Tranzistorski stabilizatori sa zaštitom od preopterećenja (teorija)

Napajanja

A. MOSKVIN, Ekaterinburg
Radio, 2003, br. 2-3

Čini se da je o kontinuiranim stabilizatorima napona sve napisano. Ipak, razvoj pouzdanog i ne previše složenog (ne više od tri ili četiri tranzistora) stabilizatora, posebno s povećanom strujom opterećenja, prilično je ozbiljan zadatak, jer je jedno od prvih mjesta zahtjev pouzdane zaštite upravljačkih tranzistora. od preopterećenja. U ovom slučaju, poželjno je da se nakon otklanjanja uzroka preopterećenja automatski vrati normalan rad stabilizatora. Želja za ispunjavanjem ovih zahtjeva često dovodi do značajne komplikacije kruga stabilizatora i primjetnog smanjenja njegove efikasnosti. Autor ovog članka pokušava pronaći optimalno rješenje, po njegovom mišljenju.

Prije nego tražite optimalno rešenje, analizirajmo karakteristike opterećenja Uout = f(Iout) stabilizatora napona izrađenih prema najčešćim krugovima. Za stabilizator opisan u, kada je preopterećen izlazni napon Uout se brzo smanjuje na nulu. Međutim, struja se ne smanjuje i može biti dovoljna da ošteti opterećenje, a snaga koju raspršuje upravljački tranzistor ponekad prelazi dozvoljenu granicu. Ovaj stabilizator je opremljen zaštitom okidača. Kada je preopterećen, ne smanjuje se samo izlazni napon, već i struja. Međutim, zaštita nije dovoljno efikasna, jer radi tek kada izlazni napon padne ispod 1 V i, pod nekim uslovima, ne eliminiše termičko preopterećenje kontrolnog tranzistora. Da bi se takav stabilizator vratio u radni režim, potrebno je gotovo potpuno isključiti opterećenje, a to nije uvijek prihvatljivo, posebno za stabilizator koji služi sastavni dio složeniji uređaj.

Zaštita stabilizatora, čiji je dijagram prikazan na sl. 1, pokreće se već s blagim smanjenjem izlaznog napona uzrokovanog preopterećenjem. Ocjene elemenata kola su date za izlazni napon od 12 V u dvije verzije: bez zagrada ako je VD1 D814B i u zagradama ako je KS139E. Kratki opis rad sličnog stabilizatora je dostupan u.

Njegovo dobri parametri objašnjava se činjenicom da se svi potrebni signali formiraju iz stabiliziranog izlaznog napona, a oba tranzistora (regulirajući VT1 i upravljački VT2) rade u načinu pojačanja napona. Eksperimentalno izmjerene karakteristike opterećenja ovog stabilizatora prikazane su u pirinač. 2(krive 3 i 4).

Ako izlazni napon odstupa od nominalne vrijednosti, njegov prirast kroz zener diodu VD1 se gotovo u potpunosti prenosi na emiter tranzistora VT2. Ako ne uzmete u obzir diferencijalni otpor zener diode, ΔUe ≈ ΔUout. Ovo je signal negativnog OS-a. Ali uređaj ima i pozitivnu stranu. Stvara se dijelom inkrementa izlaznog napona koji se dovodi na bazu tranzistora kroz djelitelj napona R2R3:

Ukupna povratna sprega u režimu stabilizacije je negativna, signal greške je vrijednost

koji je u apsolutnoj vrijednosti veći, manji R3 se upoređuje sa R2. Smanjenje ovog omjera ima povoljan učinak na koeficijent stabilizacije i izlazni otpor stabilizatora. S obzirom na to

Zener diodu VD1 treba odabrati za maksimalno mogući, ali niži izlazni stabilizacijski napon.

Ako otpornik R3 zamijenite s dvije diode spojene u smjeru naprijed i spojene u seriju (kao što je predloženo, na primjer, u), parametri stabilizatora će se poboljšati, jer će mjesto R3 u izrazima za ΔUb i ΔUbe biti zauzeto zbog niskog diferencijalnog otpora otvorenih dioda. Međutim, takva zamjena dovodi do nekih problema kada stabilizator pređe u zaštitni način rada. Na njima ćemo se zadržati u nastavku, ali za sada ćemo ostaviti otpornik R3 na istom mjestu.

U režimu stabilizacije, pad napona na otporniku R1 ostaje gotovo nepromijenjen. Struja koja teče kroz ovaj otpornik je zbir struje zener diode VD1 i struje emitera tranzistora VT2, koja je skoro jednaka baznoj struji tranzistora VT1. Kako se otpor opterećenja smanjuje, posljednja komponenta struje koja teče kroz R1 raste, a prva (struja zener diode) opada na nulu, nakon čega se povećanje izlaznog napona više ne prenosi na emiter tranzistora VT2 kroz zener dioda. Kao rezultat toga, krug negativne povratne sprege je prekinut, a pozitivna povratna sprega, koja nastavlja da radi, dovodi do lavinskog zatvaranja oba tranzistora i prekida struje opterećenja. Struja opterećenja, iznad koje se aktivira zaštita, može se procijeniti pomoću formule

gdje je h21e koeficijent prijenosa struje po tranzistoru VT1. Nažalost, h21e ima veliki razmak od instance tranzistora do instance tranzistora, ovisno o struji i temperaturi. Stoga se otpornik R1 često mora odabrati tokom podešavanja. U stabilizatoru dizajniranom za veliku struju opterećenja, otpor otpornika R1 je mali. Kao rezultat toga, struja kroz zener diodu VD1 raste toliko kada se struja opterećenja smanji da je potrebno koristiti zener diodu povećane snage.

Prisutnost u karakteristikama opterećenja (vidi krivulje 3 i 4 na slici 2) relativno proširenih prijelaza između radnog i zaštitnog načina (imajte na umu da su ove sekcije najteže s gledišta termičkog režima tranzistora VT1) objašnjava se uglavnom činjenicom da je razvoj procesa komutacije spriječen lokalnom negativnom povratnom spregom preko otpornika R1. Što je napon manji

stabilizacija zener diode VD1, što je veća, pod jednakim uvjetima, vrijednost otpornika R1 i što je prijelaz iz radnog u zaštitni način stabilizatora "odgođeniji".

Ovaj, kao i prethodno doneseni zaključak o preporučljivosti upotrebe zener diode VD1 sa najvećim mogućim stabilizacijskim naponom je eksperimentalno potvrđen. Izlazni napon stabilizatora prema kolu prikazanom na sl. 1, sa D814B zener diodom (Ust = 9 V), u poređenju sa sličnom zener diodom KS139E (UCT = 3,9 V), znatno manje ovisi o opterećenju i prebacuje se „strmo“ u zaštitni način kada je preopterećen.

Moguće je smanjiti, pa čak i potpuno eliminisati prijelazni dio karakteristike opterećenja stabilizatora dodavanjem dodatnog tranzistora VT3, kao što je prikazano na slici 3. U radnom režimu, ovaj tranzistor je u zasićenju i praktično nema utjecaja na rad stabilizatora, samo neznatno pogoršavajući temperaturnu stabilnost izlaznog napona. Kada, kao rezultat preopterećenja, struja zener diode VD1 teži nuli, tranzistor VT3 prelazi u aktivno stanje, a zatim se zatvara, stvarajući uvjete za brzo uključivanje zaštite. U ovom slučaju ne postoji glatki prijelazni dio karakteristike opterećenja (vidi krivulju 1 na sl. 2).

Diode VD2 i VD3 u radnom režimu stabilizuju napon na osnovu tranzistora VT2, što pomaže u poboljšanju osnovnih parametara stabilizatora. Međutim, bez dodatnog tranzistora VT3, to negativno utječe na zaštitu, jer slabi pozitivnu komponentu OS-a. Prelazak na zaštitni način rada u ovom slučaju je vrlo odgođen i događa se tek nakon što se napon opterećenja smanji na vrijednost blisku onoj koju podržavaju diode VD2 i VD3 na bazi tranzistora VT2 (vidi krivulju 2 na slici 2).

Razmatrani stabilizatori imaju značajan nedostatak za mnoge primjene: ostaju u zaštitnom stanju nakon uklanjanja uzroka preopterećenja i često ne prelaze u radni način kada se napon napajanja primjenjuje s priključenim opterećenjem. Poznato razne načine pokrećući ih, na primjer, korištenjem dodatnog otpornika instaliranog paralelno sa sekcijom kolektor-emiter tranzistora VT1, ili (kao što je predloženo u) "hranjivanjem" baze tranzistora VT2. Problem se rješava kompromisom između pouzdanosti pokretanja pod opterećenjem i veličine struje kratkog spoja, što nije uvijek prihvatljivo. Varijante lansirnih jedinica o kojima se raspravljalo i efikasnije su, ali kompliciraju stabilizator u cjelini.

Manje uobičajen, ali zanimljiv način uklanjanja stabilizatora iz zaštitnog načina rada je predložen u. Leži u činjenici da posebno dizajnirani generator impulsa povremeno prisilno otvara regulacijski tranzistor, stavljajući stabilizator u radni način na neko vrijeme. Ako se otkloni uzrok preopterećenja, na kraju sljedećeg impulsa zaštita više neće raditi i stabilizator će nastaviti normalno raditi. Prosječna snaga koju raspršuje upravljački tranzistor tokom preopterećenja se neznatno povećava.

Na sl. 4 prikazuje dijagram jednog od moguće opcije stabilizator koji radi na ovom principu. Razlikuje se od opisanog u nedostatku zasebne jedinice - generatora impulsa. Kada je preopterećen, stabilizator prelazi u oscilatorni način rada zbog petlje pozitivne povratne sprege, koja je zatvorena kroz kondenzator C1. Otpornik R3 ograničava struju punjenja kondenzatora, a R4 služi kao opterećenje generatora kada je vanjsko opterećenje zatvoreno.

U nedostatku preopterećenja nakon primjene napona napajanja, stabilizator se pokreće zahvaljujući otporniku R2. Budući da je kondenzator C1 ranžiran otvorenom diodom VD2, a otpornici R3-R5 povezani u seriju, uvjeti samopobude nisu ispunjeni i uređaj radi slično onom o kojem se govorilo ranije (vidi sliku 1). Tijekom prijelaza stabilizatora u zaštitni način, kondenzator C1 djeluje kao pojačivač, ubrzavajući razvoj procesa.

Ekvivalentno kolo stabilizatora u zaštitnom režimu prikazano je na Sl. 5.

Kada je otpor opterećenja Rn jednak nuli, pozitivni terminal kondenzatora C1 je povezan preko otpornika R4 na zajedničku žicu (minus izvora ulaznog napona). Napon na koji je kondenzator bio napunjen u stabilizacijskom režimu se primjenjuje na bazu tranzistora VT2 u negativnom polaritetu i drži tranzistor zatvorenim. Kondenzator se prazni strujom i1. struja kroz otpornike R3-R5 i otvorenu diodu VD2. Kada napon na bazi VT1 pređe -0,7 V, dioda VD2 će se zatvoriti, ali će se punjenje kondenzatora nastaviti strujom i2 koja teče kroz otpornik R2. Po dostizanju malog pozitivnog napona na bazi tranzistora VT2, potonji, a sa njim i VT1, će se početi otvarati. Zbog pozitivne povratne sprege preko kondenzatora C1, oba tranzistora će se potpuno otvoriti i ostati u ovom stanju neko vrijeme; polutalasni kondenzator neće biti napunjen strujom i3 skoro do napona Uin. nakon čega će se tranzistori zatvoriti i ciklus će se ponoviti. Sa onima navedenim na dijagramu na sl. 5 elemenata, trajanje generiranih impulsa je nekoliko milisekundi, period ponavljanja je 100...200 ms. Amplituda impulsa izlazne struje u zaštitnom režimu je približno jednaka radnoj struji zaštite. Prosječna vrijednost struje kratkog spoja mjerena miliampermetrom je približno 30 mA.

Kako otpor opterećenja RH raste, dolazi trenutak kada, s otvorenim tranzistorima VT1 i VT2, negativna povratna sprega "preteže" pozitivnu povratnu spregu i generator se ponovo pretvara u stabilizator napona. Vrijednost RH pri kojoj dolazi do promjene načina rada ovisi uglavnom o otporu otpornika R3. Ako su njegove vrijednosti premale (manje od 5 Ohma), histereza se pojavljuje u karakteristici opterećenja, a s nultim otporom R3, stabilizacija napona se obnavlja samo s otporom opterećenja većim od 200 Ohma. Prekomjerno povećanje otpora otpornika R3 dovodi do pojave prijelaza u karakteristici opterećenja.

Amplituda impulsa negativnog polariteta na bazi tranzistora VT2 dostiže 10 V, što može dovesti do električnog kvara bazno-emiterske dionice ovog tranzistora. Međutim, kvar je reverzibilan, a njegova struja je ograničena otpornicima R1 i R3. Ne ometa rad generatora. Prilikom odabira tranzistora VT2, također je potrebno uzeti u obzir da napon koji se primjenjuje na njegov dio kolektor-baza dostiže zbir ulaznog i izlaznog napona stabilizatora.

U radnoj opremi, izlaz stabilizatora napona obično se šantira kondenzatorom (C2, prikazan na slici 4 isprekidanom linijom). Njegov kapacitet ne bi trebao biti veći od 200 μF. Ograničenje je zbog činjenice da tijekom preopterećenja koje nije praćeno potpunim kratkim spojem na izlazu, ovaj kondenzator ulazi u krug pozitivne povratne sprege generatora. U praksi se to izražava u činjenici da se generator "pokreće" samo sa značajnim preopterećenjem, a histereza se pojavljuje u karakteristici opterećenja.

Otpor otpornika R4 mora biti takav da pad napona na njemu tokom impulsa bude dovoljan da otvori tranzistor VT2 (≈1 V) i osigura da su uvjeti samogeneracije ispunjeni pri nultom otporu opterećenja. Nažalost, u režimu stabilizacije ovaj otpornik samo smanjuje efikasnost uređaja.

Za precizan rad zaštite potrebno je da, pri bilo kojoj dozvoljenoj struji opterećenja, minimalni (uključujući valovitost) ulazni napon stabilizatora ostane dovoljan za njegov normalan rad. Prilikom testiranja svih gore navedenih stabilizatora sa nazivnim izlaznim naponom od 12 V, izvor napajanja je bio 14 V most diodni ispravljač sa kondenzatorom od 10.000 μF na izlazu. Napon valovitosti na izlazu ispravljača, mjeren VZ 38 milivoltmetrom, nije prelazio 0,6 V.

Ako je potrebno, pulsna priroda zaštite može se koristiti za označavanje statusa stabilizatora, uključujući zvuk. U potonjem slučaju, kada je preopterećen, čut će se klikovi sa brzinom ponavljanja pulsa.

Na sl. Na slici 6 prikazan je dijagram složenijeg stabilizatora sa impulsna zaštita, koji je u velikoj mjeri lišen nedostataka o kojima se govori u prvom dijelu članka (vidi sliku 4). Njegov izlazni napon je 12 V, izlazni otpor je 0,08 Ohm, koeficijent stabilizacije je 250, maksimalna radna struja je 3 A, prag zaštite je 3,2 A, prosečna struja opterećenja u zaštitnom režimu je 60 mA. Prisutnost pojačala na tranzistoru VT2 omogućava, ako je potrebno, značajno povećanje radne struje zamjenom tranzistora VT1 snažnijim kompozitnim.

Vrijednost graničnog otpornika R4 može se kretati od nekoliko desetina oma do 51 kOhma. Izlaz stabilizatora može se zaobići kondenzatorom kapaciteta do 1000 μF, što, međutim, dovodi do pojave histereze u karakteristici opterećenja: na zaštitnom pragu od 3,2 A, izmjerena vrijednost povratne struje u režimu stabilizacije je 1,9 A.

Za jasno prebacivanje režima potrebno je da sa smanjenjem otpora opterećenja struja kroz zener diodu VD3 prestane prije nego što tranzistor VT2 uđe u zasićenje.Zbog toga se vrijednost otpornika R1 bira na način da prije zaštita radi, napon od najmanje 2... ostaje između kolektora i emitera ovog tranzistora... 3 V. U zaštitnom režimu, tranzistor VT2 ulazi u zasićenje, kao rezultat toga, amplituda impulsa struje opterećenja može biti 1,2 ...1,5 puta veća od struje rada zaštite. Treba uzeti u obzir da se sa značajnim smanjenjem otpora R1, snaga raspršena tranzistorom VT2 značajno povećava.

Prisutnost kondenzatora C1 teoretski može dovesti do povećanja talasanja izlaznog napona stabilizatora. Međutim, u praksi to nije uočeno.

Izlazni stabilizirani napon jednak je zbiru padova napona na diodama VD1 i VD2, dionici baza-emiter tranzistora VT4 i naponu stabilizacije zener diode VD3 umanjenom za pad napona na diodi baza-emiter tranzistora VT3 - približno 1,4 V više od napona stabilizacije zener diode. Struja isključenja zaštite izračunava se pomoću formule

Zahvaljujući dodatnom pojačalu na tranzistoru VT2, struja koja teče kroz otpornik R3 je relativno mala, čak i sa značajnim izračunatim strujama opterećenja. Ovo, s jedne strane, poboljšava efikasnost stabilizatora, ali s druge strane, prisiljava upotrebu zener diode sposobne da radi na malim strujama kao VD3. Minimalna stabilizacijska struja KS211Zh zener diode prikazana na dijagramu (vidi sliku 6) je 0,5 mA.

Takav stabilizator, pored svoje namjene, može poslužiti i kao ograničavač pražnjenja baterija. Da biste to učinili, izlazni napon je podešen tako da ako je napon baterije manji od dozvoljene vrijednosti, zaštita će raditi, sprječavajući daljnje pražnjenje. U ovom slučaju, preporučljivo je povećati vrijednost otpornika R6 na 10 kOhm. Kao rezultat toga, struja koju troši uređaj u radnom režimu smanjit će se sa 12 na 2,5 mA. Treba imati na umu da se na ivici aktiviranja zaštite ova struja povećava na približno 60 mA, ali sa startom generatora impulsa, prosječna vrijednost struje pražnjenja baterije pada na 4...6 mA.

Koristeći razmatrani princip pulsne zaštite, moguće je izgraditi ne samo stabilizatore napona, već i samoiscjeljujuće elektronske "osigurače" instalirane između izvora napajanja i opterećenja. Za razliku od osiguračima, takvi osigurači se mogu koristiti više puta bez brige o restauraciji nakon otklanjanja uzroka isključenja.

Elektronski osigurač mora izdržati i kratkoročne i dugotrajne, kvarove punog ili djelomičnog opterećenja. Potonje se često događa s dugim spojnim žicama, čiji je otpor primjetan dio korisnog opterećenja. Ovaj slučaj je najteži za sklopni element osigurača.

Na sl. Slika 7 prikazuje dijagram jednostavnog elektronskog osigurača koji se samoresetuje sa impulsnom zaštitom. Princip njegovog rada je blizak prethodno opisanom stabilizatoru napona (vidi sliku 4), ali prije nego što se zaštita aktivira, tranzistori VT1 i VT2 su u stanju zasićenja i izlazni napon je gotovo jednak ulaznom.

Ako struja opterećenja prelazi dozvoljenu vrijednost, tranzistor VT1 izlazi iz zasićenja i izlazni napon počinje opadati. Njegovo povećanje kroz kondenzator C1 ide do baze tranzistora VT2, zatvarajući potonji, a sa njim i VT1. Izlazni napon se još više smanjuje, a kao rezultat lavinskog procesa, tranzistori VT1 i VT2 su potpuno zatvoreni. Nakon nekog vremena, ovisno o vremenskoj konstanti kruga R1C1, oni će se ponovo otvoriti, međutim, ako preopterećenje ostane, ponovo će se zatvoriti. Ovaj ciklus se ponavlja sve dok se ne eliminiše preopterećenje.

Frekvencija generisanih impulsa je približno 20 Hz kada je opterećenje nešto veće od dozvoljenog, i 200 Hz kada je potpuno zatvoreno. Radni ciklus impulsa u potonjem slučaju je veći od 100. Kada se otpor opterećenja poveća na prihvatljivu vrijednost, tranzistor VT1 će ući u zasićenje i generiranje impulsa će prestati.

Struja okidanja "osigurača" može se približno odrediti formulom

Eksperimentalno odabran koeficijent od 0,25 uzima u obzir da je u trenutku prelaska tranzistora VT1 iz zasićenja u aktivni mod, njegov koeficijent prijenosa struje znatno manji od nominalnog. Izmjerena struja rada zaštite pri ulaznom naponu od 12 V je 0,35 A, amplituda impulsa struje opterećenja kada je zatvorena je 1,3 A. Histereza (razlika između struja rada zaštite i vraćanja u radni režim) nije bila otkriveno. Ako je potrebno, na izlaz "osigurača" mogu se priključiti kondenzatori za blokiranje ukupnog kapaciteta ne više od 200 μF, što će povećati radnu struju na približno 0,5 A.

Ako je potrebno ograničiti amplitudu impulsa struje opterećenja, u emiterski krug tranzistora VT2 treba uključiti otpornik od nekoliko desetina oma i malo povećati vrijednost otpornika R3.

Ako opterećenje nije potpuno zatvoreno, moguć je električni kvar dionice baza-emiter tranzistora VT2. Ovo ima mali utjecaj na rad generatora i ne predstavlja opasnost za tranzistor, jer je naboj akumuliran u kondenzatoru C1 prije kvara relativno mali.

Nedostaci “osigurača” sastavljenog prema razmatranom krugu (slika 7) su niska efikasnost zbog otpornika R3 koji je serijski spojen na krug opterećenja i bazne struje tranzistora VT1, koja je nezavisna od opterećenja. Ovo posljednje je također tipično za druge slične uređaje. Oba razloga koji smanjuju efikasnost eliminiraju se u snažnijem "osiguraču" s maksimalnom strujom opterećenja od 5 A, čiji je krug prikazan na sl. 8 . Njegova efikasnost prelazi 90% u više od desetostrukom opsegu promjena struje opterećenja. Struja koja se troši kada nema opterećenja je manja od 0,5 mA.

Da bi se smanjio pad napona na "osiguraču", kao VT4 se koristi germanijumski tranzistor. Kada je struja opterećenja manja od dozvoljene, ovaj tranzistor je na ivici zasićenja. Ovo stanje održava negativna povratna sprega, koju, kada je tranzistor VT2 otvoren i zasićen, formiraju tranzistori VT1 i VT3. Pad napona u dijelu kolektor-emiter tranzistora VT4 ne prelazi 0,5 V pri struji opterećenja od 1 A i 0,6 V pri 5 A.

Kada je struja opterećenja manja od struje odziva zaštite, tranzistor VT3 je u aktivnom režimu i napon između njegovog kolektora i emitera je dovoljan da otvori tranzistor VT6, što osigurava zasićeno stanje tranzistora VT2 i, konačno, provodljivo stanje prekidača. VT4. S povećanjem struje opterećenja, bazna struja VT3 pod utjecajem negativne povratne sprege raste, a napon na njegovom kolektoru se smanjuje dok se tranzistor VT6 ne zatvori. U ovom trenutku se aktivira zaštita. Radna struja se može procijeniti pomoću formule

gdje je Req ukupni otpor otpornika R4, R6 i R8 spojenih paralelno.

Koeficijent od 0,5, kao iu prethodnom slučaju, je eksperimentalan. Kada je opterećenje zatvoreno, amplituda impulsa izlazne struje je približno dvostruko veća od struje rada zaštite.

Zahvaljujući djelovanju petlje pozitivne povratne sprege, koja je zatvorena kroz kondenzator C2, tranzistor VT6, a sa njim i VT2-VT4, su potpuno zatvoreni, a VT5 je otvoren. Tranzistori ostaju u naznačenim stanjima sve dok se kondenzator C2 ne napuni strujom koja teče kroz dio baza-emiter tranzistora VT5 i otpornike R7, R9, R11, R12. Pošto R12 ima najveću vrijednost od navedenih otpornika, on određuje period ponavljanja generiranih impulsa - otprilike 2,5 s.

Nakon što se završi punjenje kondenzatora C2, tranzistor VT5 će se zatvoriti, VT6 i VT2-VT4 će se otvoriti. Kondenzator C2 će se isprazniti za otprilike 0,06 s kroz tranzistor VT6, diodu VD1 i otpornik R11. Sa zatvorenim opterećenjem, struja kolektora tranzistora VT4 u ovom trenutku dostiže 8...10 A. Tada će se ciklus ponoviti. Međutim, tokom prvog impulsa nakon uklanjanja preopterećenja, tranzistor VT3 neće ići u zasićenje i "osigurač" će se vratiti u radni način.

Zanimljivo je da se tokom impulsa tranzistor VT6 ne otvara u potpunosti. To je spriječeno negativnom povratnom spregom koju formiraju tranzistori VT2, VT3, VT6. Uz vrijednost otpornika R9 (51 kOhm) prikazanu na dijagramu (slika 8), napon na kolektoru tranzistora VT6 ne pada ispod 0,3Uin.

Najnepovoljnije opterećenje za "osigurač" je moćna žarulja sa žarnom niti, čiji je otpor hladne niti nekoliko puta manji od otpora grijane. Test obavljen sa automobilskom lampom od 12 V 32+6 W pokazao je da je 0,06 s za zagrijavanje sasvim dovoljno i da "osigurač", nakon uključivanja, pouzdano ulazi u režim rada. Ali za više inercijalnih lampi, trajanje i period ponavljanja impulsa će se možda morati povećati ugradnjom kondenzatora C2 veće snage (ali ne i oksidnog).

Radni ciklus generiranih impulsa kao rezultat takve zamjene ostat će isti. Nije slučajno odabrano da bude jednako 40. U ovom slučaju, i pri maksimalnoj struji opterećenja (5 A) i kada je izlaz "osigurača" zatvoren, približno ista i sigurna snaga se rasipa na tranzistoru VT4.

Tranzistor GT806A može se zamijeniti drugim iz iste serije ili snažnim germanijevim tranzistorom, na primjer, P210, s bilo kojim slovnim indeksom. Ako germanijski tranzistori nisu dostupni ili je potrebno raditi na povišenim temperaturama, možete koristiti i silikonske tranzistori sa h21e>40, na primjer, KT818 ili KT8101 s bilo kojim slovnim indeksima, povećavajući vrijednost otpornika R5 na 10 kOhm. Nakon takve zamjene, napon izmjeren između kolektora i emitera tranzistora VT4 nije prelazio 0,8 V pri struji opterećenja od 5 A.

Prilikom izrade "osigurača", VT4 tranzistor mora biti instaliran na hladnjak, na primjer, aluminijsku ploču dimenzija 80x50x5 mm. Za tranzistor VT3 potreban je i hladnjak površine 1,5...2 cm 2.

Prvi put uključite uređaj bez opterećenja, a prije svega provjerite napon između kolektora i emitera tranzistora VT4, koji bi trebao biti približno 0,5 V. Zatim spojite žičani varijabilni otpornik otpora 10...20 Ohma i snage 100 W na izlaz preko ampermetra. Glatko smanjujući njegov otpor, prebacite uređaj u zaštitni način rada. Koristeći osciloskop, uvjerite se da se prebacivanje režima odvija bez dugotrajnih prolaznih procesa i da parametri generiranih impulsa odgovaraju gore navedenim. Tačna vrijednost struje rada zaštite može se postaviti odabirom otpornika R4, R6, R8 (poželjno je da njihove vrijednosti ostanu iste). Kada je opterećenje u kratkom spoju duže vrijeme, temperatura kućišta tranzistora VT4 ne bi trebala prelaziti njegovu dopuštenu vrijednost.

LITERATURA

1. Klyuev Yu., Abashav S. Stabilizator napona. - Radio, 1975, br. 2, str. 23.
2. Popović V. Poboljšanje stabilizatora napona. - Radio, 1977, br. 9, str. 56.
3. Polyakov V. Teorija: po malo - o svemu. Zaštita od prenapona. - Radio, 2000, br. 12, str. 45,46.
4. Kanygin S. Stabilizator napona sa zaštitom od preopterećenja. - Radio, 1980. br. 8. str. 45. 46.
5. U inostranstvu. Stabilizator napona sa zaštitom od preopterećenja. - Radio, 1984, br. 9, str. 56.
6. Kozlov V. Stabilizator napona sa zaštitom od kratkog spoja i prekomjerne struje. - Radio, 1998, br. 5, str. 52-54.
7. Andraav V. Dodatna zaštita stabilizatora od pregrijavanja. - Radio, 2000, br. 4, str. 44.
8. Bobrov O. Elektronski osigurač. - Radio, 2001, br. 3, str. 54.

Sheme uređaja za zaštitu od preopterećenja stabiliziranog ispravljača kada kratki spoj ili iz nekog drugog razloga.

Preopterećenje stabiliziranog ispravljača zbog kratkog spoja u opterećenju ili iz nekog drugog razloga obično dovodi do kvara kontrolnog tranzistora. Možete zaštititi stabilizator od preopterećenja pomoću zaštitnog uređaja.

Jednostavan sigurnosni uređaj

Zaštitni uređaj uključen u stabilizator napajanja, čiji je krug prikazan na sl. 1, ima veliku brzinu i dobru "relayability", odnosno, malo utiče na karakteristike jedinice u radnom režimu i pouzdano zatvaranje kontrolnog tranzistora V2 u režimu preopterećenja. Zaštitni uređaj se sastoji od SCR V3, dioda V6, V7 i otpornika R2 i R3.

Rice. 1. Šema jednostavnog zaštitnog uređaja za strujni vod +24V.

U radnom režimu, tiristor V3 je zatvoren, a napon na bazi tranzistora V1 jednak je naponu stabilizacije lanca zener diode V4, V5.

Kada je preopterećen, struja kroz otpornik R2 i pad napona na njemu dostižu vrijednosti dovoljne za otvaranje trinistora V3 duž kruga kontrolne elektrode. Otvoreni SCR zatvara lanac zener dioda V4, V5, što dovodi do zatvaranja tranzistora V1 i V2.

Da biste vratili način rada nakon otklanjanja uzroka preopterećenja, potrebno je pritisnuti i otpustiti tipku S1. U tom slučaju, tiristor će se zatvoriti, a tranzistori V1 i V2 će se ponovo otvoriti. Otpornik R3 i diode V6, V7 štite upravljački spoj tiristora V3 od prekomjerne struje, odnosno napona.

Stabilizator pruža koeficijent stabilizacije od oko 30, zaštita se aktivira pri struji većoj od 2 A.

Tranzistor V2 se može zamijeniti sa KT802A, KT805B i V1 - P307, P309, KT601, KT602 sa bilo kojim slovnim indeksom. SCR V3 može biti bilo koja iz serije KU201, osim KU201A i KU201B.

Stabilizator sa zaštitom za napajanje

Stabilizator napajanja, čiji je krug prikazan na sl. 2 može se zaštititi od preopterećenja i kratkih spojeva opterećenja dodavanjem samo dva elementa - tiristora V3 i otpornika R5.

Rice. 2. Shematski dijagram stabilizator za napajanje sa zaštitom (0-27V).

Zaštitni uređaj se aktivira kada struja opterećenja premašuje graničnu vrijednost koja je određena otporom otpornika R5. U ovom trenutku pad napona na otporniku R5 dostiže napon otvaranja tiristora V3 (oko 1 V), on se otvara, a napon na bazi tranzistora V2 opada skoro na nulu. Stoga su tranzistor V2, a zatim V4 zatvoreni, isključujući strujni krug.

Da biste vratili stabilizator u prvobitni režim, potrebno je kratko pritisnuti dugme S1. Otpornik R3 služi za ograničavanje bazne struje tranzistora V4.

Otpornik R5 je namotan bakrenom žicom. Izlazni otpor stabilizatora može se smanjiti ako se R5 uključi kao što je prikazano na dijagramu isprekidanom linijom. Ako se uoče lažni alarmi kada je stabilizator uključen, kondenzator C2 treba ukloniti iz uređaja.

Maksimalna struja opterećenja je 2 A. Umjesto P701A tranzistora, možete koristiti KT801A, KT801B. Tranzistor V2 se može zamijeniti sa KT803A, KT805A, KT805B, P702, P702A.

Stabilizator sa postavkom granične struje za zaštitu

Zaštitni uređaj prikazan na sl. 3, sastavljena na tranzistorima V1 i V2 (također uključuje otpornike R1-R4, zener diodu V3, prekidač S1 i žarulju sa žarnom niti H1).

Potrebna vrijednost radne struje postavlja se prekidačem S1. U režimu rada, zbog struje baze koja teče kroz otpornik R1 (R2 ili R3), tranzistor V1 je otvoren i pad napona na njemu je mali.

Rice. 3. Šematski dijagram stabilizatora sa podešavanjem granične struje za zaštitu.

Stoga je struja u osnovnom kolu tranzistora V2 vrlo mala, zener dioda V3, povezana u smjeru naprijed, i tranzistor V2 su zatvoreni.

Kako se struja opterećenja stabilizatora povećava, raste i pad napona na tranzistoru V1. U nekom trenutku se otvara zener dioda V3, a zatim tranzistor V2, što dovodi do zatvaranja tranzistora V1. Sada gotovo cijeli ulazni napon pada na ovom tranzistoru, a struja kroz opterećenje naglo se smanjuje na nekoliko desetina miliampera.

Lampica H1 svijetli, što pokazuje da je osigurač aktiviran. Vraća se u prvobitni način rada kratkim prekidom veze s mreže. Koeficijent stabilizacije je oko 20.

Tranzistori V1 i V7 su ugrađeni na hladnjake sa efektivnom površinom toplotne disipacije od oko 250 cm2 svaki. Zener diode V4 i V5 su postavljene na bakrenu ploču hladnjaka dimenzija 150 X 40 X 4 mm. Postavljanje elektronskog osigurača svodi se na odabir otpornika R1-R3 prema potrebnoj radnoj struji.

Lampa H1 tip KM60-75.

Elektronsko-mehanički uređaj za zaštitu od preopterećenja

Elektronsko-mehanički zaštitni uređaj, čiji je dijagram prikazan na sl. 4, radi u dvije faze - prvo isključuje struju elektronski uređaj, zatim potpuno blokira opterećenje s kontaktima K1.1 elektromehaničkog releja K1. Sastoji se od tranzistora V3, napunjenog elektromagnetnim relejem s dva namotaja K1, zener diodom V2, diodama V1, V4 i otpornicima R1 i R2.

Rice. 4. Elektronsko-mehanički zaštitni uređaj, dijagram.

Kaskada na tranzistoru V3 upoređuje napon na otporniku R2, proporcionalan struji opterećenja stabilizatora, sa naponom na zener diodi V2, priključenoj u smjeru naprijed.

Kada je stabilizator preopterećen, napon na otporniku R2 postaje veći od napona na zener diodi i tranzistor V3 se otvara. Hvala pozitivnom povratne informacije Između kolektorskog i baznog kruga ovog tranzistora u sistemskom tranzistoru V3 - releju K1, razvija se proces blokiranja.

Trajanje impulsa je oko 30 ms (u slučaju upotrebe RMU releja, pasoš RS4.533.360SP). Tokom impulsa, napon na kolektoru tranzistora V3 naglo opada.

Ovaj napon se preko diode V4 prenosi na bazu regulacijskog tranzistora V5 (napon na bazi tranzistora postaje pozitivan u odnosu na emiter), tranzistor se zatvara, a struja kroz strujni krug naglo opada.

Istovremeno sa otvaranjem tranzistora V3, struja kroz kolektorski namotaj releja K1 počinje da raste, a nakon 10 ms se pokreće, samoblokira i isključuje strujni krug sa kontaktima K1.1. Da biste vratili način rada, na kratko isključite mrežni napon. Zaštita radi na struji od 0,4 A, koeficijent stabilizacije je 50.

Zaštita od prekomjerne struje pomoću dinistorske optospojnice

IN zaštitni uređaj, čiji je dijagram prikazan na sl. 5, koristite V6 dinistor optospojler, koji povećava performanse zaštite. Kada je struja opterećenja manja od praga, elektronski ključ na tranzistorima V1-V3 je otvoren, indikatorska lampica H1 je upaljena, a optospojnik je isključen (LED je isključen, fototiristor je zatvoren).

Rice. 5. Zaštitni krug od prekomjerne struje pomoću dinistorske optospojnice.

Čim struja opterećenja dostigne graničnu vrijednost, pad napona na otpornicima R5, R6 se toliko povećava da se uključuje optospojnik, kroz čiji se fototiristor dovodi pozitivni napon na bazu tranzistora V1, a elektronski prekidač se zatvara. . IN uslovi rada uređaj se vraća kratkim pritiskom na dugme S1.

Napon opterećenja polako raste sa brzinom punjenja kondenzatora C1. Ovo eliminira strujne udare koji uzrokuju ili pogrešan rad zaštite ili kvar dijelova opterećenja kada se napajanje uključi.

Prag odziva je postavljen otpornikom R5. Tranzistori V2, V3 zahtijevaju hladnjak površine 100...200 cm2. Maksimalna struja opterećenja 5 A, minimalna radna struja 0,4 A.

Ovaj stabilizator napona je dizajniran za napajanje radioamaterskih struktura tokom njihove instalacije. Proizvodi konstantan stabilizirani napon od 0 do 25,5V, koji se može mijenjati u koracima od 0,1V. Struja isključenja zaštite od preopterećenja može se glatko mijenjati od 0,2 do 2A.

Šema uređaja je prikazana na slici 1, brojači DD2 DD3 oblik digitalni kod izlazni napon. DAC koji koristi precizne otpornike pretvara kod brojila u napon koji se postepeno povećava.

Stabilizator takođe ima indikator (slika 3) na K573RF2 EEPROM-u.

Postavljanje stabilizatora uključuje odabir R26 tako da maksimalni izlazni napon bude 25,5V.

Datoteke za crtanje štampane ploče– ftp://ftp.radio.ru/pub/2007/08/st0_255.zip

Literatura Zh.Radio 8 2007

• Slični članci

Prijavite se koristeći:

Slučajni članci

• 24.09.2014

  Prekidač na dodir prikazan na slici ima dvokontaktni dodirni element, kada se dodirnu oba kontakta, napon napajanja (9V) iz izvora napajanja se dovodi do opterećenja, a kada se dodirni kontakti sljedeći put dodirnu, napajanje se isključuje od opterećenja, opterećenje može biti lampa ili relej. Senzor je vrlo ekonomičan i troši malu struju u standby modu. U momentu …

• 08.10.2016

  MAX9710/MAX9711 - stereo/mono UMZCH sa izlaznom snagom od 3 W i režimom niske potrošnje. specifikacije: izlazna snaga 3 W u opterećenju od 3 oma (pri THD-u do 1%) Izlazna snaga 2,6 W u opterećenju od 4 oma (pri THD-u do 1%) Izlazna snaga 1,4 W u opterećenju 8 oma (pri THD-u do 1%) ) Omjer suzbijanja buke ...

Za napajanje nekih radio uređaja potreban je izvor napajanja sa povećanim zahtjevima za nivo minimalnog izlaznog talasa i stabilnost napona. Da bi ih osigurali, napajanje mora biti izvedeno pomoću diskretnih elemenata.

Prikazano na sl. 3.23 krug je univerzalan i na njegovoj osnovi možete napraviti visokokvalitetno napajanje za bilo koji napon i struju u opterećenju. Napajanje je sastavljeno na široko rasprostranjenom dvostrukom operativnom pojačalu (KR140UD20A) i jednom tranzistoru snage VT1. Štoviše, krug ima strujnu zaštitu, koja se može podesiti u širokom rasponu. Operativno pojačalo DA1.1 je stabilizator napona, a DA1.2 služi za zaštitu struje. Mikrokrugovi DA2, DA3 stabiliziraju napajanje kontrolnog kruga sastavljenog na DA1, što omogućava poboljšanje parametara izvora napajanja.

Kolo za stabilizaciju napona radi na sljedeći način. Signal povratne sprege napona uklanja se sa izlaza izvora (X2). Ovaj signal se uspoređuje s referentnim naponom koji dolazi iz zener diode VD1. Signal neusklađenosti (razlika između ovih napona) se dovodi na ulaz op-pojačala, koji se pojačava i šalje preko otpornika R10...R11 na upravljački tranzistor VT1.

Tako se izlazni napon održava na datom nivou sa tačnošću određenom pojačanjem op-pojačala DA1.1. Potreban izlazni napon se postavlja otpornikom R5. Kako bi napajanje moglo podesiti izlazni napon na više od 15 V, zajednička žica upravljačkog kruga je spojena na "+" terminal (XI). U ovom slučaju, za potpuno otvaranje tranzistora snage (VT1) na izlazu op-pojačala, bit će potreban mali napon (na osnovu VT1 ibe = +1,2 V). Ovaj dizajn kruga omogućava vam da napravite izvore napajanja za bilo koji napon, ograničen samo dopuštenom vrijednošću napona kolektor-emiter (UK3) za određenu vrstu tranzistora snage (za KT827A maksimalno UK3 = 80 V).

U ovom krugu, tranzistor snage je kompozitni i stoga može imati pojačanje u rasponu od 750...1700, što omogućava upravljanje sa malom strujom - direktno sa izlaza op-amp DA1.1, koji smanjuje broj neophodni elementi i pojednostavljuje dijagram.

Strujni zaštitni krug je montiran na op-amp DA1.2. Kada struja teče u opterećenju, na otporniku R12 se oslobađa napon, koji se preko otpornika R6 primjenjuje do priključne točke R4, R8, gdje se upoređuje sa referentnim nivoom. Sve dok je ova razlika negativna (što zavisi od struje u opterećenju i vrednosti otpora otpornika R12), ovaj deo kola ne utiče na rad stabilizatora napona. Čim napon u navedenoj točki postane pozitivan, na izlazu op-pojačala DAL2 pojavit će se negativan napon, koji će kroz diodu VD12 smanjiti napon na bazi tranzistora snage VT1, ograničavajući izlaznu struju .

Nivo ograničenja izlazne struje podešava se pomoću otpornika R6. Paralelno spojene diode na ulazima operativnih pojačala (VD3...VD6) štite mikrokolo od oštećenja ako se uključi bez povratne sprege preko tranzistora VT1 ili ako je energetski tranzistor oštećen. U radnom načinu, napon na ulazima op-ampa je blizu nule i diode ne utječu na rad uređaja. SZ kondenzator instaliran u krugu negativne povratne sprege ograničava opseg pojačanih frekvencija, što povećava stabilnost kola, sprečavajući samopobuđenje.

Kada se koriste elementi navedeni na dijagramima, ovi izvori napajanja omogućuju postizanje stabiliziranog izlaznog napona do 50 V pri struji od 1...5 A.

Snažni tranzistor je ugrađen na radijator, čija površina zavisi od struje opterećenja i napona UK3. Za normalan rad stabilizatora, ovaj napon mora biti najmanje 3 V

Prilikom sastavljanja kruga korišteni su sljedeći dijelovi: rezni otpornici R5 i R6 tipa SPZ-19a; fiksni otpornici R12 tip C5-16MV za snagu od najmanje 5 W (snaga zavisi od struje u opterećenju), ostali su iz serije MJ1T i C2-23 odgovarajućih kondenzatora snage CI, C2, SZ tip K10-17, oksidni polarni kondenzatori C4...C9 tip K50-35 (K50-32). Dual chip operacioni pojačivač DA1 se može zamijeniti uvozni analog tsA747 ili dva 140UD7 mikro kruga; stabilizatori napona: DA2 na 78L15, DA3 na 79L15. Parametri mrežnog transformatora T1 ovise o potrebnoj snazi ​​koja se dovodi do opterećenja. U sekundarnom namotu transformatora, nakon ispravljanja, kondenzator C6 bi trebao osigurati napon 3...5 V veći od onoga što je potrebno na izlazu stabilizatora.

U zaključku, može se primijetiti da ako se izvor napajanja treba koristiti u širokom temperaturnom rasponu (~60...+100°C), onda za postizanje dobrog tehničke karakteristike potrebno je primijeniti dodatne mjere koje uključuju povećanje stabilnosti referentnih napona. To se može učiniti odabirom zener dioda VD1, VD2 sa minimalnim TKN, kao i stabilizacijom struje kroz njih. Obično se stabilizacija struje kroz zener diodu izvodi pomoću tranzistor sa efektom polja ili korištenjem dodatnog mikrokola koji radi u režimu stabilizacije struje kroz zener diodu. Uz to, zener diode osiguravaju najbolju termičku stabilnost napona u određenom trenutku u svojim karakteristikama. U pasošu za precizne zener diode ova trenutna vrijednost je obično naznačena i to je vrijednost koja se mora postaviti pomoću reznih otpornika prilikom postavljanja jedinice izvora referentnog napona, za koju je miliampermetar privremeno priključen na krug zener diode.

Nudimo veliki izbor potpuno automatskih uređaja male i velike snage vodećeg proizvođača ETK Energy, dizajniranih za brzo otklanjanje nekvalitetnog napajanja nivelacijom prenapona i padova u jednofaznim i trofaznim mrežama. naizmjenična struja i napetost. Naši modeli Energy i Voltron u većini slučajeva spadaju u grupu mrežnih uređaja premium klase, ali postoje i redovne serije koje su dizajnirane da rešavaju probleme u nekritičnim uslovima neprekidnog rada. I danas imamo dobar asortiman relejnih, hibridnih, elektromehaničkih i elektronskih (tiristorskih) uređaja vrijednih vaše pažnje. Moguće je kupiti stabilizator napona sa strujnom zaštitom u Moskvi, Sankt Peterburgu i regijama. Pored ovog glavnog zadatka izravnavanja razlika, ovi stabilizirajući uređaji za mreže od 220V, 380V pomoći će u suzbijanju smetnji, kvalitativno podržati dobar rad uredskih ili kućanskih aparata tokom kratkotrajnih preopterećenja i osigurati potpuna sigurnost savremeni potrošači u slučaju kratkog spoja. U tu svrhu koriste se najbolji i najpouzdaniji radni elementi u dizajnu 1-fazne i 3-fazne električne opreme Energia i Voltron. Raspon uspješnih performansi za mnoge marke je 100 ... 280 Volti. Postoje i univerzalni uređaji visoke preciznosti (preciznost ±3, ±5 posto) sa glatkim sistemom podešavanja (Energy Classic i Ultra 5000, 7500, 9000, 12000, 15000, 20000) koji mogu bez većih poteškoća stabilizirati napajanje od 65V .

Visokokvalitetni stabilizatori napona sa strujnom zaštitom u našoj online prodavnici predstavljeni su u najpopularnijim kapacitetima (2, 3, 5, 8, 10, 15, 20, 30 kW), koji su idealni za danonoćnu upotrebu u ured, seoska kuća, kuća i industrijski objekti. Hibridni i tiristorski visokoprecizni modeli imaju čisti sinusni oblik signala, zbog čega uspješno rade s jednostavnom i visoko osjetljivom električnom opremom za različite namjene. Među domaćim certificiranim proizvodima za promjenjivu stabilizaciju mreže, dostupni su i tehnološki poboljšani uređaji otporni na mraz, koji omogućavaju nesmetan rad na temperaturama ispod nule. Možete kupiti stabilizator napona sa strujnom zaštitom u Moskvi, Sankt Peterburgu preko naše službene web stranice na adresi minimalna cijena od pouzdanog proizvođača. Zbog posebne strukture kućišta, neki monofazni ruski brendovi mogu se ugraditi kao standardna opcija za podnu montažu ili koristiti kompaktniji i praktičniji način montaže - na zid (montaža na zid). U onim visoko efikasnim linijama gde je obezbeđeno glatko izjednačavanje pod- ili kritično prenapajane snage, nema apsolutno nikakvog treperenja sijalica, što ponekad izaziva manje neprijatnosti u stambenim zgradama, stanovima ili vikendicama. Što se tiče nivoa buke koja se emituje tokom rada opreme, postoje apsolutno tihi i jeftini niskošumni mrežni električni uređaji. Garancija za ruske uređaje preporučene za kupovinu, koji su veoma traženi u Rusiji, je 1-3 godine. Apsolutno sve serije štede energiju i opremljene su automatskom funkcijom samodijagnostike.