RU2622893C1 - Electronic fuse - Google Patents
Electronic fuse Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622893C1 RU2622893C1 RU2016126798A RU2016126798A RU2622893C1 RU 2622893 C1 RU2622893 C1 RU 2622893C1 RU 2016126798 A RU2016126798 A RU 2016126798A RU 2016126798 A RU2016126798 A RU 2016126798A RU 2622893 C1 RU2622893 C1 RU 2622893C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistor
- diode
- cathode
- terminal
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current additionally responsive to some other abnormal electrical conditions
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам защиты нагрузок и силовых цепей вторичных источников питания от перегрузок и коротких замыканий по току, от переполюсовки и превышения входного напряжения.The invention relates to devices for protecting loads and power circuits of secondary power supplies from overloads and short circuits, against reverse polarity and excess input voltage.
Известно защитное реле (см. патент РФ №2524171, «Защитное реле», Саракава X., Янангихаси Ю., Маехара X., Танака Т., Суга Н., Суто И., опубликовано 27.07.2014), содержащее входную цепь, блок срабатывания и защитное реле. Входная цепь включает в себя средство переключения, резисторы деления напряжения, оптрон, подключенный через выходную цепь к блоку срабатывания, и средство регулировки порогового напряжения, соединённое с резисторами деления напряжения.A protective relay is known (see RF patent No. 2524171, “Protective relay”, Sarakawa X., Yangangihashi Yu., Maihara X., Tanaka T., Suga N., Suto I., published July 27, 2014), containing an input circuit, actuation unit and protective relay. The input circuit includes switching means, voltage division resistors, an optocoupler connected through the output circuit to the actuation unit, and threshold voltage adjustment means connected to voltage division resistors.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности и, соответственно, ограниченная область применения, так как отсутствуют функции защиты нагрузки от переполюсовки входного напряжения и от перегрузок и коротких замыканий по току.The disadvantage of this device is its limited functionality and, accordingly, a limited scope, since there are no functions to protect the load from polarity reversal of the input voltage and from overloads and short circuits.
Известен электронный предохранитель (см. патент РФ №2398335, «Электронный предохранитель», Коновалов Д.В., опубликовано 27.08.2010), содержащий положительную и отрицательную клеммы для подведения питания к нагрузке, биполярный и полевой транзисторы, четыре резистора, при этом положительная клемма подключена к первому выводу первого резистора, первому выводу третьего резистора, отрицательная клемма подключена ко второму выводу второго резистора, к эмиттеру биполярного транзистора и к истоку полевого транзистора, второй вывод первого резистора подключен к первому выводу четвёртого резистора, к первому выводу второго резистора и к базе биполярного транзистора, второй вывод третьего резистора подключен к коллектору биполярного транзистора и к затвору полевого транзистора, сток которого подключен ко второму выводу четвёртого резистора. Электронный предохранитель дополнительно содержит стабилитрон для ограничения максимального напряжения затвор-исток полевого транзистора, подключенного анодом к истоку полевого транзистора, а катодом к затвору полевого транзистора. Электронный предохранитель дополнительно содержит конденсатор, расположенный между отрицательной клеммой и первым выводом второго резистора. Биполярный транзистор выполнен в виде NPN-типа.Known electronic fuse (see RF patent No. 2398335, "Electronic fuse", Konovalov D.V., published 08.27.2010), containing positive and negative terminals for supplying power to the load, bipolar and field-effect transistors, four resistors, while positive the terminal is connected to the first terminal of the first resistor, the first terminal of the third resistor, the negative terminal is connected to the second terminal of the second resistor, to the emitter of the bipolar transistor and to the source of the field-effect transistor, the second terminal of the first resistor connected to the first terminal of the fourth resistor, to the first terminal of the second resistor and to the base of the bipolar transistor, the second terminal of the third resistor is connected to the collector of the bipolar transistor and to the gate of the field effect transistor, the drain of which is connected to the second terminal of the fourth resistor. The electronic fuse further comprises a zener diode to limit the maximum gate-source voltage of the field-effect transistor connected by the anode to the source of the field-effect transistor, and by the cathode to the gate of the field-effect transistor. The electronic fuse further comprises a capacitor located between the negative terminal and the first terminal of the second resistor. The bipolar transistor is made in the form of an NPN type.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности и, соответственно, ограниченная область применения, так как отсутствуют функции защиты нагрузки от переполюсовки и превышения входного напряжения. Кроме того, использование конденсатора обеспечивает отсутствие сбоя при включении полевого транзистора в случае его перегрузки пусковым током нагрузки, но при этом снижает быстродействие электронного предохранителя при защите от превышения тока нагрузки, возникающего после завершения переходного процесса включения питания.The disadvantage of this device is its limited functionality and, accordingly, a limited scope, since there are no functions to protect the load from polarity reversal and excess input voltage. In addition, the use of a capacitor ensures that there is no malfunction when the field effect transistor is turned on if it is overloaded with an inrush load current, but at the same time it reduces the electronic fuse performance when protecting against exceeding the load current that occurs after the end of the transient power-on process.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore is selected as a prototype.
Решаемой технической задачей является создание электронного предохранителя с расширенными функциональными возможностями и областью применения, а также с повышенным быстродействием защиты от перегрузок по току.The technical problem to be solved is the creation of an electronic fuse with enhanced functionality and scope, as well as with increased speed protection against overcurrents.
Для достижения технического результата в электронный предохранитель, содержащий транзистор NPN-типа, база которого соединена с первыми выводами первого резистора, конденсатора и второго резистора, вторые выводы конденсатора и второго резистора объединены между собой и подключены к минусовой клемме питания и к эмиттеру этого же транзистора, коллектор которого соединён с первым выводом третьего резистора, стабилитрон, плюсовую клемму питания, выходную клемму и четвёртый резистор, дополнительно введены оптоэлектронное реле, первый и второй диоды, пятый, шестой, седьмой и восьмой резисторы и первый и второй транзисторы PNP-типа, эмиттеры которых объединены между собой и подключены к первым выводам четвёртого и пятого резисторов, к аноду управляющего светодиода оптоэлектронного реле и к катоду первого диода, анод которого подключен к плюсовой клемме питания и через силовой ключ оптоэлектронного реле к выходной клемме и аноду второго диода, катод которого соединён с первым выводом шестого резистора, второй вывод которого соединён со вторыми выводами третьего и четвёртого резисторов и с базой первого транзистора PNP-типа, коллектор которого соединён с катодом управляющего светодиода оптоэлектронного реле, со вторым выводом первого резистора и с коллектором второго транзистора PNP-типа, база которого соединена со вторым выводом пятого резистора и с катодом стабилитрона, анод которого соединён с первыми выводами седьмого и восьмого резисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с катодом второго диода и минусовой клеммой питания.To achieve a technical result, an electronic fuse containing an NPN-type transistor, the base of which is connected to the first terminals of the first resistor, capacitor and second resistor, the second terminals of the capacitor and second resistor are interconnected and connected to the negative power terminal and to the emitter of the same transistor, whose collector is connected to the first output of the third resistor, a zener diode, a positive power terminal, an output terminal and a fourth resistor, an optoelectronic relay, the first and second ohms diodes, fifth, sixth, seventh and eighth resistors and first and second PNP-type transistors, the emitters of which are interconnected and connected to the first terminals of the fourth and fifth resistors, to the anode of the control LED of the optoelectronic relay and to the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the positive power terminal and through the power switch of the optoelectronic relay to the output terminal and anode of the second diode, the cathode of which is connected to the first terminal of the sixth resistor, the second terminal of which is connected to the second terminals of the third and fourth and with the base of the first PNP-type transistor, the collector of which is connected to the cathode of the control LED of the optoelectronic relay, with the second output of the first resistor and with the collector of the second PNP-type transistor, whose base is connected to the second terminal of the fifth resistor and with the zener diode cathode, the anode of which is connected with the first terminals of the seventh and eighth resistors, the second terminals of which are connected respectively to the cathode of the second diode and the negative power terminal.
Указанная совокупность существенных признаков позволяет расширить функциональные возможности и область применения за счёт введения функций защиты от переполюсовки и превышения входного напряжения. Кроме того, указанная совокупность существенных признаков позволяет повысить быстродействие защиты от перегрузок по току за счёт введения пусковой части схемы защиты (транзистор NPN-типа и второй резистор) и перенесения конденсатора из дежурной части схемы защиты (первый транзистор PNP-типа, третий, четвёртый и пятый резисторы и второй диод) в пусковую часть. При этом второй диод обеспечивает компенсацию падения напряжения на первом диоде и защиту нагрузки от высокого напряжения при превышении входного напряжения, которое поступает через первый диод, базо-эмиттерный переход первого транзистора PNP-типа и четвёртый резистор на катод второго диода.The specified set of essential features allows you to expand the functionality and scope by introducing the functions of protection against reverse polarity and excess input voltage. In addition, this set of essential features allows to increase the speed of protection against overcurrent due to the introduction of the starting part of the protection circuit (NPN type transistor and the second resistor) and the transfer of the capacitor from the on-board part of the protection circuit (the first PNP type transistor, the third, fourth and fifth resistors and second diode) in the starting part. In this case, the second diode provides compensation for the voltage drop across the first diode and protects the load from high voltage when exceeding the input voltage that is supplied through the first diode, the base-emitter junction of the first PNP type transistor and the fourth resistor to the cathode of the second diode.
