Tranzistorové stabilizátory s ochranou proti přetížení (teorie)

Zásoby energie

A. MOSKVIN, Jekatěrinburg
Rozhlas, 2003, č. 2-3

Zdá se, že o kontinuálních stabilizátorech napětí bylo napsáno vše. Přesto je vývoj spolehlivého a nepříliš složitého (ne více než tří nebo čtyř tranzistorových) stabilizátoru, zejména se zvýšeným zatěžovacím proudem, poměrně vážným úkolem, protože na jednom z prvních míst je požadavek spolehlivé ochrany řídicích tranzistorů z přetížení. V tomto případě je žádoucí, aby se po odstranění příčiny přetížení automaticky obnovil normální provoz stabilizátoru. Touha splnit tyto požadavky často vede k výrazné komplikaci obvodu stabilizátoru a znatelnému poklesu jeho účinnosti. Autor tohoto článku se podle něj snaží najít optimální řešení.

Než budete hledat optimální řešení, analyzujme zatěžovací charakteristiky Uout = f(Iout) stabilizátorů napětí vyrobených podle nejběžnějších obvodů. U stabilizátoru popsaného v při přetížení výstupní napětí Uout rychle klesá na nulu. Proud však neklesá a může být dostatečný k poškození zátěže a výkon rozptýlený řídicím tranzistorem někdy překročí povolenou mez. Tento stabilizátor je vybaven ochranou spouště. Při přetížení klesá nejen výstupní napětí, ale i proud. Ochrana však není dostatečně účinná, protože funguje až po poklesu výstupního napětí pod 1 V a za určitých podmínek neeliminuje tepelné přetížení řídicího tranzistoru. Pro návrat takového stabilizátoru do provozního režimu je nutné téměř úplně vypnout zátěž, a to není vždy přijatelné, zejména u stabilizátoru, který slouží nedílná součást složitější zařízení.

Ochrana stabilizátoru, jehož schéma je na Obr. 1, spouští již při mírném poklesu výstupního napětí způsobeného přetížením. Jmenovité hodnoty prvků obvodu jsou uvedeny pro výstupní napětí 12 V ve dvou verzích: bez závorek, pokud je VD1 D814B, a v závorkách, pokud je KS139E. Stručný popis práce podobného stabilizátoru je k dispozici v.

Jeho dobré parametry jsou vysvětleny skutečností, že všechny potřebné signály jsou tvořeny stabilizovaným výstupním napětím a oba tranzistory (regulující VT1 a řídící VT2) pracují v režimu zesílení napětí. Experimentálně naměřené zátěžové charakteristiky tohoto stabilizátoru jsou uvedeny v rýže. 2(křivky 3 a 4).

Pokud se výstupní napětí odchyluje od jmenovité hodnoty, jeho přírůstek přes zenerovu diodu VD1 se téměř úplně přenese do emitoru tranzistoru VT2. Pokud neberete v úvahu rozdílový odpor zenerovy diody, ΔUе ≈ ΔUout. To je signál negativního OS. Zařízení má ale i pozitivní stránku. Je tvořen částí přírůstku výstupního napětí přiváděného do báze tranzistoru přes dělič napětí R2R3:

Celková zpětná vazba v režimu stabilizace je záporná, chybový signál je hodnota

která je v absolutní hodnotě větší, tím menší je R3 ve srovnání s R2. Snížení tohoto poměru má příznivý vliv na stabilizační koeficient a výstupní odpor stabilizátoru. Vezmeme-li v úvahu, že

Zenerova dioda VD1 by měla být zvolena pro maximální možné, ale nižší výstupní stabilizační napětí.

Pokud nahradíte rezistor R3 dvěma diodami zapojenými v propustném směru a zapojenými do série (jak je navrženo např. v), parametry stabilizátoru se zlepší, protože místo R3 ve výrazech pro ΔUb a ΔUbe bude zabráno nízkým diferenciálním odporem otevřených diod. Taková výměna však vede k určitým problémům, když stabilizátor přejde do ochranného režimu. Níže se u nich zastavíme, ale zatím necháme rezistor R3 na stejném místě.

V režimu stabilizace zůstává úbytek napětí na rezistoru R1 prakticky nezměněn. Proud protékající tímto rezistorem je součtem proudu zenerovy diody VD1 a proudu emitoru tranzistoru VT2, který se téměř rovná proudu báze tranzistoru VT1. S klesajícím odporem zátěže se poslední složka proudu protékajícího R1 zvyšuje a první (proud zenerovy diody) klesá až na nulu, poté se zvýšení výstupního napětí již nepřenáší do emitoru tranzistoru VT2 přes zenerovu diodu. dioda. V důsledku toho je obvod záporné zpětné vazby přerušen a smyčka kladné zpětné vazby, která pokračuje v činnosti, vede k lavinovitému uzavření obou tranzistorů a přerušení zátěžového proudu. Zatěžovací proud, nad kterým se ochrana spouští, lze odhadnout pomocí vzorce

kde h21e je koeficient přenosu proudu tranzistorem VT1. Bohužel h21e má velký rozptyl mezi instancemi tranzistoru v závislosti na proudu a teplotě. Proto je často nutné během nastavování zvolit rezistor R1. U stabilizátoru určeného pro vysoký zatěžovací proud je odpor rezistoru R1 malý. V důsledku toho se proud zenerovou diodou VD1 při poklesu zátěžového proudu zvýší natolik, že je nutné použít zenerovu diodu se zvýšeným výkonem.

Přítomnost v zatěžovacích charakteristikách (viz křivky 3 a 4 na obr. 2) relativně rozšířených přechodových úseků mezi provozním a ochranným režimem (všimněte si, že tyto úseky jsou z hlediska tepelného režimu tranzistoru VT1 nejtěžší) se vysvětluje především tím, že rozvoji spínacího procesu brání lokální negativní zpětná vazba přes rezistor R1. Čím nižší je napětí

stabilizace zenerovy diody VD1, čím vyšší je hodnota rezistoru R1 za stejných podmínek a čím „zpožděnější“ je přechod z provozního do ochranného režimu stabilizátoru.

