Стабилизатор напряжения с защитой по току. Защита стабилизатора тока от перегрузки

Мощные стабилизаторы напряжения с защитой по току

Для питания некоторых радиотехнических устройств требуется источник питания с повышенными требованиями к уровню минимальных выходных пульсации и стабильности напряжения. Чтобы их обеспечить, блок питания приходится выполнять на дискретных элементах.

Приведенная на рис. 4.7 схема является универсальной и на ее основе можно сделать высококачественный источник питания на любое напряжение и ток в нагрузке.

Дополнительный выходной конденсатор может быть добавлен для улучшения переходного отклика. Выключатель регулировки регулятора можно обойти, чтобы добиться очень высокого отклонения пульсаций. Этот калькулятор регулятора напряжения будет работать для всех регуляторов напряжения с опорным напряжением. В разделе. Чтобы определить выходное напряжение, введите значения для программы и установите резисторы и нажмите кнопку «Рассчитать».

Планируйте около 3 В относительно желаемого выходного напряжения. Вы не хотите использовать слишком высокое входное напряжение, так как избыток нужно будет рассеивать в виде тепла через регулятор. Приведенные выше технические данные регулятора напряжения для конкретных деталей относительно требований к выходу из строя и требованиям к радиатору. Когда внешние конденсаторы используются с регулятором напряжения, может потребоваться использование защитных диодов, чтобы конденсаторы не разряжались через низкие токовые точки в регулятор напряжения.

Блок питания собран на широко распространенном сдвоенном операционном усилителе (КР140УД20А) и одном силовом транзисторе VT1. При этом схема имеет защиту по току, которую можно регулировать в широких пределах.

На операционном усилителе DA1.1 выполнен стабилизатор напряжения, a DA1.2 используется для обеспечения защиты по току. Микросхемы DA2, DA3 стабилизируют питание схемы управления, собранной на DA1, что позволяет улучшить параметры источника питания.

Ссылки на напряжение и ток

Никаких защитных диодов не требуется для выходного напряжения менее 25 В или более 10 мкФ. Твердые танталовые конденсаторы могут использоваться на выходе напряжения, чтобы улучшить подавление пульсаций регулятора напряжения. В зависимости от их конструкции существуют разные регуляторы напряжения, например, это может быть простая «Подача вперед», или она может включать «петлю управления обратной связью».

Работа различных регуляторов напряжения основывается на его проектировании и приложениях. Электронные регуляторы напряжения. Простой регулятор напряжения может быть изготовлен из резистора последовательно с диодом. Когда точное управление напряжением и эффективность не важны, эта конструкция может работать нормально. Регуляторы напряжения обратной связи работают путем сравнения фактического выходного напряжения с некоторым фиксированным опорным напряжением. Любая разница усиливается и используется для управления элементом регулирования таким образом, чтобы уменьшить ошибку напряжения.

Работает схема стабилизации напряжения следующим образом. С выхода источника (Х2) снимается обратная связь по напряжению. Этот сигнал сравнивается с опорным напряжением, поступающим со стабилитрона VD1. На вход ОУ подается сигнал рассогласования (разность этих напряжении) который усиливается и поступает через R10-R11 на управление транзистором VT1. Таким образом выходное напряжение поддерживается на заданном уровне с точностью, определяемой коэффициентом усиления ОУ DA1.1.

Это формирует цепочку управления обратной связью; увеличение коэффициента разомкнутого контура имеет тенденцию повышать точность регулирования, но снижает стабильность. Также будет компромисс между стабильностью и скоростью реакции на изменения. Если выходное напряжение слишком низкое, управляющий элемент управляется до определенной точки, чтобы получить более высокое выходное напряжение, уменьшив входное напряжение или вытягивая входной ток в течение более длительных периодов, если выходное напряжение слишком велико, как правило, командный элемент управления должен приводить к более низкому напряжению.

Для того, чтобы у источника питания имелась возможность устанавливать выходное напряжение более 15 В, общий провод для схемы управления подключен к клемме "+" (Х1). При этом для полного открывания силового транзистора (VT1) на выходе ОУ потребуется небольшое напряжение (на базе VT1 Uбэ=+1,2 В).

Однако многие регуляторы имеют защиту от перегрузки по току, так что они полностью прекратят подачу тока. Электромеханические регуляторы. В электромеханических регуляторах регулирование напряжения легко достигается путем намотки чувствительного провода на электромагнит. Магнитное поле, создаваемое током, притягивает движущуюся черную сердцевину, удерживаемую под натяжением пружины или гравитационным притяжением. По мере увеличения напряжения также увеличивается ток, усиливая магнитное поле, создаваемое катушкой, и тянет сердечник к полю.

Такое построение схемы позволяет выполнять источники питания на любое напряжение, ограниченное только допустимой величиной напряжения коллектор-эмиттер (Uкэ) для конкретного типа силового транзистора (для КТ827А максимальное Uкэ=80 В).

В данной схеме силовой транзистор является составным и поэтому может иметь коэффициент усиления в диапазоне 750...1700, что позволяет управлять им небольшим током - непосредственно с выхода ОУ DA1.1. Это снижает число необходимых элементов и упрощает схему.

Магнит физически подключен к механическому выключателю питания, который открывается, когда магнит перемещается в поле. По мере того, как напряжение уменьшается, происходит и ток, снимая напряжение пружины или вес сердечника и заставляя его убираться. Это закрывает переключатель и позволяет ему снова течь.

Когда подвижная катушка расположена перпендикулярно неподвижной катушке, магнитные силы, действующие на баланс подвижной катушки друг на друга, и выход напряжения не изменяется. Вращение катушки в одном или другом направлении от центрального положения приведет к увеличению или уменьшению напряжения во вторичной подвижной катушке. Этот тип регулятора может быть автоматизирован с помощью механизма сервоуправления, чтобы продвинуть положение подвижной катушки, чтобы обеспечить увеличение или уменьшение напряжения.

Схема защиты по току собрана на ОУ DA1.2. При протекании тока в нагрузке на резисторе R12 выделяется напряжение. Оно через резистор R6 прикладывается к точке соединения R4-R8, где сравнивается с опорным уровнем. Пока эта разница отрицательна (что зависит от тока в нагрузке и величины сопротивления резистора R12) - эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения.

Тормозной механизм или высокочастотная передача используются для удерживания вращающейся катушки на месте против мощных магнитных сил, действующих на движущуюся катушку. Постоянный трансформатор напряжения - феррорезонансный трансформатор, феррорезонансный регулятор или трансформатор постоянного напряжения - это тип насыщающего трансформатора, используемого в качестве регулятора напряжения. Схема имеет первичный на одной стороне магнитный шунт и катушку настроенной цепи и вторичную с другой стороны.

Регулирование обусловлено магнитным насыщением в разрезе вокруг вторичного. Феррорезонансный подход привлекателен из-за отсутствия активных компонентов, опираясь на характеристики насыщения квадратной петли схемы резервуара для поглощения изменений среднего входного напряжения.

Как только напряжение в указанной точке станет положительным, на выходе ОУ DA1.2 появится отрицательное напряжение, которое через диод VD12 уменьшит напряжение на базе силового транзистора VT1, ограничивая выходной ток. Уровень ограничения выходного тока регулируется с помощью резистора R6.