На фиг. 1 приведена схема электронного предохранителя.In FIG. 1 is a diagram of an electronic fuse.
Электронный предохранитель содержит транзистор NPN-типа 1, первый 2 и второй 3 транзисторы PNP-типа, оптоэлектронное реле 4, первый 5 и второй 6 диоды, стабилитрон 7, конденсатор 8, восемь резисторов 9-16, плюсовую 17 и минусовую 18 клеммы питания и выходную клемму 19. База транзистора NPN-типа 1 соединена с первыми выводами первого резистора 9, конденсатора 8 и второго резистора 10. Вторые выводы конденсатора 8 и второго резистора 10 объединены между собой и подключены к минусовой клемме питания 18 и к эмиттеру этого же транзистора 1, коллектор которого соединён с первым выводом третьего резистора 11. Эмиттеры первого 2 и второго 3 транзисторов PNP-типа объединены между собой и подключены к первым выводам четвёртого 12 и пятого 13 резисторов, к аноду управляющего светодиода оптоэлектронного реле 4 и к катоду первого диода 5, анод которого подключен к плюсовой клемме питания 17 и через силовой ключ оптоэлектронного реле 4 к выходной клемме 19 и аноду второго диода 6, катод которого соединён с первым выводом шестого резистора 14, второй вывод которого соединён со вторыми выводами третьего 11 и четвёртого 12 резисторов и с базой первого транзистора PNP-типа 2, коллектор которого соединён с катодом управляющего светодиода оптоэлектронного реле 4, со вторым выводом первого резистора 9 и с коллектором второго транзистора PNP-типа 3, база которого соединена со вторым выводом пятого резистора 13 и с катодом стабилитрона 7, анод которого соединён с первыми выводами седьмого 15 и восьмого 16 резисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с катодом второго диода 6 и минусовой клеммой питания 18.The electronic fuse contains an NPN-
Электронный предохранитель (см. Фиг. 1) работает следующим образом.Electronic fuse (see Fig. 1) operates as follows.
Нагрузка подключается к выходной 19 и минусовой 18 клеммам устройства. Напряжение питания прикладывается к плюсовой 17 и минусовой 18 клеммам. В первый момент после подачи напряжения питания конденсатор 8 разряжен. Протекает ток с плюсовой клеммы 17 через первый диод 5, светодиод оптоэлектронного реле 4, первый резистор 9 и конденсатор 8 на минусовую клемму 18. Этим током открывается силовой ключ оптоэлектронного реле 4 и заряжается конденсатор 8. Одновременно током, протекающим через силовой ключ оптоэлектронного реле 4, заряжается ёмкость в цепи питания нагрузки. Номиналы первого резистора 9 и конденсатора 8 выбираются такими, чтобы ёмкость нагрузки зарядилась раньше, чем напряжение на конденсаторе 8 достигнет порога открывания транзистора NPN-типа 1. Когда указанный транзистор откроется, схема защиты от превышения тока нагрузки, выполненная на первом транзисторе PNP-типа 2, переводится из выключенного состояния в дежурный режим. Таким образом парируется ложное срабатывание электронного предохранителя от пускового тока, возникающего в процессе заряда ёмкости нагрузки. Если в нагрузке имеется короткое замыкание между шинами питания или ток нагрузки превышает пороговое значение по иной причине, то после включения питания силовой ключ оптоэлектронного реле 4 выдерживает ток короткого замыкания, пока не откроется транзистора NPN-типа 1 и не сработает схема защиты от превышения тока нагрузки. Для этого силовой ключ оптоэлектронного реле 4 должен допускать достаточно большой ток в импульсном режиме.The load is connected to the
В случае переполюсовки напряжения, прикладываемого к плюсовой 17 и минусовой 18 клеммам, например из-за ошибки оператора, первый диод 5 заперт и на нём падает практически всё приложенное напряжение. Лишь незначительная часть указанного напряжения, обусловленная током утечки первого диода 5, падает на цепочке из последовательно соединённых четвёртого 12, шестого 14, седьмого 15 и восьмого 16 резисторов. Это защищает от пробоя обратным напряжением p-n-переходы эмиттеров всех транзисторов и управляющего светодиода оптоэлектронного реле 4. Силовой ключ оптоэлектронного реле 4 закрыт и нагрузка обесточена.In the case of polarity reversal of the voltage applied to the plus 17 and minus 18 terminals, for example, due to an operator error, the
