Tranzistorové stabilizátory s ochranou proti přetížení (teorie)

Zásoby energie

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Vypínací proud "pojistky" lze přibližně určit vzorcem

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

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

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

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

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

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

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

Koeficient 0,5 je stejně jako v předchozím případě experimentální. Při sepnutí zátěže je amplituda výstupních proudových impulsů přibližně dvakrát větší než proud ochrany.

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

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

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

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

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

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

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

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

LITERATURA

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

Zahrneme do obvodu zátěžového proudu speciální odpor R T, který funguje jako převodník proudu na napětí. Když proud protéká odporem, uvolní se napětí s polaritou uvedenou na obrázku 22. Toto napětí působí na vstup tranzistoru VT 3. Při daném proudu se tranzistor otevře a přebírá část proudu báze tranzistoru VT 1. Ten uzavírá a omezuje kolektorový proud. Při maximálním zatěžovacím proudu tranzistor VT 3 je uzavřen a nemá vliv na činnost stabilizátoru.

Časté napájecí napětí je k dispozici z palubního nebo vestavěného stejnosměrného napájecího zdroje. Optimálním řešením je použití napájení, které lze připojit ke zdrojům AC a DC. Proto si určitě ověřte, zda a do jaké míry je to u daného modelu spínaného zdroje možné.

Zadejte počet a velikost napětí potřebných k napájení jednotlivých obvodů nebo obvodů. Velmi důležité je upřesnění požadavků na přesnost seřízení a přesnost stabilizace jednotlivých napětí. Pro optimalizaci napájení je důležité zbytečně nezvyšovat požadavky na stejnosměrné napětí. Je zřejmé, že v případě napájení digitálních obvodů, procesorů atd. Tato napětí musí být v rámci specifikovaných tolerancí v systémech přesného měření mohou být tyto tolerance pro některá napětí velmi těsné.

1. Výběr proudového odporu.

Předpokládejme, že ochrana by se měla zapnout, pokud proud překročí dvojnásobek maximálního zatěžovacího proudu. Vezměme si tranzistor VT 3 germanium typu n-p-n. Vypínací napětí takového tranzistoru je 0,3 V. (2 já Nmax = 0,12 A). Vypočítejte hodnotu odporu R T.

R T = 0,3 V/0,12 A = 2,5 Ohm. Zvolte nižší nominální hodnotu

Je však důležité, aby uživatel nepovažoval napájecí napětí za referenční napětí pro účely měření. Tato běžná chyba často brání efektivnímu fungování celého zařízení. Je velmi důležité určit vzájemnou izolaci mezi pevnými výstupními napětími. V některých systémech je to nutné, protože silové obvody mohou být připojeny k různým potenciálům nebo mohou být vystaveny rušení napájení jiných citlivých částí obvodu.

Všimněte si, že použití galvanického oddělení mezi výstupními napětími je další překážkou a zvyšuje náklady a velikost napájecího zdroje a často brání přesné regulaci a vyšším zatěžovacím proudům. Zatěžovací proudy pro jednotlivá pevná napětí.

2,4 Ohm. Vypočítá se ztrátový výkon na rezistoru a jeho typ.

2. Tranzistor VT 3 si můžete vybrat libovolné germanium typu n-p-n.

U SVATÝ

3.9 Přepěťová ochrana zátěže

V případě poruchy tranzistoru VT 1 (obrázek 19) zátěž přijímá plné napájecí napětí, které ji může poškodit. Je vyžadován obvod pro ochranu zátěže před možným přepětím. V takových případech se používají vysokorychlostní elektronické ochranné obvody, obrázek 23. Toto schéma ukazuje prvky pro indikaci stavu stabilizátoru, indikace bude dále diskutována.

To jsou proudy přijímané samostatným obvodem. Posouzení hodnoty těchto proudů je rozhodující při výběru správných napájecích modulů. V praxi je mnohem obtížnější určit zatěžovací proud než požadované napájecí napětí. Proud závisí na mnoha proměnných jako např.

Provozní podmínky systémových tolerancí komponent vnějších systémových podmínek. . Pro optimalizaci výkonu je však nutné vyhodnocení zatěžovacích proudů. Často používaný uživateli k výraznému zvýšení poptávky po napájení oproti skutečným potřebám, zvyšuje cenu a velikost napájecích zdrojů. V případě často používaných spínaných napájecích obvodů tento postup někdy vede k tomu, že zařízení není schopno provozovat zdroj, protože jednoduché spínané zdroje nepracují při příliš nízkém jmenovitém zatěžovacím proudu.

Ochranný obvod tvoří tyristor VS 5, zenerova dioda V.D. 4 a odpor. (Proudový ochranný obvod není na obrázku znázorněn.) Ve výchozím stavu tyristor VS 5 je uzavřen, jeho řídicí vstup je přes odpor připojen ke katodě R 2. Zenerova dioda V.D. 4 je také uzavřeno, jeho spínací napětí je o 10 % vyšší než napětí zátěže. Jakmile se zátěžové napětí z jakéhokoli důvodu zvýší, zenerova dioda V.D. 4 se otevře, na řídicí elektrodu tyristoru se přivede napětí, tyristor se otevře a zkratuje vstupní obvod stabilizátoru. Po tomto vyhoří pojistka F.U..