Tento, stejně jako dříve učiněný závěr o vhodnosti použití zenerovy diody VD1 s nejvyšším možným stabilizačním napětím, je experimentálně potvrzen. Výstupní napětí stabilizátoru podle obvodu znázorněného na Obr. 1, se zenerovou diodou D814B (Ust = 9 V), je ve srovnání s podobnou zenerovou diodou KS139E (UCT = 3,9 V) výrazně méně závislá na zátěži a při přetížení přepíná více „strměji“ do ochranného režimu.

Přechodový úsek zatěžovací charakteristiky stabilizátoru je možné zmenšit a dokonce zcela odstranit přidáním přídavného tranzistoru VT3 k němu, jak je znázorněno na obr. 3. V provozním režimu je tento tranzistor v saturaci a nemá prakticky žádný vliv na činnost stabilizátoru, jen mírně zhoršuje teplotní stabilitu výstupního napětí . Když v důsledku přetížení má proud zenerovy diody VD1 tendenci k nule, tranzistor VT3 přejde do aktivního stavu a poté se uzavře, čímž se vytvoří podmínky pro rychlé zapnutí ochrany. V tomto případě není plynulý přechodový úsek zatěžovací charakteristiky (viz křivka 1 na obr. 2).

Diody VD2 a VD3 v provozním režimu stabilizují napětí na bázi tranzistoru VT2, což pomáhá zlepšit základní parametry stabilizátoru. Bez přídavného tranzistoru VT3 to však negativně ovlivňuje ochranu, protože oslabuje pozitivní složku OS. Přepnutí do ochranného režimu je v tomto případě velmi zpožděné a nastává až poté, co zátěžové napětí poklesne na hodnotu blízkou hodnotě podporované diodami VD2 a VD3 na bázi tranzistoru VT2 (viz křivka 2 na obr. 2).

Uvažované stabilizátory mají pro mnoho aplikací značnou nevýhodu: zůstávají v ochranném stavu po odstranění příčiny přetížení a často nepřejdou do provozního režimu, když je připojeno napájecí napětí s připojenou zátěží. Známý různé cesty jejich spouštění, například pomocí přídavného odporu instalovaného paralelně se sekcí kolektor-emitor tranzistoru VT1, nebo (jak je navrženo v) „napájení“ báze tranzistoru VT2. Problém je řešen kompromisem mezi spolehlivostí rozběhu pod zátěží a velikostí zkratového proudu, což není vždy přijatelné. Varianty odpalovacích jednotek diskutované v a jsou účinnější, ale komplikují stabilizátor jako celek.

Je navržen méně obvyklý, ale zajímavý způsob odstranění stabilizátoru z ochranného režimu. Spočívá v tom, že speciálně konstruovaný generátor pulsů periodicky násilně otevírá regulační tranzistor a uvádí stabilizátor na nějakou dobu do provozního režimu. Pokud je příčina přetížení odstraněna, na konci dalšího impulsu nebude ochrana opět fungovat a stabilizátor bude nadále normálně fungovat. Průměrný výkon rozptýlený řídicím tranzistorem při přetížení mírně roste.

Na Obr. 4 ukazuje schéma jednoho z nich možné možnosti stabilizátor fungující na tomto principu. Od popsaného se liší nepřítomností samostatné jednotky - generátoru pulsů. Při přetížení přejde stabilizátor do oscilačního režimu díky kladné zpětnovazební smyčce, která je uzavřena přes kondenzátor C1. Rezistor R3 omezuje nabíjecí proud kondenzátoru a R4 slouží jako zátěž generátoru, když je externí zátěž uzavřena.

Při absenci přetížení po přivedení napájecího napětí se stabilizátor rozběhne díky rezistoru R2. Vzhledem k tomu, že kondenzátor C1 je odpojen otevřenou diodou VD2 a rezistory R3-R5 zapojenými do série, nejsou splněny podmínky samobuzení a zařízení pracuje podobně jako dříve (viz obr. 1). Při přechodu stabilizátoru do ochranného režimu působí kondenzátor C1 jako booster, urychlující vývoj procesu.

Ekvivalentní obvod stabilizátoru v ochranném režimu je na Obr. 5.

Když je zatěžovací odpor Rn roven nule, kladná svorka kondenzátoru C1 je připojena přes odpor R4 ke společnému vodiči (mínus zdroje vstupního napětí). Napětí, na které byl kondenzátor nabit ve stabilizačním režimu, je přivedeno na bázi tranzistoru VT2 v záporné polaritě a udržuje tranzistor uzavřený. Kondenzátor se vybíjí proudem i1. proud přes odpory R3-R5 a otevřenou diodu VD2. Když napětí na bázi VT1 překročí -0,7 V, dioda VD2 se sepne, ale dobíjení kondenzátoru bude pokračovat proudem i2 protékajícím odporem R2. Po dosažení malého kladného napětí na bázi tranzistoru VT2 se tento a s ním i VT1 začnou otevírat. Vlivem kladné zpětné vazby přes kondenzátor C1 se oba tranzistory zcela otevřou a v tomto stavu ještě nějakou dobu zůstanou, půlvlnný kondenzátor nebude nabit proudem i3 téměř na napětí Uin. poté se tranzistory uzavřou a cyklus se bude opakovat. S těmi, které jsou uvedeny ve schématu na Obr. 5 prvků, doba trvání generovaných pulzů je několik milisekund, perioda opakování je 100...200 ms. Amplituda výstupních proudových impulsů v ochranném režimu je přibližně rovna provoznímu proudu ochrany. Průměrná hodnota zkratového proudu měřená číselníkovým miliampérmetrem je přibližně 30 mA.

S rostoucím odporem zátěže RH nastává okamžik, kdy při otevřených tranzistorech VT1 a VT2 záporná zpětná vazba „převáží“ kladnou zpětnou vazbu a generátor se opět změní na stabilizátor napětí. Hodnota RH, při které dochází ke změně režimů, závisí především na odporu rezistoru R3. Pokud jsou jeho hodnoty příliš malé (méně než 5 Ohmů), objeví se v zatěžovací charakteristice hystereze a při nulovém odporu R3 se stabilizace napětí obnoví pouze při zatěžovacím odporu větším než 200 Ohmů. Nadměrné zvýšení odporu rezistoru R3 vede k tomu, že se v zatěžovací charakteristice objeví přechodový úsek.

Amplituda pulzů se zápornou polaritou na bázi tranzistoru VT2 dosahuje 10 V, což může vést k elektrickému průrazu sekce báze-emitor tohoto tranzistoru. Průraz je však vratný a jeho proud je omezen rezistory R1 a R3. Nezasahuje do provozu generátoru. Při výběru tranzistoru VT2 je také nutné vzít v úvahu, že napětí přivedené na jeho kolektor-bázovou sekci dosahuje součtu vstupního a výstupního napětí stabilizátoru.

V provozních zařízeních bývá výstup stabilizátoru napětí bočníkován kondenzátorem (C2, na obr. 4 přerušovanou čarou). Jeho kapacita by neměla přesáhnout 200 μF. Omezení je způsobeno skutečností, že při přetížení, které není doprovázeno úplným zkratem výstupu, vstupuje tento kondenzátor do obvodu kladné zpětné vazby generátoru. V praxi se to projevuje tak, že generátor se „rozběhne“ až při výrazném přetížení a v zatěžovací charakteristice se objeví hystereze.

Odpor rezistoru R4 musí být takový, aby pokles napětí na něm během pulsu byl dostatečný k otevření tranzistoru VT2 (≈1 V) a zajistilo se splnění podmínek samogenerování při nulovém zatěžovacím odporu. Bohužel ve stabilizačním režimu tento odpor pouze snižuje účinnost zařízení.

Pro přesnou činnost ochrany je nutné, aby při jakémkoliv dovoleném zatěžovacím proudu zůstalo minimální (včetně zvlnění) vstupní napětí stabilizátoru dostatečné pro jeho normální činnost. Při testování všech výše diskutovaných stabilizátorů se jmenovitým výstupním napětím 12 V byl zdrojem energie 14 V můstkový diodový usměrňovač s kondenzátorem 10 000 μF na výstupu. Napětí zvlnění na výstupu usměrňovače, měřené milivoltmetrem VZ 38, nepřesáhlo 0,6 V.

V případě potřeby lze pulzní charakter ochrany využít k indikaci stavu stabilizátoru včetně zvuku. V druhém případě, při přetížení, bude slyšet cvakání s frekvencí opakování pulzu.

Na Obr. Obrázek 6 ukazuje schéma složitějšího stabilizátoru s impulsní ochrana, který do značné míry postrádá nedostatky diskutované v první části článku (viz obr. 4). Jeho výstupní napětí je 12 V, výstupní odpor je 0,08 Ohm, stabilizační koeficient je 250, maximální provozní proud je 3 A, prahová hodnota ochrany je 3,2 A, průměrný zatěžovací proud v ochranném režimu je 60 mA. Přítomnost zesilovače na tranzistoru VT2 umožňuje v případě potřeby výrazně zvýšit provozní proud nahrazením tranzistoru VT1 výkonnějším kompozitním.

Hodnota omezovacího rezistoru R4 se může pohybovat od desítek ohmů do 51 kOhmů. Výstup stabilizátoru lze obejít kondenzátorem o kapacitě až 1000 μF, což však vede ke vzniku hystereze v zatěžovací charakteristice: při ochranném prahu 3,2 A je naměřená hodnota zpětného proudu. do stabilizačního režimu je 1,9A.

Pro jednoznačné přepínání režimů je nutné, aby se při poklesu zatěžovacího odporu zastavil proud zenerovou diodou VD3 dříve, než se tranzistor VT2 dostane do saturace.Proto je hodnota rezistoru R1 zvolena tak, aby před ochrana funguje, mezi kolektorem a emitorem tohoto tranzistoru zůstává napětí minimálně 2... 3 V. V ochranném režimu se tranzistor VT2 dostane do saturace, v důsledku toho může být amplituda pulzů zátěžového proudu 1,2 ...1,5krát vyšší než ochranný provozní proud. Je třeba vzít v úvahu, že s výrazným poklesem odporu R1 se výkon rozptýlený tranzistorem VT2 výrazně zvyšuje.

Přítomnost kondenzátoru C1 může teoreticky vést ke zvýšení zvlnění výstupního napětí stabilizátoru. To však nebylo v praxi dodrženo.

Výstupní stabilizované napětí se rovná součtu úbytků napětí na diodách VD1 a VD2, části báze-emitor tranzistoru VT4 a stabilizačního napětí zenerovy diody VD3 mínus úbytek napětí na části báze-emitor tranzistoru VT3 - přibližně o 1,4 V více než je stabilizační napětí zenerovy diody. Vypínací proud ochrany se vypočítá pomocí vzorce

Díky přídavnému zesilovači na tranzistoru VT2 je proud protékající rezistorem R3 relativně malý i při značných vypočtených zatěžovacích proudech. To na jednu stranu zlepšuje účinnost stabilizátoru, ale na druhou stranu si vynucuje použití zenerovy diody schopné pracovat při malých proudech jako VD3. Minimální stabilizační proud zenerovy diody KS211Zh znázorněný na schématu (viz obr. 6) je 0,5 mA.

Takový stabilizátor může kromě zamýšleného účelu sloužit jako omezovač vybíjení baterie. K tomu je výstupní napětí nastaveno tak, že pokud je napětí baterie nižší než přípustná hodnota, bude fungovat ochrana, která zabrání dalšímu vybíjení. V tomto případě je vhodné zvýšit hodnotu odporu R6 na 10 kOhm. V důsledku toho se proud spotřebovaný zařízením v provozním režimu sníží z 12 na 2,5 mA. Je třeba si uvědomit, že na hranici vypnutí ochrany se tento proud zvýší přibližně na 60 mA, ale se spuštěním pulzního generátoru klesne průměrná hodnota vybíjecího proudu baterie na 4...6 mA.

