Стабилизаторы напряжения с защитой от коротких замыканий (часть 2)

В. Бычков, Радио №9/1964, ст.45

На рис. 1 показана схема стабилизатора, защищенного от корот­кого замыкания. Защита заключается в том, что при перегрузке или ко­ротком замыкании ток нагрузки ста­билизатора ограничивается.

Падение напряжения на сопротив­лении R8, зависящее от тока нагруз­ки, сравнивается с опорным напря­жением на стабилитроне Д₂. Если ток нагрузки стабилизатора превысит номинальное значение, то первое напряжение превысит второе. В этом случае транзистор Т5 открывается и шунтирует усилитель напряжения на транзисторе T4 В результате это­го напряжение на базе первого кас­када усилителя тока (Тз) уменьшает­ся, и в конечном итоге увеличивается сопротивление регулирующего тран­зистора T1.

При перегрузке или коротком за­мыкании регулирующий транзистор не запирается, а лишь ограничивает ток в нагрузке. Это можно расцени­вать как недостаток, тем более, что при перегрузке транзистор должен выдерживать номинальную мощность, равную Р=I_ном*U_ном.

Второй стабилизатор (рис. 2) сво­боден от этого недостатка. Он защи­щен от короткого замыкания не­сколько другим способом. Выход уси­лителя постоянного тока при пере­грузке или коротком замыкании шунтируется, что приводит к запира­нию регулирующего транзистора. При этом мощность рассеивания на транзисторе значительно меньше но­минальной. Время выключения ста­билизатора 100—150 мксек.

Работой транзистора защиты Т5 управляет суммарное напряжение, состоящее, из трех напряжений: па­дения напряжения на R10, зависяще­го от выходного напряжения стаби­лизатора; падения напряжения на R8 зависящего от тока нагрузки; напряжения на стабилитроне Д₂ (это напряжение постоянно). На базу транзистора Т5 подается напряжение Uб= U_R10—(Ur8+UД₂). С ростом тока нагрузки стабилизатора растет падение напряжения на сопротивле­нии R8. При токе нагрузки меньше допустимого UR₁₀>UR8+UД₂. В этом случае на базу транзистора Т5 подается положительное напряжение Uб, которое запирает его. Если ток нагрузки стабилизатора превысит допустимый, то транзистор защиты откроется, так как сумма напряжений Ur8+ UД₂ станет больше напряжения Ur₁₀ из-за увеличения напряжения на сопротивлении R8. Открываясь, транзистор Т5 шунтирует выход уси­лителя напряжения, напряжение на базе первого каскада усилителя тока уменьшается, в результате чего со­противление перехода эмиттер—кол­лектор регулирующего транзистора увеличивается. Последнее обстоя­тельство приводит к уменьшению выходного напряжения стабилиза­тора. При этом падение напряжения на сопротивлении R₁₀ уменьшается, а U6 еще больше увеличивается. Весь этот процесс проходит лавинообраз­но. Регулирующий транзистор запи­рается, и напряжение на выходе ста­билизатора падает до минимума. Напряжение на сопротивлениях R8 и R₁₀ падает, и транзистор защиты поддерживается открытым напряже­нием на стабилитроне Д₂.

После устранения перегрузки или короткого замыкания стабилизатор напряжения вводят в действие кноп­кой Кн1. При нажатии кнопки конденсатор Сз шунтируется. Как толь­ко кнопка вернется в прежнее поло­жение, конденсатор заряжается че­рез сопротивление R9 Пока напря­жение на конденсаторе не достигнет определенной величины, напряжения на стабилитроне Д2 не будет. При отсутствии напряжения на стабили­троне Д2 транзистор Т5 запирается, и стабилизатор включается.

Если перегрузка или короткое за­мыкание не были устранены, а кноп­ка нажата, то действие защиты не прекращается. Защита сработает и при отсутствии напряжения на стаби­литроне Д2 (но только ограничит ток), а с появлением этого напряжения вы­ключит стабилизатор.

Если при перегрузке или коротком замыкании напряжение на стабили­троне Д2 отсутствует, сраниваются напряжения UR8 и UR10 Разность этих напряжений подается через со­противление R11 на базу транзистора Т5, последний открывается и ограни­чивает ток нагрузки стабилизатора. Сопротивление R10 выбирается из рас­чета падения на нем 0,5—1 в при допустимом токе стабилизатора. Со­противление R₁₀ определяется из условия U_б = UR₁₀ — (UR₈+ Uд₂)= 0. Это равенство выполняется при подходе к порогу срабатывания за­щиты. При этом транзистор Т₄ зако­рочен, а ток делителя R₁₀, R12 в 10 раз превышает ток, протекающий по сопротивлению нагрузки R4 усилите­ля напряжения. Если сопротивле­ние R₁₀ переменное, то можно в ши­роких пределах изменять порог сра­батывания защиты. Сопротивление R11 выбирается равным 200—300 ом.

Сопротивление R9 должно быть таким, чтобы при минимальном на­пряжении сети и номинальной наг­рузке через стабилитрон Д2 протекал ток 2—3 ма. Следует проверить, не превышает ли ток стабилитрона Д2 допустимого значения, если напряже­ние сети изменяется на 10—20%, а стабилизатор работает в условии холостого хода. Если ток будет боль­ше допустимого, то следует взять диод Дз с меньшим напряжением ста­билизации. Если это не устраняется и в случае применения стабилитрона Д808, то необходимо питать эту цепь от дополнительного источника с боль­шим напряжением, чем напряжение выпрямителя стабилизатора. Прак­тически это может быть, когда на­пряжение выпрямителя стабилиза­тора меньше 11—12 в.

Первую схему защиты можно ис­пользовать в стабилизаторах с вы­ходным напряжением до 5 в без су­щественной перегрузки регулирую­щего транзистора при коротком замы­кании. Вторую можно применить в стабилизаторах с выходным напря­жением от 5 до 35 в. Рекомендуется применять составные регулирующие транзисторы с допустимым напряже­нием эмиттер-коллектор, превышаю­щим напряжение выпрямителя ста­билизатора. Допустимое напряже­ние эмиттер-коллектор транзистора защиты должно быть больше выход­ного напряжения стабилизатора.