Активные схемы защиты источников электропитания

Активные схемы защиты стабилизированных источников вторичного электропитания строятся по структурной схеме приведенной на рисунке 2.105

Рисунок 2.105- Структурная электрическая схема активной схемы

защиты стабилизированных источников электропитания

Не зависимо от принципов построения устройств защиты, каждое такое устройство содержит три основных узла: датчик перегрузки, схему сравнения и исполнительный узел. Эти узлы в каждом конкретном случае могут быть либо функционально обособленными, либо совмещенными.

Датчик перегрузки в устройствах защиты ИВЭП в основном используются двух типов – датчики тока (ДК) и датчики напряжения (ДН). Датчики любого типа должны строиться исходя из минимальных потерь, т.е. ДТ должны быть низкоомными, а ДН – высокоомными. Кроме того, датчики перегрузки должны оказывать минимальное влияние на работу ИВЭП. Например, для стабилизированных источников питания ДТ необходимо включить так, чтобы напряжение на датчике не явилось причиной дополнительной нестабильности ИВЭП.

В качестве ДТ обычно используют резисторы, индуктивное сопротивление (дроссель насыщения) и датчики Холла. Датчики напряжения в основном состоят из резисторов включенных параллельно нагрузке, или резисторов и последовательно включенных стабилитронов.

Схемы сравнения строятся по различным схемам. Наиболее точными из них являются мостовая схема и схема с использованием триггерных устройств.

Характер исполнительного органа (ИО) зависит от тока нагрузки, напряжения и мощности источника в нормальном и аварийном режимах. К исполнительным органом можно отнести однократный предохранитель, электромеханические исполнительные органы (реле, контакторы), электронно-механические исполнительные органы и электронные ИО. Электронно-

механическим ИО подразделяются на два типа: такие, в которых коммутация основной цепи происходит с помощью электромеханических элементов, а управление – с помощью электронных и в которых коммутация основной цепи происходит с помощью электронных элементов (диодов, транзисторов, тиристоров), а управление осуществляется с помощью маломощных электромеханических реле. Первый тип более инерционен по сравнению со вторым. При построении защиты ИВЭП целесообразно использовать электронно-механические ИО второго типа, в которых разумно сочетаются необходимое быстродействие и простат устройства. Электронные ОИ полностью выполняются на полупроводниковых элементов и обладают повышенным быстродействием.

Схема активной схемы защита, которая работает по способу запирания регулирующего транзистора приведена на рисунке 2.106.

В обычную схему стабилизатора напряжения добавлен транзистор VT₂, делители R₁ и R₂ и резистор R₄. Разность напряжений UR₄-UR₂ выбрана так, чтобы при номинальной нагрузке транзистора VT₂ был закрыт и не влиял на работу стабилизатора напряжения. При токовой перегрузке значение UR₄ повышается настолько, что VT₂ открывается и шунтирует резистор R₃, при этом уменьшается отрицательное смещение на базе транзистора VT₁, его сопротивление постоянному току r_{к ст} растет и ток I_вых падает. С ростом тока VT₂ переходит в режим насыщения и полностью выключает управление VT₁ за счет отрицательной обратной связи по напряжению, от делителя R₆ и транзистора VT₃, и переводит управление VT₁, за счет отрицательной обратной связи, от R₄.(С ростом тока I_вых увеличивается r_кст и ток I_вых падает). При этом стабилизатор напряжения превращается в стабилизатор тока. Если перегрузка снимается, то исчезает причина, отпирающая транзистор VT₂, схем автоматически переходит в режим стабилизации напряжения.

Рисунок 2.106- Схема защиты транзисторного стабилизатора напряжения

от перегрузки по току методом ограничения коллекторного

тока

Рассмотренная схема, ограничивающая ток I_к, связана с повышением напряжения на VT₁. Даже если его допускает электрическая прочность транзистора, то оно оказывается недопустимым по величине Р_к.доп., так как режим работы транзистора остается в активной области. Поэтому при больших значениях тока I_к схема защиты переводит транзистор или в область отсечки, или в область насыщения. Поэтому данную схему можно применять и для защиты стабилизатора от перегрузки по мощности.

При некоторых аварийных ситуациях в стабилизированном источнике вторичного электропитания, например пробое переходов коллектор-эмиттер регулирующего транзистора в стабилизаторе напряжения последовательного типа, на выходе источника возможно значительное возрастание напряжения по сравнению с номинальным значением. Некоторые из нагрузок стабилизированного источника питания (типа интегральных микросхем) очень чувствительны к повышению питающего напряжения и могут при этом выйти из строя. Для защиты подобного рода потребителей целесообразно применять активную схему защиты приведенную на рисунке 2.107.

Рисунок 2.107 – Активная схема защиты от повышения напряжения на

выходе, методом отвода тока от защищаемого элемента

Данная схема, компенсационного стабилизатора напряжения с последовательным включением регулирующего транзистора, способная выдавать ток до несколько Ампер, в зависимости от выбранного транзистора VT₂. Она состоит из регулирующего транзистора VT₂, усилителя операционного DA, параметрического стабилизатора резистора R₆ и стабилитрона VD₁ и резисторного делителя R₄ и R₅.

В схеме имеется активная схема защиты, которая собранна на транзисторах VT₁ и VT₃ и на резисторах R₁,R₂ и R₃. Принцип работы данной схемы следующий. В нормальном режиме работы, транзисторы VT₁ и VT₂ закрыты и не оказывают влияние на работу стабилизатора напряжения. При перегрузке или коротком замыкании на выходе на резисторе R₁ создается падение напряжение больше UR₁>0,7 В и открывается транзистор VT₁, ток протекает через резисторы R₂ и

R₃ и открывается транзистор VT₃. Отводится ток от транзистора VT₂ и от входа микросхемы DA и уменьшается напряжение на выходе стабилизатора напряжения.

Для стабилизаторов последовательного типа с импульсным регулированием при перегрузках также целесообразно применять схемы защиты с запиранием регулирующего элемента.

В транзисторных преобразователях при коротком замыкании на выходе, приводит что на всех обмотках выходного трансформатора снижается напряжение почти до нуля и генерация почти полностью исключается. В отдельных случаях (при большой индуктивности рассеивания выходного трансформатора и глубокой положительной обратной связи) во время короткого замыкания продолжается генерация колебаний на высокой частоте и с малой амплитудой напряжения на транзисторах.

Схемы защиты, раннее рассмотренные, следует рассматривать как примеры большого многообразия схем, применяемых на практике.

Дата добавления: 2014-01-04