Pomocí uvažovaného principu pulsní ochrany je možné postavit nejen stabilizátory napětí, ale také samoopravné elektronické „pojistky“ instalované mezi napájecí zdroj a zátěž. Na rozdíl od pojistkové vložky, lze takové pojistky používat opakovaně bez obav o obnovení po odstranění příčiny vypadnutí.

Elektronická pojistka musí odolat krátkodobým i dlouhodobým poruchám plného nebo částečného zatížení. Ten se často vyskytuje u dlouhých spojovacích vodičů, jejichž odpor je znatelnou součástí užitečného zatížení. Tento případ je nejzávažnější pro spínací prvek pojistky.

Na Obr. Na obrázku 7 je schéma jednoduché samočinně vratné elektronické pojistky s pulzní ochranou. Princip jeho činnosti se blíží výše popsanému stabilizátoru napětí (viz obr. 4), ale před spuštěním ochrany jsou tranzistory VT1 a VT2 ve stavu saturace a výstupní napětí je téměř stejné jako vstupní.

Pokud zatěžovací proud překročí přípustnou hodnotu, tranzistor VT1 se dostane ze saturace a výstupní napětí začne klesat. Jeho přírůstek přes kondenzátor C1 jde do báze tranzistoru VT2, uzavírá jej a s ním VT1. Výstupní napětí klesá ještě více a v důsledku lavinovitého procesu jsou tranzistory VT1 a VT2 zcela uzavřeny. Po nějaké době v závislosti na časové konstantě obvodu R1C1 se opět rozepnou, pokud však přetížení přetrvá, opět se sepnou. Tento cyklus se opakuje, dokud není přetížení odstraněno.

Frekvence generovaných pulsů je přibližně 20 Hz při zátěži mírně vyšší než přípustná zátěž a 200 Hz při úplném uzavření. Pracovní cyklus pulzů v druhém případě je více než 100. Když odpor zátěže vzroste na přijatelnou hodnotu, tranzistor VT1 vstoupí do saturace a generování pulzů se zastaví.

Vypínací proud "pojistky" lze přibližně určit vzorcem

Experimentálně zvolený koeficient 0,25 zohledňuje, že v okamžiku přechodu tranzistoru VT1 ze saturace do aktivního režimu je jeho koeficient proudového přenosu výrazně menší než jmenovitý. Naměřený pracovní proud ochrany při vstupním napětí 12 V je 0,35 A, amplituda pulzů zatěžovacího proudu při sepnutí je 1,3 A. Hystereze (rozdíl mezi proudy ochrany a obnovením provozního režimu) nebyla zjištěno. V případě potřeby lze na výstup „pojistky“ připojit blokovací kondenzátory o celkové kapacitě maximálně 200 μF, které zvýší provozní proud na cca 0,5 A.

Pokud je nutné omezit amplitudu pulzů zatěžovacího proudu, je třeba do emitorového obvodu tranzistoru VT2 zařadit rezistor několik desítek ohmů a mírně zvýšit hodnotu odporu R3.

Pokud není zátěž zcela uzavřena, je možné elektrické selhání sekce báze-emitor tranzistoru VT2. To má malý vliv na činnost generátoru a nepředstavuje nebezpečí pro tranzistor, protože náboj nahromaděný v kondenzátoru C1 před průrazem je relativně malý.

Nevýhody „pojistky“ sestavené podle uvažovaného zapojení (obr. 7) jsou nízká účinnost způsobená sériově zapojeným odporem R3 se zátěžovým obvodem a základním proudem tranzistoru VT1, který je nezávislý na zátěži. To druhé je typické i pro další podobná zařízení. Oba důvody snižující účinnost jsou eliminovány ve výkonnější „pojistce“ s maximálním zatěžovacím proudem 5 A, jejíž zapojení je na obr. 8 . Jeho účinnost přesahuje 90 % ve více než desetinásobném rozsahu změn zátěžového proudu. Proud odebíraný bez zátěže je menší než 0,5 mA.

Pro snížení úbytku napětí na „pojistce“ se jako VT4 používá germaniový tranzistor. Když je zatěžovací proud menší než přípustný, je tento tranzistor na hranici saturace. Tento stav je udržován negativní zpětnovazební smyčkou, která je při otevřeném a nasyceném tranzistoru VT2 tvořena tranzistory VT1 a VT3. Úbytek napětí v sekci kolektor-emitor tranzistoru VT4 nepřesahuje 0,5 V při zatěžovacím proudu 1 A a 0,6 V při 5 A.

Když je zatěžovací proud menší než proud odezvy ochrany, je tranzistor VT3 v aktivním režimu a napětí mezi jeho kolektorem a emitorem je dostatečné k otevření tranzistoru VT6, což zajišťuje saturovaný stav tranzistoru VT2 a nakonec vodivý stav spínače. VT4. Se zvýšením zatěžovacího proudu se základní proud VT3 pod vlivem negativní zpětné vazby zvyšuje a napětí na jeho kolektoru klesá, dokud se tranzistor VT6 neuzavře. V tomto okamžiku se spustí ochrana. Provozní proud lze odhadnout pomocí vzorce

kde Req je celkový odpor rezistorů R4, R6 a R8 zapojených paralelně.

Koeficient 0,5 je stejně jako v předchozím případě experimentální. Když je zátěž uzavřena, je amplituda výstupních proudových impulsů přibližně dvakrát větší než provozní proud ochrany.

Díky působení kladné zpětné vazby, která je uzavřena přes kondenzátor C2, jsou tranzistor VT6 a s ním VT2-VT4 zcela uzavřeny a VT5 je otevřen. Tranzistory zůstávají v uvedených stavech, dokud není kondenzátor C2 nabit proudem protékajícím sekcí báze-emitor tranzistoru VT5 a odpory R7, R9, R11, R12. Vzhledem k tomu, že R12 má největší hodnotu z uvedených rezistorů, určuje periodu opakování generovaných impulsů - přibližně 2,5 s.

