Tranzistorski stabilizatori sa zaštitom od preopterećenja (teorija)

Napajanje

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

Čini se da je sve napisano o kontinuiranim stabilizatorima napona. 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 uklanjanja uzroka preopterećenja automatski uspostavi normalan rad stabilizatora. Želja za ispunjavanjem ovih zahtjeva često dovodi do značajnog kompliciranja kruga stabilizatora i primjetnog smanjenja njegove učinkovitosti. Autor ovog članka pokušava pronaći optimalno rješenje, po njegovom mišljenju.

Prije nego što tražite optimalno rješenje, analizirajmo karakteristike opterećenja Uout = f(Iout) stabilizatora napona izrađenih prema najčešćim sklopovima. 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 rasipa upravljački tranzistor ponekad prelazi dopuštenu granicu. Ovaj stabilizator je opremljen zaštitom od okidača. Kod preopterećenja smanjuje se ne samo izlazni napon, već i struja. Međutim, zaštita nije dovoljno učinkovita, jer djeluje tek nakon što izlazni napon padne ispod 1 V i pod nekim uvjetima ne uklanja toplinsko preopterećenje upravljačkog tranzistora. Da bi se takav stabilizator vratio u način rada, 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, aktivira se već s blagim smanjenjem izlaznog napona uzrokovanog preopterećenjem. Oznake elemenata kruga dane su 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 dostupan je u.

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

Ako izlazni napon odstupa od nominalne vrijednosti, njegov porast kroz zener diodu VD1 gotovo se potpuno 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. Stvoren je dijelom prirasta izlaznog napona koji se dovodi u bazu tranzistora kroz razdjelnik napona R2R3:

Ukupna povratna sprega u načinu stabilizacije je negativna, signal pogreške je vrijednost

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

Zener dioda VD1 trebala bi biti odabrana za maksimalni mogući, ali niži izlazni stabilizacijski napon.

Ako zamijenite otpornik R3 s dvije diode spojene u smjeru naprijed i spojene u seriju (kao što je predloženo, na primjer, in), parametri stabilizatora će se poboljšati, jer će se mjesto R3 u izrazima za ΔUb i ΔUbe uzeti malim diferencijalnim otporom otvorenih dioda. Međutim, takva zamjena dovodi do nekih problema kada stabilizator prijeđe u zaštitni način rada. U nastavku ćemo se zadržati na njima, ali za sada ćemo ostaviti otpornik R3 na istom mjestu.

U načinu stabilizacije, pad napona na otporniku R1 ostaje gotovo nepromijenjen. Struja koja teče kroz ovaj otpornik je zbroj struje zener diode VD1 i struje emitera tranzistora VT2, što je gotovo jednako struji baze tranzistora VT1. Kako se otpor opterećenja smanjuje, posljednja komponenta struje koja teče kroz R1 raste, a prva (struja zener diode) se smanjuje do nule, nakon čega se povećanje izlaznog napona više ne prenosi na emiter tranzistora VT2 kroz zener dioda. Kao rezultat, krug negativne povratne sprege je prekinut, a petlja pozitivne povratne sprege, koja nastavlja raditi, dovodi do zatvaranja oba tranzistora poput lavine i prekida struje opterećenja. Struja opterećenja, iznad koje se aktivira zaštita, može se procijeniti pomoću formule

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

Prisutnost u karakteristikama opterećenja (vidi krivulje 3 i 4 na slici 2) relativno produženih prijelaznih odjeljaka između radnog i zaštitnog načina rada (imajte na umu da su ti dijelovi najteži s gledišta toplinskog režima tranzistora VT1) objašnjava se uglavnom činjenicom da je razvoj sklopnog procesa spriječen lokalnom negativnom povratnom spregom kroz otpornik R1. Što je napon manji

stabilizacija zener diode VD1, to je veća, ako su ostale stvari jednake, vrijednost otpornika R1 i što je više "odgođen" prijelaz iz radnog u zaštitni način rada stabilizatora.

Ovaj, kao i prethodno doneseni, zaključak o svrsishodnosti korištenja zener diode VD1 s najvećim mogućim stabilizacijskim naponom potvrđen je eksperimentalno. Izlazni napon stabilizatora prema krugu prikazanom na Sl. 1, s D814B zener diodom (Ust = 9 V), u usporedbi sa sličnom KS139E zener diodom (UCT = 3,9 V), znatno manje ovisi o opterećenju i prebacuje se "strmije" u zaštitni način rada kada je preopterećen.

Moguće je smanjiti, pa čak i potpuno eliminirati prijelazni dio karakteristike opterećenja stabilizatora dodavanjem dodatnog tranzistora VT3 na njega, kao što je prikazano na slici 3. U načinu rada, ovaj tranzistor je u zasićenju i nema praktički nikakvog utjecaja na rad stabilizatora, samo malo 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 slici 2).

Diode VD2 i VD3 u načinu rada stabiliziraju napon na temelju 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. Prebacivanje u zaštitni način rada u ovom slučaju je vrlo odgođeno i događa se tek nakon što se napon opterećenja smanji na vrijednost blizu one koju podržavaju diode VD2 i VD3 na temelju tranzistora VT2 (vidi krivulju 2 na slici 2).

Razmatrani stabilizatori imaju značajan nedostatak za mnoge primjene: oni ostaju u zaštitnom stanju nakon uklanjanja uzroka preopterećenja i često ne prelaze u način rada kada se napon napajanja primijeni s priključenim opterećenjem. Znan razne načine njihovo pokretanje, na primjer, korištenjem dodatnog otpornika instaliranog paralelno s kolektorsko-emiterskom sekcijom tranzistora VT1, ili (kao što je predloženo u) "hranjenja" baze tranzistora VT2. Problem se rješava kompromisom između pouzdanosti pokretanja pod opterećenjem i veličine struje kratkog spoja, što nije uvijek prihvatljivo. Varijante lansirnih jedinica koje su razmatrane u i učinkovitije su, ali kompliciraju stabilizator u cjelini.

Predložen je manje uobičajen, ali zanimljiv način uklanjanja stabilizatora iz zaštitnog načina rada. Leži u činjenici da posebno dizajnirani generator impulsa povremeno prisilno otvara regulacijski tranzistor, stavljajući stabilizator u način rada neko vrijeme. Ako se otkloni uzrok preopterećenja, na kraju sljedećeg impulsa zaštita više neće raditi i stabilizator će nastaviti raditi normalno. Prosječna snaga koju rasipa upravljački tranzistor tijekom preopterećenja malo se 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 pozitivne povratne sprege, koja je zatvorena preko kondenzatora 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 šuntiran otvorenom diodom VD2 i otpornicima R3-R5 spojenim u seriju, uvjeti samopobude nisu ispunjeni i uređaj radi slično kao što je ranije objašnjeno (vidi sliku 1). Tijekom prijelaza stabilizatora u zaštitni način, kondenzator C1 djeluje kao pojačivač, ubrzavajući razvoj procesa.

Ekvivalentni krug stabilizatora u zaštitnom načinu rada prikazan je na sl. 5.

Kada je otpor opterećenja Rn jednak nuli, pozitivni priključak kondenzatora C1 spojen je preko otpornika R4 na zajedničku žicu (minus izvora ulaznog napona). Napon na koji je kondenzator napunjen u načinu stabilizacije primjenjuje se 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 prijeđe -0,7 V, dioda VD2 će se zatvoriti, ali će se ponovno punjenje kondenzatora nastaviti sa strujom i2 koja teče kroz otpornik R2. Nakon postizanja malog pozitivnog napona na bazi tranzistora VT2, potonji, a s njim i VT1, počet će se otvarati. Zbog pozitivne povratne veze preko kondenzatora C1, oba tranzistora će se potpuno otvoriti i ostati u tom stanju neko vrijeme; poluvalni kondenzator neće biti napunjen strujom i3 gotovo do napona Uin. nakon čega će se tranzistori zatvoriti i ciklus će se ponoviti. S onima naznačenim u dijagramu na Sl. 5 ocjena elementa, trajanje generiranih impulsa je nekoliko milisekundi, period ponavljanja je 100...200 ms. Amplituda impulsa izlazne struje u zaštitnom načinu rada približno je jednaka radnoj struji zaštite. Prosječna vrijednost struje kratkog spoja izmjerena miliampermetrom na brojčanik je približno 30 mA.

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

Amplituda negativnih impulsa polariteta na temelju tranzistora VT2 doseže 10 V, što može dovesti do električnog sloma dijela baza-emiter ovog tranzistora. Međutim, kvar je reverzibilan, a njegova struja ograničena je otpornicima R1 i R3. Ne ometa rad generatora. Prilikom odabira tranzistora VT2 također je potrebno uzeti u obzir da napon koji se primjenjuje na njegovu kolektorsku bazu doseže zbroj ulaznih i izlaznih napona stabilizatora.

U pogonskoj opremi, izlaz stabilizatora napona obično se usmjerava pomoću kondenzatora (C2, prikazan na slici 4 isprekidanom linijom). Njegov kapacitet ne smije biti veći od 200 μF. Ograničenje je zbog činjenice da tijekom preopterećenja koje nije popraćeno potpunim kratkim spojem izlaza, 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 tijekom impulsa bude dovoljan za otvaranje tranzistora VT2 (≈1 V) i osigurava da su uvjeti samogeneriranja zadovoljeni pri nultom otporu opterećenja. Nažalost, u načinu stabilizacije ovaj otpornik samo smanjuje učinkovitost uređaja.

Za točan rad zaštite potrebno je da, pri bilo kojoj dopuštenoj struji opterećenja, minimalni (uključujući valovitost) ulazni napon stabilizatora ostane dovoljan za njegov normalan rad. Prilikom testiranja svih gore spomenutih stabilizatora s nazivnim izlaznim naponom od 12 V, izvor napajanja je bio mosni diodni ispravljač od 14 V s kondenzatorom od 10 000 μF na izlazu. Valovitost napona na izlazu ispravljača, izmjerena milivoltmetrom VZ 38, nije prelazila 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 pri brzini ponavljanja pulsa.

Na sl. Slika 6 prikazuje dijagram složenijeg stabilizatora sa zaštita od impulsa, koji je uglavnom lišen nedostataka o kojima se raspravljalo 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, zaštitni prag je 3,2 A, prosječna struja opterećenja u zaštitnom načinu rada je 60 mA. Prisutnost pojačala na tranzistoru VT2 omogućuje, ako je potrebno, značajno povećanje radne struje zamjenom tranzistora VT1 snažnijim kompozitnim.

Vrijednost graničnog otpornika R4 može se kretati od desetaka ohma do 51 kOhma. Izlaz stabilizatora može se zaobići kondenzatorom kapaciteta do 1000 μF, što, međutim, dovodi do pojave histereze u karakteristici opterećenja: na pragu zaštite od 3,2 A, izmjerena vrijednost povratne struje do stabilizacijskog načina je 1,9 A.

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

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

Izlazni stabilizirani napon jednak je zbroju padova napona na diodama VD1 i VD2, sekciji baza-emiter tranzistora VT4 i stabilizacijskom naponu zener diode VD3 minus pad napona na sekciji baza-emiter tranzistora VT3. - otprilike 1,4 V više od stabilizacijskog napona zener diode. Struja okidanja 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. To, s jedne strane, poboljšava učinkovitost stabilizatora, ali s druge strane, prisiljava upotrebu zener diode koja može raditi pri niskim strujama kao VD3. Minimalna stabilizacijska struja zener diode KS211Zh prikazana na dijagramu (vidi sliku 6) je 0,5 mA.

Takav stabilizator, osim svoje namjene, može poslužiti i kao limitator pražnjenja baterija. Da biste to učinili, izlazni napon je postavljen tako da ako je napon baterije manji od dopuštene 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 načinu rada smanjit će se s 12 na 2,5 mA. Treba imati na umu da se na rubu aktiviranja zaštite ta struja povećava na približno 60 mA, ali s pokretanjem generatora impulsa prosječna vrijednost struje pražnjenja baterije pada na 4...6 mA.

Koristeći razmatrani princip zaštite od impulsa, moguće je izgraditi ne samo stabilizatore napona, već i samoiscjeljujuće elektroničke "osigurače" instalirane između izvora napajanja i opterećenja. Za razliku od ulošci osigurača, takvi se osigurači mogu više puta koristiti bez brige o obnavljanju nakon uklanjanja uzroka putovanja.

Elektronički osigurač mora izdržati i kratkoročne i dugotrajne kvarove, pune ili djelomične kvarove. Potonje se često događa kod dugih spojnih žica, čiji je otpor primjetan dio nosivosti. Ovaj slučaj je najteži za sklopni element osigurača.

Na sl. Slika 7 prikazuje dijagram jednostavnog samoresetirajućeg elektroničkog osigurača s impulsnom zaštitom. Načelo njegovog rada je blizu gore opisanog stabilizatora napona (vidi sliku 4), ali prije nego što se aktivira zaštita, tranzistori VT1 i VT2 su u stanju zasićenja, a izlazni napon je gotovo jednak ulazu.

Ako struja opterećenja premaši dopuštenu vrijednost, tranzistor VT1 izlazi iz zasićenja i izlazni napon počinje padati. Njegov prirast kroz kondenzator C1 ide do baze tranzistora VT2, zatvarajući potonji, a s njim i VT1. Izlazni napon se još više smanjuje, a kao rezultat procesa poput lavine, tranzistori VT1 i VT2 su potpuno zatvoreni. Nakon nekog vremena, ovisno o vremenskoj konstanti kruga R1C1, oni će se ponovno otvoriti, međutim, ako preopterećenje ostane, ponovno će se zatvoriti. Ovaj ciklus se ponavlja dok se ne eliminira preopterećenje.

Frekvencija generiranih impulsa je približno 20 Hz kada je opterećenje nešto veće od dopuštenog, odnosno 200 Hz kada je potpuno zatvoren. 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

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

Ako je potrebno ograničiti amplitudu strujnih impulsa opterećenja, u krug emitera tranzistora VT2 treba uključiti otpornik od nekoliko desetaka ohma i malo povećati vrijednost otpornika R3.

Ako opterećenje nije potpuno zatvoreno, moguć je električni kvar dijela baza-emiter tranzistora VT2. To malo utječe na rad generatora i ne predstavlja opasnost za tranzistor, jer je naboj nakupljen u kondenzatoru C1 prije proboja relativno mali.

Nedostaci "osigurača" sastavljenog prema razmatranom krugu (slika 7) su niska učinkovitost zbog otpornika R3 spojenog u seriju na krug opterećenja i baznu struju tranzistora VT1, koja je neovisna o opterećenju. Potonje je također tipično za druge slične uređaje. Oba razloga koji smanjuju učinkovitost eliminiraju se u snažnijem "osiguraču" s maksimalnom strujom opterećenja od 5 A, čiji je krug prikazan na Sl. 8 . Njegova učinkovitost prelazi 90% u više od deseterostrukom rasponu promjena struje opterećenja. Potrošena struja kada nema opterećenja manja je od 0,5 mA.

Kako bi se smanjio pad napona na "osiguraču", kao VT4 koristi se germanijski tranzistor. Kada je struja opterećenja manja od dopuštene, ovaj tranzistor je na rubu zasićenja. Ovo stanje se održava petljom negativne povratne sprege, 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 zaštitnog odziva, tranzistor VT3 je u aktivnom načinu rada i napon između njegovog kolektora i emitera dovoljan je za otvaranje tranzistora VT6, što osigurava zasićeno stanje tranzistora VT2 i, konačno, vodljivo stanje sklopke. VT4. S povećanjem struje opterećenja, osnovna struja VT3 pod utjecajem negativne povratne veze raste, a napon na njegovom kolektoru se smanjuje dok se tranzistor VT6 ne zatvori. U ovom trenutku zaštita se aktivira. Radna struja može se procijeniti pomoću formule

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

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

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

Nakon završetka punjenja kondenzatora C2, tranzistor VT5 će se zatvoriti, VT6 i VT2-VT4 će se otvoriti. Kondenzator C2 će se isprazniti za približno 0,06 s kroz tranzistor VT6, diodu VD1 i otpornik R11. Uz zatvoreno opterećenje, struja kolektora tranzistora VT4 u ovom trenutku doseže 8 ... 10 A. Zatim će se ciklus ponoviti. Međutim, tijekom prvog impulsa nakon uklanjanja preopterećenja, tranzistor VT3 neće ići u zasićenje i "osigurač" će se vratiti u način rada.

Zanimljivo je da se tijekom impulsa tranzistor VT6 ne otvara u potpunosti. To je spriječeno petljom negativne povratne sprege koju čine tranzistori VT2, VT3, VT6. Uz vrijednost otpornika R9 (51 kOhm) naznačenu na dijagramu (slika 8), napon na kolektoru tranzistora VT6 ne pada ispod 0,3 Uin.

Najnepovoljnije opterećenje za "osigurač" je snažna žarulja sa žarnom niti, čiji je otpor hladne niti nekoliko puta manji od otpora grijane. Test proveden s auto-svjetiljkom od 12 V 32+6 W pokazao je da je 0,06 s za zagrijavanje sasvim dovoljno i “osigurač” nakon uključivanja pouzdano ulazi u način rada. Ali za više inercijalnih svjetiljki, trajanje i period ponavljanja impulsa možda će se morati povećati ugradnjom kondenzatora C2 veće snage (ali ne 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 rasipa se na tranzistoru VT4.

Tranzistor GT806A može se zamijeniti drugim iz iste serije ili snažnim germanijskim tranzistorom, na primjer, P210, s bilo kojim slovnim indeksom. Ako tranzistori germanija nisu dostupni ili je potrebno raditi na povišenim temperaturama, možete koristiti i silicijske tranzistore s h21e>40, na primjer, KT818 ili KT8101 s bilo kojim slovnim indeksom, 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 hladnjaku, na primjer, aluminijskoj ploči dimenzija 80x50x5 mm. Za tranzistor VT3 također je potreban hladnjak s površinom od 1,5 ... 2 cm 2.

Uključite uređaj prvi put bez opterećenja, a prije svega provjerite napon između kolektora i emitera tranzistora VT4, koji bi trebao biti približno 0,5 V. Zatim spojite žičani promjenjivi otpornik s otporom od 10 ... 20 Ohma i snage 100 W na izlaz preko ampermetra. Glatko smanjujući njegov otpor, prebacite uređaj u zaštitni način rada. Pomoću osciloskopa provjerite da se promjena načina rada odvija bez dugotrajnih prijelaznih procesa i da parametri generiranih impulsa odgovaraju gore navedenim. Točna 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 dulje vrijeme, temperatura kućišta tranzistora VT4 ne smije prijeći njegovu dopuštenu vrijednost.

KNJIŽEVNOST

1. Klyuev Yu., Abashav S. Stabilizator napona. - Radio, 1975, broj 2, str. 23.
2. Popovich V. Poboljšanje stabilizatora napona. - Radio, 1977, broj 9, str. 56.
3. Polyakov V. Teorija: pomalo - o svemu. Zaštita od prenapona. - Radio, 2000., br. 12, str. 45,46.
4. Kanygin S. Stabilizator napona sa zaštitom od preopterećenja. - Radio, 1980. broj 8. str. 45. 46.
5. U inozemstvu. Stabilizator napona sa zaštitom od preopterećenja. - Radio, 1984., broj 9, str. 56.
6. Kozlov V. Stabilizator napona sa zaštitom od kratkog spoja i prekostruje. - Radio, 1998., broj 5, str. 52-54 (prikaz, ostalo).
7. Andraav V. Dodatna zaštita stabilizatora od pregrijavanja. - Radio, 2000., broj 4, str. 44.
8. Bobrov O. Elektronički osigurač. - Radio, 2001., broj 3, str. 54.

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

Preopterećenje stabiliziranog ispravljača zbog kratkog spoja u opterećenju ili iz drugog razloga obično dovodi do kvara upravljačkog tranzistora. Stabilizator možete zaštititi 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", tj. mali utjecaj na karakteristike jedinice u načinu rada i pouzdano zatvaranje upravljačkog tranzistora V2 u načinu preopterećenja. Zaštitni uređaj sastoji se od SCR V3, dioda V6, V7 i otpornika R2 i R3.

Riža. 1. Shema jednostavnog zaštitnog uređaja za napon +24V.

U načinu rada, tiristor V3 je zatvoren, a napon na bazi tranzistora V1 jednak je stabilizacijskom naponu 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 upravljačke elektrode. Otvoreni SCR zatvara lanac zener dioda V4, V5, što dovodi do zatvaranja tranzistora V1 i V2.

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

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

Tranzistor V2 može se zamijeniti s KT802A, KT805B, a V1 - P307, P309, KT601, KT602 s bilo kojim slovnim indeksom. SCR V3 može biti bilo koja serija 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 kratkog spoja opterećenja dodavanjem samo dva elementa - tiristora V3 i otpornika R5.

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

Zaštitni uređaj se aktivira kada struja opterećenja premaši graničnu vrijednost određenu otporom otpornika R5. U ovom trenutku pad napona na otporniku R5 doseže napon otvaranja tiristora V3 (oko 1 V), on se otvara i napon na bazi tranzistora V2 pada gotovo na nulu. Stoga su tranzistor V2, a zatim V4 zatvoreni, isključujući krug opterećenja.

Za vraćanje stabilizatora u prvobitni način rada potrebno je kratko pritisnuti tipku S1. Otpornik R3 služi za ograničavanje struje baze tranzistora V4.

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

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

Stabilizator s postavkom struje praga za zaštitu

Zaštitni uređaj prikazan na Sl. 3, sastavljen 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 sklopkom S1. U načinu rada, zbog struje baze koja teče kroz otpornik R1 (R2 ili R3), tranzistor V1 je otvoren i pad napona na njemu je mali.

Riža. 3. Shematski dijagram stabilizatora s podešavanjem struje praga za zaštitu.

Stoga je struja u krugu baze tranzistora V2 vrlo mala, zener dioda V3, spojena u smjeru prema naprijed, i tranzistor V2 su zatvoreni.

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

Lampica H1 svijetli, što znači da je osigurač iskočio. Vraća se u izvorni način rada kratkim odspajanjem s mreže. Koeficijent stabilizacije je oko 20.

Tranzistori V1 i V7 ugrađeni su na hladnjake s efektivnim područjem toplinske disipacije od oko 250 cm2 svaki. Zener diode V4 i V5 montirane su na bakrenu ploču hladnjaka dimenzija 150 X 40 X 4 mm. Postavljanje elektroničkog osigurača svodi se na odabir otpornika R1-R3 prema potrebnoj radnoj struji.

Svjetiljka H1 tip KM60-75.

Elektronsko-mehanički zaštitni uređaj od preopterećenja

Elektronsko-mehanički zaštitni uređaj, čija je shema prikazana na Sl. 4, radi u dvije faze - prvo isključuje struju elektronički uređaj, zatim potpuno blokira opterećenje s kontaktima K1.1 elektromehaničkog releja K1. Sastoji se od tranzistora V3, opterećenog dvonamotnim elektromagnetskim relejem K1, zener diode V2, dioda V1, V4 i otpornika R1 i R2.

Riža. 4. Elektronsko-mehanički zaštitni uređaj, shema spoja.

Kaskada na tranzistoru V3 uspoređuje napon na otporniku R2, proporcionalan struji opterećenja stabilizatora, s naponom na zener diodi V2, spojenoj u smjeru prema naprijed.

Kada je stabilizator preopterećen, napon na otporniku R2 postaje veći od napona na zener diodi i tranzistor V3 se otvara. Zahvaljujući pozitivi Povratne informacije Između krugova kolektora i baze ovog tranzistora u sustavu tranzistor V3 - relej K1 razvija se proces blokiranja.

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

Taj se napon prenosi kroz diodu V4 na bazu regulacijskog tranzistora V5 (napon na bazi tranzistora postaje pozitivan u odnosu na emiter), tranzistor se zatvara, a struja kroz krug opterećenja naglo opada.

Istodobno s otvaranjem tranzistora V3, struja kroz namot kolektora releja K1 počinje rasti, a nakon 10 ms se aktivira, samoblokira i odvaja krug opterećenja s kontaktima K1.1. Da biste vratili način rada, nakratko isključite mrežni napon. Zaštita radi pri struji od 0,4 A, koeficijent stabilizacije je 50.

Prekostrujna zaštita pomoću dinistorskog optokaplera

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

Riža. 5. Prekostrujni zaštitni krug pomoću dinistorskog optokaplera.

Čim struja opterećenja dosegne graničnu vrijednost, pad napona na otpornicima R5, R6 toliko se povećava da se uključuje optokapler, preko fototiristora koji se dovodi pozitivnim naponom na bazu tranzistora V1, a elektronička sklopka se zatvara . U radni uvjeti uređaj se vraća kratkim pritiskom tipke S1.

Napon opterećenja polako raste s brzinom punjenja kondenzatora C1. Ovo eliminira strujne udare koji uzrokuju ili lažno djelovanje zaštite ili kvar dijelova opterećenja kada je napajanje uključeno.

Prag odziva postavlja otpornik R5. Tranzistori V2, V3 zahtijevaju hladnjak s površinom od 100 ... 200 cm2. Maksimalna struja opterećenja 5 A, minimalna radna struja 0,4 A.

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

Dijagram uređaja prikazan je na slici 1, obrasci brojača DD2 DD3 digitalni kod izlazni napon. DAC pomoću preciznih otpornika pretvara kod mjerača u postupno rastući napon.

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

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

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

Literatura Zh.Radio 8 2007

• Slični članci

Prijava koristeći:

Slučajni članci

• 24.09.2014

  Dodirni prekidač prikazan na slici ima dvokontaktni dodirni element, kada se dodirnu oba kontakta, napon napajanja (9V) iz izvora napajanja dovodi se do opterećenja, a kada se dodirni kontakti sljedeći put dodirnu, napajanje se prekida od opterećenja, opterećenje može biti svjetiljka ili relej. Senzor je vrlo ekonomičan i troši malu struju u stanju mirovanja. U trenutku …

• 08.10.2016

  MAX9710/MAX9711 - stereo/mono UMZCH s izlaznom snagom od 3 W i načinom niske potrošnje. Tehnički podaci: izlazna snaga 3 W u opterećenju od 3 Ohma (pri THD-u do 1%) Izlazna snaga 2,6 W u opterećenju od 4 Ohma (pri THD-u do 1%) Izlazna snaga 1,4 W u opterećenju od 8 Ohma (pri THD-u do 1% ) Omjer potiskivanja buke ...

Za napajanje nekih radio uređaja potreban je izvor napajanja s povećanim zahtjevima za razinu minimalne valovitosti izlaza 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 korištenom dvostrukom operacijskom pojačalu (KR140UD20A) i jednom tranzistoru snage VT1. Štoviše, krug ima strujnu zaštitu, koja se može podesiti u širokom rasponu. Operacijsko pojačalo DA1.1 je stabilizator napona, a DA1.2 služi za strujnu zaštitu. Mikrokrugovi DA2, DA3 stabiliziraju napajanje upravljačkog kruga sastavljenog na DA1, što omogućuje poboljšanje parametara izvora napajanja.

Krug stabilizacije napona radi na sljedeći način. Povratni signal napona uklanja se s izlaza izvora (X2). Ovaj signal se uspoređuje s referentnim naponom koji dolazi iz zener diode VD1. Signal neusklađenosti (razlika između ovih napona) dovodi se na ulaz operacijskog pojačala, koji se pojačava i šalje kroz otpornike R10...R11 na upravljački tranzistor VT1.

Stoga se izlazni napon održava na zadanoj razini s točnošću određenom pojačanjem op-amp DA1.1. Potreban izlazni napon postavlja se otpornikom R5. Kako bi napajanje moglo postaviti izlazni napon na više od 15 V, zajednička žica upravljačkog kruga spojena je na terminal "+" (XI). U ovom slučaju, za potpuno otvaranje tranzistora snage (VT1) na izlazu op-amp, bit će potreban mali napon (na temelju VT1 ibe = +1,2 V). Ovaj dizajn kruga omogućuje vam izradu izvora 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 ga čini mogućim kontrolirati malom strujom - izravno s izlaza op-amp DA1.1, koji smanjuje broj potrebni elementi i pojednostavljuje dijagram.

Strujni zaštitni krug sastavljen je na op-amp DA1.2. Kada struja teče u opterećenju, napon se oslobađa preko otpornika R12, koji se preko otpornika R6 dovodi do spojne točke R4, R8, gdje se uspoređuje s referentnom razinom. Sve dok je ta razlika negativna (što ovisi o struji u opterećenju i vrijednosti otpora otpornika R12), ovaj dio strujnog kruga ne utječe na rad stabilizatora napona. Čim napon u navedenoj točki postane pozitivan, na izlazu op-amp DAL2 pojavit će se negativan napon, koji će kroz diodu VD12 smanjiti napon na bazi tranzistora snage VT1, ograničavajući izlaznu struju .

Razina ograničenja izlazne struje podešava se pomoću otpornika R6. Paralelno spojene diode na ulazima operacijskih pojačala (VD3...VD6) štite mikrokrug od oštećenja ako se uključi bez povratne veze preko tranzistora VT1 ili ako je tranzistor snage oštećen. U načinu rada, napon na ulazima op-amp je blizu nule i diode ne utječu na rad uređaja. SZ kondenzator ugrađen u krug negativne povratne sprege ograničava pojas pojačanih frekvencija, što povećava stabilnost kruga, sprječavajući samopobuđivanje.

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

Tranzistor snage ugrađen je na radijator, čija površina ovisi o struji opterećenja i naponu UK3. Za normalan rad stabilizatora, ovaj napon mora biti najmanje 3 V

Prilikom sastavljanja kruga korišteni su sljedeći dijelovi: otpornici za podrezivanje R5 i R6 tipa SPZ-19a; fiksni otpornici R12 tip C5-16MV za snagu od najmanje 5 W (snaga ovisi o struji u opterećenju), ostali su iz serije MJ1T i C2-23 odgovarajuće snage Kondenzatori CI, C2, SZ tip K10-17, oksidni polarni kondenzatori C4...C9 tipa K50-35 (K50-32). Dvostruki čip operacijsko pojačalo DA1 se može zamijeniti uvezeni analog tsA747 ili dva mikro kruga 140UD7; stabilizatori napona: DA2 na 78L15, DA3 na 79L15. Parametri mrežnog transformatora T1 ovise o potrebnoj snazi ​​koja se isporučuje potrošaču. U sekundarnom namotu transformatora, nakon ispravljanja, kondenzator C6 treba osigurati napon 3...5 V veći od potrebnog na izlazu stabilizatora.

Zaključno, može se primijetiti da ako se izvor energije treba koristiti u širokom temperaturnom rasponu (~60...+100°C), tada se 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 s minimalnim TKN, kao i stabilizacijom struje kroz njih. Obično se stabilizacija struje kroz zener diodu izvodi pomoću tranzistor s efektom polja ili korištenjem dodatnog mikro kruga koji radi u načinu stabilizacije struje kroz zener diodu. Osim toga, zener diode pružaju najbolju toplinsku stabilnost napona u određenoj točki svojih karakteristika. U putovnici za precizne zener diode obično je naznačena ova vrijednost struje i to je vrijednost koja se mora postaviti pomoću otpornika za podešavanje pri postavljanju jedinice izvora referentnog napona, za koju je miliampermetar privremeno spojen na krug zener diode.

Nudimo veliki izbor potpuno automatskih uređaja male i velike snage vodećeg proizvođača ETK Energy namijenjenih brzom otklanjanju nekvalitetnog napajanja izravnavanjem prenapona i padova u jednofaznim i trofaznim mrežama naizmjenična struja i napetosti. U većini slučajeva, naši Energy i Voltron modeli pripadaju skupini mrežnih uređaja premium klase, ali postoje i regularne serije koje su namijenjene rješavanju problema u nekritičnim uvjetima neprekidnog rada. A danas imamo dobar izbor relejnih, hibridnih, elektromehaničkih i elektroničkih (tiristorskih) uređaja vrijednih vaše pažnje. Moguće je kupiti stabilizator napona sa strujnom zaštitom u Moskvi, Sankt Peterburgu i regijama. Uz ovu glavnu zadaću izglađivanja razlika, ovi stabilizirajući uređaji za mreže od 220 V, 380 V pomoći će u suzbijanju smetnji, kvalitativno podržati dobar rad uredskih ili kućanskih uređaja tijekom kratkotrajnih preopterećenja i osigurati potpuna sigurnost modernih potrošača u slučaju kratkog spoja. U tu svrhu koriste se najbolji i najpouzdaniji pogonski elementi u projektiranju 1-fazne i 3-fazne električne opreme Energia i Voltron. Raspon uspješne izvedbe za mnoge marke je 100 ... 280 volti. Postoje i univerzalni uređaji visoke preciznosti (točnost ±3, ±5 posto) s glatkim sustavom podešavanja (Energy Classic i Ultra 5000, 7500, 9000, 12000, 15000, 20000) koji mogu bez većih poteškoća stabilizirati napajanje od 65 V .

Visokokvalitetni stabilizatori napona sa strujnom zaštitom u našoj internetskoj trgovini predstavljeni su u najpopularnijim kapacitetima (2, 3, 5, 8, 10, 15, 20, 30 kW), koji su idealni za 24-satnu upotrebu u ured, seoska kuća, dom i industrijski objekti. Hibridni i tiristorski modeli visoke preciznosti imaju čisti sinusoidalni 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 unaprijeđeni uređaji otporni na smrzavanje, koji omogućuju nesmetan rad na temperaturama ispod ništice. Možete kupiti stabilizator napona sa strujnom zaštitom u Moskvi, St. Petersburgu putem naše službene web stranice na minimalna cijena od pouzdanog proizvođača. Zbog posebne strukture kućišta, neke jednofazne ruske marke mogu se instalirati kao standardna podna opcija ili koristiti kompaktniji i praktičniji način montaže - na zid (zidni). U onim visoko učinkovitim vodovima gdje je osigurano glatko izjednačavanje pod ili kritično prenapona, nema apsolutno nikakvog titranja žarulja, što ponekad uzrokuje manje neugodnosti u stambenim zgradama, stanovima ili vikendicama. Što se tiče razine buke koja se emitira tijekom rada opreme, postoje apsolutno tihi i jeftini mrežni električni uređaji s niskom razinom buke. Jamstvo za uređaje ruske proizvodnje preporučene za kupnju, koji su vrlo traženi u Rusiji, je 1-3 godine. Apsolutno sve serije štede energiju i opremljene su funkcijom automatske samodijagnostike.