напряжения, приведенной в описании прототипа, где ключ регулятора тока частично работает в линейном режиме, что приводит к снижению допустимого времени работы устройства в режиме ограничения тока.
Настоящим изобретением решается техническая проблема упрощения схемы ограничителя тока и повышение надежности аппаратуры путем защиты источника питания от перегрузки по току при подключении емкости нагрузки, а также при аварийном увеличении тока в цепи питания потребителя.
Указанная техническая проблема решается тем, что применено устройство ограничения пускового и рабочего тока нагрузки, содержащее источник напряжения постоянного тока, транзисторный ключ со схемой управления, состоящей из управляющего транзистора, датчика тока, резистора обратной связи, RC цепи временной задержки, верхнего и нижнего резистора делителя напряжения, фильтра, состоящего из дросселя с шунтирующим диодом и конденсатора нагрузки. Согласно заявленному изобретению источник напряжения постоянного тока шиной «плюс» подключен к первому выводу верхнего резистора делителя напряжения, катоду шунтирующего диода и выводу «плюс» конденсатора нагрузки, а шиной «минус» подключен к эмиттеру управляющего транзистора и первому выводу датчика тока, второй вывод которого подключен к первому выводу резистора обратной связи, истоку транзисторного ключа, первому выводу нижнего резистора делителя напряжения, второй вывод которого подключен к затвору транзисторного ключа, ко второму выводу верхнего резистора делителя напряжения и коллектору управляющего транзистора, база которого подключена ко второму выводу резистора обратной связи и первому выводу RC цепи временной задержки, второй вывод которой подключен к аноду шунтирующего диода, стоку транзисторного ключа и первому выводу дросселя, второй вывод которого подключен к выводу «минус» конденсатора нагрузки.
Заявленное устройство ограничения пускового и рабочего тока нагрузки (см.фиг.1) состоит из источника напряжения постоянного тока 1, транзисторного ключа 8 со схемой управления, состоящей из управляющего транзистора 3, датчика тока 2, резистора обратной связи 4, RC цепи временной задержки 5, верхнего 6 и нижнего 7 резистора делителя напряжения, фильтра, состоящего из дросселя 10 с шунтирующим диодом 9 и конденсатора нагрузки 11. Согласно заявленному изобретению источник напряжения постоянного тока 1 шиной «плюс» подключен к первому выводу верхнего 6 резистора делителя напряжения, катоду шунтирующего диода 9 и выводу «плюс» конденсатора нагрузки 11, а шиной «минус» подключен к эмиттеру управляющего транзистора 3 и первому выводу датчика тока 2, второй вывод которого подключен к первому выводу резистора 4 обратной связи, истоку транзисторного ключа 8, первому выводу нижнего резистора 7 делителя напряжения, второй вывод которого подключен к затвору транзисторного ключа 8, ко второму выводу верхнего резистора 6 делителя напряжения и коллектору управляющего транзистора 3, база которого подключена ко второму выводу резистора 4 обратной связи и первому выводу RC цепи временной задержки 5, второй вывод которой подключен к аноду шунтирующего диода 9, стоку транзисторного ключа 8 и первому выводу дросселя 10, второй вывод которого подключен к выводу «минус» конденсатора нагрузки 11.
Устройство ограничения пускового и рабочего тока нагрузки работает следующим образом. При включении источника питания 1 на затвор транзисторного ключа 8 через резисторный делитель напряжения 6,7 поступает отпирающее напряжение, после чего по цепи (датчик тока 2, исток-сток транзистора 8, дроссель 10) начинает протекать ток нагрузки 11; на датчике тока 2 за счет индуктивности дросселя 10 плавно нарастает напряжение до величины, достаточной, для отпирания транзистора 3, который при срабатывании шунтирует переход исток-затвор транзисторного ключа 8, обеспечивая его запирание, при этом накопленная в дросселе энергия через диод 9 разряжается в цепь нагрузки 11. После прерывания тока, протекающего через датчик тока 2 и снижения напряжения на базе транзистора 3, последний переходит в режим отсечки, при этом на затвор транзисторного ключа 8 через делитель напряжения 6,7 вновь поступает отпирающее напряжение, и процесс протекания тока в нагрузку повторяется. Для задержки момента запирания транзистора 3 и частичной компенсации сигнала прерывистого тока в цепи датчика тока 2, на базу транзистора 3 с дросселя 10 через RC цепь временной задержки 5 заведена обратная связь, которая обеспечивает колебательный процесс в контуре выходного фильтра. Таким образом, при превышении номинального тока нагрузки 11 в момент заряда конденсатора 11 или неисправности аппаратуры потребителя формируется импульсный режим работы транзисторного ключа 8, и устройство переходит в режим частотно-токового ограничения. После завершения переходного процесса при номинальном токе нагрузки напряжение на датчике тока 2 не достигает величины, достаточной для отпирания транзистора 3, поэтому транзисторный ключ 8 постоянно находится в открытом состоянии.
На фиг.2 приведены осциллограммы сигнала с датчика тока 2 (линия 2) и напряжения исток-сток транзисторного ключа 8 (линия 1) в режиме превышения номинального тока в момент заряда конденсатора нагрузки при включении источника напряжения 1.
На фиг.3 приведены осциллограммы сигнала с датчика тока 2 (линия 2) и напряжения исток-сток транзисторного ключа 8 (линия 1) в режиме превышения номинального тока при неисправности аппаратуры потребителя.
В соответствии с вольт-амперной характеристикой биполярного транзистора, величина напряжения эмиттер-база, достаточная для отпирания транзистора 3 может находиться в пределах 0,6÷0.7В, что позволяет путем подбора резистора 2 задавать ток ограничения с точностью 15-20%.
Для аппаратуры аэрокосмического применения нормируется пусковой ток по цепям питания, который не должен превышать трехкратной величины номинального тока потребления. Таким образом, техническим результатом заявленного изобретения является упрощение электрической схемы ограничителя тока, которая с большим запасом обеспечивает заданные требования по погрешности ограничения пускового тока в цепях питания аппаратуры.
Данное изобретение предназначено для применения в аппаратуре, разрабатываемой АО «ИСС» имени академика М.Ф. Решетнева» в качестве входного фильтра и ограничителя пускового тока вторичных источников питания.
Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.