Po dokončení nabíjení kondenzátoru C2 se tranzistor VT5 sepne, VT6 a VT2-VT4 se otevřou. Kondenzátor C2 se vybije přibližně za 0,06 s přes tranzistor VT6, diodu VD1 a rezistor R11. Při uzavřené zátěži kolektorový proud tranzistoru VT4 v tomto okamžiku dosáhne 8...10 A. Poté se cyklus opakuje. Během prvního pulzu po odstranění přetížení však tranzistor VT3 nepřejde do saturace a „pojistka“ se vrátí do provozního režimu.

Je zajímavé, že během pulzu se tranzistor VT6 zcela neotevře. Tomu brání negativní zpětná vazba tvořená tranzistory VT2, VT3, VT6. Při hodnotě odporu R9 (51 kOhm) uvedené ve schématu (obr. 8) napětí na kolektoru tranzistoru VT6 neklesne pod 0,3 Uin.

Nejnepříznivější zátěží pro „pojistku“ je výkonná žárovka, jejíž odpor studeného vlákna je několikrát menší než odpor vyhřívaného. Test provedený s autosvítilnou 12 V 32+6 W ukázal, že 0,06 s na zahřátí stačí a „pojistka“ po rozsvícení spolehlivě přejde do provozního režimu. Ale pro více inerciálních výbojek může být nutné prodloužit dobu trvání a periodu opakování pulzů instalací kondenzátoru C2 s vyšším jmenovitým výkonem (ale ne oxidového).

Pracovní cyklus generovaných impulsů v důsledku takové náhrady zůstane stejný. Nebylo vybráno náhodou, aby se rovnalo 40. V tomto případě jak při maximálním zatěžovacím proudu (5 A), tak při sepnutém výstupu „pojistky“ je na tranzistoru VT4 rozptýlen přibližně stejný a bezpečný výkon.

Tranzistor GT806A lze nahradit jiným ze stejné řady nebo výkonným germaniovým tranzistorem, například P210, s libovolným písmenným indexem. Pokud nejsou k dispozici germaniové tranzistory nebo je nutné pracovat při zvýšených teplotách, lze použít i křemíkové tranzistory s h21e>40, např. KT818 nebo KT8101 s libovolnými písmennými indexy, čímž se hodnota odporu R5 zvýší na 10 kOhm. Po takové výměně napětí naměřené mezi kolektorem a emitorem tranzistoru VT4 nepřesáhlo 0,8 V při zatěžovacím proudu 5 A.

Při výrobě „pojistky“ musí být tranzistor VT4 nainstalován na chladiči, například hliníkové desce o rozměrech 80x50x5 mm. Pro tranzistor VT3 je také potřeba chladič o ploše 1,5...2 cm 2.

Zapněte zařízení poprvé bez zátěže a nejprve zkontrolujte napětí mezi kolektorem a emitorem tranzistoru VT4, které by mělo být přibližně 0,5 V. Poté připojte drátový proměnný rezistor s odporem 10...20 Ohmy a výkon 100 W na výstup přes ampérmetr. Hladce snižte jeho odpor a přepněte zařízení do ochranného režimu. Pomocí osciloskopu se ujistěte, že přepínání režimů probíhá bez dlouhých přechodných procesů a že parametry generovaných pulzů odpovídají výše uvedeným. Přesnou hodnotu pracovního proudu ochrany lze nastavit výběrem rezistorů R4, R6, R8 (je žádoucí, aby jejich hodnoty zůstaly stejné). Při dlouhodobém zkratu zátěže by teplota pouzdra tranzistoru VT4 neměla překročit jeho přípustnou hodnotu.

LITERATURA

1. Klyuev Yu., Abashav S. Stabilizátor napětí. - Rozhlas, 1975, č. 2, s. 23.
2. Popovich V. Zlepšení stabilizátoru napětí. - Rozhlas, 1977, č. 9, s. 56.
3. Polyakov V. Teorie: trochu - o všem. Přepěťové ochrany. - Rozhlas, 2000, č. 12, s. 45,46.
4. Kanygin S. Stabilizátor napětí s ochranou proti přetížení. - Rozhlas, 1980. č. 8. s. 45. 46.
5. Do zahraničí. Stabilizátor napětí s ochranou proti přetížení. - Rozhlas, 1984, č. 9, s. 56.
6. Kozlov V. Stabilizátor napětí s ochranou proti zkratu a nadproudu. - Rozhlas, 1998, č. 5, s. 52-54.
7. Andraav V. Dodatečná ochrana stabilizátoru před přehřátím. - Rozhlas, 2000, č. 4, s. 44.
8. Bobrov O. Elektronická pojistka. - Rozhlas, 2001, č. 3, s. 54.

Schémata zařízení pro ochranu proti přetížení stabilizovaného usměrňovače při zkrat nebo z jiného důvodu.

Přetížení stabilizovaného usměrňovače zkratem v zátěži nebo z jiného důvodu obvykle vede k poruše řídicího tranzistoru. Stabilizátor můžete chránit před přetížením pomocí ochranného zařízení.

Jednoduché bezpečnostní zařízení

Ochranné zařízení obsažené ve stabilizátoru napájení, jehož obvod je znázorněn na Obr. 1, má vysokou rychlost a dobrou „přepínací schopnost“, tj. malý vliv na charakteristiku jednotky v provozním režimu a spolehlivé uzavření řídicího tranzistoru V2 v režimu přetížení. Ochranné zařízení se skládá z SCR V3, diod V6, V7 a rezistorů R2 a R3.

Rýže. 1. Schéma jednoduchého ochranného zařízení pro vedení +24V.

V provozním režimu je tyristor V3 uzavřen a napětí na bázi tranzistoru V1 se rovná stabilizačnímu napětí řetězu zenerových diod V4, V5.

Při přetížení dosáhne proud přes rezistor R2 a pokles napětí na něm hodnot dostatečných k otevření trinistoru V3 podél obvodu řídicí elektrody. Otevřený SCR uzavře řetězec zenerových diod V4, V5, což vede k sepnutí tranzistorů V1 a V2.

Pro obnovení provozního režimu po odstranění příčiny přetížení je třeba stisknout a uvolnit tlačítko S1. V tomto případě se tyristor sepne a tranzistory V1 a V2 se opět otevřou. Rezistor R3 a diody V6, V7 chrání řídicí přechod tyristoru V3 před nadproudem a napětím.

