182218. lajstromszámú szabadalom • Védőáramköri elrendezés áram/feszültség átalakítókhoz
3 182218 4 A bemutatott védőáramkőméi a söntölő hatás csökkentésére alkalmazott megoldás azonban számos hátrányossággal jár. Mivel a védőáramkor vágóáramköri részét a védeni kívánt áram/feszültség átalakító névleges maximális áramánál 1—2 nagyságrenddel nagyobb, több 10 A erősségű áram elvezetésére kell méretezni, nagyobb áramú diódák alkalmazása szükséges. Ez egyben szükségessé teszi, hogy az előfeszített dióda előfeszítő árama is viszonylag nagy, kb. 2—5 mA legyen a megfelelő, előfeszítetlen diódát lezáró küszöbfeszültség biztosítása végett. Az ilyen nagyságú előfeszítő áram a berendezésekben, főként telepes műszerekben, például az LCD kijelzővel kialakított kézi digitális multiméterekben alkalmazott áramkörök áramigényéhez viszonyítva igen magas, a védőáramkor áramfogyasztása a berendezés többi szerkezeti egysége fogyasztásának többszöröse is lehet. További ebből adódó hátrányosság, hogy a védőáramkor által felvett áram kedvezőtlen esetben a tápforrást aszimetrikusan terheli, a berendezésben a nulla potenciálú kapcsok potenciálját megváltoztatja, ami a berendezés működését nemkívánt módon befolyásolja. Hátrányosság még, hogy az ilyen nagyáramú diódák záróirányú árama is számottevő, és ez korlátozza a védeni kívánt áram/feszültség átalakító által átalakítani kívánt legkisebb áramtartományt a nagyobb áramtartományokra megadott pontosság mellett. Esetenként a nagyobb áramú diódák laposabb kézi műszerekben való elhelyezése nagyobb méretük miatt is nehézséget okoz. A napjainkban, főként a kézi digitális multiméterekkel kapcsolatosan felmerült igények feladattá tették áram/ feszültség átalakítókhoz olyan védőáramkor kialakítását, amely a felsorolt hátrányosságoktól mentes. így követelmény a védőáramkörrel szemben, hogy az áram/feszültség átalakító névleges üzemi feszültségtartománya 10%-ánál mutatkozó söntölő hatású szivárgó árama az áram/feszültség átalakító mindenkori névleges árama 0,1%-ánál kisebb legyen, ami a 3 és 1 /2 digites analóg-digitál átalakítók alkalmazása esetén a linearitás feltétele. Továbbá a védőáramkörnek olyan megoldással kell rendelkezni, amely számottevő áramot nem fogyaszt, ami a telepes berendezésekben való alkalmazhatóságnak egy igen lényeges feltétele. Ugyanakkor túláram vagy túlfeszültség fellépése esetén a védöáramkörnek létre kell hoznia és el kell tudni vezetni egy oly mértékben megnövelt áramot, ami a hagyományos, kétpólusként kialakított védőelemek főként olvadóbiztosíték működését legalább annyira meggyorsítja, hogy az még azelőtt aktivizálódik, illetve kiold, mielőtt a túlfeszültség az áram/feszültség átalakítót, illetve az ahhoz kapcsolódó áramköröket károsítaná. A feladat vizsgálata során úgy találtuk, hogy a felsorolt, egymásnak részben ellentmondó követelményeket újszerű áramköri megoldással lehet megfelelően kielégítem. A találmányt megalapozó felismerés az, hogy a feladatnak eleget tevő áramköri elrendezés olyan áramerősítő üzemmóddal rendelkező félvezetöeszköz alkalmazásával oldható meg, ami a szokásosan alkalmazott diódákhoz képest elhanyagolható nyugalmi áramfelvételű, nagyobb áramok vezetésére alkalmas, és zárt állapota biztosításához nincs szükség az előfeszítésére. A találmány szerinti védőáramköri elrendezés a védeni kívánt áram/feszültség átalakítóval párhuzamosan kapcsolható. A védőáramköri elrendezés kétpólusként kialakított védőelemet foglal magába, amelynek egyik kapcsa a védőáramköri elrendezés egyik bemenetét alkotja. A megoldás lényege, hogy két, egymással ellentétes vezetési típusú tranzisztora van, a két tranzisztor bázisa egymással korlátozó tagon keresztül össze van kötve, a két tranzisztor egyik — eltérő vagy egyező — főelektródája egymással, valamint a védőelem másik kapcsával össze van kötve, s egyben egyik kimeneti kapcsot alkot, és a két tranzisztor másik — eltérő vagy egyező — főelektródája egymással össze van kötve és egyben másik bemeneti és azzal közös másik kimeneti kapcsot alkot. A védőáramköri elrendezés tranzisztorai az áram/feszültség átalakító normál üzemi feszültségtartományában lezárt állapotúak, az emitter-kollektoruk között folyó, a védeni kívánt áram/feszültség átalakítóra nézve söntölő hatású áram elhanyagolható nagyságú. Amikor a bemeneti feszültség túllépi a két, egymással egyező vezetési irányban kapcsolódó bázis-főelektróda közötti dióda nyitófeszültségének összegét, amely feszültség egyben mind pozitív, mind negatív irányban a védőáramkor aktivizálódásának küszöbfeszültségeit, s ezzel az áram/feszültség átalakító normál üzemi feszültségtartománya határfeszültségeit meghatározza, mindkét tranzisztor kinyit. Az egyik tranzisztor bázisárama a másik tranzisztor bázisába befolyik, és az egyik tranzisztor normál, a másik tranzisztor inverz üzemmódban vezetve a közös bázisáram által meghatározott nagyságú főelektróda árammal növelik a bemeneti áramot, ami a védőelem működését meggyorsítja. A találmány szerinti megoldásnál kétpólusként kialakított védőelem célszerűen olvadóbiztosíték, de lehet pozitív hőmérsékleti együtthatójú ellenállás, feszültségtől vagy áramtól fordított arányosan függő ellenállás, bimetálos megszakító is. A korlátozó tag a bázisáram korlátozására szolgál, lehet egyenáramú célszerűen kis értékű ellenállással rendelkező egy vagy több passzív elem, így megvalósíthatja ellenállás, párhuzamos RL tag, vagy ezek bármelyike kondenzátorral párhuzamosan kötve. A találmány szerinti védőáramkörben a két tranzisztor mind egyező, mind ellenkező főelektródával kapcsolódhat egymáshoz, ez mindössze a védőáramkor aktivizálódási küszöbfeszültségét befolyásolja. Úgyszintén a tranzisztorok lehetnek egymással egyezően bipoláris, vagy térvezérléses tranzisztorok. A találmány szerinti védőáramkor mind aktív elemmel, például megfelelően visszacsatolt műveleti erősítővel, mind passzív elemmel, például ellenállással kialakított áram/ feszültség átalakítóhoz egyaránt alkalmazható. A védőáramköri elrendezés legfőbb előnye, hogy a söntölő hatású szivárgó árama elhanyagolható mértékű, egy megvalósított védőáramköméi 1 mA-es áram/feszültség átalakító áramfelvételnél 100 nA-nél kisebb áramot mértünk. További előnye, hogy egyszerű áramköri felépítésű, az ismert hasonló paraméterekkel rendelkező védőáramköröknél kevesebb áramköri elemet tartalmaz, így megbízhatóbb. A védőáramkor semmilyen előfeszítést nem igényel, ami különösen hordozható berendezésekben való alkalmazásnál jelentős, mivel a berendezés saját telepét nem terheli. A találmány szerinti védőáramkor mind túláram, mind t ilfeszültség elleni védelmi célokra számos helyen alkalmazható. Különösen bevált áramot több méréshatárban mérő, 1CD kijelzővel ellátott kézi digitális multiméterek mérőárambemenetének védelménél. A találmány lényegét a továbbiakban részletesebben egy előnyös kiviteli alakja bemutatásával ismertetjük, hivatkozva a csatolt vázlatos rajzra, ahol az 1. ábra egy, a technikai szint ismertetésénél hivatkozott hagyományos védőáramkor kapcsolási elrendezését, és a 2. ábra a találmány szerinti védőáramkor egy megvalósított alakja kapcsolási elrendezését mutatja. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
