Пристрій струмового захисту джерела живлення

1. думки читачів

Електроживлення

Головна радіоаматорові Електроживлення

Описаний в цій статті вузол струмового захисту розроблений для джерела живлення, опис якого можна знайти в [1], що працює спільно з вимірником вихідної напруги і струму навантаження [2]. Вузол відрізняється від інших подібних пристроїв тим, що, крім виконання функцій захисту, дозволяє встановлювати і контролювати поріг спрацьовування по вимірника струму навантаження блоку живлення, не навантажуючи його.

У більшості пристроїв струмового захисту поріг спрацьовування змінюють змінним резистором з отградуированной шкалою або перемикачем з набором резисторів. У першому випадку складно встановити необхідний поріг точно, у другому - число його можливих значень обмежена числом положень перемикача. Крім того, його контакти повинні витримувати максимальний струм навантаження, а такі перемикачі досить дороги.

Представлене в цій статті захисний пристрій дозволяє встановлювати поріг спрацювання захисту в усьому інтервалі роботи вимірювача струму навантаження з точністю, яка забезпечується цим вимірником без всяких градуювань і добірки резисторів.

Захисний пристрій працює в двох режимах - обмеження струму навантаження і виключення вихідної напруги при перевищенні порога (критичний режим). Його схема представлена ​​на рис. 1. Воно побудоване на ОУ DA1, включеному за схемою неінвертуючий підсилювача.

Мал. 1. Схема захисного пристрою

На інвертується вхід ОП надходить зразкове напруга з резистивного дільника R4-R6. В якості вхідного сигналу пристрою захисту використано напруга з виходу підсилювача вузла вимірювання струму [2]. Поки навантаження немає, на виході цього підсилювача, а отже, і на неінвертуючий вхід ОП DA1 напруга нульова. Оскільки напруга на його інвертується вході вище нуля, на виході цього ОУ напруга нижче нуля, транзистор VT1 закритий, а світлодіод HL1 вимкнений.

З появою струму навантаження напруга на неінвертуючий вході ОП росте. Як тільки воно перевищить зразкове, напруга на виході ОУ стане вище нуля і відкриє транзистор VT1. Останній, відкриваючись, шунтирует вихід паралельного стабілізатора напруги DA1 (рис. 5 в [2]). Вихідна напруга джерела живлення, а з ним і струм навантаження зменшуються до тих пір, поки напруга на неінвертуючий вході ОП DA1 не зрівняли з зразковим. Струм навантаження буде обмежений на сталому рівні. Світлодіод HL1 сигналізує про перехід в режим обмеження струму.

Щоб перейти в критичний режим, потрібно замкнути контакти кнопкового вимикача SB2. В цьому випадку при перевищенні струмом навантаження встановленого значення відкриється транзистор VT2 і на інвертується вхід ОП DA1 надійде напруга - 8 В. На виході ОУ буде встановлено напруга близько +6 В, транзистор VT1 повністю відкриється, вихідна напруга джерела стане близьким до нуля. Світлодіод в цьому режимі сигналізує про спрацьовування захисту. Щоб повернути джерело в робочий режим, досить на короткий час перевести захист в режим обмеження струму. При зазначених на схемі номіналах резисторів R4-R6 поріг її спрацьовування можна регулювати від 20 мА до 2 А. Щоб змінити цей інтервал, підбирають згадані резистори.

Ланцюг R11C7 служить для запобігання самозбудження ОУ. Хоча повністю усунути його, швидше за все, не вдасться, ланцюг R11C7 значно зменшує амплітуду високочастотного змінного напруги на виході ОУ. Щоб генерація не впливала на роботу інших вузлів, сигнал з виходу ОУ поданий на базу транзистора VT1 через фільтр R2C1. Резистор R1 в ланцюзі емітера VT1 створює місцеву негативний зворотний зв'язок по току.

Усунути самозбудження допоможе і шунтування ділянки колектор-емітер транзистора VT1 (рис. 5 в [1]) конденсатором ємністю 4,7 мкФ на напругу 63 В. Про те, що самозбудження немає, побічно свідчить відсутність акустичного шуму джерела. А самозбудження супроводжують характерні звуки, добре сприймаються на слух. У будь-якому випадку слід проконтролювати осцилографом розмах пульсацій вихідної напруги в режимі обмеження струму і, підбираючи коригувальні ланцюга, мінімізувати його. Можливо, буде потрібно стабілізувати напруги живлення ОП.

Слід зазначити, що застосування ланцюга R11C7 і резистора R1 потрібно далеко не завжди. В одному з примірників пристрої захисту їх взагалі не довелося встановлювати, хоча амплітуда пульсацій частотою понад 200 кГц на виході ОУ DA1 досягала 100 мВ. Критерієм служить амплітуда пульсацій на виході джерела. Якщо при його роботі в режимі обмеження струму вона не перевищує 10 ... 15 мВ, роботу вузла захисту можна вважати задовільною, оскільки такий режим в більшості випадків вважається аварійним.

Ланцюг R11C7 і резистор R1 можна не встановлювати і в тому випадку, якщо робота джерела в режимі обмеження струму не передбачається, а потрібно тільки критичний режим. В цьому випадку колектор транзистора VT2 слід з'єднати з висновком 2 DA1 безпосередньо, а вимикач SB2 замінити перемикачем, включивши його в розрив проводу, що з'єднує резистор R9 з висновком 3 DA1 за схемою, зображеної на рис. 2. При вимкненому триггерной захисту вихідний струм джерела [1] буде обмежений на рівні близько 2,5 А.

Мал. 2. Схеми з'єднання резистора R9 з висновком 3 DA1

Оскільки при струмі навантаження, що дорівнює пороговому, напруги на входах ОУ рівні, щоб визначити поріг спрацьовування захисту, досить виміряти напругу на движку змінного резистора R5 щодо мінусового проводу навантаження. Щоб зробити це, у вимірювачі [2] слід розірвати ланцюг між виходом ОУ DA1 і резистором R10 і вивести дроти на контакти перемикача SB1. Вимірювати струм захисту можна в будь-якому режимі роботи.

Живлять пристрій захисту від перетворювача напруги, вбудованого в вимірювач [2]. Його потужності для цього достатньо. Звичайно, найкращий варіант - використовувати замість перетворювача додаткові вторинні обмотки трансформатора харчування з відповідними випрямлячами і стабілізаторами.

Блок живлення, побудований з вузлів, описаних в [1] і [2], з пропонованим пристроєм захисту не позбавлений недоліків. По-перше, при його включенні в мережу на виході виникає імпульс напруги, амплітуда якого не перевищує встановленого вихідної напруги. Це наслідок харчування вузла захисту від перетворювача напруги. Він запускається пізніше джерела живлення, тому перехідні процеси в вузлі захисту відбуваються з затримкою. У момент запуску перетворювача на виході ОУ DA1 короткочасно з'являється напруга +6 В і транзистор VT1 відкривається, що і викликає появу імпульсу.

Інший недолік обумовлений тією ж причиною, що і перший, але проявляється при включеному режимі триггерной захисту. При подачі живлення з'являється імпульс напруги, амплітуда якого не перевищує встановленого вихідної напруги, а потім джерело вимикається. Якщо живити вузол захисту і вимірювач від додаткових обмоток мережевого трансформатора, ці ефекти проявляються в меншому ступені.

Щоб усунути вплив цих недоліків, можна просто не включати критичний режим і не підключати навантаження, поки вихідна напруга блоку не встановиться. Але повністю позбутися від них допоможе ланцюг, схема якої показана на рис. 3. В момент включення блоку в мережу конденсатор С9 розряджений, через діод VD1 на неінвертуючий вхід ОП DA1 надходить негативна напруга, тому імпульс на його виході не з'являється. У міру зарядки конденсатора напруга на ньому плавно наростає. Коли воно стане більше, ніж на вході ОУ, діод VD1 буде закритий, а конденсатор С9 через резистор R12 зарядиться до сумарного напруги на виходах перетворювача (16 В) і перестане впливати на подальшу роботу пристрою. Діод VD2 служить для прискорення розрядки конденсатора С9 при відключенні харчування. Постійну часу ланцюга С9R12 слід підібрати мінімальної, при якій триггерная захист не спрацьовує в момент включення джерела в мережу.

Мал. 3. Схема ланцюга

Друкована плата для вузла захисту не розроблялася. При оснащенні блоку живлення [1] цим вузлом слід замість змінного резистора R11 '(рис. 3 в [1]) встановити постійний номіналом 3,6 кОм, а резистор R11' 'виключити.

У блоці захисту застосовані резистори МЛТ і імпортні оксидні конденсатори. Змінний резистор - СП3-40. Транзистори КТ3102Е можна замінити на SS9014, а замість ОУ КР140УД708 застосувати імпортні аналоги або інші вітчизняні ОУ, наприклад КР1408УД1А. Слід віддавати перевагу ОУ з низькою швидкістю наростання вихідної напруги.

література

1. Герасимов Є. Лабораторний блок живлення з БЖ матричного принтера. - Радіо, 2016, №7, c. 24-26.

2. Герасимов Є. Вимірювач напруги і струму. - Радіо, 2016, № 5 c. 29-31.

Автор: Е. Герасимов, станиця Виселкі Краснодарського краю

Дата публікації: 10.04.2017

думки читачів

Немає коментарів. Ваш коментар буде першим.

Ви можете залишити свій коментар, думка або питання по наведеним вишематеріалу: