Система электропитания с защитой радиоэлектронных приборов от импульсных перенапряжений

Система электропитания с защитой радиоэлектронных приборов от импульсных перенапряжений

Реферат

Система электропитания радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) относится к области электротехники и может быть использована для питания приборов и систем РЭА в условиях возможного воздействия опасных импульсных помех.

Известны устройства электропитания, которые для снижения помех снабжены фильтрами низких частот [1]. В цепях, которые сами создают помехи, применяются нелинейные устройства для их снижения, например диод, подключенный параллельно индуктивности [2].

Однако они неприменимы для подавления или ограничения импульсной помехи, возникающей в длинных цепях питания коммутационных устройств, когда автоматика отключает перегрузку или (особенно) короткое замыкание в нагрузке. Импульсные помехи в таких цепях возникают за счет ЭДС самоиндукции индуктивностей шин питания, по которым поступает напряжение от первичного источника питания к питаемой РЭА.

Известны системы электропитания с ограничением импульсных помех, использующие нелинейные сопротивления, стабилитроны, специальные ограничительные диоды, тиристоры и т.д. Наиболее близким по назначению и техническому исполнению (прототипом) может быть признано устройство, выполненное на тиристоре, управляющий электрод которого через стабилитрон подключен к шине питания [4]. Вместе с тем, в качестве прототипа может быть использована любая система электропитания, в которой устройство защиты от импульсов перенапряжения подключено параллельно шинам питания РЭА, поскольку тип самого устройства защиты от импульсов перенапряжения никак не сказывается на построении предлагаемой системы.

Известная система электропитания с защитой радиоэлектронных приборов от импульсных перенапряжений содержит источник питания, шины питания, защищаемую радиоэлектронную аппаратуру и защитное устройство, подключенное параллельно защищаемой РЭА.

Однако при обрыве в цепи порогового устройства или ином дефекте защитного устройства пропадает защита от импульсных помех. Вместе с тем, в уже смонтированной аппаратуре трудно, практически невозможно, проверить сохранение заданных параметров защитных устройств. Это обстоятельство снижает надежность систем электропитания. Увеличение надежности защитных устройств путем их резервирования, например путем соединения их последовательно и параллельно не решает задачи: не проверенное устройство все равно остается потенциально ненадежным и даже неработоспособным. Вместе с тем увеличение количества последовательных элементов в каждой параллельной цепочке ведет к неоправданному усложнению аппаратуры в целом и снижению надежности защиты.

Задача предложения - увеличение функциональной надежности защиты за счет обеспечения проверки (тестирования) защитных функций.

Эта задача решается тем, что в систему электропитания с защитой радиоэлектронных приборов от импульсных перенапряжений, содержащую источник питания, шины питания, подключенные к ним защищаемую радиоэлектронную аппаратуру и защитное устройство, введен диод, включенный последовательно с защитным устройством, причем общая точка их соединения образует технологическую тестовую шину.

На чертеже представлена схема системы электропитания с защитой РЭА от импульсных помех по цепям питания.

Цифрами на чертеже показаны:

1 - источник питания G,

2-3 - защищаемая радиоэлектронная аппаратура, причем:

2 - приборы защищаемой РЭА (в общем виде в радиоэлектронной аппаратуре может быть несколько приборов, работающих как взаимосвязано, так и самостоятельно; на чертеже показано два прибора - RN и RZ),

3 - блоки включения и защиты приборов радиоэлектронной аппаратуры от перегрузки по току, включенные последовательно с приборами РЭА (по числу приборов),

4 - устройство защиты от импульсных перенапряжений, в котором для простоты рассуждений показаны ограничители в виде последовательно соединенных стабилитронов VD1 и VD2. Вместе с тем это устройство может быть выполнено любым образом.

Устройство 4 к шинам питания подключено через диод VD3. Если устройств защиты от перенапряжений более одного (для резервирования), то каждое из них может быть снабжено своим диодом (на фиг.1 резервирующие элементы и цепи показаны пунктиром).

Иные обозначения на схеме означают:

L11 и L12 - индуктивности в цепях питания (показаны условно) - это эквивалентные индуктивности проводов, соединяющих источник питания 1 G и защищаемую РЭА. Вместе с тем в обоснованных случаях в цепи питания могут быть включены реальные индуктивности в виде дросселей.

In - номинальный ток нагрузки через нормально работающий прибор 2, обозначенный RN.

Iz - ток короткого замыкания (или перегрузки) через неисправный прибор 2, обозначенный RZ. Стрелками со сплошными линиями показан путь тока Iz при возникновении короткого замыкания (или перегрузки), пунктирными - путь тока через защитное устройство 4 после размыкания устройством 3 цепи, содержащей короткое замыкание в приборе RZ.

U0, U1, U2 - точки на схеме (и потенциалы) в составе защитного устройства 4 системы электропитания.

Выполнена система электропитания с защитой радиоэлектронных приборов от импульсных перенапряжений следующим образом.

