устройство защиты головного аккумуляторного светильника

Формула изобретения

Устройство защиты головного аккумуляторного светильника, содержащее лампу накаливания, соединенную последовательно через транзисторный ключ с батареей аккумуляторов, и схему управления транзисторным ключом, отличающееся тем, что транзисторный ключ выполнен в виде ограничителя тока на управляемом полевом транзисторе с изолированным затвором, соединенным со схемой управления, при этом исток полевого транзистора соединен с отрицательным полюсом аккумуляторной батареи, а сток - с лампой накаливания, причем его затвор соединен через резистор с положительным полюсом аккумуляторной батареи и с одним концом шунтирующего резистора, второй конец которого подключен на исток, а управляющая схема содержит управляющий транзистор схемы токоограничения и транзистор защитного отключения, при этом коллектор управляющего транзистора соединен с затвором полевого транзистора и с коллектором транзистора защитного отключения, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом батареи аккумуляторов и с одним концом конденсатора задержки, а его база через резистор со стоком полевого транзистора и со вторым концом конденсатора задержки, причем база и эмиттер управляющего транзистора через резисторы соединены с отрицательным полюсом батареи аккумуляторов, при этом устройство дополнительно снабжено схемой сравнения, выполненной на двух транзисторах, и датчиком тока в виде резистора, подключенного одним концом на положительный полюс батареи аккумуляторов и эмиттер первого транзистора схемы сравнения, а другим - на эмиттер второго транзистора схемы сравнения и второй конец лампы накаливания, при этом база первого транзистора схемы сравнения соединена с коллектором и базой второго транзистора схемы сравнения и через переменный резистор с отрицательным полюсом батареи аккумуляторов, причем его коллектор соединен с базой управляющего транзистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к светотехнике, в частности к искробезопасным источникам питания, и предназначено для обеспечения искрозащиты нелинейных нагрузок, например, ламп накаливания рудничных аккумуляторных светильников, работающих во взрывоопасных средах.

Известен способ искрозащиты рудничных аккумуляторных светильников, который заключается в ограничении тока короткого замыкания до искробезопасного значения за счет искусственного увеличения внутреннего сопротивления источника (Патент Франции N 1289434, кл. F 21 B, 1960).

Недостатком этого способа являются большие потери энергии на внутреннем сопротивлении источника.

Известно также техническое решение, в котором нагрузка включена последовательно с индуктивным датчиком и ключевым затвором, представляющим собой блок управления, кроме того, источник питания шунтирован другим ключом (Авт. свид. СССР N 541037, кл. E 21 F 9/00, 1976).

Недостаток известного технического решения в том, что оно не может быть полностью использовано для искрозащиты нелинейных нагрузок из-за того, что индуктивный датчик вырабатывает сигнал на отключение цепи нагрузки как при увеличении тока в цепи, вызванном коротким замыканием, так и при увеличении тока при включении нелинейной нагрузки (лампы накаливания).

Наиболее близким техническим решением является взрывобезопасный головной аккумуляторный светильник, содержащий лампу накаливания, батарею аккумуляторов с диодом для их подзарядки и схему блокировки, содержащую управляющий транзистор и ключевой элемент.

Недостаток известного устройства в том, что оно не обеспечивает защиты батареи аккумуляторов от глубокого разряда. Кроме того, при зарядке аккумуляторов необходимо устанавливать дополнительную цепь посредством диода, включаемого в обратном направлении для шунтирования предохранительного устройства, что ухудшает режим заряда аккумуляторной батареи.

Целью изобретения является повышение искробезопасности светильника, улучшение условий заряда аккумуляторной батареи и защиты ее от глубокого разряда.

Поставленная цель достигается тем, что ключевой элемент выполнен в виде ограничителя тока на управляемом полевом транзисторе с изолированным затвором. Это дает возможность в нормальном режиме посредством управляющих напряжений и токов, вырабатываемых схемой управления, обеспечивать его малое сопротивление как в прямом, так и обратном направлении тока через устройство. Иными словами, он позволяет использовать одну и ту же цепь как в режиме разряда, так и в зарядном токе. Таким образом, при зарядке аккумуляторной батареи используется зарядный узел, находящийся в фаре светильника, без обычно устанавливаемого для этих целей диода.

Кроме того, предложенный ключевой элемент поддерживает необходимый уровень разрядного тока, а в случае короткого замыкания в цепи фары или снижения напряжения батареи аккумуляторов при ее разряде ниже установленного предела, полностью отключает цепь нагрузки от аккумуляторов.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства защиты головного аккумуляторного светильника.

Принципиальная схема включает в себя транзисторный ключ 1, выполненный на управляемом полевом транзисторе с изолированным затвором, резистор 2 и шунтирующий резистор 3.

Схема управления содержит управляющий транзистор 4 схемы токоограничения и транзистор 5 защитного отключения, конденсатор задержки 6 и резисторы 7, 8 и 9. Схема сравнения выполнена на двух транзисторах 10 и 11 и содержит датчик тока 12, переменный резистор 13 с ограничительным резистором 14. В качестве источника питания используется батарея аккумуляторов 15 и нагрузочный нелинейный элемент в виде лампы накаливания 16.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме, при токе в нагрузке 16 (лампа накаливания), не превышающем уровень ограничения, транзистор 1 открыт напряжением, поступающим на его затвор по цепи, составленной положительным полюсом батареи аккумуляторов 15 и резистором 2. При этом сопротивление канала сток-исток транзистора 1 будет иметь малое сопротивление. За счет различного напряжения на коллекторах транзисторов 10 и 11 ток, задаваемый резисторами 13 и 14, распределяется между эмиттерными переходами транзисторов асимметрично, при этом больший ток течет через транзистор 11. Транзисторы 4 и 5 закрыты. При повышении тока в нагрузке 16, до уровня ограничения, падение напряжения на резисторе 12 приведет к перераспределению тока, задаваемого резисторами 13 и 14, между эмиттерными переходами транзисторов 10 и 11 таким образом, что возрастающий ток коллектора транзистора 10 приводит к отпиранию транзистора 4.

Это повлечет за собой уменьшение напряжения на затворе транзистора 1 и, следовательно, к увеличению сопротивления его канала сток-исток. В итоге через нагрузку 16 ток будет удерживаться на уровне ограничения. Увеличение сопротивления канала транзистора 1 приводит к увеличению падения напряжения на нем, что повлечет за собой дополнительную подзарядку конденсатора 6 через резистор 7. В режиме ограничения тока, когда напряжение на конденсаторе 6 увеличится до порогового значения, открывается транзистор 5 и триггер, образованный транзисторами 5 и 1, переключается во второе устойчивое состояние, при котором транзистор 5 насыщен, а транзистор 1 заперт и цепь нагрузки 16 разрывается. Таким образом осуществляется защитное отключение.

Если при нормальном токовом режиме, вследствие разряда аккумуляторной батареи, произошло уменьшение напряжения на затворе транзистора 1 ниже порогового значения, то сопротивление его канала сток-исток возрастает и, следовательно, возрастает и падение напряжения на нем. Это также приводит к срабатыванию защитного отключения, что дает возможность предохранить аккумуляторные батареи от глубокого разряда.

При пропускании тока через устройство в обратном направлении при заряде аккумуляторной батареи, транзистор 1 открывается напряжением, поступающим на его затвор от зарядного устройства через резисторы 12 и 2. При этом сопротивление сток-исток транзистора 1 в обратном направлении пренебрежимо мало, а цепь ограничения тока не работает, так как падение напряжения на резисторе 12 имеет обратную полярность.

Предложенное техническое решение позволяет обеспечить искрозащиту нелинейных нагрузок и защитить аккумуляторные батареи не только от токов в цепи нагрузки, превышающих опасный предел, но и предохранить их от глубокого разряда. Кроме того, улучшается режим заряда аккумуляторной батареи за счет исключения дополнительных цепей с шунтирующими диодами.