Stabilizátor poskytuje stabilizační koeficient asi 30, ochrana se spouští při proudu nad 2 A.

Tranzistor V2 lze nahradit KT802A, KT805B a V1 - P307, P309, KT601, KT602 s libovolným písmenným indexem. SCR V3 může být kterýkoli z řady KU201, kromě KU201A a KU201B.

Stabilizátor s ochranou pro napájení

Stabilizátor napájení, jehož zapojení je na Obr. 2 lze chránit před přetížením a zkraty zátěže přidáním pouze dvou prvků - tyristoru V3 a odporu R5.

Rýže. 2. Schematický diagram stabilizátor pro napájení s ochranou (0-27V).

Ochranné zařízení se spustí, když zatěžovací proud překročí prahovou hodnotu určenou odporem rezistoru R5. V tomto okamžiku dosáhne úbytek napětí na rezistoru R5 rozpínacího napětí tyristoru V3 (asi 1 V), ten se otevře a napětí na bázi tranzistoru V2 klesne téměř na nulu. Tranzistor V2 a potom V4 jsou proto uzavřeny, čímž se vypne zatěžovací obvod.

Pro návrat stabilizátoru do původního režimu je potřeba krátce stisknout tlačítko S1. Rezistor R3 slouží k omezení proudu báze tranzistoru V4.

Rezistor R5 je vinutý měděným drátem. Výstupní odpor stabilizátoru lze snížit, pokud je R5 zapnutý, jak je znázorněno na diagramu přerušovanou čarou. Pokud jsou při zapnutí stabilizátoru pozorovány falešné poplachy, kondenzátor C2 by měl být ze zařízení odstraněn.

Maximální zatěžovací proud je 2 A. Místo tranzistoru P701A lze použít KT801A, KT801B. Tranzistor V2 lze nahradit KT803A, KT805A, KT805B, P702, P702A.

Stabilizátor s nastavením prahového proudu pro ochranu

Ochranné zařízení zobrazené na Obr. 3, namontované na tranzistorech V1 a V2 (zahrnuje také odpory R1-R4, zenerovu diodu V3, spínač S1 a žárovku H1).

Požadovaná hodnota provozního proudu se nastavuje přepínačem S1. V provozním režimu je v důsledku proudu báze protékajícího rezistorem R1 (R2 nebo R3) tranzistor V1 otevřený a úbytek napětí na něm je malý.

Rýže. 3. Schematické schéma stabilizátoru s nastavením prahového proudu pro ochranu.

Proto je proud v základním obvodu tranzistoru V2 velmi malý, zenerova dioda V3, zapojená v propustném směru, a tranzistor V2 jsou uzavřeny.

S rostoucím zatěžovacím proudem stabilizátoru se zvyšuje úbytek napětí na tranzistoru V1. V určitém okamžiku se otevře zenerova dioda V3 a následně tranzistor V2, což vede k sepnutí tranzistoru V1. Nyní na tomto tranzistoru klesne téměř celé vstupní napětí a proud zátěží prudce klesne na několik desítek miliampérů.

Kontrolka H1 se rozsvítí, což znamená, že vypadla pojistka. Krátkým odpojením od sítě se vrátí do původního režimu. Koeficient stabilizace je asi 20.

Tranzistory V1 a V7 jsou instalovány na chladičích s efektivní plochou rozptylu tepla asi 250 cm2 každý. Zenerovy diody V4 a V5 jsou namontovány na měděné desce chladiče o rozměrech 150 X 40 X 4 mm. Nastavení elektronické pojistky spočívá ve výběru rezistorů R1-R3 podle požadovaného provozního proudu.

Lampa H1 typ KM60-75.

Elektronicko-mechanické ochranné zařízení proti přetížení

Elektronicko-mechanické ochranné zařízení, jehož schéma je na Obr. 4, pracuje ve dvou fázích - nejprve vypne napájení elektronické zařízení, pak zcela zablokuje zátěž kontakty K1.1 elektromechanického relé K1. Skládá se z tranzistoru V3, zatíženého dvouvinutím elektromagnetického relé K1, zenerovy diody V2, diod V1, V4 a rezistorů R1 a R2.

Rýže. 4. Elektronicko-mechanické ochranné zařízení, schéma zapojení.

Kaskáda na tranzistoru V3 porovnává napětí na rezistoru R2, úměrné zatěžovacímu proudu stabilizátoru, s napětím na zenerově diodě V2, připojené v propustném směru.

Když je stabilizátor přetížen, napětí na rezistoru R2 je větší než napětí na zenerově diodě a tranzistor V3 se otevře. Díky pozitivnímu zpětná vazba Mezi kolektorovými a základními obvody tohoto tranzistoru v systémovém tranzistoru V3 - relé K1 se vyvíjí blokovací proces.

Doba trvání pulsu je cca 30 ms (v případě použití RMU relé, pas RS4.533.360SP). Během pulzu prudce klesá napětí na kolektoru tranzistoru V3.

Toto napětí se přenese přes diodu V4 na bázi regulačního tranzistoru V5 (napětí na bázi tranzistoru se stane kladným vzhledem k emitoru), tranzistor se uzavře a proud zátěžovým obvodem prudce klesne.

Současně s rozepnutím tranzistoru V3 začne narůstat proud kolektorovým vinutím relé K1 a po 10 ms dojde k jeho aktivaci, samoblokování a odpojení zátěžového obvodu s kontakty K1.1. Chcete-li obnovit provozní režim, vypněte na krátkou dobu síťové napětí. Ochrana pracuje při proudu 0,4 A, stabilizační koeficient je 50.

Nadproudová ochrana pomocí dinistorového optočlenu

V ochranné zařízení, jehož schéma je na Obr. 5, použijte dinistorový optočlen V6, který zvyšuje výkon ochrany. Když je zatěžovací proud nižší než prahová hodnota, elektronický klíč na tranzistorech V1-V3 je rozpojen, kontrolka H1 svítí a optočlen je vypnutý (LED nesvítí, fototyristor je zavřený).

Rýže. 5. Obvod nadproudové ochrany pomocí dinistorového optočlenu.

