Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схемы защиты стабилизаторов напряжения по току

Каталог радиолюбительских схем

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ

В. КОЗЛОВ, г. Муром Владимирской обл.

Автор анализирует наиболее характерные особенности и недостатки стабилизаторов напряжения, знакомых радиолюбителям по публикациям в нашем журнале, дает практические советы, подчас нетрадиционные, по улучшению их основных параметров, В качестве примера он рассказывает о разработанном им стабилизаторе, предназначаемым для мощных блоков питания аппаратуры, которая работает круглосуточно. В статье описывается технология изготовления теплоотвода мощного транзистора- Редакция ждет откликов читателей на эту публикацию.

Сетевые блоки питания в которых для стабилизации выпрямленного напряжения радиолюбители используют микросхемные стабилизаторы, не всегда радуют их создателей. Причина тому — характерные присущие этим конструкциям недостатки.

У традиционных транзисторных стабилизаторов нередко ненадежна защита от перегрузки. Безынерционные системы защиты ложно срабатывают даже от кратковременных перегрузок при подключении емкостной нагрузки. Инерционные же средства защиты не успевают сработать при сильном импульсе тока, например, при коротком замыкании приводящем к пробою транзисторов [1], Устройства с ограничителем выходного тока — безынерционны в них отсутствует триггерный эффект, но при коротком замыкании на регулирующем транзисторе рассеивается большая мощности что требует применения соответствующего теплоотвода [2].

Единственный выход при такой ситуации — одновременное применение средств ограничения выходного тока и инерционной защиты регулирующего транзистора от перегрузку что обеспечит ему в два-три раза меньшую мощность и габариты теплоотвода. Но это приводит к увеличению числа элементов, габаритов конструкции и усложняет повторяемость устройства в любительских условиях.

Принципиальная схема стабилизатора, число элементов в котором минимально, приведена на рис. 1. Источником образцового напряжения служит термостабилизированный стабилитрон VD1.

Для исключения влияния входного напряжения стабилизатора на режим стабилитрона его ток задается генератором стабильного тока (ГСТ), построенным на полевом транзисторе VT1. Термостабилизация и стабилизация тока стабилитрона повышают коэффициент стабилизации выходного напряжения.

Образцовое напряжение поступает на левый (по схеме) вход дифференциального усилителя на транзисторах VT2.2 и VT2.3 микросборки К125НТ1 и резисторе R7, где сравнивается с напряжением обратной связи, снимаемым с делителя выходного напряжения R8R9. Разность напряжений на входах дифференциального усилителя изменяет баланс коллекторных токов его транзисторов.

Регулирующий транзистор VT4, управляемый коллекторным током транзистора VT2.2, обладает большим коэффициентом передачи тока базы. Это увеличивает глубину ООС и повышает коэффициент стабилизации устройства, а также уменьшает мощность, рассеиваемую транзисторами дифференциального усилителя.

Рассмотрим работу устройства более подробно.

Допустим, что в установившемся режиме при увеличении тока нагрузки выходное напряжение несколько уменьшится, что вызовет и уменьшение напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT3.2. При этом ток коллектора также уменьшится. Это приведет к увеличению тока транзистора VT2.2, поскольку сумма выходных токов транзисторов дифференциального усилителя равна току, текущему через резистор R7, и практически не зависит от режима работы его транзисторов.

В свою очередь, растущий ток транзистора VT2.2 вызывает увеличение тока коллектора регулирующего транзистора VT4, пропорциональное его коэффициенту передачи тока базы, повышая выходное напряжение до первоначального уровня и позволяет поддерживать его неизменным независимо от тока нагрузки.

Читайте так же:
Импульсный стабилизатор тока или драйвер схема

Для кратковременной защиты устройства с возвратом его в исходное состояние введен ограничитель тока коллектора регулирующего транзистора, выполненный на транзисторе VT3 и резисторах R1, R2.

РезисторП1 выполняет функцию датчика тока, протекающего через регулирующий транзистор VT4. В случае превышения тока этого транзистора максимального значения (около 0,5 А) падение напряжения на резисторе R1 достигнет 0,6 В, т е. порогового напряжения открывания транзистора VT3, Открываясь, он шунтирует эмиттерный переход регулирующего транзистора, тем самым ограничивая его ток примерно до 0,5 А.