Параллельно включенные диоды на входах операционных усилителей (VD3...VD7) обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи через транзистор VT1 или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не оказывают влияния на работу устройства.

Когда напряжение не находится в допустимом диапазоне, измените кран на автоматическом трансформаторе, изменив коэффициент трансформации крана трансформатора и напряжение в требуемом диапазоне. Он работает только при заданном напряжении, будет проводить столько тока, сколько требуется, чтобы удерживать его напряжение на клемме до указанного напряжения. Блок питания рассчитан на то, чтобы обеспечить максимальный ток, который находится в безопасной эксплуатационной способности устройства регулирования шунта.

Мощные стабилизаторы напряжения с защитой по току

Регулятор напряжения используется для регулирования уровня напряжения. Когда требуется устойчивое, надежное напряжение, то предпочтительным устройством является стабилизатор напряжения. Он генерирует фиксированное выходное напряжение, которое остается постоянным при любых изменениях входного напряжения или условий нагрузки. Он действует как буфер для защиты компонентов от повреждений. Регулятор напряжения - это устройство с простой компоновкой проводов и использует контуры управления с отрицательной обратной связью.

Установленный в цепи отрицательной обратной связи конденсатор СЗ ограничивает полосу усиливаемых частот, что повышает устойчивость работы схемы, предотвращая самовозбуждение.

Аналогичную схему источника питания можно выполнить на транзисторе с другой проводимостью КТ825А (рис. 4.8).

При использовании указанных на схемах элементов данные источники питания позволяют на выходе получать стабилизированное напряжение до 50 В при токе 1 ...5 А.

Требования к оформлению работы

В основном существуют два типа регуляторов напряжения: линейные регуляторы напряжения и регуляторы напряжения переключения; они используются в более широких приложениях. Линейный регулятор напряжения - самый простой тип регуляторов напряжения. Он выпускается двух типов, компактных и используемых в маломощных системах низкого напряжения. Давайте обсудим различные типы регуляторов напряжения.

В принципе, существуют два типа регуляторов напряжения: линейный стабилизатор напряжения и регулятор напряжения переключения. Существуют три типа регуляторов напряжения переключения: ступенчатые, понижающие и инверторные регуляторы напряжения. Существует два типа линейных регуляторов напряжения: серия и шунт. . Линейный регулятор действует как делитель напряжения. Сопротивление регулятора напряжения зависит от нагрузки, что приводит к постоянному выходному напряжению.

Технические параметры стабилизированного источника питания получаются не хуже указанных для аналогичной по принципу работы схемы, приведенной на рис. 4.10.

Силовой транзистор устанавливается на радиатор, площадь которого зависит от тока в нагрузке и напряжения 11кэ. Для нормальной работы стабилизатора это напряжение должно быть не менее 3 В.

Преимущества линейного регулятора напряжения.

• Дает низкое напряжение пульсации выходного сигнала.
• Время отклика для нагрузки или изменения линии.
• Низкие электромагнитные помехи и меньше шума.

Недостатки линейного регулятора напряжения.

• Эффективность очень низкая.
• Требуется большое пространство.
• Требуется радиатор.
• Напряжение выше ввода не может быть увеличено.

Регулятор напряжения серии использует переменный элемент, расположенный последовательно с нагрузкой. Изменяя сопротивление этого элемента серии, напряжение, падающее на него, может быть изменено.

При сборке схемы использованы детали: подстроенные резисторы R5 и R6 типа СПЗ-19а; постоянные резисторы R12 типа С5-16МВ на мощность не менее 5 Вт (мощность зависит от тока в нагрузке), остальные из серии МЛТ и С2-23 соответствующей мощности. Конденсаторы С1, С2, СЗ типа К10-17, оксидные полярные конденсаторы С4...С9 типа К50-35 (К50-32).

Микросхема сдвоенного операционного усилителя DA1 может быть заменена импортным аналогом цА747 или двумя микросхемами 140УД7; стабилизаторы напряжения: DA2 на 78L15, DA3 на 79L15.

И напряжение на нагрузке остается постоянным. Количество потребляемого тока эффективно используется нагрузкой; это основное преимущество регулятора напряжения серии. Даже когда нагрузка не требует никакого тока, регулятор серии не потребляет полный ток. Поэтому регулятор серии значительно эффективнее регулятора напряжения шунта.

Существуют различные типы регуляторов напряжения, некоторые из которых. Зенеровский диод. Это самый простой регулятор, он поддерживает напряжение на нем, изменяя ток, который он рисует. Они являются фиксированными значениями, то есть устройство предназначено для каждого конкретного напряжения, которое оно должно регулировать. Он обычно используется последовательно с резистором, так что избыточное напряжение питания появляется через резистор.

Параметры сетевого трансформатора Т1 зависят от необходимой мощности, поступающей в нагрузку. Для напряжения до 30 В и тока 3 А можно использовать такой же, как и в схеме на рис. 4.10. Во вторичной обмотке трансформатора после выпрямления на конденсаторе С6 должно обеспечиваться напряжение на 3...5 В больше, чем требуется получить на выходе стабилизатора.

Таким образом, через нагрузку появляется только регулируемое напряжение . Есть много микросхем, которые сделаны для регулирования напряжения. Преимущество такого типа регулятора напряжения заключается в том, что он может быть фиксированным или переменным. Переменные регуляторы поставляются с регулировочным штифтом, который можно использовать для получения требуемого вывода.

Существуют также источники питания, которые используют контур обратной связи для регулирования напряжения. Но это больше источников питания, а не регуляторов напряжения. Хорошая идея, чтобы узнать, как они работают, - это изучить таблицу данных регуляторов и изучить блок-схему. Таким образом, вы можете понять, что происходит внутри регулятора напряжения.

В заключение можно отметить, что если источник питания предполагается использовать в широком температурном диапазоне (-60...+100°С), то для получения хороших технических характеристик необходимо применять дополнительные меры. К их числу относится повышение стабильности опорных напряжений. Это можно осуществить за счет выбора стабилитронов VD1, VD2 с минимальным ТКН, а также стабилизации тока через них. Обычно стабилизацию тока через стабилитрон выполняют при помощи полевого транзистора или же применением дополнительной микросхемы, работающей в режиме стабилизации тока через стабилитрон, рис. 4.9. Кроме того, стабилитроны обеспечивают наилучшую термостабильность напряжения в определенной точке своей характеристики. В паспорте на прецизионные стабилитроны обычно это значение тока указывается и именно его надо устанавливать подстроенными резисторами при настройке

Электронная схема защиты от низкой сложности, чтобы предотвратить перегрузку автомобильных аккумуляторов . В этом патенте представлена ​​электронная схема защиты, которая предотвращает перегрузку автомобильных аккумуляторов и гарантирует, что они сохраняют как минимум минимальный заряд, необходимый для перезапуска транспортного средства. Его функция состоит в том, чтобы отключить аккумулятор, когда он потребляет ток, он медленно разряжается ниже уровня безопасности и таким образом обеспечивает минимальный ток, необходимый для запуска автомобиля.

узла источника опорного напряжения, для чего в цепь стабилитрона временно включается миллиамперметр. . ",

Для питания некоторых радиотехнических устройств требуется источник питания с повышенными требованиями к уровню минимальных выходных пульсаций и стабильности напряжения. Чтобы их обеспечить, блок питания приходится выполнять на дискретных элементах.

