СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3/2016

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 70 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2016 Uвх К вых. DA1.1 +Uвых Iш С З И Vref V1 V2 Rн R5 R4" 2/2DA2 R6 R2 R1 + _ DA1.2 R4 1/2DA2 Rш R3 T1(P) Квых. DA1.1 -U вых -U вх Iш V1 V2 Vref И С З R4 R н R1 R6 R3 R5 + _ DA1.2 Rш T1(N) 1/2DA2 R4" R2 2/2DA2 а б Посмотрим, как будет себя вести стабилизатор положительной поляр- ности (см. рис. 2а), если ток нагруз- ки превысит определённый уровень (например, 10 А). Пусть нагрузка тако- ва, что через стабилизатор проходит ток в 10 А. При подключении допол- нительной нагрузки выходное напря- жение опять начнёт падать, вследствие чего транзистор будет приоткрывать- ся, чтобы поднять выходное напряже- ние. Это открытие может продолжать- ся вплоть до максимального тока, кото- рый способен пропустить транзистор. Например, для P-канального транзи- стора IRF4905 с максимальным током стока в 75 А ток и 30 А, и 70 А является рабочим. Однако такой ток может лег- ко разрушить выпрямительные дио- ды и сжечь трансформатор. Как мож- но догадаться, схемы фильтров, пред- ставленные на рисунках 3 и 4, обладают аналогичным недостатком. Поэтому было решено сделать схе- му защиты от превышения тока на базе второго ОУ, входящего в состав микро- схемы DA1 (см. рис. 3 и 4), то есть на DA1.2. Упрощённые схемы защиты для фильтров положительной и отрица- тельной полярности, соответственно, приведены на рисунках 5а и 5б. Рассмотрим схему на рисунке 5а. Она состоит из измерительной части, собранной на ОУ DA1.2, четырёх рези- сторах R1–R4 и шунта Rш, и управляю- щей, собранной на резисторах R5, R6 и симметричном оптотиристоре DA2. Для измерения тока используется шунт – резистор номиналом 0,005 Ом и мощностью 2 Вт. При токе через шунт Iш = 10 А падение напряжения будет составлять 0,005 Ом × 10 А = 0,05 В. ОУ включён по классической схеме дифференциального усилителя с при- вязкой выходного напряжения к «зем- ле» [4]. При равенстве резисторов R1 = = R3 = 100 Ом и R2 = R4 = 10 кОм, Uвых = = 0,05 В × 10 кОм / 0,1 кОм = 5 В, то естьОУ усиливает падение напряжения нашун- те в 100 раз и привязывает его к «земле». В управляющей части схемы инфра- красный светодиод оптрона подклю- чён к выходному напряжению ОУ через резисторы R5 и R6, а симистор – между затвором и истоком транзисто- ра Т1. Симисторный оптрон, в отличие от транзисторного, обладает триггер- ным эффектом, то есть после установки триггера и пропадания инфракрасно- го излучения триггер может оставать- ся в проводящем состоянии неограни- ченное время, если через симистор идёт ток. Сброс триггера возможен только при снятии напряжения с выводов симистора. При соответствующей настройке R5, как только выходной ток достигнет 10 А, выходное напряжение ОУ станет равным 5 В, загорится светодиод оптро- на, включится оптосимистор и сво- ими выводами замкнёт затвор тран- зистора на исток. Транзистор закро- ется, и выходное напряжение упадёт до 0,2…0,4 В. Для приведения схемы в исходное состояние (Reset) необхо- димо снять входное напряжение, то есть выключить БП и снова включить. Применение ОУ с дифференци- альным входом [4] позволяет доволь- но точно измерить ток и при этом использовать токоизмерительный резистор номиналом 0,005 Ом. При токе 10 А мощность, рассеиваемая на таком резисторе, составит всего 0,5 Вт, поэтому использованный резистор для поверхностного монтажа размера 2512 (LR2512-22R005F4) мощностью в 2 Вт имеет четырёхкратный запас по мощ- ности при малых габаритах. Упрощённая схема защиты от превы- шения тока для отрицательного напря- жения (см. рис. 5б) действует аналогич- ным образом. Её отличие от предыду- щей (см. рис. 5а) – в использовании транзистора противоположной поляр- ности (N) и ОУ другого типа. П РИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВ Если объединить схему, приведён- ную на рисунке 3, со схемой, изо- бражённой на рисунке 5а, получит- ся активный фильтр положительно- го напряжения с функцией защиты от превышения тока, то есть два устрой- ства в одном (см. рис. 6). Керамические и танталовые конденсаторы C1, C2, C4, C5, C6 и C7 снижают уровень пульса- ций и дополнительно предохраняют ОУ от самовозбуждения. Конденсато- ры C10 и C3 устраняют самовозбужде- ние ОУ на частотах около 200 кГц. Све- тодиод LED1, включённый последова- тельно с симистором DA1, индицирует аварийный режим, то есть состояние, в которое переключился симисторный триггер после превышения тока 10 А. Поскольку выпрямительная схема для положительного напряжения содер- жит два выпрямительных диода и два конденсатора по 10 000 мкФ каждый, то в аварийном режиме, когда нагруз- ка отключена от входного напряжения, эти конденсаторы будут разряжаться около 3–4 минут после отключения БП от сети и своим напряжением поддер- живать включённое состояние триггера и горение светодиода LED1. Когда кон- денсаторы разрядятся, триггер сбросит- ся и светодиод потухнет, можно зано- во включать БП. Для ускорения разря- да конденсаторов до нескольких секунд Рис. 5. Упрощённые схемы защиты от превышения тока: а – для напряжения положительной полярности; б – для напряжения отрицательной полярности