Таким образом, при кратковременных превышениях током нагрузки максимального значения транзисторы VT3 и VT4 работают в режиме ГСТ, что вызывает падение выходного напряжения без срабатывания защиты от перегрузки по току. Через некоторое время, пропорциональное постоянной времени цепи R5C1, это приводит к открыванию транзистора VT2.1 и дальнейшему открыванию транзистора VT3, закрывающего транзистор VT4. Такое состояние транзисторов устойчивое, поэтому после устранения короткого замыкания или обесточивания нагрузки необходимо Отключить устройство от сети и вновь включить после разрядки конденсатора С1.

Ток короткого замыкания устройства равен нулю, а значит, исключает перегрев регулирующего транзистора при срабатывании защиты. Резистор R3 необходим для надежной работы транзистора VT4 при малых токах и повышенной температуре. Конденсатор С2, шунтирующий выход стабилизатора, предотвращает самовозбуждение устройства, причиной которого может стать глубокая ООС по напряжению.

Резистор R6 в коллекторной цепи транзистора VT2,1 ограничивает ток во время переходных процессов при включении защиты, а светодиод HL1 выполняет функцию индикатора перегрузки.

Основные параметры стабилизатора

Входное напряжение, В . 14. 20

Выходное напряжение, В. 12

Ток нагрузки, А . 0. 0,5

напряжения при токе

нагрузки от 0 до 0,5 А, В.

Схемы защиты стабилизаторов напряжения по току

Простой стабилизатор напряжения с защитой по току.

Ниже представлена схема стабилизатора напряжения для питания низковольтной аппаратуры. Основные отличия этой схемы — простота, доступная элементная база, возможность плавной регулировки как выходного напряжения, так и тока, при котором происходит срабатывание защиты.

Собственно стабилизатор выполнен по общеизвестной схеме на параллельном стабилизаторе (регулируемый стабилитрон) TL431 и мощном биполярном транзисторе VT1. В схему введён «измерительный» резистор R2 для контроля потребляемого нагрузкой тока. При превышении тока нагрузки или КЗ на выходе стабилизатора падение напряжения на R2 становится достаточным для открывания транзистора VT2. При открывнии VT2 открывается также VT3 и шунтирует источник опорного напряжения. При этом выходное напряжение уменьшается практически до нуля, тем самым защищая регулирующий транзистор от перегрузки по току. Для обеспечения возможности точной установки порога срабатывания защиты по току используется подстроечный резистор R3, включённый параллельно R2. Светодиод LED1 красного цвета индицирует срабатывание защиты, а LED2 (зелёный) — наличие выходного напряжения.

Детали и настройка:

В качестве регулирующего ( VT1) применён составной транзистор КТ827А, обеспечивающий нормальную работу параллельного стабилизатора при изменении тока нагрузки и достаточный ток при сохранении надёжности устройства в целом. Транзисторы VT2 и VT3 — любые маломощные соответствующей проводимости. VT2 желательно выбрать с большим коэффициентом передачи по постоянному току — не ниже 200. Светодиоды — любые подходяцего цвета, хоть АЛ307. Подстроечные резисторы — проволочные с червячным редуктором СП5-2 для возможности более точной установки и обеспечения стабильности настроек. Резистор R2 — СП5-16МВ 5, остальные резисторы — МЛТ 0.25.

Читайте так же:
Импульсный стабилизатор тока для зарядного устройства

Правильно собранный стабилизатор начинает работать сразу, необходимо лишь выставить нужное выходное напряжение стабилизатора (R6) и , нагрузив стабилизатор реостатом, выставить ток, при котором происходит срабатывание защиты (R3). При указанных на схеме номиналах деталей стабилизатор обеспечивал ток нагрузки до 14А и срабатывание защиты при 15А. Если необходимо обеспечить срабатывание защиты при меньших токах, то может понадобиться увеличение номинала резистора R2. При R2=0.1 Ом минимальный ток срабатывания защиты равен примерно 8А. Если необходимо получение бОльших токов нагрузки, то необходимо параллельное включение двух или более транзисторов с выравнивающими резисторами в эмиттерах. В любом случае транзисторы должны быть составные. Для обеспечения работы защиты при токе 20-22А номинал R2 необходимо уменьшить вдвое, включив параллельно такой же резистор. В любом случае при практическом изготовлении необходимо соблюдать все требования для подобного рода устройств. Регулирующий транзистор должен быть установлен на достаточно большом радиаторе.

Ниже преведена ещё одна версия стабилизатора, где после кратковременного срабатывания защиты схема остаётся в выключенном состоянии. И так будет продолжаться до отключения блока питания от сети и разряда фильтрового конденсатора. Такая схема больше подходит для лабораторного источника питания. Это достигнуто путём включения вместо транзистора VT3 оптотиристора.

UA1ZH © 2007

Схемы защиты стабилизаторов

Транзисторные стабилизаторы напряжения и тока и их нагруз­ка чувствительны к различным перегрузкам. В первую очередь это характерно для стабилизаторов напряжения с последователь­ным регулирующим элементом, у которых при коротком замыка­нии в цепи нагрузки или на выходе увеличиваются мощность, ток РЭ и напряжение, а при пробое РЭ или при неисправностях цепи управления все напряжение источника питания приложено к на­грузке.

В современных стабилизаторах схемы защиты от перегрузки (короткого замыкания) на предохранителях и реле из-за их низ­кого быстродействия используются редко.

Широко применяются транзисторные схемы защиты от пере­грузки. В компенсационном стабилизаторе, представленном на рис. 136, схему защиты образуют транзистор VT2 и резисторы R2, R3, R4. Ток нагрузки IR4 в схеме протекает через измерительный резистор R4

Рис. 136. Схема последовательного КС напряжения с транзисторной

защитой от перегрузок

и создает на нем падение напряжения, обеспе­чивающее прямое смещение эмиттерного перехода транзистора VT2. Когда ток нагрузки находится в пределах нормы, падение напряжения на резисторе R4 мало и транзистор VT2 закрыт. Пусть по какой-либо причине ток нагрузки IН увеличился (например, уменьшилось сопротивление RН), следовательно, увеличится па­дение напряжения на резисторе R4, и транзистор VT2 откроется. Начав проводить ток, этот транзистор создает на резисторе R1 падение напряжения, «плюс» которого приложен к базе транзи­стора VT1,и вызывает уменьшение тока I61, значит, транзистор VT1 закрывается, а ток нагрузки уменьшается. При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки схема защиты работает в режиме стабилизации тока нагрузки, т.е. с незначительным изме­нением Iн, поэтому уменьшается напряжение нагрузки, а следо­вательно, уменьшается падение напряжения на резисторе R2, тран­зистор VT2 больше приоткрывается, а транзистор VT1 больше подзапирается.

Читайте так же:
Схемы стабилизаторов тока в нагрузке

Рассмотрим работу стабилизатора напряжения, приведенного на рис. 137, схема защиты которого включает в себя транзистор VT2 и резисторы R2, RЗ, R4. Так же, как и в схеме на рис. 136, в данную схему введен резистор R4 — датчик тока перегрузки, на котором падает напряжение, пропорциональное току нагрузки. На эмиттерный переход транзистора VT2 подается разность на­пряжений на резисторах R4 и R2 таким образом, чтобы для него UR4 являлось отпирающим смещением, a UR2 запирающим. Кол­лектор транзистора VT2 соединен с базой регулирующего транзи­стора VT1. При этом участок коллектор — эмиттер транзистора VT2 шунтирует базовую цепь транзистора VT1 через резистор R4.

В нормальном режиме транзистор VT2. заперт и не влияет на работу стабилизатора. При перегрузке ток срабатывания сначала

Рис. 137. Схема стабилизатора напряжения с защитой от перегрузок

ограничивается заданным уровнем, а затем по мере уменьшения сопротивления нагрузки начинает уменьшаться выходное напря­жение, вызывая уменьшение запирающего смещения на базе тран­зистора VT2. При этом ток перегрузки также начинает умень­шаться и при коротком замыкании становится меньше тока сра­батывания схемы зашиты.

В обеих рассмотренных схемах защиты при большой выходной мощности ток и мощность короткого замыкания достигают зна­чительных значений, что ограничивает применение этих схем в мощных стабилизаторах.

После устранения короткого замыкания и перегрузки данные схемы автоматически возвращаются в нормальный режим стаби­лизации, и поэтому называются схемами с самовозвратом.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

Устройства для защиты стабилизаторов напряжения (24В, 0-27В)

Перегрузка стабилизированного выпрямителя при коротком замыкании в нагрузке или по другой причине обычно приводит к выходу из строя регулирующего транзистора. Защитить стабилизатор от перегрузки можно с помощью защитного устройства.

Простое защитное устройство

Защитное устройство, входящее в стабилизатор блока питания, схема которого показана на рис. 1, обладает высоким быстродействием и хорошей «релейностью», т. е. малым влиянием на характеристики блока врабочем режиме и надежным закрыванием регулирующего транзистора V2 в режиме перегрузки. Защитное устройство состоит из тринистора V3, диодов V6, V7 и резисторов R2 и R3.

Рис. 1. Схема простого защитного устройства.

В рабочем режиме тринистор V3 закрыт и напряжение на базе транзистора V1 равно напряжению стабилизации цепочки стабилитронов V4, V5. При перегрузке ток через резистор R2 и падение напряжения на нем достигают значений, достаточных для открывания тринистора V3 по цепи управляющего электрода. Открывшийся тринистор замыкает цепочку стабилитронов V4, V5, что приводит к закрыванию транзисторов V1 и V2.

Читайте так же:
Стабилизаторы тока для телевизоров

Для того чтобы восстановить рабочий режим после устранения причины перегрузки, нужно нажать и отпустить кнопку S1. При этом тиристор закроется» а транзисторы V1 и V2 снова откроются. Резистор R3 и диоды V6, V7 защищают управляющий переход тринистора V3 от перегрузок по току и напряжению соответственно.

Стабилизатор обеспечивает коэффициент стабилизации около 30, защита срабатывает при токе, превышающем 2 А.

Транзистор V2 можно заменить на КТ802А, КТ805Б, а V1 — П307, П309, КТ601, КТ602 с любым буквенным индексом. Тринистор V3 может быть любым из серии КУ201, кроме КУ201А и КУ201Б.

Стабилизатор с защитой для блока питания

Стабилизатор блока питания, схема которого изображена на рис. 2 может быть защищен от перегрузок и коротких замыканий нагрузки добавлением всего двух элементов — тиристора V3 и резистора R5.

Рис. 2. Принципиальная схема стабилизатора для блока питания с защитой (0-27В).

Защитное устройство срабатывает, когда ток нагрузки превысит пороговое значение, определяемое сопротивлением резистора R5. В этот момент падение напряжения на рези-: сторе R5 достигает напряжения открывания тиристора V3 (около 1 В), он открывается, и напряжение на базе транзистора V2 уменьшается почти до нуля. Поэтому транзистор V2, а затем и V4 закрывают, отключая цепь нагрузки.

Для возвращения стабилизатора в исходный режим нужно кратковременно нажать на кнопку S1. Резистор R3 служит для ограничения тока базы транзистора V4. Резистор R5 наматывают медным проводом. Выходное сопротивление стабилизатора можно уменьшить, если R5 включить так, как показано на схеме штриховой линией. Если при включении стабилизатора будут наблюдаться ложные срабатывания, конденсатор С2 следует исключить из устройства. Максимальный ток нагрузки — 2 А.

Вместо транзистора П701А можно использовать КТ801А, КТ801Б. Транзистор V2 можно заменить на КТ803А, КТ805А, КТ805Б, П702, П702А.

Стабилизатор с установкой порогового тока для защиты

Защитное устройство, изображенное на рис. 3, собрано на транзисторах V1 и V2 (в его состав входят также резисторы R1—R4, стабилитрон V3, переключатель S1 и лампа накаливания H1). Требуемое значение тока срабатывания устанавливают переключателем S1. В рабочем режиме за счет базового тока, протекающего через резистор R1 (R2 или R3), транзистор V1 открыт и падение напряжения на нем невелико.

Рис. 3. Принципиальная схема стабилизатора с установкой порогового тока для защиты.

Поэтому ток в базовой цепи транзистора V2 очень мал, стабилитрон V3, включенный в прямом направлении, и транзистор V2 закрыты.

С увеличением тока нагрузки стабилизатора падение напряжения на транзисторе V1 увеличивается. В некоторый момент стабилитрон V3 открывается, вслед за ним открывается транзистор V2, что приводит к закрыванию транзистора V1. Теперь на этом транзисторе падает почти все входное напряжение, и ток через нагрузку резко уменьшается до нескольких десятков миллиампер.

Лампа Н1 загорается, указывая на срабатывание предохранителя. В исходный режим его возвращают, кратковременно отключая от сети. Коэффициент стабилизации — около 20.

Читайте так же:
Регулировка напряжения тока в стабилизаторах напряжения

Транзисторы V1 и V7 установлены на теплоотводах с эффективной площадью теплового рассеяния около 250 см2 каждый. Стабилитроны V4 и V5 укреплены на медной теплоотводящей пластине размерами 150 X 40 X 4 мм. Налаживание электронного предохранителя сводится к подбору резисторов R1—R3 по требуемому току срабатывания.

Лампа H1 типа КМ60-75.

Электронно-механическое устройство защиты от перенагрузки

Электронно-механическое устройство защиты, схема которого изображена на рис. 4, срабатывает в два этапа — сначала выключает питание электронного устройства, затем полностью блокирует нагрузку контактами К1.1 электромеханического реле К1. Оно состоит из транзистора V3, нагруженного двухобмоточным электромагнитным реле К1, стабилитрона V2, диодов V1, V4 и резисторов R1 и R2.

Рис. 4. Электронно-механическое устройство защиты, принципиальная схема.

Каскад на транзисторе V3 сравнивает напряжение на резисторе R2, пропорциональное току нагрузки стабилизатора, с напряжением на стабилитроне V2, включенном в прямом направлении. При перегрузке стабилизатора напряжение на резисторе R2 становится больше напряжения на стабилитроне, и транзистор V3 открывается. Благодаря действию положительной обратной связи между цепями коллектора и базы этого транзистора в системе транзистор V3 — реле К1 развивается блокинг-процесс.

Длительность импульса — около 30 мс (в случае применения реле РМУ, паспорт РС4.533.360СП). Во время импульса напряжение на коллекторе транзистора V3 резко уменьшается. Это напряжение через диод V4 передается на базу регулирующего транзистора V5 (напряжение на базе транзистора становится положительным относительно эмиттера), транзистор закрывается, и ток через цепь нагрузки резко уменьшается.

Одновременно с открыванием транзистора V3 начинает увеличиваться ток через коллекторную обмотку реле К1, и через 10 мс оно срабатывает, самоблокируется и отключает цепь нагрузки контактами К1.1. Для восстановления рабочего режима на короткое время отключают напряжение сети. Защита срабатывает при токе 0,4 А, коэффициент стабилизации равен 50.

Защита от перенагрузки по току с использованием динисторного оптрона

В защитном устройстве, схема которого изображена на рис. 5, используют динисторный оптрон V6, что повышает быстродействие защиты. При токе нагрузки, меньшем порогового, электронный ключ на транзисторах V1—V3 открыт, индикаторная лампа HI горит, а оптрон выключен (светодиод не горит, фототиристор закрыт).

Рис. 5. Схема защиты от перенагрузки по току с использованием динисторного оптрона.

Как только ток нагрузки достигнет порогового значения, падение напряжения на резисторах R5, R6 возрастает настолько, что включится оптрон, через фототиристор которого на базу транзистора V1 поступит положительное напряжение, и электронный ключ закроется. В рабочее состояние устройство возвращают кратковременным нажатием на кнопку S1.

Напряжение на нагрузке возрастает медленно, со скоростью зарядки конденсатора C1. Это устраняет броски тока, вызывающие либо ложное срабатывание защиты» либо выход из строя деталей нагрузки при включении питания.

Порог срабатывания устанавливают резистором R5. Для транзисторов V2, V3 требуется теплоотвод площадью 100. 200 см2. Максимальный ток нагрузки 5 А, минимальный ток срабатывания 0,4 А.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию