Tranzistorski stabilizatorji z zaščito pred preobremenitvijo (teorija)

Napajalniki

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

Zdi se, da je bilo vse napisano o stalnih stabilizatorjih napetosti. Kljub temu je razvoj zanesljivega in ne preveč zapletenega (ne več kot trije ali štirje tranzistorji) stabilizatorja, zlasti s povečanim obremenitvenim tokom, precej resna naloga, saj je na prvem mestu zahteva po zanesljivi zaščiti krmilnih tranzistorjev. od preobremenitve. V tem primeru je zaželeno, da se po odpravi vzroka preobremenitve samodejno vzpostavi normalno delovanje stabilizatorja. Želja po izpolnjevanju teh zahtev pogosto vodi do znatnega zapleta stabilizatorskega vezja in opaznega zmanjšanja njegove učinkovitosti. Avtor tega članka poskuša najti po njegovem mnenju optimalno rešitev.

Pred iskanjem optimalna rešitev, analizirajmo obremenitvene značilnosti Uout = f(Iout) napetostnih stabilizatorjev, izdelanih po najpogostejših vezjih. Za stabilizator, opisan v, ko je preobremenjen izhodna napetost Uout se hitro zmanjša na nič. Vendar se tok ne zmanjša in je lahko zadosten za poškodbo obremenitve, moč, ki jo odvaja krmilni tranzistor, pa včasih presega dovoljeno mejo. Ta stabilizator je opremljen z zaščito pred sprožilcem. Pri preobremenitvi se ne zmanjša samo izhodna napetost, ampak tudi tok. Zaščita pa ni dovolj učinkovita, saj deluje šele, ko izhodna napetost pade pod 1 V in pod določenimi pogoji ne odpravi toplotne preobremenitve krmilnega tranzistorja. Za vrnitev takega stabilizatorja v način delovanja je potrebno skoraj popolnoma izklopiti obremenitev, kar ni vedno sprejemljivo, zlasti za stabilizator, ki služi sestavni del bolj zapletena naprava.

Zaščita stabilizatorja, katerega diagram je prikazan na sl. 1, se sproži že z rahlim zmanjšanjem izhodne napetosti, ki ga povzroči preobremenitev. Vrednosti elementov vezja so podane za izhodno napetost 12 V v dveh izvedbah: brez oklepajev, če je VD1 D814B, in v oklepajih, če je KS139E. Kratek opis delo podobnega stabilizatorja je na voljo v.

Njegovo dobri parametri so razloženi z dejstvom, da so vsi potrebni signali oblikovani iz stabilizirane izhodne napetosti, oba tranzistorja (regulacija VT1 in krmiljenje VT2) pa delujeta v načinu ojačanja napetosti. Eksperimentalno izmerjene karakteristike obremenitve tega stabilizatorja so prikazane v riž. 2(krivulji 3 in 4).

Če izhodna napetost odstopa od nominalne vrednosti, se njen prirastek skozi zener diodo VD1 skoraj v celoti prenese na oddajnik tranzistorja VT2. Če ne upoštevate diferencialne upornosti zener diode, ΔUе ≈ ΔUout. To je znak negativnega OS. Toda naprava ima tudi pozitivno stran. Ustvari se z delom prirastka izhodne napetosti, ki se dovaja na osnovo tranzistorja skozi napetostni delilnik R2R3:

Skupna povratna informacija v načinu stabilizacije je negativna, signal napake je vrednost

ki je v absolutni vrednosti večji, manjši je R3 v primerjavi z R2. Zmanjšanje tega razmerja ugodno vpliva na stabilizacijski koeficient in izhodni upor stabilizatorja. Glede na to

Zener diodo VD1 je treba izbrati za največjo možno, vendar nižjo izhodno stabilizacijsko napetost.

Če zamenjate upor R3 z dvema diodama, povezanima v smeri naprej in zaporedno (kot je predlagano, na primer v), se bodo parametri stabilizatorja izboljšali, saj bo mesto R3 v izrazih za ΔUb in ΔUbe prevzeto zaradi nizke diferencialne upornosti odprtih diod. Vendar pa takšna zamenjava povzroči nekaj težav, ko stabilizator preide v zaščitni način. Spodaj se bomo ustavili na njih, vendar bomo za zdaj pustili upor R3 na istem mestu.

V stabilizacijskem načinu padec napetosti na uporu R1 ostane skoraj nespremenjen. Tok, ki teče skozi ta upor, je vsota toka zener diode VD1 in toka emitorja tranzistorja VT2, ki je skoraj enak osnovnemu toku tranzistorja VT1. Ko se upor obremenitve zmanjša, se zadnja komponenta toka, ki teče skozi R1, poveča, prva (tok zener diode) pa se zmanjša na nič, po kateri se povečanje izhodne napetosti ne prenaša več na oddajnik tranzistorja VT2 skozi zener dioda. Posledično se vezje negativne povratne zveze prekine, pozitivna povratna zanka, ki še naprej deluje, povzroči plazovito zapiranje obeh tranzistorjev in prekinitev bremenskega toka. Obremenitveni tok, nad katerim se sproži zaščita, je mogoče oceniti s formulo

kjer je h21e koeficient prenosa toka s tranzistorjem VT1. Na žalost ima h21e veliko razpršitev od primerka tranzistorja do primerka tranzistorja, odvisno od toka in temperature. Zato je treba med nastavitvijo pogosto izbrati upor R1. V stabilizatorju, zasnovanem za tok visoke obremenitve, je upornost upora R1 majhna. Posledično se tok skozi zener diodo VD1 toliko poveča, ko se obremenitveni tok zmanjša, da je treba uporabiti zener diodo povečane moči.

Prisotnost v značilnostih obremenitve (glej krivulji 3 in 4 na sliki 2) relativno razširjenih prehodnih odsekov med delovnim in zaščitnim načinom (upoštevajte, da so ti odseki najtežji z vidika toplotnega režima tranzistorja VT1) je razloženo predvsem z dejstvom, da razvoj preklopnega procesa preprečuje lokalna negativna povratna zveza preko upora R1. Nižja kot je napetost

stabilizacija zener diode VD1, višja je, če so druge stvari enake, vrednost upora R1 in bolj "zakasnjen" je prehod iz delovnega v zaščitni način stabilizatorja.

Ta, kot tudi prej narejen sklep o smiselnosti uporabe zener diode VD1 z najvišjo možno stabilizacijsko napetostjo, je eksperimentalno potrjen. Izhodna napetost stabilizatorja po vezju, prikazanem na sl. 1, z zener diodo D814B (Ust = 9 V), je v primerjavi s podobno zener diodo KS139E (UCT = 3,9 V) bistveno manj odvisna od obremenitve in pri preobremenitvi bolj "strmo" preklopi v zaščitni način.

Možno je zmanjšati in celo popolnoma odpraviti prehodni del obremenitvene značilnosti stabilizatorja z dodajanjem dodatnega tranzistorja VT3, kot je prikazano na sliki 3. V načinu delovanja je ta tranzistor v nasičenosti in praktično ne vpliva na delovanje stabilizatorja, le rahlo poslabša temperaturno stabilnost izhodne napetosti . Ko se zaradi preobremenitve tok zener diode VD1 nagiba k ničli, tranzistor VT3 preide v aktivno stanje in se nato zapre, kar ustvarja pogoje za hitro vklop zaščite. V tem primeru ni gladkega prehodnega odseka obremenitvene karakteristike (glej krivuljo 1 na sliki 2).

Diode VD2 in VD3 v načinu delovanja stabilizirajo napetost na podlagi tranzistorja VT2, kar pomaga izboljšati osnovne parametre stabilizatorja. Vendar brez dodatnega tranzistorja VT3 to negativno vpliva na zaščito, saj oslabi pozitivno komponento OS. Preklop v zaščitni način je v tem primeru zelo zakasnjen in se pojavi šele, ko se obremenitvena napetost zmanjša na vrednost, ki je blizu vrednosti, ki jo podpirata diodi VD2 in VD3 na osnovi tranzistorja VT2 (glej krivuljo 2 na sliki 2).

Obravnavani stabilizatorji imajo pomembno pomanjkljivost za številne aplikacije: ostanejo v zaščitnem stanju po odpravi vzroka preobremenitve in pogosto ne gredo v način delovanja, ko se napajalna napetost uporablja s priključenim bremenom. Znano različne načine njihov zagon, na primer z uporabo dodatnega upora, nameščenega vzporedno z odsekom kolektor-emiter tranzistorja VT1, ali (kot je predlagano) "napajanje" baze tranzistorja VT2. Problem je rešen s kompromisom med zanesljivostjo zagona pod obremenitvijo in velikostjo toka kratkega stika, ki ni vedno sprejemljiv. Različice lansirnih enot, obravnavane v in so bolj učinkovite, vendar zapletejo stabilizator kot celoto.

Manj pogost, a zanimiv način za odstranitev stabilizatorja iz zaščitnega načina je predlagan v. To je v tem, da posebej zasnovan generator impulzov občasno prisilno odpre regulacijski tranzistor in stabilizator za nekaj časa postavi v način delovanja. Če je vzrok preobremenitve odpravljen, ob koncu naslednjega impulza zaščita ne bo več delovala in bo stabilizator normalno deloval naprej. Povprečna moč, ki jo odvaja krmilni tranzistor med preobremenitvijo, se rahlo poveča.

Na sl. 4 prikazuje diagram enega od možne možnosti stabilizator, ki deluje na tem principu. Od opisanega se razlikuje po odsotnosti ločene enote - generatorja impulzov. Pri preobremenitvi preide stabilizator v oscilacijski način zaradi pozitivne povratne zanke, ki je zaprta preko kondenzatorja C1. Upor R3 omejuje polnilni tok kondenzatorja, R4 pa služi kot obremenitev generatorja, ko je zunanja obremenitev zaprta.

Če po uporabi napajalne napetosti ni preobremenitve, se stabilizator zažene zaradi upora R2. Ker je kondenzator C1 preusmerjen z odprto diodo VD2 in zaporedno povezanimi upori R3-R5, pogoji za samovzbujanje niso izpolnjeni in naprava deluje podobno kot je bilo opisano prej (glej sliko 1). Med prehodom stabilizatorja v zaščitni način deluje kondenzator C1 kot ojačevalnik, ki pospešuje razvoj procesa.

Enakovredno vezje stabilizatorja v zaščitnem načinu je prikazano na sl. 5.

Ko je upor obremenitve Rn enak nič, se pozitivni priključek kondenzatorja C1 prek upora R4 poveže s skupno žico (minus vira vhodne napetosti). Napetost, do katere je bil kondenzator napolnjen v stabilizacijskem načinu, se nanese na osnovo tranzistorja VT2 v negativni polarnosti in drži tranzistor zaprt. Kondenzator se izprazni s tokom i1. tok skozi upore R3-R5 in odprto diodo VD2. Ko napetost na dnu VT1 preseže -0,7 V, se bo dioda VD2 zaprla, vendar se bo ponovno polnjenje kondenzatorja nadaljevalo s tokom i2, ki teče skozi upor R2. Ko dosežete majhno pozitivno napetost na dnu tranzistorja VT2, se bo slednji in z njim VT1 začel odpirati. Zaradi pozitivne povratne informacije preko kondenzatorja C1 se bosta oba tranzistorja popolnoma odprla in nekaj časa ostala v tem stanju; polvalovni kondenzator ne bo napolnjen s tokom i3 skoraj do napetosti Uin. po katerem se bodo tranzistorji zaprli in cikel se bo ponovil. S tistimi, ki so prikazani v diagramu na sl. 5 ocen elementov, trajanje generiranih impulzov je nekaj milisekund, obdobje ponavljanja je 100...200 ms. Amplituda impulzov izhodnega toka v zaščitnem načinu je približno enaka delovnemu toku zaščite. Povprečna vrednost toka kratkega stika, izmerjena z miliampermetrom, je približno 30 mA.

Ko se upor obremenitve RH poveča, pride trenutek, ko z odprtima tranzistorjema VT1 in VT2 negativne povratne informacije "odtehtajo" pozitivne povratne informacije in generator se spet spremeni v napetostni stabilizator. Vrednost RH, pri kateri pride do spremembe načinov, je odvisna predvsem od upora upora R3. Če so njegove vrednosti premajhne (manj kot 5 ohmov), se pojavi histereza v karakteristiki obremenitve in z ničelnim uporom R3 se stabilizacija napetosti obnovi le z uporom obremenitve več kot 200 ohmov. Prekomerno povečanje upora upora R3 vodi do pojava prehodnega odseka v karakteristiki obremenitve.

Amplituda impulzov negativne polarnosti na osnovi tranzistorja VT2 doseže 10 V, kar lahko privede do električne okvare odseka baza-emiter tega tranzistorja. Vendar pa je razčlenitev reverzibilna, njen tok pa omejujejo upori R1 in R3. Ne moti delovanja generatorja. Pri izbiri tranzistorja VT2 je treba upoštevati tudi, da napetost, ki se uporablja na njegovem odseku kolektorske baze, doseže vsoto vhodne in izhodne napetosti stabilizatorja.

V delovni opremi je izhod napetostnega stabilizatorja običajno ranžiran s kondenzatorjem (C2, prikazan na sliki 4 s črtkano črto). Njegova zmogljivost ne sme presegati 200 μF. Omejitev je posledica dejstva, da med preobremenitvijo, ki je ne spremlja popoln kratek stik izhoda, ta kondenzator vstopi v pozitivno povratno vezje generatorja. V praksi se to izraža v dejstvu, da se generator "zažene" le pri znatni preobremenitvi, v karakteristiki obremenitve pa se pojavi histereza.

Upornost upora R4 mora biti takšna, da je padec napetosti na njem med impulzom zadosten, da odpre tranzistor VT2 (≈1 V) in zagotovi, da so pogoji samogeneracije izpolnjeni pri upornosti brez obremenitve. Na žalost ta upor v stabilizacijskem načinu samo zmanjša učinkovitost naprave.

Za natančno delovanje zaščite je potrebno, da pri vsakem dopustnem obremenitvenem toku minimalna (vključno z valovitostjo) vhodna napetost stabilizatorja ostane zadostna za njegovo normalno delovanje. Pri testiranju vseh zgoraj obravnavanih stabilizatorjev z nazivno izhodno napetostjo 12 V je bil vir napajanja 14 V mostični diodni usmernik s kondenzatorjem 10.000 μF na izhodu. Valovitost napetosti na izhodu usmernika, izmerjena z milivoltmetrom VZ 38, ni presegla 0,6 V.

Po potrebi se lahko impulzna narava zaščite uporabi za prikaz statusa stabilizatorja, vključno z zvokom. V slednjem primeru se ob preobremenitvi slišijo kliki s hitrostjo ponavljanja impulza.

Na sl. Slika 6 prikazuje diagram bolj zapletenega stabilizatorja z impulzna zaščita, ki je večinoma brez pomanjkljivosti, obravnavanih v prvem delu članka (glej sliko 4). Njegova izhodna napetost je 12 V, izhodni upor je 0,08 Ohm, stabilizacijski koeficient je 250, največji delovni tok je 3 A, zaščitni prag je 3,2 A, povprečni obremenitveni tok v zaščitnem načinu je 60 mA. Prisotnost ojačevalnika na tranzistorju VT2 omogoča, če je potrebno, znatno povečanje delovnega toka z zamenjavo tranzistorja VT1 z močnejšim kompozitnim.

Vrednost omejevalnega upora R4 se lahko giblje od desetin ohmov do 51 kOhmov. Izhod stabilizatorja je mogoče zaobiti s kondenzatorjem z zmogljivostjo do 1000 μF, kar pa vodi do pojava histereze v karakteristiki obremenitve: pri zaščitnem pragu 3,2 A je izmerjena vrednost povratnega toka do stabilizacijskega načina je 1,9 A.

Za jasno preklapljanje načinov je potrebno, da se z zmanjšanjem upora obremenitve tok skozi zener diodo VD3 ustavi, preden tranzistor VT2 vstopi v nasičenost.Zato je vrednost upora R1 izbrana tako, da pred zaščita deluje, med kolektorjem in oddajnikom tega tranzistorja ostane napetost najmanj 2 ... 3 V. V zaščitnem načinu tranzistor VT2 vstopi v nasičenost, posledično je lahko amplituda tokovnih impulzov obremenitve 1,2 ...1,5-krat večji od toka delovanja zaščite. Upoštevati je treba, da se z znatnim zmanjšanjem upora R1 moč, ki jo odvaja tranzistor VT2, znatno poveča.

Prisotnost kondenzatorja C1 lahko teoretično povzroči povečanje valovanja izhodne napetosti stabilizatorja. Vendar tega v praksi ni bilo opaziti.

Izhodna stabilizirana napetost je enaka vsoti padcev napetosti na diodah VD1 in VD2, odseku baza-emiter tranzistorja VT4 in stabilizacijski napetosti zener diode VD3 minus padec napetosti na odseku baza-emiter tranzistorja VT3. - približno 1,4 V več kot stabilizacijska napetost zener diode. Zaščitni sprožilni tok se izračuna po formuli

Zahvaljujoč dodatnemu ojačevalniku na tranzistorju VT2 je tok, ki teče skozi upor R3, relativno majhen, tudi pri znatnih izračunanih obremenitvenih tokovih. To po eni strani izboljša učinkovitost stabilizatorja, po drugi strani pa prisili uporabo zener diode, ki lahko deluje pri nizkih tokovih kot VD3. Najmanjši stabilizacijski tok zener diode KS211Zh, prikazan na diagramu (glej sliko 6), je 0,5 mA.

Tak stabilizator lahko poleg predvidenega namena služi kot omejevalnik praznjenja baterijo. V ta namen je izhodna napetost nastavljena tako, da če je napetost akumulatorja nižja od dovoljene vrednosti, deluje zaščita, ki preprečuje nadaljnje praznjenje. V tem primeru je priporočljivo povečati vrednost upora R6 na 10 kOhm. Posledično se bo tok, ki ga porabi naprava v načinu delovanja, zmanjšal z 12 na 2,5 mA. Upoštevati je treba, da se na robu sprožitve zaščite ta tok poveča na približno 60 mA, vendar z zagonom impulznega generatorja povprečna vrednost toka praznjenja akumulatorja pade na 4...6 mA.

Z uporabo obravnavanega principa impulzne zaščite je mogoče zgraditi ne samo stabilizatorje napetosti, temveč tudi samopopravljive elektronske "varovalke", nameščene med virom napajanja in obremenitvijo. Za razliko od talilni vložki, lahko takšne varovalke uporabljate večkrat, ne da bi skrbeli za obnovitev po odpravi vzroka za izklop.

Elektronska varovalka mora vzdržati tako kratkotrajne kot dolgotrajne napake pri polni ali delni obremenitvi. Slednje se pogosto pojavi pri dolgih povezovalnih žicah, katerih upor je opazen del tovora. Ta primer je najhujši za preklopni element varovalke.

Na sl. Slika 7 prikazuje diagram preproste samoponovne elektronske varovalke z impulzno zaščito. Načelo njegovega delovanja je blizu zgoraj opisanemu stabilizatorju napetosti (glej sliko 4), vendar preden se zaščita sproži, sta tranzistorja VT1 in VT2 v stanju nasičenosti in izhodna napetost je skoraj enaka vhodu.

Če obremenitveni tok preseže dovoljeno vrednost, tranzistor VT1 pride iz nasičenosti in izhodna napetost se začne zmanjševati. Njegov prirastek skozi kondenzator C1 gre na osnovo tranzistorja VT2, zapre slednjega in z njim VT1. Izhodna napetost se še bolj zmanjša in kot posledica plazovitega procesa sta tranzistorja VT1 in VT2 popolnoma zaprta. Po določenem času, odvisno od časovne konstante tokokroga R1C1, se ponovno odprejo, če pa preobremenitev ostane, se ponovno zaprejo. Ta cikel se ponavlja, dokler preobremenitev ni odpravljena.

Frekvenca generiranih impulzov je približno 20 Hz, ko je obremenitev nekoliko višja od dovoljene, in 200 Hz, ko je popolnoma zaprt. Delovni cikel impulzov v slednjem primeru je več kot 100. Ko se upor obremenitve poveča na sprejemljivo vrednost, bo tranzistor VT1 vstopil v nasičenost in generiranje impulzov se bo ustavilo.

Izklopni tok "varovalke" je mogoče približno določiti s formulo

Koeficient 0,25, izbran eksperimentalno, upošteva, da je v trenutku prehoda tranzistorja VT1 iz nasičenosti v aktivni način njegov koeficient prenosa toka bistveno manjši od nominalnega. Izmerjeni delovni tok zaščite pri vhodni napetosti 12 V je 0,35 A, amplituda impulzov bremenskega toka, ko je zaprta, je 1,3 A. Histereza (razlika med tokovi delovanja zaščite in obnovitvijo načina delovanja) ni bila odkrito. Po potrebi lahko na izhod "varovalke" priključite blokirne kondenzatorje s skupno kapaciteto največ 200 μF, kar bo povečalo delovni tok na približno 0,5 A.

Če je treba omejiti amplitudo tokovnih impulzov obremenitve, je treba v oddajno vezje tranzistorja VT2 vključiti upor več deset ohmov in nekoliko povečati vrednost upora R3.

Če obremenitev ni popolnoma zaprta, je možna električna okvara odseka baza-emiter tranzistorja VT2. To malo vpliva na delovanje generatorja in ne predstavlja nevarnosti za tranzistor, saj je naboj, nakopičen v kondenzatorju C1 pred razpadom, relativno majhen.

Slabosti "varovalke", sestavljene v skladu z obravnavanim vezjem (slika 7), so nizka učinkovitost zaradi upora R3, ki je zaporedno povezan z obremenitvenim vezjem, in baznega toka tranzistorja VT1, ki je neodvisen od obremenitve. Slednje je značilno tudi za druge podobne naprave. Oba razloga, ki zmanjšujeta učinkovitost, sta odpravljena v močnejši "varovalki" z največjim obremenitvenim tokom 5 A, katerega vezje je prikazano na sl. 8 . Njegova učinkovitost presega 90 % v več kot desetkratnem razponu sprememb obremenitvenega toka. Porabljeni tok, ko ni obremenitve, je manjši od 0,5 mA.

Za zmanjšanje padca napetosti na "varovalki" se kot VT4 uporablja germanijev tranzistor. Ko je obremenitveni tok manjši od dovoljenega, je ta tranzistor na robu nasičenja. To stanje vzdržuje negativna povratna zanka, ki jo, ko je tranzistor VT2 odprt in nasičen, tvorita tranzistorja VT1 in VT3. Padec napetosti v odseku kolektor-emiter tranzistorja VT4 ne presega 0,5 V pri obremenitvenem toku 1 A in 0,6 V pri 5 A.

Ko je obremenitveni tok manjši od zaščitnega odzivnega toka, je tranzistor VT3 v aktivnem načinu in napetost med njegovim kolektorjem in emiterjem zadostuje za odpiranje tranzistorja VT6, kar zagotavlja nasičeno stanje tranzistorja VT2 in končno prevodno stanje stikala. VT4. S povečanjem obremenitvenega toka se osnovni tok VT3 pod vplivom negativne povratne informacije poveča, napetost na njegovem kolektorju pa se zmanjša, dokler se tranzistor VT6 ne zapre. V tem trenutku se sproži zaščita. Delovni tok je mogoče oceniti s formulo

kjer je Req skupni upor vzporedno povezanih uporov R4, R6 in R8.

Koeficient 0,5 je, kot v prejšnjem primeru, eksperimentalen. Ko je breme zaprto, je amplituda impulzov izhodnega toka približno dvakrat večja od toka delovanja zaščite.

Zahvaljujoč delovanju pozitivne povratne zanke, ki je zaprta skozi kondenzator C2, sta tranzistor VT6 in z njim VT2-VT4 popolnoma zaprta in VT5 se odpre. Tranzistorji ostanejo v navedenih stanjih, dokler se kondenzator C2 ne napolni s tokom, ki teče skozi odsek baza-emiter tranzistorja VT5 in uporov R7, R9, R11, R12. Ker ima R12 največjo vrednost od naštetih uporov, določa periodo ponavljanja generiranih impulzov - približno 2,5 s.

Po končanem polnjenju kondenzatorja C2 se tranzistor VT5 zapre, VT6 in VT2-VT4 se odpreta. Kondenzator C2 se bo izpraznil v približno 0,06 s skozi tranzistor VT6, diodo VD1 in upor R11. Z zaprto obremenitvijo kolektorski tok tranzistorja VT4 v tem trenutku doseže 8 ... 10 A. Nato se cikel ponovi. Vendar pa med prvim impulzom po odpravi preobremenitve tranzistor VT3 ne bo prešel v nasičenost in "varovalka" se bo vrnila v način delovanja.

Zanimivo je, da se med impulzom tranzistor VT6 ne odpre popolnoma. To preprečuje negativna povratna zanka, ki jo tvorijo tranzistorji VT2, VT3, VT6. Z vrednostjo upora R9 (51 kOhm), navedeno na diagramu (slika 8), napetost na kolektorju tranzistorja VT6 ne pade pod 0,3 Uin.

Najbolj neugodna obremenitev za "varovalko" je močna žarnica z žarilno nitko, katere odpornost hladne žarilne nitke je večkrat manjša od odpornosti ogrevane. Test, opravljen z avtosvetilko 12 V 32+6 W, je pokazal, da je 0,06 s za ogrevanje povsem dovolj in »varovalka« po vklopu zanesljivo preide v način delovanja. Toda za bolj inercialne svetilke bo morda treba podaljšati trajanje in obdobje ponavljanja impulzov z namestitvijo kondenzatorja C2 višje stopnje (vendar ne oksidnega).

Delovni cikel generiranih impulzov kot posledica takšne zamenjave bo ostal enak. Ni bilo naključno izbrano, da je enako 40. V tem primeru se tako pri največjem obremenitvenem toku (5 A) kot pri zaprtem izhodu "varovalke" na tranzistorju VT4 razprši približno enaka in varna moč.

Tranzistor GT806A lahko zamenjate z drugim iz iste serije ali močnim germanijevim tranzistorjem, na primer P210, s poljubnim črkovnim indeksom. Če germanijevi tranzistorji niso na voljo ali je potrebno delovati pri povišanih temperaturah, lahko uporabite tudi silicijeve tranzistorje s h21e> 40, na primer KT818 ali KT8101 s poljubnimi črkovnimi oznakami, pri čemer povečate vrednost upora R5 na 10 kOhm. Po takšni zamenjavi napetost, izmerjena med kolektorjem in oddajnikom tranzistorja VT4, ni presegla 0,8 V pri obremenitvenem toku 5 A.

Pri izdelavi "varovalke" je treba tranzistor VT4 namestiti na hladilno telo, na primer aluminijasto ploščo velikosti 80x50x5 mm. Za tranzistor VT3 je potreben tudi hladilnik s površino 1,5 ... 2 cm 2.

Napravo prvič vklopite brez obremenitve in najprej preverite napetost med kolektorjem in oddajnikom tranzistorja VT4, ki naj bo približno 0,5 V. Nato priključite žični spremenljivi upor z uporom 10...20 Ohmov in moč 100 W na izhod preko ampermetra. Gladko zmanjšajte njegov upor, preklopite napravo v zaščitni način. Z osciloskopom se prepričajte, da preklapljanje med načini poteka brez dolgotrajnih prehodnih procesov in da parametri ustvarjenih impulzov ustrezajo zgoraj navedenim. Natančno vrednost toka delovanja zaščite lahko nastavite z izbiro uporov R4, R6, R8 (zaželeno je, da njihove vrednosti ostanejo enake). Pri dolgotrajnem kratkem stiku obremenitve temperatura ohišja tranzistorja VT4 ne sme preseči dovoljene vrednosti.

LITERATURA

1. Klyuev Yu., Abashav S. Stabilizator napetosti. - Radio, 1975, št. 2, str. 23.
2. Popovich V. Izboljšanje napetostnega stabilizatorja. - Radio, 1977, št. 9, str. 56.
3. Polyakov V. Teorija: malo - o vsem. Prenapetostne zaščite. - Radio, 2000, št. 12, str. 45,46.
4. Kanygin S. Stabilizator napetosti z zaščito pred preobremenitvijo. - Radio, 1980. št. 8. str. 45. 46.
5. V tujini. Stabilizator napetosti z zaščito pred preobremenitvijo. - Radio, 1984, št. 9, str. 56.
6. Kozlov V. Stabilizator napetosti z zaščito pred kratkim stikom in prevelikim tokom. - Radio, 1998, št. 5, str. 52-54.
7. Andraav V. Dodatna zaščita stabilizatorja pred pregrevanjem. - Radio, 2000, št. 4, str. 44.
8. Bobrov O. Elektronska varovalka. - Radio, 2001, št. 3, str. 54.

Sheme naprav za zaščito pred preobremenitvijo stabiliziranega usmernika pri kratek stik ali iz drugega razloga.

Preobremenitev stabiliziranega usmernika zaradi kratkega stika v bremenu ali iz drugega razloga običajno vodi do okvare krmilnega tranzistorja. Stabilizator lahko zaščitite pred preobremenitvijo z zaščitno napravo.

Preprosta varnostna naprava

Zaščitna naprava, vključena v stabilizator napajanja, katerega vezje je prikazano na sl. 1, ima visoko hitrost in dobro "relayability", to je majhen vpliv na značilnosti enote v načinu delovanja in zanesljivo zapiranje krmilnega tranzistorja V2 v načinu preobremenitve. Zaščitno napravo sestavljajo SCR V3, diode V6, V7 in uporov R2 in R3.

riž. 1. Diagram enostavne zaščitne naprave za električni vod +24V.

V načinu delovanja je tiristor V3 zaprt in napetost na dnu tranzistorja V1 je enaka stabilizacijski napetosti verige zener diode V4, V5.

Pri preobremenitvi tok skozi upor R2 in padec napetosti na njem dosežeta vrednosti, ki zadostujejo za odpiranje trinistorja V3 vzdolž vezja krmilne elektrode. Odprt SCR zapre verigo zener diod V4, V5, kar vodi do zaprtja tranzistorjev V1 in V2.

Če želite obnoviti način delovanja po odpravi vzroka preobremenitve, morate pritisniti in spustiti gumb S1. V tem primeru se bo tiristor zaprl in tranzistorja V1 in V2 se bosta ponovno odprla. Upor R3 in diode V6, V7 ščitijo krmilni spoj tiristorja V3 pred prekomernim tokom oziroma napetostjo.

Stabilizator zagotavlja stabilizacijski koeficient približno 30, zaščita se sproži pri toku, ki presega 2 A.

Tranzistor V2 lahko zamenjate s KT802A, KT805B in V1 - P307, P309, KT601, KT602 s poljubnim črkovnim indeksom. SCR V3 je lahko katera koli serija KU201, razen KU201A in KU201B.

Stabilizator z zaščito za napajanje

Stabilizator napajanja, katerega vezje je prikazano na sl. 2 je mogoče zaščititi pred preobremenitvami in kratkimi stiki bremena z dodajanjem samo dveh elementov - tiristorja V3 in upora R5.

riž. 2. Shematski diagram stabilizator za napajanje z zaščito (0-27V).

Zaščitna naprava se sproži, ko bremenski tok preseže mejno vrednost, določeno z uporom upora R5. V tem trenutku padec napetosti na uporu R5 doseže odpiralno napetost tiristorja V3 (približno 1 V), odpre se in napetost na dnu tranzistorja V2 se zmanjša skoraj na nič. Zato sta tranzistor V2 in nato V4 zaprta in izklopita tokokrog bremena.

Če želite stabilizator vrniti v prvotni način, morate na kratko pritisniti gumb S1. Upor R3 služi za omejevanje osnovnega toka tranzistorja V4.

Upor R5 je navit z bakreno žico. Izhodni upor stabilizatorja se lahko zmanjša, če je R5 vklopljen, kot je prikazano na diagramu s črtkano črto. Če opazite lažne alarme, ko je stabilizator vklopljen, je treba kondenzator C2 odstraniti iz naprave.

Največji tok obremenitve je 2 A. Namesto tranzistorja P701A lahko uporabite KT801A, KT801B. Tranzistor V2 je mogoče zamenjati s KT803A, KT805A, KT805B, P702, P702A.

Stabilizator z nastavitvijo mejnega toka za zaščito

Zaščitna naprava, prikazana na sl. 3, sestavljen na tranzistorjih V1 in V2 (vključuje tudi upore R1-R4, zener diodo V3, stikalo S1 in žarnico z žarilno nitko H1).

Zahtevana vrednost delovnega toka se nastavi s stikalom S1. V načinu delovanja je zaradi osnovnega toka, ki teče skozi upor R1 (R2 ali R3), tranzistor V1 odprt in je padec napetosti na njem majhen.

riž. 3. Shematski diagram stabilizatorja z nastavitvijo mejnega toka za zaščito.

Zato je tok v osnovnem vezju tranzistorja V2 zelo majhen, zener dioda V3, povezana v smeri naprej, in tranzistor V2 sta zaprta.

Ko se tok obremenitve stabilizatorja poveča, se poveča padec napetosti na tranzistorju V1. V nekem trenutku se odpre zener dioda V3, sledi ji tranzistor V2, kar vodi do zaprtja tranzistorja V1. Zdaj skoraj celotna vhodna napetost pade na ta tranzistor, tok skozi breme pa se močno zmanjša na nekaj deset miliamperov.

Lučka H1 sveti, kar pomeni, da se je sprožila varovalka. Vrne se v prvotni način s kratkotrajno prekinitvijo povezave z omrežjem. Koeficient stabilizacije je približno 20.

Tranzistorja V1 in V7 sta nameščena na hladilnih odvodih z efektivno površino toplotnega odvajanja približno 250 cm2. Zener diode V4 in V5 so nameščene na bakreni toplotni plošči dimenzij 150 X 40 X 4 mm. Nastavitev elektronske varovalke se zmanjša na izbiro uporov R1-R3 glede na zahtevani delovni tok.

Svetilka H1 tipa KM60-75.

Elektronsko-mehanska zaščita pred preobremenitvijo

Elektronsko-mehanska zaščitna naprava, katere diagram je prikazan na sl. 4, deluje v dveh stopnjah - najprej izklopi napajanje elektronska naprava, nato popolnoma blokira obremenitev s kontakti K1.1 elektromehanskega releja K1. Sestavljen je iz tranzistorja V3, obremenjenega z dvonavitnim elektromagnetnim relejem K1, zener diode V2, diod V1, V4 in uporov R1 in R2.

riž. 4. Elektronsko-mehanska zaščitna naprava, shema vezja.

Kaskada na tranzistorju V3 primerja napetost na uporu R2, sorazmerno z obremenitvenim tokom stabilizatorja, z napetostjo na zener diodi V2, priključeno v smeri naprej.

Ko je stabilizator preobremenjen, postane napetost na uporu R2 večja od napetosti na zener diodi in tranzistor V3 se odpre. Hvala za pozitivno povratne informacije Med kolektorskim in baznim vezjem tega tranzistorja v sistemskem tranzistorju V3 - rele K1 se razvije proces blokiranja.

Trajanje impulza je približno 30 ms (v primeru uporabe releja RMU, potni list RS4.533.360SP). Med impulzom se napetost na kolektorju tranzistorja V3 močno zmanjša.

Ta napetost se prenaša skozi diodo V4 na bazo regulacijskega tranzistorja V5 (napetost na bazi tranzistorja postane pozitivna glede na emitor), tranzistor se zapre in tok skozi bremensko vezje se močno zmanjša.

Hkrati z odpiranjem tranzistorja V3 se tok skozi kolektorsko navitje releja K1 začne povečevati in po 10 ms se sproži, samoblokira in odklopi bremensko vezje s kontakti K1.1. Za ponovno vzpostavitev načina delovanja za kratek čas izklopite omrežno napetost. Zaščita deluje pri toku 0,4 A, koeficient stabilizacije je 50.

Pretokovna zaščita z dinistorskim optocouplerjem

IN zaščitno napravo, katerega diagram je prikazan na sl. 5, uporabite dinistorski optični sklopnik V6, ki poveča učinkovitost zaščite. Ko je obremenitveni tok manjši od praga, elektronski ključ na tranzistorjih V1-V3 je odprt, indikatorska lučka H1 sveti in optični sklopnik je izklopljen (LED je izklopljena, fototiristor je zaprt).

riž. 5. Prenapetostno zaščitno vezje z dinistorskim optosklopnikom.

Takoj, ko obremenitveni tok doseže mejno vrednost, se padec napetosti na uporih R5, R6 toliko poveča, da se vklopi optični sklopnik, skozi fototiristor katerega se na bazo tranzistorja V1 napaja pozitivna napetost, elektronsko stikalo pa se zapre. . IN delovni pogoj napravo vrnemo s kratkim pritiskom na tipko S1.

Obremenitvena napetost se počasi povečuje s hitrostjo polnjenja kondenzatorja C1. To odpravlja tokovne udare, ki povzročijo napačno delovanje zaščite ali odpoved delov bremena ob vklopu električnega toka.

Prag odziva je nastavljen z uporom R5. Tranzistorji V2, V3 zahtevajo hladilno telo s površino 100 ... 200 cm2. Največji tok obremenitve 5 A, najmanjši delovni tok 0,4 A.

Ta napetostni stabilizator je zasnovan za napajanje amaterskih radijskih struktur med njihovo namestitvijo. Proizvaja konstantno stabilizirano napetost od 0 do 25,5 V, ki jo je mogoče spreminjati v korakih po 0,1 V. Prožilni tok zaščite pred preobremenitvijo se lahko gladko spreminja od 0,2 do 2A.

Shema naprave je prikazana na sliki 1, oblika števcev DD2 DD3 digitalna koda izhodna napetost. DAC z uporabo natančnih uporov pretvori kodo merilnika v postopno naraščajočo napetost.

Stabilizator ima tudi indikator (slika 3) na K573RF2 EEPROM.

Nastavitev stabilizatorja vključuje izbiro R26, tako da je največja izhodna napetost 25,5 V.

Datoteke za risanje tiskana vezja– ftp://ftp.radio.ru/pub/2007/08/st0_255.zip

Literatura Zh.Radio 8 2007

• Podobni članki

Prijava z:

Naključni članki

• 24.09.2014

  Stikalo na dotik, prikazano na sliki, ima dvokontaktni element na dotik, ko se dotaknete obeh kontaktov, se napajalna napetost (9V) iz vira napajanja napaja v breme, in ko se naslednjič dotaknete kontaktov na dotik, se napajanje prekine od obremenitve, obremenitev je lahko svetilka ali rele. Senzor je zelo varčen in v stanju pripravljenosti porabi nizek tok. V trenutku …

• 08.10.2016

  MAX9710/MAX9711 - stereo/mono UMZCH z izhodno močjo 3 W in načinom nizke porabe. Tehnični podatki: izhodna moč 3 W pri obremenitvi 3 Ohmov (pri THD do 1 %) Izhodna moč 2,6 W pri obremenitvi 4 Ohmov (pri THD do 1 %) Izhodna moč 1,4 W pri obremenitvi 8 Ohmov (pri THD do 1 % ) Razmerje dušenja hrupa ...

Za napajanje nekaterih radijskih naprav je potreben napajalni vir s povečanimi zahtevami glede ravni najmanjšega izhodnega valovanja in stabilnosti napetosti. Da bi jih zagotovili, je treba napajanje izvesti z uporabo diskretnih elementov.

Prikazano na sl. 3.23 vezje je univerzalno in na njegovi podlagi lahko naredite visokokakovostno napajanje za katero koli napetost in tok v obremenitvi. Napajalnik je sestavljen na široko uporabljenem dvojnem operacijskem ojačevalniku (KR140UD20A) in enem močnostnem tranzistorju VT1. Poleg tega ima vezje tokovno zaščito, ki jo je mogoče nastaviti v širokem razponu. Operacijski ojačevalnik DA1.1 je napetostni stabilizator, DA1.2 pa se uporablja za tokovno zaščito. Mikrovezja DA2, DA3 stabilizirajo napajanje krmilnega vezja, sestavljenega na DA1, kar omogoča izboljšanje parametrov vira energije.

Stabilizacijsko vezje napetosti deluje na naslednji način. Napetostni povratni signal se odstrani iz izhoda vira (X2). Ta signal se primerja z referenčno napetostjo, ki prihaja iz zener diode VD1. Signal neusklajenosti (razlika med temi napetostmi) se dovaja na vhod operacijskega ojačevalnika, ki se ojača in pošlje skozi upore R10...R11 na krmilni tranzistor VT1.

Tako se izhodna napetost vzdržuje na dani ravni z natančnostjo, ki jo določa ojačanje operacijskega ojačevalnika DA1.1. Zahtevano izhodno napetost nastavi upor R5. Da bi napajalnik lahko nastavil izhodno napetost na več kot 15 V, je skupna žica krmilnega vezja povezana s sponko "+" (XI). V tem primeru bo za popolno odpiranje močnostnega tranzistorja (VT1) na izhodu op-amp potrebna majhna napetost (na podlagi VT1 ibe = +1,2 V). Ta zasnova vezja vam omogoča izdelavo napajalnikov za katero koli napetost, omejeno le z dovoljeno vrednostjo napetosti kolektor-emiter (UK3) za določen tip močnostnega tranzistorja (za KT827A največ UK3 = 80 V).

V tem vezju je močnostni tranzistor sestavljen in ima zato lahko ojačanje v območju 750 ... 1700, kar omogoča nadzor z majhnim tokom - neposredno iz izhoda op-amp DA1.1, ki zmanjša število potrebne elemente in poenostavi diagram.

Tokovno zaščitno vezje je sestavljeno na op-amp DA1.2. Ko tok teče v obremenitvi, se sprosti napetost na uporu R12, ki se preko upora R6 dovede do priključne točke R4, R8, kjer se primerja z referenčnim nivojem. Dokler je ta razlika negativna (kar je odvisno od toka v bremenu in vrednosti upora upora R12), ta del vezja ne vpliva na delovanje napetostnega stabilizatorja. Takoj, ko napetost na določeni točki postane pozitivna, se na izhodu op-amp DAL2 pojavi negativna napetost, ki bo prek diode VD12 zmanjšala napetost na dnu močnostnega tranzistorja VT1 in omejila izhodni tok .

Raven omejitve izhodnega toka se nastavi z uporom R6. Vzporedno povezane diode na vhodih operacijskih ojačevalnikov (VD3...VD6) ščitijo mikrovezje pred poškodbami, če je vklopljeno brez povratne zveze prek tranzistorja VT1 ali če je močnostni tranzistor poškodovan. V načinu delovanja je napetost na vhodih operacijskega ojačevalnika blizu ničle in diode ne vplivajo na delovanje naprave. Kondenzator SZ, nameščen v vezju negativne povratne zveze, omejuje pas ojačenih frekvenc, kar poveča stabilnost vezja in preprečuje samovzbujanje.

Pri uporabi elementov, navedenih v diagramih, ti napajalniki omogočajo pridobitev stabilizirane izhodne napetosti do 50 V pri toku 1...5 A.

Močnostni tranzistor je nameščen na radiatorju, katerega površina je odvisna od obremenitvenega toka in napetosti UK3. Za normalno delovanje stabilizatorja mora biti ta napetost najmanj 3 V

Pri sestavljanju vezja so bili uporabljeni naslednji deli: obrezovalni upori R5 in R6 tipa SPZ-19a; stalni upori R12 tipa C5-16MV za moč najmanj 5 W (moč je odvisna od toka v bremenu), ostali so iz serije MJ1T in C2-23 ustrezne moči Kondenzatorji CI, C2, SZ tipa K10-17, oksidni polarni kondenzatorji C4...C9 tipa K50-35 (K50-32). Dvojni čip operacijski ojačevalnik DA1 je mogoče zamenjati uvoženi analog tsA747 ali dve mikrovezji 140UD7; stabilizatorji napetosti: DA2 na 78L15, DA3 na 79L15. Parametri omrežnega transformatorja T1 so odvisni od zahtevane moči, ki se dovaja obremenitvi. V sekundarnem navitju transformatorja mora po popravljanju kondenzator C6 zagotoviti napetost za 3...5 V večjo od tiste, ki je potrebna na izhodu stabilizatorja.

Na koncu lahko omenimo, da če naj bi vir energije uporabljali v širokem temperaturnem območju (~60...+100 °C), potem je za pridobitev dobre tehnične lastnosti potrebno je uporabiti dodatne ukrepe, med katerimi je povečanje stabilnosti referenčnih napetosti. To je mogoče storiti tako, da izberete zener diode VD1, VD2 z minimalnim TKN in stabilizirate tok skozi njih.Običajno se stabilizacija toka skozi zener diodo izvede z uporabo tranzistor z učinkom polja ali z uporabo dodatnega mikrovezja, ki deluje v trenutnem stabilizacijskem načinu prek zener diode. Poleg tega zener diode zagotavljajo najboljšo termično stabilnost napetosti na določeni točki svojih karakteristik. V potnem listu za natančne zener diode je ta trenutna vrednost običajno navedena in to vrednost je treba nastaviti s pomočjo trim uporov pri nastavitvi enote vira referenčne napetosti, za katero je miliampermeter začasno priključen na vezje zener diode.

Ponujamo velik izbor popolnoma avtomatskih naprav nizke in velike moči vodilnega proizvajalca ETK Energy, namenjenih hitremu odpravljanju nekakovostnega napajanja z izravnavo sunkov in padcev v enofaznih in trifaznih omrežjih. izmenični tok in napetost. Naši modeli Energy in Voltron v večini primerov spadajo v skupino omrežnih naprav premium razreda, obstajajo pa tudi redne serije, ki so namenjene reševanju težav v nekritičnih pogojih neprekinjenega delovanja. In danes imamo dober izbor relejnih, hibridnih, elektromehanskih in elektronskih (tiristorskih) naprav, ki so vredne vaše pozornosti. Možno je kupiti napetostni stabilizator s tokovno zaščito v Moskvi, Sankt Peterburgu in regijah. Poleg te glavne naloge izravnave razlik bodo te stabilizatorske naprave za napajalna omrežja 220 V, 380 V pomagale zatreti motnje, kakovostno podpirale dobro delovanje pisarniških ali gospodinjskih aparatov med kratkotrajnimi preobremenitvami in zagotavljale popolna varnost sodobnih porabnikov v primeru kratkega stika. V ta namen so pri zasnovi 1- in 3-fazne električne opreme Energia in Voltron uporabljeni najboljši in najbolj zanesljivi delovni elementi. Razpon uspešnega delovanja za številne blagovne znamke je 100 ... 280 voltov. Obstajajo tudi univerzalne visoko natančne (natančnost ±3, ±5 odstotkov) naprave z gladkim sistemom prilagajanja (Energy Classic in Ultra 5000, 7500, 9000, 12000, 15000, 20000), ki lahko brez večjih težav stabilizirajo napajanje od 65 V. .

Kakovostni napetostni stabilizatorji s tokovno zaščito v naši spletni trgovini so predstavljeni v najbolj priljubljenih zmogljivostih (2, 3, 5, 8, 10, 15, 20, 30 kW), ki so idealne za 24-urno uporabo v pisarne, podeželske hiše, domove in industrijske objekte. Hibridni in tiristorski visoko natančni modeli imajo čisto sinusno obliko signala, zaradi česar uspešno delujejo s preprosto in zelo občutljivo električno opremo za različne namene. Med domačimi certificiranimi izdelki za variabilno stabilizacijo omrežja so na voljo tudi tehnološko izboljšane proti zmrzali odporne naprave, ki omogočajo nemoteno delovanje pri temperaturah pod ničlo. Stabilizator napetosti s tokovno zaščito lahko kupite v Moskvi, Sankt Peterburgu prek naše uradne spletne strani na minimalna cena od zanesljivega proizvajalca. Zaradi posebne strukture ohišja je mogoče nekatere enofazne ruske blagovne znamke namestiti kot standardno talno možnost ali uporabiti bolj kompakten in priročen način pritrditve - na steno (stenski). V tistih visoko zmogljivih vodih, kjer je zagotovljeno gladko izenačevanje pod- ali kritično prenapetih moči, ni prav nič utripanja žarnic, ki včasih povzroča manjše nevšečnosti v stanovanjskih zgradbah, stanovanjih ali vikendih. Glede na raven hrupa, ki se oddaja med delovanjem opreme, obstajajo popolnoma tihi in poceni nizkošumni omrežni električni aparati. Garancija za ruske naprave, priporočene za nakup, ki so v Rusiji zelo povpraševane, je 1-3 leta. Absolutno vse serije so varčne z energijo in opremljene s funkcijo samodejne diagnoze.