Jakmile zatěžovací proud dosáhne prahové hodnoty, úbytek napětí na rezistorech R5, R6 vzroste natolik, že sepne optočlen, přes jehož fototyristor je na bázi tranzistoru V1 přivedeno kladné napětí a elektronický spínač sepne. . V pracovní podmínky zařízení se vrátí krátkým stisknutím tlačítka S1.

Napětí zátěže roste pomalu s rychlostí nabíjení kondenzátoru C1. To eliminuje proudové rázy, které způsobují buď nesprávnou činnost ochrany nebo selhání částí zátěže při zapnutí napájení.

Práh odezvy je nastaven rezistorem R5. Tranzistory V2, V3 vyžadují chladič o ploše 100...200 cm2. Maximální zatěžovací proud 5 A, minimální provozní proud 0,4 A.

Tento stabilizátor napětí je určen k napájení amatérských radiostanic při jejich instalaci. Vyrábí konstantní stabilizované napětí od 0 do 25,5V, které lze měnit v krocích po 0,1V. Vypínací proud ochrany proti přetížení lze plynule měnit od 0,2 do 2A.

Schéma zařízení je na obr. 1, čítače DD2 DD3 formulář digitální kód výstupní napětí. DAC využívající přesné rezistory převádí kód měřiče na postupně se zvyšující napětí.

Stabilizátor má také indikátor (obr. 3) na EEPROM K573RF2.

Nastavení stabilizátoru zahrnuje výběr R26 tak, aby maximální výstupní napětí bylo 25,5V.

Kreslící soubory desky plošných spojů– ftp://ftp.radio.ru/pub/2007/08/st0_255.zip

Literatura Zh.Radio 8 2007

• Podobné články

Přihlaste se pomocí:

Náhodné články

• 24.09.2014

  Dotykový spínač zobrazený na obrázku má dvoukontaktní dotykový prvek, při dotyku obou kontaktů je do zátěže přivedeno napájecí napětí (9V) ze zdroje a při dalším dotyku dotykových kontaktů se napájení odpojí ze zátěže může být zátěží lampa nebo relé. Senzor je velmi ekonomický a v pohotovostním režimu spotřebovává malý proud. V tuto chvíli…

• 08.10.2016

  MAX9710/MAX9711 - stereo/mono UMZCH s výstupním výkonem 3 W a režimem nízké spotřeby. Specifikace: výstupní výkon 3 W do zátěže 3 Ohmy (při THD až 1 %) Výstupní výkon 2,6 W do zátěže 4 Ohmy (při THD až 1 %) Výstupní výkon 1,4 W do zátěže 8 Ohm (při THD až 1 % ) Poměr potlačení hluku ...

Pro napájení některých rádiových zařízení je nutný napájecí zdroj se zvýšenými požadavky na úroveň minimálního zvlnění výstupu a stabilitu napětí. Pro jejich zajištění musí být napájení provedeno pomocí diskrétních prvků.

Na Obr. Obvod 3.23 je univerzální a na jeho základě můžete vyrobit kvalitní zdroj pro jakékoliv napětí a proud v zátěži. Zdroj je osazen na široce používaném duálním operačním zesilovači (KR140UD20A) a jednom výkonovém tranzistoru VT1. Navíc má obvod proudovou ochranu, kterou lze nastavit v širokém rozsahu. Operační zesilovač DA1.1 je stabilizátor napětí a DA1.2 se používá k zajištění proudové ochrany. Mikroobvody DA2, DA3 stabilizují napájení řídicího obvodu sestaveného na DA1, což umožňuje zlepšit parametry zdroje energie.

Obvod stabilizace napětí funguje následovně. Napěťový zpětnovazební signál je odstraněn z výstupu zdroje (X2). Tento signál je porovnáván s referenčním napětím přicházejícím ze zenerovy diody VD1. Signál nesouladu (rozdíl mezi těmito napětími) je přiveden na vstup operačního zesilovače, který je zesílen a odeslán přes odpory R10...R11 k řízení tranzistoru VT1.

Výstupní napětí je tedy udržováno na dané úrovni s přesností určenou zesílením operačního zesilovače DA1.1. Požadované výstupní napětí se nastavuje rezistorem R5. Aby napájecí zdroj mohl nastavit výstupní napětí na více než 15 V, je společný vodič řídicího obvodu připojen ke svorce „+“ (XI). V tomto případě bude k úplnému otevření výkonového tranzistoru (VT1) na výstupu operačního zesilovače zapotřebí malé napětí (na základě VT1 ibe = +1,2 V). Toto provedení obvodu umožňuje vyrobit zdroje pro libovolné napětí, omezené pouze přípustnou hodnotou napětí kolektor-emitor (UK3) pro konkrétní typ výkonového tranzistoru (u KT827A maximálně UK3 = 80 V).

V tomto zapojení je výkonový tranzistor kompozitní a proto může mít zesílení v rozsahu 750...1700, což umožňuje jeho ovládání malým proudem - přímo z výstupu operačního zesilovače DA1.1, který snižuje počet potřebné prvky a zjednoduší schéma.

Proudový ochranný obvod je namontován na operačním zesilovači DA1.2. Při protékání proudu zátěží se přes rezistor R12 uvolní napětí, které je přivedeno přes rezistor R6 do připojovacího bodu R4, R8, kde je porovnáno s referenční úrovní. Dokud je tento rozdíl záporný (který závisí na proudu v zátěži a hodnotě odporu rezistoru R12), nemá tato část obvodu vliv na činnost stabilizátoru napětí. Jakmile se napětí v určeném bodě stane kladným, objeví se na výstupu operačního zesilovače DAL2 záporné napětí, které prostřednictvím diody VD12 sníží napětí na bázi výkonového tranzistoru VT1 a omezí výstupní proud. .