Схема защиты от превышения тока нагрузки работает следующим образом. Датчиком тока, преобразующим ток нагрузки в напряжение, служит сопротивление открытого силового ключа оптоэлектронного реле 4. Указанное напряжение прикладывается через первый диод 5 к эмиттеру а через второй диод 6 и шестой резистор 14 к базе первого транзистора PNP-типа 2. Между базой и эмиттером указанного транзистора присутствует некоторое напряжение, определяемое резистивным делителем напряжения, одно плечо которого составлено шестым 14 и четвёртым 12 резисторами, а второе плечо образовано третьим резистором 11. Пока ток нагрузки меньше заданного порогового значения, это напряжение меньше порога открывания первого транзистора PNP-типа 2, но с ростом тока нагрузки оно увеличивается и при достижении током нагрузки порогового значения достигает порога открывания первого транзистора PNP-типа 2, который, открываясь, шунтирует управляющий светодиод оптоэлектронного реле 4, силовой ключ которого при этом закрывается, отключая нагрузку от источника питания. Напряжение на нагрузке падает, второй диод 6 закрывается, ток через шестой резистор 14 прекращается, что приводит к увеличению напряжения между базой и эмиттером первого транзистора PNP-типа 2. Таким образом, второй диод 6 и шестой резистор 14 образуют положительную обратную связь, превращающую выключение электронного предохранителя в лавинообразный процесс. Это важно ввиду того, что силовой ключ оптоэлектронного реле 4 должен находиться только в открытом или закрытом состоянии. «Зависание» его в полуоткрытом (полузакрытом) состоянии привело бы его к перегреву и выходу из строя. Следует отметить, что падение напряжения на первом диоде 5 компенсируется таким же падением напряжения на втором диоде 6, что уменьшает их влияние на стабильность порога срабатывания схемы защиты от превышения тока нагрузки.The protection circuit against overload current works as follows. The current sensor that converts the load current to voltage is the resistance of the open power switch of the
Схема защиты от превышения напряжения на нагрузке работает следующим образом. Если напряжение на нагрузке не превышает заданного порога, стабилитрон 7 закрыт. С повышением напряжения нагрузки стабилитрон 7 открывается и начинает увеличиваться ток через пятый 13 и восьмой 16 резисторы. Когда напряжение на пятом резисторе 13 достигнет порога открывания второго транзистора PNP-типа 3, он откроется и зашунтирует управляющий светодиод оптоэлектронного реле 4, силовой ключ которого при этом закрывается, отключая нагрузку от источника питания. Напряжение на нагрузке падает, второй диод 6 закрывается, ток через седьмой резистор 15 прекращается, напряжение на восьмом резисторе 16 уменьшается, что приводит к увеличению напряжения между базой и эмиттером второго транзистора PNP-типа 3. Таким образом, второй диод 6 и седьмой резистор 15 образуют положительную обратную связь, превращающую выключение электронного предохранителя в лавинообразный процесс. При достижении напряжения между плюсовой 17 и минусовой 18 клеммами предельно допустимого значения, напряжение на восьмом резисторе 16 будет меньше этого значения на величину, равную сумме напряжений на первом диоде 5, р-n-переходе эмиттера второго транзистора PNP-типа 3 и стабилитроне 7. От указанного напряжения нагрузку защищает запертый второй диод 6. Восьмой резистор 16 должен быть рассчитан на мощность, которая на нём выделяется в указанном режиме.The protection circuit against overvoltage at the load works as follows. If the voltage at the load does not exceed a predetermined threshold, the zener diode 7 is closed. With increasing load voltage, the zener diode 7 opens and the current begins to increase through the fifth 13 and eighth 16 resistors. When the voltage at the
Первый 2 и второй 3 транзисторы PNP-типа имеют общую нагрузку и включены по схеме «Монтажное ИЛИ». Такая структура схемы открыта для наращивания функциональных возможностей путём наращивания количества входов схемы «Монтажное ИЛИ» и подключения к ним других датчиков (датчик температуры, датчик ионизирующего излучения и т.п.).The first 2 and second 3 PNP-type transistors have a common load and are connected according to the “Mounting OR” scheme. Such a structure of the circuit is open for increasing functional capabilities by increasing the number of inputs of the “Mounting OR” circuit and connecting other sensors to it (temperature sensor, ionizing radiation sensor, etc.).
Проведено макетирование электронного предохранителя с использованием оптоэлектронного реле PVG612A, транзисторов 2Т3108А и 2Т3117А, диодов 2Д510А, стабилитрона 2С210Ц и резисторов С2-33Н. Испытания макета подтвердили работоспособность заявляемого устройства и его практическую ценность.The electronic fuse was prototyped using the PVG612A optoelectronic relay, 2T3108A and 2T3117A transistors, 2D510A diodes, 2C210C zener diode and C2-33N resistors. Tests of the layout confirmed the operability of the claimed device and its practical value.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126798A RU2622893C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Electronic fuse |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126798A RU2622893C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Electronic fuse |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2622893C1 true RU2622893C1 (en) | 2017-06-21 |
Family
ID=59241270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016126798A RU2622893C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Electronic fuse |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2622893C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194201U1 (en) * | 2019-06-03 | 2019-12-03 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" | DEVICE FOR PROTECTION AGAINST AN UNAUTHORIZED SUPPLY OF VOLTAGE TO ELECTRICAL INSTRUMENT |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5381296A (en) * | 1992-11-16 | 1995-01-10 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson | Short circuit limiting protector |
| RU2398335C1 (en) * | 2009-06-18 | 2010-08-27 | Дмитрий Викторович Коновалов | Electronic safety device |
| RU2524171C2 (en) * | 2009-11-30 | 2014-07-27 | Кабусики Кайся Тосиба | Safety relay |
-
2016
- 2016-07-04 RU RU2016126798A patent/RU2622893C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5381296A (en) * | 1992-11-16 | 1995-01-10 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson | Short circuit limiting protector |
| RU2398335C1 (en) * | 2009-06-18 | 2010-08-27 | Дмитрий Викторович Коновалов | Electronic safety device |
| RU2524171C2 (en) * | 2009-11-30 | 2014-07-27 | Кабусики Кайся Тосиба | Safety relay |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194201U1 (en) * | 2019-06-03 | 2019-12-03 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" | DEVICE FOR PROTECTION AGAINST AN UNAUTHORIZED SUPPLY OF VOLTAGE TO ELECTRICAL INSTRUMENT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7408755B1 (en) | Advanced inrush/transient current limit and overload/short circuit protection method and apparatus for DC voltage power supply | |
| US6181541B1 (en) | Transistor-PTC circuit protection devices | |
| US6118641A (en) | Overcurrent protection device | |
| US10270240B2 (en) | Surge protective device with abnormal overvoltage protection | |
| CN106329898B (en) | Quick discharge circuit and discharge method for soft start circuit | |
| US6067219A (en) | Power cut-off device | |
| WO2022111240A1 (en) | Control circuit for intelligent low-side power switch, and chip | |
| WO2016060541A1 (en) | Overvoltage protection | |
| JPH061941B2 (en) | Telephone subscriber loop overvoltage protection circuit | |
| US8300373B2 (en) | Voltage triggered transient blocking unit | |
| CN112134257A (en) | Short-circuit protection circuit of direct-current power supply | |
| CN108512191B (en) | Surge protection circuit, electronic equipment and surge protection method of circuit | |
| EP0593588B1 (en) | Circuit protection arrangement | |
| RU2622893C1 (en) | Electronic fuse | |
| US20200014192A1 (en) | Control of a power transistor with a drive circuit | |
| US3303386A (en) | Transient overvoltage and overload protection circuit | |
| RU2360358C1 (en) | Electronic relay with transformer isolation and protection from current overload | |
| CN113644876A (en) | Photovoltaic power generation system and photovoltaic module's protection circuit | |
| US12155376B2 (en) | Driver discharge circuit | |
| WO2015109357A1 (en) | Phase cutting controlled dimmer arrangement with over-current protection when powering a lamp | |
| GB2404505A (en) | Temperature-dependent switching circuit | |
| RU2690838C1 (en) | Protective device | |
| US20240396325A1 (en) | Disable circuit for a current inrush limiter | |
| CN217956683U (en) | Power protection circuit and vehicle-mounted electronic equipment comprising same | |
| RU2795284C1 (en) | Voltage stabilizer |