Виды стабилизирующих устройств

Электронная схема имеет электромеханическое реле, подключенное между положительным полюсом батареи и системой зажигания автомобиля. Вышеуказанное специально, когда автомобиль выключен; что позволяет избежать чрезмерного разряда батареи. Требования. Электронная схема защиты от низкой сложности, чтобы избежать чрезмерного разряда автомобильных аккумуляторов, характеризующихся регулятором напряжения, который позволяет отключение напряжения батареи быть таким же, как и компаратор напряжения на входе.

Приведенная на рис. 4.7 схема является универсальной и на ее основе можно сделать высококачественный источник питания на любое напряжение и ток в нагрузке.

Рис. 4.7. Электрическая схема источника питания

Блок питания собран на широко распространенном сдвоенном операционном усилителе (КР140УД20А) и одном силовом транзисторе VT1. При этом схема имеет защиту по току, которую можно регулировать в широких пределах.

На операционном усилителе DA1.1 выполнен стабилизатор напряжения, а DA1.2 используется для обеспечения защиты по току. Микросхемы DA2, DA3 стабилизируют питание схемы управления, собранной на DA1, что позволяет улучшить параметры источника питания.

Работает схема стабилизации напряжения следующим образом. С выхода источника (Х2) снимается обратная связь по напряжению. Этот сигнал сравнивается с опорным напряжением, поступающим со стабилитрона VD1. На вход ОУ подается сигнал рассогласования (разность этих напряжений), который усиливается и поступает через R10-R11 на управление транзистором VT1. Таким образом выходное напряжение поддерживается на заданном уровне с точностью, определяемой коэффициентом усиления ОУ DA1.1.

Нужное выходное напряжение устанавливается резистором R5.

Для того, чтобы у источника питания имелась возможность устанавливать выходное напряжение более 15 В, общий провод для схемы управления подключен к клемме "+" (Х1). При этом для полного открывания силового транзистора (VT1) на выходе ОУ потребуется небольшое напряжение (на базе VT1 Uбэ=+1,2 В).

Такое построение схемы позволяет выполнять источники питания на любое напряжение, ограниченное только допустимой величиной напряжения коллектор-эмиттер (Uкэ) для конкретного типа силового транзистора (для КТ827А максимальное Uкэ=80 В).

В данной схеме силовой транзистор является составным и поэтому может иметь коэффициент усиления в диапазоне 750...1700, что позволяет управлять им небольшим током - непосредственно с выхода ОУ DA1.1. Это снижает число необходимых элементов и упрощает схему.

Схема защиты по току собрана на ОУ DA1.2. При протекании тока в нагрузке на резисторе R12 выделяется напряжение. Оно через резистор R6 прикладывается к точке соединения R4-R8, где сравнивается с опорным уровнем. Пока эта разница отрицательна (что зависит от тока в нагрузке и величины сопротивления резистора R12) - эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения.

Как только напряжение в указанной точке станет положительным, на выходе ОУ DA1.2 появится отрицательное напряжение, которое через диод VD12 уменьшит напряжение на базе силового транзистора VT1, ограничивая выходной ток. Уровень ограничения выходного тока регулируется с помощью резистора R6.

Параллельно включенные диоды на входах операционных усилителей (VD3...VD7) обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи через транзистор VT1 или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не оказывают влияния на работу устройства.

Установленный в цепи отрицательной обратной связи конденсатор С3 ограничивает полосу усиливаемых частот, что повышает устойчивость работы схемы, предотвращая самовозбуждение.

Аналогичную схему источника питания можно выполнить на транзисторе с другой проводимостью КТ825А (рис. 4.8).

Рис. 4.8 Второй вариант схемы источника питания

При использовании указанных на схемах элементов данные источники питания позволяют на выходе получать стабилизированное напряжение до 50 В при токе 1.5 А.

Технические параметры стабилизированного источника питания получаются не хуже указанных для аналогичной по принципу работы схемы, приведенной на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Электрическая схема

Силовой транзистор устанавливается на радиатор, площадь которого зависит от тока в нагрузке и напряжения Uкэ. Для нормальной работы стабилизатора это напряжение должно быть не менее 3 В.

При сборке схемы использованы детали: подстроечные резисторы R5 и R6 типа СПЗ-19а; постоянные резисторы R12 типа С5-16МВ на мощность не менее 5 Вт (мощность зависит от тока в нагрузке), остальные из серии МЛТ и С2-23 соответствующей мощности. Конденсаторы С1, С2, С3 типа К10-17, оксидные полярные конденсаторы С4...С9 типа К50-35 (К50-32).

Микросхема сдвоенного операционного усилителя DA1 может быть заменена импортным аналогом маА747 или двумя микросхемами 140УД7; стабилизаторы напряжения: DA2 на 78L15, DA3 на 79L15.

Параметры сетевого трансформатора Т1 зависят от необходимой мощности, поступающей в нагрузку. Для напряжения до 30 В и тока 3 А можно использовать такой же, как и в схеме на рис. 4.10. Во вторичной обмотке трансформатора после выпрямления на конденсаторе С6 должно обеспечиваться напряжение на 3.5 В больше, чем требуется получить на выходе стабилизатора.

В заключение можно отметить, что если источник питания предполагается использовать в широком температурном диапазоне (-60...+100°С), то для получения хороших технических характеристик необходимо применять дополнительные меры. К их числу относится повышение стабильности опорных напряжений. Это можно осуществить за счет выбора стабилитронов VD1, VD2 с минимальным. ТКН, а также стабилизации тока через них. Обычно стабилизацию тока через стабилитрон выполняют при помощи полевого транзистора или же применением дополнительной микросхемы, работающей в режиме стабилизации тока через стабилитрон, рис. 4.9.

: Рассказать в:
Вашему вниманию предлагается качественный, практичный мощный блок питания. Для питания некоторых радиотехнических устройств иногда требуется источник питания с повышенными требованиями к уровню минимальных выходных пульсаций и стабильности напряжения. Чтобы их обеспечить, блок питания приходится выполнять на дискретных элементах. Приведенная схема является универсальной и на ее основе можно сделать высококачественный источник питания на любое напряжение и ток в нагрузке.
рис.1
Блок питания собран на широко распространенном сдвоенном операционном усилителе (КР140УД20А) и трех силовых транзисторах VT1-VT3 N-P-N-проводимости. При этом схема имеет защиту по току, которую можно регулировать в широких пределах и которая должна срабатывать достаточно быстро, чтобы исключить повреждение самого источника в случае короткого замыкания на выходе. На операционном усилителе DA1.1 выполнен стабилизатор напряжения, a DA1.2 используется для обеспечения защиты по току. Микросхемы DA2, DA3 стабилизируют питание схемы управления, собранной на DA1, что позволяет улучшить параметры источника питания. Работает схема стабилизации напряжения следующим образом. С выхода источника (Х2) снимается обратная связь по напряжению. Этот сигнал сравнивается с опорным напряжением, поступающим со стабилитрона VD1. На вход ОУ подается сигнал рассогласования (разность этих напряжений), который усиливается и поступает через R16-R17 на управление транзисторами VT1-VT3. Таким образом, выходное напряжение поддерживается на заданном уровне с точностью, определяемой коэффициентом усиления ОУ DA1.1. Нужное выходное напряжение устанавливается резисторами R10-R15. Для того, чтобы у источника питания имелась возможность устанавливать выходное напряжение более 15 В, общий провод для схемы управления подключен к клемме "+" (Х1). При этом для полного открывания силовых транзисторов (VT1-VT3) на выходе ОУ потребуется небольшое напряжение (на базах Uбэ=+1,2 В). Такое построение схемы позволяет выполнять источники питания на любое напряжение, ограниченное только допустимой величиной напряжения коллектор-эмиттер (Uкэ) для конкретного типа силовых транзисторов (для КТ827А максимальное Uкэ=100 В, КТ827Б - 80 В). В данной схеме силовые транзисторы являются составными и, поэтому могут иметь коэффициент усиления в диапазоне 750... 18000, что позволяет управлять ими небольшим током - непосредственно с выхода ОУ DA1.1. Это снижает число необходимых элементов и упрощает схему. Схема защиты по току собрана на ОУ DA1.2. При протекании тока в нагрузке на резисторе R5 выделяется напряжение. Оно через резистор R11 прикладывается к точке соединения R9-R13, где сравнивается с опорным уровнем. Пока эта разница отрицательна (что зависит от тока в нагрузке и величины сопротивления резистора R5) - эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения. Как только напряжение в указанной точке станет положительным, на выходе ОУ DA1.2 появится отрицательное напряжение, которое через диод VD9 уменьшит напряжение на базе силовых транзисторов VT1-VT3, ограничивая выходной ток. Уровень ограничения выходного тока регулируется с помощью резистора R11. Параллельно включенные диоды на входах операционных усилителей (VD5...VD8) обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи через транзисторы VT1-VT3 или при повреждении (одного из) силовых из транзисторов. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю, и диоды не оказывают влияния на работу устройства. Установленный в цепи отрицательной обратной связи конденсатор С12 ограничивает полосу усиливаемых частот, что повышает устойчивость работы схемы, предотвращая самовозбуждение. При использовании указанных на схемах элементов данные источники питания позволяют на выходе получать стабилизированное напряжение до 50 В при токе до 5 А. Силовые транзисторы устанавливаются на радиатор, площадь которого зависит от тока в нагрузке и напряжения Uкэ (не менее 1500см2). Для нормальной работы стабилизатора это напряжение должно быть не менее 3 В. R1-для разрядки емкостей после выключения БП. Аналогично выполнена вторая половина БП на основе 3-х параллельно соединенных транзисторах P-N-P-проводимости 2Т825А (КТ825Г).

рис.2 При сборке схемы кроме указанных можно использовать: диоды выпрямителя (диодный мост), рассчитанные на ток не менее 10А, напряжение более 200В (на радиаторы), VD5-VD8-1N4148, VD9-VD10-любые на ток 1А, напряжение 100В, переменные, подстроечные резисторы R11 (впоследствии заменен галетным переключателем с установленными и предварительно подобранными в ходе настройки токоограничивающими резисторами), R10 и R15 типа СП3-19а, СПО-0,5 и т.д. (в схеме использованы многооборотные проволочные для плавного изменения напряжения на выходе с точностью до 0,1В; постоянные резисторы R2-R5 типа С5-16МВ (проволочные или импортные) на мощность не менее 5 Вт (мощность зависит от тока в нагрузке), остальные из серии МЛТ, ВС, С2-23 соответствующей мощности. Конденсаторы С4, С5, С14 желательно качественные, например полипропиленовые (импортные с маркировкой МКР). Микросхема сдвоенного операционного усилителя DA1 может быть заменена импортным аналогом мА747С или двумя микросхемами К(Р)140УД7 (соответственно согласно цоколевке необходима правильная печатная плата); стабилизаторы напряжения: DA2-DA3-любые отечественные, импортные на +-15В (78L15,79L15 и т.д.). С12-типа К10-17, С10-С11-пленочные (К73-17 и др.).Стабилитроны VD1, VD2 с минимальным ТКН - Д818 (с любым буквенным индексом). Параметры сетевого трансформатора Тр1 зависят от необходимой мощности, поступающей в нагрузку (в данном случае ОСМ-0,4кВт). Во вторичной обмотке трансформатора после выпрямления на конденсаторе С2 должно обеспечиваться напряжение на 5-7 В больше, чем требуется получить на выходе стабилизатора (41 В-переменное). Мощная вторичная обмотка намотана в два провода сечением 0,85мм2 каждый, одинарный должен быть сечением не менее 1,5мм2. В качестве Тр2-любой мощностью около 20Вт, имеющий две сдвоенные обмотки 2х 17 В (на каждую половину БП свои отдельные обмотки с общей точкой для питания стабилизаторов) с током нагрузки 200мА. Выходные транзисторы необходимо подобрать с близкими параметрами, а именно: по коэффициенту усиления. Для этого во время настройки, подбора постоянных резисторов вместо R11- мультиметрами подключится к резисторам R2-R4, расположенных на радиаторе (можно по очереди, если нет достаточного количества мультиметров), подключить нагрузку к примеру с током 1 А и зафиксировать значения падений напряжений (по постоянному току) на каждом из резисторов, сравнить их, они должны быть максимально близки друг к друга, если имеется существенное отличие на каком-то резисторе, то необходимо заменить данный транзистор на другой и повторить измерения. Такое количество применяемых мощных транзисторов вызвано тем, чтобы более равномерно распределить тепловыделение на них при большой нагрузке, что обеспечит стабильность, устойчивость работы БП в целом, хотя и один транзистор достаточно устойчив к работе в предельных режимах. В ходе испытаний при токе 5А два транзистора из трех КТ827А дали утечку между КЭ (не пробой, Rкэ=9ком),видимо, вследствие сильного разброса параметров. Амперметр с током полного отклонения 5 и более ампер (с шунтом там, где это необходимо). Прошу учесть, если нагрузка в виде спирали (мощного проволочного резистора), то с течением времени она (он) будет нагреваться и, соответственно, сопротивление будет увеличиваться, а ток, наоборот, уменьшаться, поэтому измерения желательно осуществлять быстро. Извините за некачественную печатную плату от руки (элементы выпрямителя и фильтрации по питанию, платы стабилизаций по питанию +-15В не указаны, хотя реально они расположены на одной печатной плате.).
Раздел:

На рис.1 изображена схема стабилизатора, от которой можно питать не только автомобильный магнитофон, но и любую радиолюбительскую конструкцию с напряжением от 1 до 35 В и которой не страшны большие токи нагрузки, поскольку введена токовая защита.
Регулятор напряжения собран на микросхеме DA1, которая дополнена мощным транзистором, который может отдать в нагрузку ток до 5 А. При сопротивлении резистора R5=0,3 Ом максимальный ток нагрузки составляет 2,8 А.
При дальнейшем повышении тока до 2,9-3 А срабатывает защита, выполненная на оптроне VD6. Когда напряжение на R5 станет большим, загорается светодиод внутри оптрона VD6.
Открывается динисторный тиристор и пропускает отрицательное напряжение на вывод 8 микросхемы DA1, что приводит к падению напряжения на выходе стабилизатора до 1 В. Вернуть напряжение на выходе стабилизатора можно нажатием кнопки SA2. Регулируют напряжение на выходе резистором R4.
Для сглаживания по низким и высоким частотам служат дроссель Др1 и конденсаторы С2, С3. Применение оптрона повышает надежность и быстродействие защиты.

Конструкция и детали

В блоке питания применены следующие детали. Трансформатор Т1 любой с выходным напряжением 35 В и током не менее 3,5 А, конденсатор С1 любой с номинальным напряжением 250 В, вместо С4 можно использовать импортный 1000 мкФ х 50 В. Резисторы R1-R3 типа МЛТ мощностью 0,25 Вт. Микросхема DA1 типа К142ЕН12, полным ее аналогом является микросхема зарубежного производства LM317Т. Транзистор VT1 типа КТ803А, КТ805Г, КТ808, оптрон VD6 типа АОУ103В.

Печатная плата показана на рис.2.

А.С. Ковальчук, Хмельницкая обл.

Литература — Электрик 3/2000

• Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

• 24.09.2014

  Сенсорный выключатель показанный на рисунке имеет двухконтактный сенсорный элемент, при касании обеих контактов напряжение питания (9В) от источника питания подается в нагрузку, а при следующем касании сенсорных контактов питания отключается от нагрузки, нагрузкой может быть лампа или реле. Сенсор очень экономичен и потребляет малый ток в режиме ожидания. В момент …

• 08.10.2016

  MAX9710/MAX9711 — стерео/моно УМЗЧ с выходной мозностью 3 Вт имеющие режим пониженного потребления. Технические характеристики: Выходная мощность 3 Вт на нагрузке 3 Ом (при КНИ до 1%) Выходная мощность 2,6 Вт на нагрузке 4 Ом (при КНИ до 1%) Выходная мощность 1,4 Вт на нагрузке 8 Ом (при КНИ до 1%) Коэффициент подавления шумов …

Транзисторные стабилизаторы с защитой от перегрузки (теория)

Источники питания

А. МОСКВИН, г. Екатеринбург
Радио, 2003 год, № 2- 3

О стабилизаторах напряжения непрерывного действия написано, кажется, все. Тем не менее разработка надежного и не слишком сложного (не более трех-четырех транзисторов) стабилизатора, особенно с повышенным током нагрузки, - достаточно серьезная задача, потому что на одно из первых мест выдвигается требование надежной защиты регулирующих транзисторов от перегрузки. При этом желательно, чтобы после устранения причины перегрузки нормальная работа стабилизатора восстановилась автоматически. Стремление выполнить эти требования зачастую приводит к значительному усложнению схемы стабилизатора и заметному уменьшению его КПД. Автор предлагаемой статьи пытается найти оптимальное, по его мнению, решение.

Прежде чем искать оптимальное решение, проанализируем нагрузочные характеристики Uвых = f(Iвых) стабилизаторов напряжения, выполненных по наиболее распространенным схемам. У стабилизатора, описанного в , при перегрузке выходное напряжение Uвых быстро снижается до нуля. Однако ток при этом не уменьшается и может быть достаточным, чтобы повредить нагрузку, да и мощность, рассеиваемая регулирующим транзистором, иногда превышает допустимую. В подобный стабилизатор дополнен триггерной защитой. При перегрузке уменьшается не только выходное напряжение, но и ток. Однако защита недостаточно эффективна, так как срабатывает лишь после падения выходного напряжении ниже 1 В и при некоторых условиях не устраняет тепловой перегрузки регулирующего транзистора. Чтобы возвратить подобный стабилизатор в рабочий режим, необходимо практически полностью отключить нагрузку, а это не всегда приемлемо, особенно для стабилизатора, служащего составной частью более сложного устройства.

Защита стабилизатора, схема которого изображена на рис. 1 , срабатывает уже при небольшом уменьшении выходного напряжения, вызванном перегрузкой. Номиналы элементов схемы даны для выходного напряжения 12 В в двух вариантах: без скобок, если VD1 - Д814Б, и в скобках, если он - КС139Е. Краткое описание работы подобного стабилизатора имеется в .

Его хорошие параметры объясняются тем, что все необходимые сигналы сформированы из стабилизированного выходного напряжения, а оба транзистора (регулирующий VT1 и управляющий VT2) работают в режиме усиления напряжения. Экспериментально снятые нагрузочные характеристики этого стабилизатора приведены на рис. 2 (кривые 3 и 4).

При отклонении выходного напряжения от номинала его приращение через стабилитрон VD1 передается на эмиттер транзистора VT2 почти полностью. Если не учитывать дифференциальное сопротивление стабилитрона, ΔUэ ≈ ΔUвых. Это - сигнал отрицательной ОС. Но в устройстве имеется и положительная. Ее создает часть приращения выходного напряжения, поступающая на базу транзистора через делитель напряжения R2R3:

Суммарная обратная связь в режиме стабилизации - отрицательная, сигналом ошибки служит величина,

которая по абсолютной величине тем больше, чем меньше R3 по сравнению с R2. Уменьшение этого отношения благоприятно сказывается на коэффициенте стабилизации и выходном сопротивлении стабилизатора. Учитывая, что

стабилитрон VD1 следует выбирать на максимально возможное, но меньшее выходного напряжение стабилизации.

Если заменить резистор R3 двумя включенными в прямом направлении и соединенными последовательно диодами (как предложено, например, в ), параметры стабилизатора улучшатся, так как место R3 в выражениях для ΔUб и ΔUбэ займет малое дифференциальное сопротивление открытых диодов. Однако подобная замена приводит к некоторым проблемам при переходе стабилизатора в защитный режим. На них остановимся ниже, а пока резистор R3 оставим на прежнем месте.

В режиме стабилизации падение напряжения на резисторе R1 остается практически неизменным. Ток, протекающий через этот резистор, - сумма тока стабилитрона VD1 и тока эмиттера транзистора VT2, практически равного току базы транзистора VT1. С уменьшением сопротивления нагрузки последняя составляющая тока, текущего через R1, растет, а первая (ток стабилитрона) - уменьшается вплоть до нулевого значения, после чего приращение выходного напряжения больше не передается на эмиттер транзистора VT2 через стабилитрон. В результате цепь отрицательной ОС оказывается разорванной, а продолжающая действовать положительная ОС приводит к лавинообразному закрыванию обоих транзисторов и отсечке тока нагрузки. Ток нагрузки, при превышении которого срабатывает защита, можно оценить по формуле

где h21э - коэффициент передачи тока транзистором VT1. К сожалению, h21э имеет большой разброс от экземпляра к экземпляру транзистора, зависит от тока и температуры. Поэтому резистор R1 зачастую приходится подбирать при налаживании. В стабилизаторе, рассчитанном на большой ток нагрузки, сопротивление резистора R1 невелико. В результате ток через стабилитрон VD1 при снижении тока нагрузки возрастает настолько, что приходится применять стабилитрон повышенной мощности.

Наличие в нагрузочных характеристиках (см. кривые 3 и 4 на рис. 2) сравнительно протяженных переходных участков между рабочим и защитным режимами (заметим, эти участки - самые тяжелые с точки зрения теплового режима транзистора VT1) объясняется в основном тем, что развитию процесса переключения препятствует местная отрицательная ОС через резистор R1. Чем меньше напряжение

стабилизации стабилитрона VD1, тем больше при прочих равных условиях номинал резистора R1 и тем более "затянут" переход из рабочего в защитный режим стабилизатора.

Этот, как и ранее сделанный, вывод о целесообразности применения стабилитрона VD1 с возможно большим напряжением стабилизации подтверждается экспериментально. Выходное напряжение стабилизатора по схеме, показанной на рис. 1, со стабилитроном Д814Б (Uст = 9 В), по сравнению с аналогичным стабилитроном КС139Е (UCT = 3,9 В), значительно меньше зависит от нагрузки и он более "круто" переходит в защитный режим при перегрузке.

Уменьшить и даже полностью устранить переходный участок нагрузочной характеристики стабилизатора удается, добавив в него дополнительный транзистор VT3, как показано на рис, 3. В рабочем режиме этот транзистор находится в насыщении и практически не оказывает влияния на работу стабилизатора, лишь незначительно ухудшая температурную стабильность выходного напряжения. Когда в результате перегрузки ток стабилитрона VD1 стремится к нулю, транзистор VT3 переходит в активное состояние, а затем закрывается, создавая условия для быстрого включения защиты. Плавный переходный участок нагрузочной характеристики в этом случае отсутствует (см. кривую 1 на рис. 2 ).

Диоды VD2 и VD3 в рабочем режиме стабилизируют напряжение на базе транзистора VT2, что способствует улучшению основных параметров стабилизатора. Однако без дополнительного транзистора VT3 это негативно сказывается на защите, так как ослабляет положительную составляющую ОС. Переключение в защитный режим в этом случае очень затянуто и происходит только после снижения напряжения на нагрузке до величины, близкой к поддерживаемой диодами VD2 и VD3 на базе транзистора VT2 (см. кривую 2 на рис. 2 ).

Рассмотренные стабилизаторы обладают существенным для многих применений недостатком: остаются в защитном состоянии после устранения причины перегрузки, а нередко и при подаче напряжения питания с подключенной нагрузкой не переходят в рабочий режим. Известны различные способы их запуска, например, с помощью дополнительного резистора, установленного параллельно участку коллектор-эмиттер транзистора VT1, или (как предложено в ) "подпиткой" базы транзистора VT2. Проблема решается за счет компромисса между надежностью запуска под нагрузкой и величиной тока короткого замыкания, что не всегда приемлемо. Варианты узлов запуска, рассмотренные в и , более эффективны, однако усложняют стабилизатор в целом.

Малораспространенный, но интересный способ вывода стабилизатора из защитного режима предложен в . Он заключается в том, что специально предусмотренный генератор импульсов периодически принудительно открывает регулирующий транзистор, переводя стабилизатор на некоторое время в рабочий режим. Если причина перегрузки устранена, по окончании очередного импульса защита не сработает вновь и стабилизатор продолжит нормальную работу. Средняя мощность, рассеиваемая на регулирующем транзисторе при перегрузке, возрастает незначительно.

На рис. 4 приведена схема одного из возможных вариантов стабилизатора, работающего по такому принципу. Он отличается от описанного в отсутствием отдельного узла - генератора импульсов. При перегрузке стабилизатор переходит в колебательный режим за счет положительной ОС, замыкающейся через конденсатор С1. Резистор R3 ограничивает ток зарядки конденсатора, a R4 служит нагрузкой генератора при замыкании внешней нагрузки.

В отсутствие перегрузки после подачи напряжения питания стабилизатор запускается благодаря резистору R2. Так как конденсатор С1 зашунтирован соединенными последовательно открытым диодом VD2 и резисторами R3-R5, условия самовозбуждения не выполняются и устройство работает аналогично рассмотренному ранее (см. рис. 1). Во время перехода стабилизатора в защитный режим конденсатор С1 действует как форсирующий, ускоряя развитие процесса.

Эквивалентная схема стабилизатора в защитном режиме показана на рис. 5.

При сопротивлении нагрузки Rн, равном нулю, плюсовой вывод конденсатора С1 соединен через резистор R4 с общим проводом (минусом источника входного напряжения). Напряжение, до которого конденсатор зарядился еще в режиме стабилизации, приложено к базе транзистора VT2 в отрицательной полярности и поддерживает транзистор закрытым. Конденсатор разряжается током i1. текущим через резисторы R3-R5 и открытый диод VD2. Когда напряжение на базе VT1 превысит -0,7 В, диод VD2 закроется, но перезарядка конденсатора продолжится током i2, протекающим через резистор R2. По достижении небольшого положительного напряжения на базе транзистора VT2 последний, а вместе с ним и VT1 начнут открываться. За счет положительной ОС через конденсатор С1 оба транзистора откроются полностью и некоторое время останутся в таком состоянии, покв конденсатор не зарядится током i3 почти до напряжения Uвх. после чего транзисторы закроются и цикл повторится. При указанных на схеме рис. 5 номиналах элементов длительность генерируемых импульсов - единицы миллисекунд, период повторения - 100...200 мс. Амплитуда импульсов выходного тока в защитном режиме приблизительно равна току срабатывания защиты. Среднее значение тока короткого замыкания, измеренное стрелочным миллиамперметром, - примерно 30 мА.

С увеличением сопротивления нагрузки RH наступает момент, когда при открытых транзисторах VT1 и VT2 отрицательная ОС "перевешивает" положительную и генератор вновь превращается в стабилизатор напряжения. Величина RH, при которой происходит смена режимов, зависит в основном от сопротивления резистора R3. При слишком малых его значениях (менее 5 Ом) в нагрузочной характеристике появляется гистерезис, причем при нулевом сопротивлении R3 стабилизация напряжения восстанавливается лишь при сопротивлении нагрузки более 200 Ом. Излишнее увеличение сопротивления резистора R3 приводит к тому, что в нагрузочной характеристике проявляется переходный участок.

Амплитуда импульсов отрицательной полярности на базе транзистора VT2 достигает 10 В, что может привести к электрическому пробою участка база-эмиттер этого транзистора. Однако пробой обратим, а ток его ограничен резисторами R1 и R3. Работы генератора он не нарушает. При выборе транзистора VT2 необходимо также учитывать, что напряжение, приложенное к его участку коллектор-база, достигает суммы входного и выходного напряжений стабилизатора.

В действующей аппаратуре выход стабилизатора напряжения обычно зашунтирован конденсатором (С2, показан на рис. 4 штриховой линией). Его емкость не должна превышать 200 мкФ. Ограничение связано с тем, что при перегрузке, не сопровождающейся полным замыканием выхода, этот конденсатор входит в цепь положительной ОС генератора. Практически это выражается в том, что генератор "заводится" только при значительной перегрузке, а в нагрузочной характеристике появляется гистерезис.

Сопротивление резистора R4 должно быть таким, чтобы падение напряжения на нем во время импульса было достаточным для открывания транзистора VT2 (≈1 В) и обеспечивало выполнение условий автогенерации при нулевом сопротивлении нагрузки. К сожалению, в режиме стабилизации этот резистор лишь уменьшает КПД устройства.

Для четкой работы защиты необходимо, чтобы при любом допустимом токе нагрузки минимальное (с учетом пульсаций) входное напряжение стабилизатора оставалось достаточным для его нормального функционирования. При проверке всех рассмотренных выше стабилизаторов с номинальным выходным напряжением 12 В источником питания служил мостовой диодный выпрямитель на 14 В с конденсатором емкостью 10000 мкФ на выходе. Напряжение пульсаций на выходе выпрямителя, измеренное милливольтметром ВЗ 38. не превышало 0,6 В.

При необходимости импульсный характер защиты можно использовать для индикации состояния стабилизатора, в том числе звуковой. В последнем случае при перегрузке будут слышны щелчки с частотой повторения импульсов.

На рис. 6 показана схема более сложного стабилизатора с импульсной защитой, в значительной мере лишенного недостатков рассмотренного в первой части статьи (см. рис. 4). Его выходное напряжение - 12 В, выходное сопротивление - 0,08 Ом, коэффициент стабилизации - 250, максимальный рабочий ток - 3 А, порог срабатывания защиты - 3,2 А, средний ток нагрузки в защитном режиме - 60 мА. Наличие усилителя на транзисторе VT2 позволяет при необходимости значительно увеличить рабочий ток, заменив транзистор VT1 более мощным составным.

Номинал ограничительного резистора R4 может находиться в пределах от десятков ом до 51 кОм. Выход стабилизатора допускается зашунтировать конденсатором емкостью до 1000 мкФ, что приводит, однако, к возникновению гистерезиса в нагрузочной характеристике: при пороге срабатывания защиты 3,2 А измеренное значение тока возврата в режим стабилизации - 1,9 А.

Для четкого переключения режимов необходимо, чтобы с уменьшением сопротивления нагрузки ток через стабилитрон VD3 прекратился раньше, чем войдет в насыщение транзистор VT2 Поэтому номинал резистора R1 выбирают таким образом, чтобы перед срабатыванием защиты между коллектором и эмиттером этого транзистора оставалось напряжение не менее 2...3 В. В защитном режиме транзистор VT2 входит в насыщение, в результате амплитуда импульсов тока нагрузки может в 1.2...1,5 раза превышать ток срабатывания защиты. Следует учитывать, что при значительном уменьшении сопротивления R1 ощутимо возрастает рассеиваемая на транзисторе VT2 мощность.

Наличие конденсатора С1 теоретически способно привести к росту пульсации выходного напряжения стабилизатора. Однако на практике этого наблюдать не приходилось.

Выходное стабилизированное напряжение равно сумме падений напряжения на диодах VD1 и VD2, участке база-эмиттер транзистора VT4 и напряжения стабилизации стабилитрона VD3 за вычетом падения напряжения на участке база-эмиттер транзистора VT3 - приблизительно на 1,4 В больше напряжения стабилизации стабилитрона. Ток срабатывания защиты вычисляют по формуле

Благодаря дополнительному усилителю на транзисторе VT2 ток, протекающий через резистор R3, сравнительно невелик, даже при значительных расчетных токах нагрузки. Это, с одной стороны, улучшает КПД стабилизатора, но с другой - заставляет применять в качестве VD3 стабилитрон, способный работать при малых токах. Минимальный ток стабилизации показанного на схеме (см. рис. 6) стабилитрона КС211Ж - 0,5 мА.

Подобный стабилизатор, кроме своего прямого назначения, может служить ограничителем разрядки аккумуляторной батареи. Для этого выходное напряжение устанавливают таким, чтобы при напряжении батареи меньше допустимого сработала защита, предотвращая дальнейшую разрядку. Номинал резистора R6 в этом случае целесообразно увеличить до 10 кОм. В результате ток, потребляемый устройством в рабочем режиме, уменьшится с 12 до 2,5 мА. Следует иметь в виду, что на грани срабатывания защиты этот ток возрастает приблизительно до 60 мА, но с запуском генератора импульсов среднее значение тока разрядки батареи падает до 4...6 мА.

По рассмотренному принципу импульсной защиты можно строить не только стабилизаторы напряжения, но и самовосстанавливающиеся электронные "предохранители", устанавливаемые между источником питания и нагрузкой. В отличие от плавких вставок, такие предохранители можно использовать многократно, не заботясь о восстановлении после устранения причины срабатывания.

Электронный предохранитель должен выдерживать как кратковременное, так и продолжительное, полное или частичное замыкание нагрузки. Последнее нередко возникает при длинных соединительных проводах, сопротивление которых - заметная часть полезной нагрузки. Этот случай наиболее тяжел для коммутационного элемента предохранителя.

На рис. 7 приведена схема простого самовосстанавливающегося электронного предохранителя с импульсной защитой. Принцип его работы близок к описанному выше стабилизатору напряжения (см. рис. 4), но до срабатывания защиты транзисторы VT1 и VT2 находятся в состоянии насыщения и выходное напряжение практически равно входному.

Если ток нагрузки превысил допустимое значение, транзистор VT1 выходит из насыщения и выходное напряжение начинает уменьшаться. Его приращение через конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT2, закрывая последний, а вместе с ним и VT1. Выходное напряжение уменьшается еще больше, и в результате лавинообразного процесса транзисторы VT1 и VT2 оказываются закрытыми полностью. Через некоторое время, зависящее от постоянной времени цепи R1C1, они откроются вновь, однако, если перегрузка сохранилась, опять закроются. Этот цикл повторяется до устранения перегрузки.

Частота генерируемых импульсов - приблизительно 20 Гц при нагрузке, незначительно превышающей допустимую, и 200 Гц при ее полном замыкании. Скважность импульсов в последнем случае - более 100. При увеличении сопротивления нагрузки до допустимого значения транзистор VT1 войдет в насыщение и генерация импульсов прекратится.

Ток срабатывания "предохранителя" можно ориентировочно определить по формуле

Коэффициент 0,25, подобранный экспериментально, учитывает, что в момент перехода транзистора VT1 из насыщения в активный режим его коэффициент передачи тока значительно меньше номинального. Измеренный ток срабатывания защиты при входном напряжении 12 В - 0,35 А, амплитуда импульсов тока нагрузки при ее замыкании - 1,3 А. Гистерезис (разность токов срабатывания защиты и восстановления рабочего режима) не обнаружен. К выходу "предохранителя" при необходимости можно подключить блокировочные конденсаторы суммарной емкостью не более 200 мкФ, что увеличит ток срабатывания приблизительно до 0,5 А.

При необходимости ограничить амплитуду импульсов тока нагрузки в эмиттерную цепь транзистора VT2 следует включить резистор в несколько десятков ом и немного увеличить номинал резистора R3.

При неполном замыкании нагрузки возможен электрический пробой участка база-эмиттер транзистора VT2. На работу генератора это влияет незначительно, да и для транзистора опасности не представляет, так как заряд, накопленный в конденсаторе С1 перед пробоем, сравнительно невелик.

Недостатки "предохранителя", собранного по рассмотренной схеме (рис. 7 ), - низкий КПД из-за включенного последовательно в цепь нагрузки резистора R3 и не зависящего от нагрузки тока базы транзистора VT1. Последнее характерно и для других подобных устройств . Обе причины, снижающие КПД, устранены в более мощном "предохранителе" с максимальным током нагрузки 5 А, схема которого показана на рис. 8 . Его КПД превышает 90 % в более чем десятикратном интервале изменения тока нагрузки. Ток, потребляемый в отсутствие нагрузки, - менее 0,5 мА.

Для уменьшения падения напряжения на "предохранителе" в качестве VT4 применен германиевый транзистор. При токе нагрузки меньше допустимого этот транзистор находится на грани насыщения. Это состояние поддерживает петля отрицательной ОС, которую при открытом и насыщенном транзисторе VT2 образуют транзисторы VT1 и VT3. Падение напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора VT4 не превышает 0,5 В при токе нагрузки 1 А и 0,6 В - при 5 А.

При токе нагрузки, меньшем тока срабатывания защиты, транзистор VT3 находится в активном режиме и напряжение между его коллектором и эмиттером достаточно для открывания транзистора VT6, что обеспечивает насыщенное состояние транзистора VT2 и в конечном итоге - проводящее состояние ключа VT4. С увеличением тока нагрузки ток базы VT3 под действием отрицательной ОС увеличивается, а напряжение на его коллекторе уменьшается до закрывания транзистора VT6. В этот момент и срабатывает защита. Ток срабатывания можно оценить по формуле

где Rэкв - общее сопротивление соединенных параллельно резисторов R4, R6 и R8.

Коэффициент 0,5, как и в предыдущем случае, - экспериментальный. При замыкании нагрузки амплитуда импульсов выходного тока приблизительно в два раза больше тока срабатывания защиты.

Благодаря действию положительной ОС, замыкающейся через конденсатор С2, транзистор VT6, а с ним и VT2-VT4 полностью закрываются, VT5 - открывается. Транзисторы остаются в указанных состояниях до окончания зарядки конденсатора С2 током, текущим через участок база-эмиттер транзистора VT5 и резисторы R7, R9, R11, R12. Так как из перечисленных резисторов самый большой номинал у R12, он и определяет период повторения генерируемых импульсов - приблизительно 2,5 с.

После окончания зарядки конденсатора С2 транзистор VT5 закроется, VT6 и VT2-VT4 откроются. Конденсатор С2 приблизительно за 0,06 с разрядится через транзистор VT6, диод VD1 и резистор R11. При замкнутой нагрузке коллекторный ток транзистора VT4 в это время достигает 8...10 А. Затем цикл повторится. Однако во время первого же после устранения перегрузки импульса транзистор VT3 не войдет в насыщение и "предохранитель" вернется в рабочий режим.

Интересно, что во время импульса транзистор VT6 не открывается полностью. Этому препятствует образованная транзисторами VT2, VT3, VT6 петля отрицательной ОС. При указанном на схеме (рис. 8) номинале резистора R9 (51 кОм) напряжение на коллекторе транзистора VT6 не опускается ниже 0,3Uвх.

Самая неблагоприятная для "предохранителя" нагрузка - мощная лампа накаливания, у которой сопротивление холодной нити в несколько раз меньше, чем разогретой. Проверка, проведенная с автомобильной лампой 12 В 32+6 Вт, показала, что 0,06 с для разогрева вполне достаточно и "предохранитель" после ее включения надежно входит в рабочий режим. Но для более инерционных ламп длительность и период повторения импульсов возможно придется увеличить, установив конденсатор С2 большего номинала (но не оксидный).

Скважность генерируемых импульсов в результате такой замены останется прежней. Равной 40 она выбрана не случайно. В этом случае, как при максимальном токе нагрузки (5 А), так и при замыкании выхода "предохранителя", на транзисторе VT4 рассеивается приблизительно одинаковая и безопасная для него мощность.

Транзистор ГТ806А можно заменить другим из этой же серии или мощным германиевым, например, П210слюбым буквенным индексом. Если германиевые транзисторы отсутствуют или необходимо работать при повышенной температуре, можно использовать и кремниевые с h21э>40, например, КТ818 или КТ8101 с любыми буквенными индексами, увеличив номинал резистора R5 до 10 кОм. После такой замены напряжение, измеренное между коллектором и эмиттером транзистора VT4, не превышало 0,8 В при токе нагрузки 5 А.

При изготовлении "предохранителя" транзистор VT4 необходимо установить на теплоотвод, например, алюминиевую пластину размерами 80x50x5 мм. Теплоотвод площадью 1,5...2 см 2 нужен и транзистору VT3.

Первое включение устройства производите без нагрузки, и прежде всего проверьте напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT4, которое должно быть приблизительно 0,5 В. Затем к выходу через амперметр подключите проволочный переменный резистор сопротивлением 10...20 Ом и мощностью 100 Вт. Плавно уменьшая его сопротивление, переведите устройство в защитный режим. С помощью осциллографа убедитесь, что переключение режимов происходит без затянутых переходных процессов, а параметры генерируемых импульсов соответствуют указанным выше. Точное значение тока срабатывания защиты можно установить подборкой резисторов R4, R6, R8 (желательно, чтобы их номиналы оставались одинаковыми). При продолжительном замыкании нагрузки температура корпуса транзистора VT4 не должна превышать допустимое для него значение.

ЛИТЕРАТУРА

1. Клюев Ю., Абашав С. Стабилизатор напряжения. - Радио, 1975, № 2, с. 23.
2. Попович В. Усовершенствование стабилизатора напряжения. - Радио, 1977, № 9, с. 56.
3. Поляков В. Теория: понемногу - обо всем. Стабилизаторы напряжения. - Радио, 2000, № 12,с.45,46.
4. Каныгин С. Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок. - Радио, 1980. № 8. с. 45. 46.
5. За рубежом. Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки. - Радио, 1984, № 9, с. 56.
6. Козлов В. Стабилизатор напряжения с защитой от короткого замыкания и перегрузки по току. - Радио, 1998, № 5, с. 52-54.
7. Андраав В. Дополнительная защита стабилизатора от перегрева. - Радио, 2000, № 4, с. 44.
8. Бобров О. Электронный предохранитель. - Радио, 2001, № 3, с. 54.

Этот стабилизатор напряжения предназначен для питания радиолюбительских конструкций в процессе их налаживания. Он вырабатывает постоянное стабилизированное напряжение от 0 до 25,5В, которое можно изменять с шагом 0,1В. Ток срабатывания защиты от перегрузки можно плавно менять от 0,2 до 2А.

Схема устройства показана на рис 1, счетчики DD2 DD3 формируют цифровой код выходного напряжения. ЦАП на прецизионных резисторах преобразует код счетчика в ступенчато нарастающее напряжение.

Так же стабилизатор имеет индикатор (рис3) на ППЗУ К573РФ2.

Налаживание стабилизатора заключается в подборе R26 так, что бы максимальное выходное напряжение было равно 25,5В.

Файлы чертежей печатных плат – ftp://ftp.radio.ru/pub/2007/08/st0_255.zip

Литература Ж.Радио 8 2007

• Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

• 24.09.2014

  Сенсорный выключатель показанный на рисунке имеет двухконтактный сенсорный элемент, при касании обеих контактов напряжение питания (9В) от источника питания подается в нагрузку, а при следующем касании сенсорных контактов питания отключается от нагрузки, нагрузкой может быть лампа или реле. Сенсор очень экономичен и потребляет малый ток в режиме ожидания. В момент …

• 08.10.2016

  MAX9710/MAX9711 — стерео/моно УМЗЧ с выходной мозностью 3 Вт имеющие режим пониженного потребления. Технические характеристики: Выходная мощность 3 Вт на нагрузке 3 Ом (при КНИ до 1%) Выходная мощность 2,6 Вт на нагрузке 4 Ом (при КНИ до 1%) Выходная мощность 1,4 Вт на нагрузке 8 Ом (при КНИ до 1%) Коэффициент подавления шумов …