Úroveň omezení výstupního proudu se nastavuje pomocí rezistoru R6. Paralelně zapojené diody na vstupech operačních zesilovačů (VD3...VD6) chrání mikroobvod před poškozením při jeho zapnutí bez zpětné vazby přes tranzistor VT1 nebo při poškození výkonového tranzistoru. V provozním režimu se napětí na vstupech operačního zesilovače blíží nule a diody neovlivňují činnost zařízení. Kondenzátor SZ instalovaný v obvodu záporné zpětné vazby omezuje pásmo zesílených frekvencí, což zvyšuje stabilitu obvodu a zabraňuje samobuzení.

Tyto zdroje umožňují při použití prvků uvedených ve schématech získat stabilizované výstupní napětí až 50 V při proudu 1...5 A.

Výkonový tranzistor je instalován na radiátoru, jehož plocha závisí na zatěžovacím proudu a napětí UK3. Pro normální provoz stabilizátoru musí být toto napětí alespoň 3 V

Při sestavování obvodu byly použity tyto díly: trimovací odpory R5 a R6 typu SPZ-19a; pevné odpory R12 typ C5-16MV pro výkon minimálně 5 W (výkon závisí na proudu v zátěži), zbytek jsou z řady MJ1T a C2-23 odpovídajících výkonových Kondenzátory CI, C2, SZ typ K10-17, oxidové polární kondenzátory C4...C9 typ K50-35 (K50-32). Duální čip operační zesilovač DA1 lze vyměnit importovaný analog tsA747 nebo dva mikroobvody 140UD7; stabilizátory napětí: DA2 na 78L15, DA3 na 79L15. Parametry síťového transformátoru T1 závisí na požadovaném výkonu dodávaném do zátěže. V sekundárním vinutí transformátoru by po usměrnění měl kondenzátor C6 poskytovat napětí o 3...5 V větší, než jaké je požadováno na výstupu stabilizátoru.

Závěrem lze poznamenat, že pokud má být zdroj energie používán v širokém teplotním rozsahu (~60...+100°C), pak pro získání dobré technická charakteristika je nutné aplikovat další opatření, mezi něž patří zvýšení stability referenčních napětí. To lze provést výběrem zenerových diod VD1, VD2 s minimální TKN a také stabilizací proudu přes ně. Obvykle se stabilizace proudu zenerovou diodou provádí pomocí tranzistor s efektem pole nebo použitím přídavného mikroobvodu pracujícího v režimu stabilizace proudu přes zenerovu diodu. Zenerovy diody navíc poskytují nejlepší tepelnou stabilitu napětí v určitém bodě svých charakteristik. V pasu pro přesné zenerovy diody je tato hodnota proudu obvykle uvedena a právě tuto hodnotu je nutné nastavit pomocí trimovacích rezistorů při nastavování jednotky zdroje referenčního napětí, pro kterou je k obvodu zenerovy diody dočasně připojen miliampérmetr.

Nabízíme velký výběr plně automatických zařízení nízkého i vysokého výkonu od předního výrobce ETK Energy, určených pro vysokorychlostní odstranění nekvalitního napájení vyrovnáváním přepětí a poklesů v jednofázových a třífázových sítích. střídavý proud a napětí. Ve většině případů naše modely Energy a Voltron patří do skupiny síťových zařízení prémiové třídy, ale existují i ​​běžné řady, které jsou určeny k řešení problémů v nekritických podmínkách nepřetržitého provozu. A dnes máme dobrou řadu reléových, hybridních, elektromechanických a elektronických (tyristorových) zařízení, která si zaslouží vaši pozornost. V Moskvě, Petrohradu a regionech je možné zakoupit stabilizátor napětí s proudovou ochranou. Kromě tohoto hlavního úkolu vyhlazování rozdílů pomohou tato stabilizační zařízení pro elektrické sítě 220V, 380V potlačit rušení, kvalitativně podpoří dobrý chod kancelářských nebo domácích spotřebičů při krátkodobém přetížení a zajistí úplná bezpečnost moderní spotřebitele v případě zkratu. K tomuto účelu jsou při návrhu 1fázových a 3fázových elektrických zařízení Energia a Voltron použity nejlepší a nejspolehlivější ovládací prvky. Rozsah úspěšného výkonu pro mnoho značek je 100 ... 280 voltů. Existují také univerzální vysoce přesné (přesnost ±3, ±5 procent) zařízení s plynulým systémem nastavení (Energy Classic a Ultra 5000, 7500, 9000, 12000, 15000, 20000) schopné bez větších potíží stabilizovat napájení od 65V .

Vysoce kvalitní stabilizátory napětí s proudovou ochranou v našem internetovém obchodě jsou prezentovány v nejoblíbenějších kapacitách (2, 3, 5, 8, 10, 15, 20, 30 kW), které jsou ideální pro nepřetržité použití v kancelář, venkovský dům, domov a průmyslové objekty. Hybridní a tyristorové vysoce přesné modely mají čistý sinusový tvar signálu, díky kterému úspěšně pracují s jednoduchými a vysoce citlivými elektrickými zařízeními pro různé účely. Mezi tuzemskými certifikovanými produkty pro variabilní stabilizaci sítě jsou ke koupi i technologicky vylepšené mrazuvzdorné přístroje, které umožňují bezproblémový provoz i při mínusových teplotách. Stabilizátor napětí s proudovou ochranou si můžete zakoupit v Moskvě, Petrohradu prostřednictvím našich oficiálních webových stránek na adrese minimální cena od spolehlivého výrobce. Díky speciální konstrukci krytu lze některé jednofázové ruské značky instalovat jako standardní variantu pro montáž na podlahu nebo použít kompaktnější a pohodlnější způsob montáže - na stěnu (na stěnu). Na těch vysoce účinných linkách, kde je zajištěno plynulé vyrovnávání pod nebo kriticky přetíženého výkonu, nedochází absolutně k žádnému blikání žárovek, což někdy způsobuje drobné nepříjemnosti v obytných budovách, bytech nebo chatách. Z hlediska hladiny hluku vydávaného při provozu zařízení se jedná o absolutně tiché a levné síťové elektrické spotřebiče s nízkou hlučností. Záruka na zařízení ruské výroby doporučená k nákupu, která jsou v Rusku široce žádaná, je 1-3 roky. Absolutně všechny řady jsou energeticky úsporné a vybavené funkcí automatické autodiagnostiky.