Аппаратура РЭА 2-3 через шины питания («+U» - L11 и «-U» - L12) подключена к источнику G1. Параллельно к этой же шине подключено защитное устройство 4, содержащее, например, включенные последовательно и параллельно резервирующие ограничители напряжения в виде мощных стабилитронов. Это устройство 4 подключено к шине питания через диод VD3. В случае резервирования устройства 4 параллельными аналогичными цепочками каждая из них может быть подключена через свой диод.

Работает система питания в трех режимах:

- в штатном режиме при номинальных напряжениях источника питания,

- в режиме ограничителя при возникновении импульсной помехи в цепях питания, превышающей заданный уровень,

- в режиме проверки (тестирования).

В штатном режиме, когда напряжение питания источника 1 G находится в заданных пределах и не превышает напряжения ограничения устройства защиты 4, ток через него равен нулю (по крайней мере, его ток не превышает токов утечки). В этом режиме все приборы 2 РЭА и их блоки 3 включения и защиты работают в номинальном режиме.

Работа в режиме ограничения наступает в случае возникновения любой помехи в цепях питания, например, после парирования короткого замыкания в цепи прибора RZ, когда его блок 3 включения и защиты производит отключение этого прибора от шин питания. За счет ЭДС самоиндукции в индуктивностях L11 и L12 при разрыве тока Iz в цепях питания возникает импульс помехи. При этом сумма напряжения питания и импульса помехи превышает заданный уровень, защитное устройство 4 начинает пропускать ток Iz, протекающий через дополнительный диод VD3 и устройство 4 (стабилитроны VD1 и VD2). При этом чем выше импульс помехи, тем больше ток. В этом режиме устройство 4 совместно с индуктивностью и активным сопротивлением проводов шин питания представляет собою параллельный стабилизатор, активную роль которого выполняет само устройство 4, а роль последовательного балласта выполняют индуктивность и активное сопротивление проводов шин питания. В пределе импульс тока через защитное устройство 4 равен току в момент размыкания цепи с коротким замыканием в нагрузке RZ. По окончании импульса помехи ток через устройство 4 прекращается, и устройство 4 переходит в дежурный режим.

В режиме проверки (тестирования) устройства защиты 4 система питания подвергается воздействию двух тестов. Во-первых, проверке целостности диода VD3 (например, с помощью тестера или путем измерения падения напряжения на диоде при заданном токе через внешнюю технологическую нагрузку, подключаемую к технологической шине U2 относительно шины «-U» источника питания 1 или шины U0), во-вторых, проверке исправности устройства защиты 4 и уровня напряжения ограничения на шинах путем подачи на технологическую шину U2 импульса напряжения с ограниченным током (например, через резистор) относительно шины питания «-U». По результатам теста делается вывод об исправности блока 4. При необходимости, может быть проведен контроль напряжений и в любых промежуточных точках U1 устройства защиты 4.

Следует особо отметить, что устройство 4 защиты может быть проверено как при включенных, так и при выключенных приборах РЭА. Более того, оно может быть проверено даже без подачи штатного напряжения питания на РЭА от источника питания 1. Достаточно, чтобы был обеспечен доступ к трем точкам системы электропитания: к шинам «+U», «-U» РЭА и технологической шине U2, связывающей диод VD3 и защитное устройство 4 (такой доступ необходимо предусмотреть на стадии проектирования аппаратуры и обеспечить при ее изготовлении). Особенно важно проверять целостность цепей защиты однократного действия, выполненных, например, на тиристорах с предохранителями. Такие устройства могут быть проверены до включения РЭА путем подачи на технологическую шину напряжения с ограниченным током. В этом случае устройство защиты срабатывает, а после снятия внешнего напряжения выключается и восстанавливает свои защитные свойства.

Дополнительно следует отметить, что диод VD3 может быть включен как в цепь связи шины «+U» источника питания 1 с устройством защиты 4, так и в цепь связи шины «-U» источника питания с устройством защиты 4. Поэтому в формуле изобретения эта связь дана в обобщенном виде.

Предлагаемая совокупность признаков в предложенной автором системе питания не встречалась ранее для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, поэтому следует сделать вывод о соответствии технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень». В качестве элементов для реализации могут быть использованы любые ограничители импульсов перенапряжения и диоды с параметрами, необходимыми для надежной защиты РЭА от перенапряжений в конкретной системе.

Использованная литература

1. Источники питания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. Под ред. С.Г.Найвельта. М.: Радио и связь, 1985, с.121-165.

2. Казаков Л.А. Электромагнитные устройства РЭА. Справочник. М.: Радио и связь, 1991 г., с.305, рис.10.7, а.

3. Быстродействующее устройство защиты, используемое вместе с источником питания. Патент Великобритании №2253956, Н 02 Н 9/00, 9/02.

4. Устройство защиты от перенапряжения. Заявка на изобретение №93054916, Н 02 Н 9/00.

Система электропитания с защитой радиоэлектронных приборов от импульсных перенапряжений, содержащая источник питания, шины питания, подключенные к ним защищаемую радиоэлектронную аппаратуру, последовательно с которой включены блоки включения и защиты приборов радиоэлектронной аппаратуры, по числу приборов, и защитное устройство, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным диодом, включенным последовательно с защитным устройством, причем общая точка их соединения образует технологическую тестовую шину.