Zvážíme také průměrné a okamžité hodnoty těchto proudů. V případě pulzního proudu je důležité určit dobu trvání proudového pulzu a pracovní cyklus. Typicky může každý napájecí zdroj odolat značnému, ale krátkodobému přetížení bez zvýšení složitosti systému nebo zbytečných předimenzovaných součástí.

Chcete-li se vypořádat s více napájecími napětími, musíte vytvořit vztah mezi zátěžovými proudy a zjistit, které z nich jsou pevné a které se mění v širokém rozsahu. Čím přesnější podmínky napájení, tím snazší bude najít nejmenší, nejlevnější a nejspolehlivější zdroj energie.

1. Odpor R 2 omezuje proud zenerovy diody na úroveň
5 ÷ 10 mA. Z těchto podmínek se vybere zenerova dioda a rezistor. V uvažovaném příkladu U H = 10 V. Můžete použít zenerovu diodu KS213V se spínacím napětím 13 V (tabulka 2). Když selže tranzistor VT 1 na zenerovu diodu V.D. 4, lze dodávat minimální napájecí napětí 20 V Nastavíme proud zenerovy diody na 5 mA. V případě poruchy zenerovy diody na rezistor R 2 přiložené napětí (20 – 13) = 7 V. Odpor R 2 = 7 V/5 mA = 1,4 kOhm.

Reagovat na změny zatížení přechodu. Mnoho silových obvodů přijímá při zapnutí pulzní proudy a při vypnutí se přeruší. Ke kolísání výkonu dochází v situacích, pro které je vhodná výstupní impedance zdroje a dynamické charakteristiky regulátoru napájecího napětí. Tyto okamžité změny napětí mohou v mnoha případech narušit provoz jiných přijímačů připojených ke stejnému zdroji. Správná identifikace a určení odběru pulzního proudu usnadňuje rozhodování, zda izolovat napájecí napětí, použít zdroj s lepšími dynamickými charakteristikami nebo použít přídavné filtrační prvky přímo v napájecím zdroji.

+ C 2

S 1

F.U.

V.D. 5

V.D. 6

R 2

VS 5

R H

VT 1

U A

V.D. 4

Rýže. 23 - Ochranný obvod a indikace zátěže

R 4

Svatý

R 3

Vypočítá se ztrátový výkon na rezistoru a zvolí se jeho typ.

Zkontrolujme, zda proud zenerovou diodou překračuje přípustnou hodnotu při maximálním napětí zdroje 27,6 V.
(27,6 – 13) V/1,4 kOhm = 10,4 mA, což je pro zvolený typ zenerovy diody celkem přijatelné.

2. Výběr tyristoru.

Spínací napětí tyristoru musí být větší než napájecí napětí U A max (parametr U Tabulka 5). Při výběru tyristoru se můžete řídit následující podmínkou. Pokud je zatěžovací proud menší než 100 mA, zvolí se tyristor s anodovým proudem 100 mA nebo méně. Pokud je zatěžovací proud větší než 100 mA, pak se zvolí tyristor s anodovým proudem 100 mA nebo více.

V takových případech obvykle nejlepší výsledky přinese výběr specializovaného spínaného zdroje v úzké spolupráci s výrobcem nebo kompetentním obchodním zástupcem. Potlačení rušení a zvlnění. Všechny napájecí systémy mají určitou složku střídavého napětí aplikovanou na správné výstupní stejnosměrné napětí. Důvody tohoto hluku a pulzace jsou následující.

Charakter pulsace je znázorněn na obrázku. Je důležité si uvědomit existenci a povahu těchto vlnek, které v zásadě u správně navržených a provedených napájecích zdrojů nepřesahují několik desítek až několik stovek mVr. Některé systémy vyžadují dodatečné filtrování těchto vlnek. Je však důležité pamatovat na to, že nadměrné požadavky na zvlnění u spínaného zdroje budou mít za následek značné zvýšení nákladů. Ve většině případů je mnohem snazší dosáhnout efektivního útlumu blízko součástek, které jsou zvláště citlivé na zvlnění a šum napájecího zdroje.

V příkladu můžete vybrat tyristor KU101V U A = 50 V, já A = 80 mA.

Vybrané prvky jsou přidány do seznamu prvků obvodu.

Indikace stavu stabilizátoru

Stav stabilizátoru je indikován pomocí světelných diod (LED). Normální stav bývá indikován zeleně popř žlutá, kritický stav - červená.

Při určování požadavků na startovací výkon napájecího zdroje je třeba mít vždy na paměti, že tradiční systémy s konvenčním řešením mají výrazně nižší zvlnění výstupního napětí, a proto je pro uživatele často optimálním řešením použití takového zdroje, nebo kombinace lineárních pulzních regulátorů použitých na jednom nebo více výstupech Zlepšení koeficientu stability a snížení úrovně zvlnění. Je však důležité pamatovat na to, že u tohoto řešení jde nejčastěji o výrazné snížení proudového odběru těchto výstupů a problém s dodatečnými ztrátami výkonu, které mají za následek vyšší teploty.

1. Odpor R 4 se volí na základě podmínek minimálního proudu LED a minimálního napětí na něm (tabulka 6). Vyberme LED KL101A s parametry já PR = 10 mA, U PR = 5,5 V.

R 4 = (U N – U ATD)/ já PR = 4,5 V/10 mA = 450 Ohm. Vyberte nejbližší nižší nominální hodnotu odporu. Vypočítá se ztrátový výkon na rezistoru a zvolí se jeho typ.

Obvykle jsou vyžadovány další chladiče a strukturální záruky pro účinný odvod tepla. Zejména u pulzních systémů se často stává, že měření je zatíženo velmi velkou chybou způsobenou indukcí rychle se měnících napětí v měřicích vodičích. Vzhledem k možnosti indukce šumu ve vodičích spojujících výstup spínaného zdroje se zátěží se doporučuje použít tlumicí systémy přímo v blízkosti zátěže.

Zde je také třeba poznamenat, že při stanovení přesnosti stabilizace výstupního napětí je třeba vzít v úvahu zvlnění výstupního napětí. Často se vyskytují případy, kdy jsou požadavky na přesnost pro stabilizaci průměrné hodnoty výstupního napětí výrazně nižší než úroveň reálného zvlnění, což je zcela nepřiměřené.

2. Indikace stavu přetížení stabilizátoru se provádí pomocí LED diod V.D. 5. Ve výchozím stavu dioda nesvítí. Pokud se tyristor otevře, napětí na něm klesne na jeden volt a LED protéká proud. Výpočet mezního odporu R 5 je podobný výpočtu odporu R 4.

LED dioda je zvolena s červeným světlem.

Ochrana proti zkratu a přetížení. Zpravidla jsou všechny proudové, spolehlivější napájecí zdroje chráněny před přetížením nebo zkratem ve výstupních obvodech. Výjimkou jsou jednoduché, levné napájecí zdroje, které jsou trvale integrovány se snadno použitelnými a nereagujícími napájecími obvody.

Vzhledem k různým metodám ochrany používaných v napájecích zdrojích je důležité pochopit, že některé nemusí být kompatibilní s požadavky na zátěž. Níže jsou uvedeny hlavní typy bezpečnostních prvků a jejich charakteristiky. Ochranný obvod v tomto případě v případě přetížení způsobí přepnutí zdroje z regulátoru napětí do režimu stabilizace výstupu na určité úrovni. Tento proud je udržován na konstantní nebo mírně rostoucí hodnotě bez ohledu na velikost přetížení, dokud nedojde ke zkratu impulsního spínače.

3. Pojistka F.U. je zvolen pro takový proud, že pracuje při přípustném tyristorovém proudu.

4. Pro eliminaci nízkofrekvenčního a vysokofrekvenčního rušení jsou na výstupu stabilizátoru paralelně se zátěží zapojeny kondenzátory S 1 = 0,1 uF a S 2 = 10 ÷ 20 µF.

3.11 Závěr

Po provedení všech výpočtů a výběru prvků je vypracován závěr. Odráží úkol, tzn. co mělo být navrženo a jsou uvedeny parametry stabilizátoru NA SVATÝ, R EXIT a U ISR získaný jako výsledek návrhu.

Výstupní charakteristiky napájecího zdroje s takovou ochranou jsou znázorněny na obrázku. Nevýhody tohoto typu ochrany jsou především výskyt značných výkonových ztrát v pulzním energetickém systému a vysoký proud přes zátěžové obvody, což může způsobit další poškození.

Mějte však na paměti, že tento typ ochrany umožňuje spolehlivé připojení UPS k většině typů lineárních i nelineárních zátěží, což je důležité zejména při napájení zařízení, kde napájecí zdroj výrazně překračuje jmenovitý proud. Tento typ ochrany sníží výstupní proud po překročení zátěžového proudu. To je velmi výhodné pro samotný napájecí zdroj, protože jej chrání před nadměrnou ztrátou výkonu v případě vysokého přetížení nebo zkratu, ale velmi často brání zdroji provozovat nelineární zátěž.

3.12 Sestavení schematického nákresu stabilizátoru

Po dokončení výpočtů jednotlivých komponentů je nutné sestavit kompletní schéma zařízení. Ke schématu na Obr. 19 je doplněn ochranný obvod z Obr. 22, Obr. 23. Číslování prvků je spojité, jmenovité hodnoty prvků nejsou uvedeny, šipky směrů proudů a napětí také nejsou uvedeny. Schéma zařízení je vypracováno na list A3, je nakreslen rámeček a hlavní nápis (razítko), příloha 3.

Obrázek 4 ukazuje výstupní charakteristiky zařízení s takovou ochranou a hypotetickým pracovním bodem, který by se stabilizoval při pokusu o zapnutí nebo v případě krátkodobého přetížení. Tento typ ochrany se stále více využívá zejména u spínaných zdrojů, kde je deaktivace ovládání spínače poměrně jednoduchá. Hlavní výhodou tohoto řešení je zjednodušení konstrukce, protože není potřeba předvídat dlouhodobý provoz UPS při přetížení nebo zkratu.

Současně s tepelnou ochranou proti přetížení lze integrovat tepelnou ochranu, která by měla také přerušit napájení. Hlavní nevýhodou spínací ochrany je nemožnost interakce s přijímači, které dočasně přijímají proud mnohem vyšší, než je jmenovitý proud, a proto pokaždé vypínají napájení. Tento problém však není v praxi příliš velkou překážkou. Obecně platí, že úroveň ochrany a vypnutí napájecího zdroje je mnohem vyšší než jmenovitý proud kvůli velmi krátké době provozu UPS s vysokým přetížením.

Při kreslení schematický diagram Měli byste se řídit požadavky GOST, které najdete v knihovně. Můžete použít standardní kreslicí program Microsoft Word, SPlan, Compass nebo Electronics Workbench.

Pokud je schéma vytvořeno na počítači, můžete jej rozdělit na dvě části, vytisknout na dva listy A4 a poté slepit.

Za druhé se většinou vypne po pár desítkách či stovkách milisekund, kdy spínaný zdroj obvykle pracuje v režimu podobném běžné regulaci. Pokud během této doby přetížení pomine, k vypnutí samozřejmě nedojde. Napájecí zdroje odolné proti neoprávněné manipulaci se po krátké době automaticky zapnou, a pokud dojde k přetížení nebo zkratu, začnou normálně fungovat. V mnoha případech je toto chování zdroje dostatečné a pro uživatele nepředstavuje problém.

Schematický diagram musí být doprovázen seznamem prvků - specifikace provedená v souladu s GOST (příloha 4). Pokud to místo na listu A3 dovolí, lze nad hlavní nápis výkresu umístit tabulku se seznamem prvků.

POŽADAVKY NA FORMULACI PRÁCE

4.1 Dokumentace prací

Celoroční práce musí být naformátována ve formě vysvětlivky, vyhotovené na listech A4 počítačovou nebo ručně psanou metodou.

Na všech čtyřech stranách listu s poznámkami by měly být okraje vlevo - 25 mm, 10 mm po celém obvodu.

Listy vysvětlivky musí být připevněny ve dvou až třech bodech ve vzdálenosti 10 mm od levého okraje listu. Použití kancelářských spon a plastových obálek (složek) není povoleno.

Vysvětlivka musí nutně obsahovat podmínky úlohy umístěné na druhém listu (číslo možnosti je uvedeno na titulní straně). Schémata návrhu ve vysvětlivce musí být provedena podle šablony. Diagramy v textu jsou výkresy a musí mít průběžné číslování a popisky.

Všechna písmenná označení fyzikálních veličin musí být uvedena na obrázku nebo vysvětlena v textu.

Výpočet číselných hodnot fyzikálních veličin by měl být formátován takto: po výpočtovém vzorci napsaném v písmenném zápisu se do něj dosadí číselné hodnoty veličin a poté výsledek výpočtů a označení jednotky fyzikální veličiny jsou uvedeny bez závorek. Musí být uveden rozměr výsledné hodnoty. Pokud alespoň jedna veličina obsažená ve vzorci má tři významné postavy, pak musí mít výsledek také tři platné číslice. Jako příklad návrhu výpočtového vzorce můžete použít vzorec pro výpočet stabilizačního koeficientu NA SVATÝ.

Práce odevzdané ke kontrole musí být dokončeny v plném rozsahu;

Opravy by měly být provedeny přeškrtnutím nesprávného výsledku a napsáním správného výše nebo vpravo od nesprávného. Pokud je práce kompletně přepsána, pak by měla být do opraveného textu zahrnuta předchozí verze práce s komentáři učitele (s výjimkou titulní strany, která by měla být převedena do opraveného textu).

Příklad provedení titulní strany poznámky je uveden v příloze 2. Titulní strana je strana číslo 1, ale číslo se neuvádí. Dlouhé číslo pod názvem označuje následující. Na první pozici je číslo vzdělávací odbornosti, další dvě pozice ve vzdělávacích projektech se nevyplňují, na předposlední pozici jsou poslední dvě číslice čísla žákovského průkazu nebo evidenční knihy, na poslední pozici je PZ - kód dokladu - vysvětlující Poznámka.

V hlavním nápisu schématu zapojení je tato pozice označena E3 - označující schéma elektrického zapojení.

V příloze jsou uvedeny proudově-napěťové charakteristiky tranzistorů, které byly použity při výpočtech. Tyto charakteristiky lze zkopírovat z elektronické verze příručky nebo z internetu a umístit do textu vysvětlivky.

4.2 Tabulka pro výběr volby a údaje pro výpočet stabilizátoru

Číslo volby se vybírá podle pořadového čísla studenta ve skupinovém deníku.

Kolísání napájecího napětí je ±15 % pro všechny možnosti.

Stůl 1.

Ne. Var.	U ST V	já HmA	∆t 0 C	Materiál tranzistoru	NA ST ne méně	TKN% z U SVATÝ
		50±20 %		Si		méně než 1 %
		90±20 %		Si		méně než 1 %
		60±40 %		Ge		méně než 0,5 %
		70±20 %		Si		méně než 0,9 %
		80±30 %		Ge		méně než 0,5 %
		82 ± 20 %		Si		méně než 1 %
		96 ± 30 %		Ge		méně než 0,5 %
		50±40 %		Si		méně než 0,8 %
		90±20 %		Ge		méně než 0,5 %
		40±40 %		Si		méně než 1 %
		60±40 %		Ge		méně než 0,6 %
		80±30 %		Si		méně než 1 %
		70±20 %		Ge		méně než 0,9 %
		90±40 %		Si		méně než 0,9 %
		100±40 %		Si		méně než 0,7 %
		92 ± 40 %		Ge		méně než 1 %
		80 ± 20 %		Si		méně než 0,5 %
		60±30 %		Ge		méně než 1 %
		88 ± 40 %		Si		méně než 0,8 %
		90±30 %		Ge		méně než 0,4 %
		50±20 %		Si		méně než 0,5 %
		40±40 %		Ge		méně než 1 %
		60±40 %		Si		méně než 0,5 %
		80 ± 20 %		Ge		méně než 1 %
		120±10%		Si		méně než 0,4 %
		70±40 %		Ge		méně než 0,8 %
		90±30 %		Si		méně než 0,5 %

Tabulka 1. Pokračování.

5. REFERENČNÍ ČÁST

5.1 Stanovení plochy radiátoru

Stabilizátor proudu pro LED se používá v mnoha lampách. Jako všechny diody mají LED nelineární závislost proud-napětí. Co to znamená? Jak se napětí zvyšuje, proud pomalu začíná získávat výkon. A pouze při dosažení prahové hodnoty se jas LED nasytí. Pokud se však proud nepřestane zvyšovat, lampa může shořet.

Správný chod LED lze zajistit pouze díky stabilizátoru. Tato ochrana je také nezbytná kvůli kolísání prahových hodnot napětí LED. Při zapojení do paralelního obvodu mohou žárovky jednoduše shořet, protože musí procházet množstvím proudu, které je pro ně nepřijatelné.

Typy stabilizačních zařízení

Podle způsobu omezení proudu se rozlišují zařízení lineárního a pulzního typu.

Protože napětí na LED je konstantní, jsou proudové stabilizátory často považovány za stabilizátory výkonu LED. Ve skutečnosti je tato změna přímo úměrná změně napětí, která je typická pro lineární vztah.

Lineární stabilizátor se zahřívá, čím více je na něj aplikováno napětí. To je jeho hlavní chyba. Výhody tohoto designu jsou způsobeny:

nepřítomnost elektromagnetického rušení;
jednoduchost;
nízké náklady.

Ekonomičtějšími zařízeními jsou stabilizátory na bázi pulzního měniče. V tomto případě je energie čerpána po částech - podle potřeby spotřebitele.

Lineární obvody zařízení

Nejjednodušší obvod stabilizátoru je obvod postavený na bázi LM317 pro LED. Ty jsou analogem zenerovy diody s určitým provozním proudem, který může projít. Vzhledem k nízkému proudu můžete jednoduché zařízení sestavit sami. Tímto způsobem je sestaven nejjednodušší ovladač pro LED lampy a pásky.

Mikroobvod LM317 je pro svou jednoduchost a spolehlivost již desítky let hitem mezi začínajícími radioamatéry. Na jeho základě si můžete sestavit nastavitelný napájecí zdroj, LED driver a další napájecí zdroje. To vyžaduje několik externích rádiových komponent, modul funguje okamžitě, není nutná žádná konfigurace.

Integrovaný stabilizátor LM317 je jako žádný jiný vhodný pro vytváření jednoduchých nastavitelných napájecích zdrojů pro elektronická zařízení s různými charakteristikami, jak s nastavitelným výstupním napětím, tak se zadanými parametry zátěže.

Hlavním účelem je stabilizace zadaných parametrů. Nastavení probíhá lineárně, na rozdíl od pulzních měničů.

LM317 se vyrábí v monolitických pouzdrech, navržených v několika variantách. Nejběžnějším modelem je TO-220 s označením LM317T.

Každý kolík mikroobvodu má svůj vlastní účel:

UPRAVIT. Vstup pro regulaci výstupního napětí.
VÝSTUP. Vstup pro generování výstupního napětí.
VSTUP. Vstup pro napájení napájecího napětí.

Technické parametry stabilizátoru:

Výstupní napětí je v rozmezí 1,2–37 V.
Ochrana proti přetížení a zkratu.
Chyba výstupního napětí 0,1 %.
Spínací obvod s nastavitelným výstupním napětím.

Ztrátový výkon zařízení a vstupní napětí

Maximální „bar“ vstupního napětí by nemělo být větší než specifikované a minimum by mělo být o 2 V vyšší než požadované výstupní napětí.

Mikroobvod je navržen pro stabilní provoz při maximálním proudu do 1,5 A. Tato hodnota bude nižší, pokud nebude použit kvalitní chladič. Maximální přípustný ztrátový výkon bez posledně jmenovaného je přibližně 1,5 W při okolní teplotě nepřesahující 30 0 C.

Při instalaci mikroobvodu je nutné izolovat pouzdro od radiátoru, například pomocí slídového těsnění. Účinného odvodu tepla je také dosaženo použitím teplovodivé pasty.

Stručný popis

Výhody radioelektronického modulu LM317 používaného v proudových stabilizátorech lze stručně popsat takto:

jas světelného toku je zajištěn rozsahem výstupního napětí 1. – 37 V;
výstupní parametry modulu nezávisí na rychlosti otáčení hřídele elektromotoru;
udržování výstupního proudu až 1,5 A umožňuje připojení několika elektrických přijímačů;
chyba kolísání výstupních parametrů je rovna 0,1 % jmenovité hodnoty, což je zárukou vysoké stability;
k dispozici je ochranná funkce pro omezení proudu a kaskádové vypnutí v případě přehřátí;
Pouzdro čipu nahrazuje uzemnění, takže při externí montáži se sníží počet instalačních kabelů.

Schémata připojení

Nepochybně, tím nejjednodušším způsobem aktuální limit pro LED lampy přídavný odpor bude zapojen do série. Tento nástroj je však vhodný pouze pro LED s nízkou spotřebou.

1. Nejjednodušší stabilizovaný zdroj

K výrobě stabilizátoru proudu budete potřebovat:

Mikroobvod LM317;

Rezistor;

Montážní pomůcky.

Model sestavujeme podle níže uvedeného schématu:

Modul lze použít v obvodech různých nabíječek nebo regulovaných zařízení pro zabezpečení informací.

2. Napájecí zdroj s integrovaným stabilizátorem

Tato možnost je praktičtější. LM317 omezuje spotřebu proudu, která je nastavena odporem R.

Pamatujte, že maximální proud potřebný k pohonu LM317 je 1,5A s dobrým chladičem.

3. Obvod stabilizátoru s nastavitelným napájením

Níže je obvod s nastavitelným výstupním napětím 1,2–30 V/1,5 A.

Střídavý proud se převádí na stejnosměrný proud pomocí můstkového usměrňovače (BR1). Kondenzátor C1 filtruje zvlněný proud, C3 zlepšuje přechodovou odezvu. To znamená, že regulátor napětí může perfektně pracovat s konstantním proudem při nízkých frekvencích. Výstupní napětí se nastavuje posuvníkem P1 od 1,2 V do 30 V. Výstupní proud je asi 1,5 A.

Výběr odporů podle jmenovité hodnoty pro stabilizátor musí být proveden podle přesného výpočtu s dovolenou odchylkou (malou). Libovolné umístění rezistorů na desce plošných spojů je však povoleno, ale pro lepší stabilitu je vhodné je umístit dále od chladiče LM317.

Oblast použití

Čip LM317 je vynikající volbou pro použití v režimu stabilizace základních technických ukazatelů. Vyznačuje se jednoduchostí provedení, nízkou cenou a vynikající výkonnostní charakteristiky. Jedinou nevýhodou je, že práh napětí je pouze 3 V. Pouzdro ve stylu TO220 je jedním z cenově nejdostupnějších modelů, což umožňuje docela dobře odvádět teplo.

Mikroobvod je použitelný v zařízeních:

stabilizátor proudu pro LED (včetně LED pásků);
Nastavitelný.

Stabilizační obvod na bázi LM317 je jednoduchý, levný a přitom spolehlivý.

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

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

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

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

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

Literatura Zh.Radio 8 2007

Podobné články

Přihlaste se pomocí:

Náhodné články

24.09.2014
Dotykový spínač zobrazený na obrázku má dvoukontaktní dotykový prvek, při dotyku obou kontaktů je do zátěže přivedeno napájecí napětí (9V) ze zdroje a při dalším dotyku dotykových kontaktů se napájení odpojí ze zátěže může být zátěží lampa nebo relé. Snímač je velmi ekonomický a v pohotovostním režimu spotřebovává malý proud. V tuto chvíli…
08.10.2016
MAX9710/MAX9711 - stereo/mono UMZCH s výstupním výkonem 3 W a režimem nízké spotřeby. Technické vlastnosti: Výstupní výkon 3 W do zátěže 3 Ohmy (při THD do 1 %) Výstupní výkon 2,6 W do zátěže 4 Ohmy (s THD do 1 %) Výstupní výkon 1,4 W do zátěže 8 Ohm ( s THD až 1 %) Poměr redukce šumu...

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

Na Obr. Obvod 4.7 je univerzální a na jeho základě můžete vyrobit kvalitní zdroj pro jakékoliv napětí a proud v zátěži.

Rýže. 4.7. Elektrické schéma zdroj napájení

Zdroj je osazen na široce používaném duálním operačním zesilovači (KR140UD20A) a jednom výkonovém tranzistoru VT1. Navíc má obvod proudovou ochranu, kterou lze nastavit v širokém rozsahu.

Operační zesilovač DA1.1 slouží jako stabilizátor napětí a DA1.2 slouží k zajištění proudové ochrany. Mikroobvody DA2, DA3 stabilizují napájení řídicího obvodu sestaveného na DA1, což umožňuje zlepšit parametry zdroje energie.

Obvod stabilizace napětí funguje následovně. Napěťová zpětná vazba je odstraněna z výstupu zdroje (X2). Tento signál je porovnáván s referenčním napětím přicházejícím ze zenerovy diody VD1. Signál nesouladu (rozdíl mezi těmito napětími) je přiveden na vstup operačního zesilovače, který je zesílen a odeslán přes R10-R11 k řízení tranzistoru VT1. Výstupní napětí je tedy udržováno na dané úrovni s přesností určenou zesílením operačního zesilovače DA1.1.

Požadované výstupní napětí se nastavuje rezistorem R5.

Aby zdroj mohl nastavit výstupní napětí na více než 15 V, je společný vodič pro řídicí obvod připojen ke svorce „+“ (X1). V tomto případě bude pro úplné otevření výkonového tranzistoru (VT1) na výstupu operačního zesilovače zapotřebí malé napětí (na základě VT1 Ube = +1,2 V).

Toto provedení obvodu umožňuje vyrobit zdroje pro libovolné napětí, omezené pouze přípustnou hodnotou napětí kolektor-emitor (Uke) pro konkrétní typ výkonového tranzistoru (u KT827A maximálně Uke = 80 V).

V tomto zapojení je výkonový tranzistor kompozitní a proto může mít zesílení v rozsahu 750...1700, což umožňuje jeho ovládání malým proudem - přímo z výstupu operačního zesilovače DA1.1. To snižuje počet potřebných prvků a zjednodušuje obvod.

Proudový ochranný obvod je namontován na operačním zesilovači DA1.2. Když proud protéká zátěží, napětí se uvolní přes rezistor R12. Přivádí se přes rezistor R6 do připojovacího bodu R4-R8, kde se porovnává s referenční úrovní. Dokud je tento rozdíl záporný (který závisí na proudu v zátěži a hodnotě odporu rezistoru R12), tato část obvodu neovlivňuje činnost stabilizátoru napětí.

Jakmile se napětí v určeném bodě stane kladným, objeví se na výstupu operačního zesilovače DA1.2 záporné napětí, které prostřednictvím diody VD12 sníží napětí na bázi výkonového tranzistoru VT1, omezí výstupní proud. Úroveň omezení výstupního proudu se nastavuje pomocí rezistoru R6.

Paralelně zapojené diody na vstupech operačních zesilovačů (VD3...VD7) chrání mikroobvod před poškozením při jeho zapnutí bez zpětné vazby přes tranzistor VT1 nebo při poškození výkonového tranzistoru. V provozním režimu se napětí na vstupech operačního zesilovače blíží nule a diody neovlivňují činnost zařízení.

Kondenzátor C3 instalovaný v obvodu záporné zpětné vazby omezuje pásmo zesílených frekvencí, což zvyšuje stabilitu obvodu tím, že zabraňuje samobuzení.

Obdobný napájecí obvod lze vyrobit na tranzistoru s jinou vodivostí KT825A (obr. 4.8).

Rýže. 4.8 Druhá verze napájecího obvodu

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

Technické parametry stabilizovaného zdroje nejsou horší než ty, které jsou uvedeny pro obvod podobný principu provozu, jak je znázorněno na obr. 4.10.

Rýže. 4.10. Elektrické schéma

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

Při sestavování obvodu byly použity tyto díly: ladicí odpory R5 a R6 typ SPZ-19a; pevné odpory R12 typ C5-16MV pro výkon minimálně 5 W (výkon závisí na proudu v zátěži), ostatní jsou z řady MLT a C2-23 odpovídajícího výkonu. Kondenzátory C1, C2, C3 typ K10-17, oxidové polární kondenzátory C4...C9 typ K50-35 (K50-32).

Čip duálního operačního zesilovače DA1 lze nahradit importovaným analogovým MA747 nebo dvěma čipy 140UD7; stabilizátory napětí: DA2 na 78L15, DA3 na 79L15.

Parametry síťového transformátoru T1 závisí na požadovaném výkonu dodávaném do zátěže. Pro napětí do 30 V a proud 3 A můžete použít stejný jako v zapojení na Obr. 4.10. V sekundárním vinutí transformátoru by po usměrnění na kondenzátoru C6 mělo být zajištěno napětí o 3,5 V větší, než jaké je potřeba získat na výstupu stabilizátoru.

Na závěr lze poznamenat, že pokud je zdroj energie určen pro použití v širokém teplotním rozsahu (-60...+100°C), pak pro získání dobré technická charakteristika musí být přijata další opatření. Patří mezi ně zvýšení stability referenčních napětí. To lze provést výběrem zenerových diod VD1, VD2 s minimem. TKN, stejně jako stabilizace proudu přes ně. Obvykle se stabilizace proudu zenerovou diodou provádí pomocí tranzistoru s efektem pole nebo pomocí přídavného mikroobvodu pracujícího v režimu stabilizace proudu přes zenerovu diodu, Obr. 4.9.

Proudový stabilizátor s ochranou proti zkratu

Ochrana proti přetížení stabilizátorem proudu

Proudové stabilizátory jsou široce používány v různá zařízení. Jejich schémata jsou jednoduchá a ne příliš jednoduchá. Ale v každém případě bude lepší, když bude mít ochranu proti přetížení. Problém, který budeme zvažovat, je následující, máme stabilizátor napětí s omezením zátěžového proudu. To znamená, že takový stabilizátor se nebojí zkratů na svém výstupu.

Ale v režimu zkratu se na regulačním tranzistoru takového stabilizátoru uvolní velké množství energie, což bude vyžadovat použití vhodného chladiče, což bude mít za následek zvětšení velikosti zařízení a dobře, jeho cena. Jinak - tepelný rozpad struktury výkonného tranzistoru.

Vezměme si například jednoduchý obvod stabilizátoru proudu na mikroobvodu, znázorněný na obrázku 1.

Vše dovnitř obecný obrys. Stabilizační proud podle vzorce 1 je 1A. Řekněme, že normální zátěžový odpor je 6 ohmů. Poté při proudu 1A klesne napětí na mikroobvodu rovnající se: U = IxR - IxRн = 12-1,25-6 = 4,75V. Podle toho se na mikroobvodu uvolní výkon P = UxI = 4,75 W. Pokud zavřete výstup proudového stabilizátoru, pak napětí na mikroobvodu již klesne o 10,75 V a v souladu s tím se výkon uvolněný na mikroobvodu bude rovnat 10,75 W. Právě na tento výkon musí být radiátor navržen, pak bude spolehlivost vašeho zařízení nejlepší. Co ale dělat, když není možné osadit větší radiátor? Že jo! Je také nutné omezit výkon přidělený čipu. Před tento obvod je možné nainstalovat sledovací stabilizátor, který by v případě zkratu převzal část uvolněného tepelného výkonu, ale to je trochu komplikované. V případě zkratu na jeho vstupu by bylo lepší stabilizátor úplně vypnout. S vědomím, že výkon se rovná součinu proudu a sami si nastavíme proud a je stabilizovaný, pak budeme sledovat pokles napětí na regulátoru proudu.

Obvod nastavitelného stabilizátoru proudu je převzat z článku. Více o fungování tohoto nastavitelného stabilizátoru proudu si můžete přečíst v článku.

Činnost obvodu ochrany proti přepětí

Pro zajištění ochrany proudového stabilizátoru zavádíme do obvodu pouze pět dílů. Tranzistor VT1, který funguje jako klíč a zcela vypíná stabilizátor v režimu zkratu. Zde je použit tranzistor MOSFET s kanálem P Pro malé proudy, řádově jeden nebo dva ampéry, je vhodný IRFR5505

Při vysokých proudech je lepší použít tranzistor s velkým provozním odběrovým proudem a nižším odporem otevřeného kanálu. Například - IRF4905

Tyristorový optočlen, můžete použít domácí - AOU103 s libovolným písmenem, můžete si vybrat importovaný, například - TLP747GF

Zenerova dioda, jakákoliv nízkopříkonová, přečtěte si článek až do konce a případně si vyberte tu, kterou potřebujete. R1 je rezistor, přes který je do klíčové brány přiváděno záporné otevírací napětí. R2 je odpor, který omezuje proud tyristorové optočlenové LED diody. Ano, pokud je vstupní napětí větší než 20V, tak paralelně s tyristorem optočlenu je nutné osadit další 12V zenerovu diodu, která bude chránit přechod hradlo-zdroj klíčového tranzistoru. Protože většina tranzistorů MOSFET má maximální povolené napětí tohoto přechodu 20V.

Vezměme si například případ nabíjení dvanáctivoltové baterie stabilním proudem 3A. Když je na obvod přivedeno napájecí napětí, tranzistor VT1 bude otevřený, protože do jeho brány je přiváděno záporné napětí a obvod pracuje v normálním režimu. Úbytek napětí na spínači vzhledem k jeho malé hodnotě nebudeme brát v úvahu. Za takových podmínek klesne výkon P = (20 - 12) ∙ I = 8 ∙ 3 = 24 W na samotném stabilizátoru proudu. Při zkratu se výkon zvýší na 60W, pokud je bez ochrany. To je moc a pro tranzistor VT2 to není bezpečné, proto po 30W stabilizátor vypneme umístěním zenerovy diody se stabilizačním napětím 10V do ochranného obvodu. Získáme tak obvod s ochranou nejen před zkratem, ale také před překročením povoleného ztrátového výkonu na stabilizátoru proudu. Řekněme, že z nějakého pro nás zcela zbytečného důvodu začne klesat zátěžový odpor. To způsobí zvýšení úbytku napětí na stabilizátoru a tím i ztrátu výkonu na něm. Jakmile však napětí mezi vstupem a výstupem překročí 10 voltů, zenerova dioda VD1 „prorazí“ a proud bude protékat LED optočlenu U1. Emise LED otevře fototyristor, který obejde přechod hradlo-zdroj klíčového tranzistoru. Na druhé straně se uzavře a vypne obvod stabilizátoru. Obvod bude možné vrátit do funkčního stavu buď vypnutím napájení a jeho opětovným připojením, nebo zkratováním fototyristoru např. tlačítkem. Sledováním napětí mezi vstupem a výstupem stabilizátoru proudu tedy můžete nastavit prahovou hodnotu limitu výkonu, kterou potřebujete, pomocí zenerových diod pro různá stabilizační napětí.

Tento obvod je použitelný pro téměř všechny stabilizátory, ať už proudové nebo napěťové. Lze jej zabudovat do již hotového stabilizátoru, který nemá ochranu proti zkratu.
Hodně štěstí a štěstí. K.V.Yu

Samonivelační podlaha