Схема защиты цепи по току и напряжению

Схема разрыва цепи, показанная на рис.1, описана в журнале EDN Europe. Оно имеет в своем составе только недорогие компоненты, отвечает за защиту и по напряжению и по то­ку. Основным элементом схемы является D2 — точный перестраиваемый регулятор напря­жения, который обеспечивает опорное на­пряжение.

Схема разрыва цепи

На рис.2 показан упрощенный вид ZR431 вместе с диодом D1. Напряжение, появляюще­еся но опорном входе (REFERENCE), сравнива­ется с напряжением внутреннего опорного источника, Vref, обычно 2,5 В. В выключен­ном состоянии, когда на опорном входе О В, выходной транзистор выключен и ток катода менее 0,1 мкА. Как только напряжение опор­ного входа достигает Vref, катодный ток слегка увеличивается, о когда напряжение опорного входа превышает Vref, прибор полностью включается и напряжение на катоде падает при­мерно до 2 В.

ZR431

При таких условиях импеданс между катодом и источ­ником питания определяет ток катода, который составляет от 50 мкА до 100 мА.

При нормальных рабочих условиях выходной транзистор D2 выклю­чен и затвор выходного Р-канального MOSFET транзистора Q4 пи­тается от резистора R9. Следовательно, Q4 полностью включен, развивает ток нагрузки l(oad, который течет от источника питания через резистор R6 в нагрузку. Транзистор Q2 и токочувствительный резистор R6 отслеживают величину l(oad, поскольку базо-эмиттерное напряжение Q2 равно 1)бэ= ljoad х R6. При нормальном токе нагруз­ки 1)бэ = 0,6 В и менее транзистор Q2 выключен и не влияет на на­пряжение делителя R3, R4. Поскольку входной ток D2 менее 1 мкА, па­дение напряжения на резисторе R5 незначительное и на опорном вхо­де напряжение равно напряжению на резисторе R4.

В случае перегрузки по току, когда l(oocj превышает максимальную допустимую величину, увеличение падения напряжения на резисторе R6 приводит к включению транзистора 02. Напряжение на резисто­ре R4 при этом устремляется к напряжению питания, при этом катод­ное напряжение на D2 падает примерно до 2 В. Выходной транзистор D2 поглощает ток через резисторы R7 и R8, при этом на транзисторе Q3 появляется смещение и он открывается. Через транзистор Q3 напряжение на затворе Q4 приближается к напряжению питания, и Q4 закрывается.

В то же время транзистор Q3 через диод D1 подает ток на резистор R4, напряжение на котором фиксируется близким к напря­жению питания без транзистора Q2, который запирается ввиду отсут­ствия тока в резисторе R6. Это состояние с обесточенной нагрузкой фиксируется до вмешательства пользователя.

В случае повышенного напряжения на источнике питания схема разрыва цепи также реагирует. Когда ток нагрузки находится в нор­мальных пределах и Q2 выключен, величина напряжения питания определяет напряжение но делителе R3, R4, который оп­ределяет напряжение на опорном входе. При повышении напряжения питания напряжение на R4 превышает 2,5 В, и выходной транзистор D2 включается. Снова включает­ся транзистор Q3, отключается выходной транзистор Q4 и нагрузка изолируется от повышенного напряжения пи­тания.

В обоих случаях пользователь может снова включить на­грузку, нажав кнопку RESET.

Очень часто попадаются такие типы нагрузок, кото­рые вначале требуют большой ток (моторы, ломпы нака­ливания и пр.). Чтобы схема сразу же не отключила нагруз­ку, необходимо замедлить нарастание напряжения на опорном входе. Для этого на опорный вход устанавлива­ют конденсатор С2. Но это автоматически приводит к тому, что при перегрузке по току и напряжению схема бу­дет срабатывать медленно.

Компоненты CI, Rl, R2 и транзистор Q1 обеспечива­ют альтернативное решение. При включении источника питания конденсатор С1 заряжается и его ток зарядки от­крывает транзистор Q1. При этом на опорном входе фиксируется напряжение, близкое к нулю, примерно на

400 мс. За это время большой пусковой ток закончится, после заряда конденсатора С1 транзистор Q1 отключа­ется, и схема переходит в обычный режим.

В нормальном режиме сама схема разрыва цепи тока почти не потребляет, поскольку транзисторы Q1-Q3 и регулятор D2 закрыты.

Детали. Транзисторы Q1-Q3 обычные маломощные. Мощный полевой транзистор 04 подбирается по тре­буемому току нагрузки. Диод D1 — любой маломощный. Стабилитроны D3 и D4 должны защитить регулятор D2 в случае выбросов напряжения. На регулятор D2 необхо­димо обратить особое внимание. Такие регуляторы выпу­скают различные производители, и не все они имеют оди­наковые параметры. Например, сравнение регуляторов TL431CLP фирмы Texas Instruments и ZR431CL фирмы Zetex показывает, что изменение напряжения на опорном вхо­де от 2,2 до 2,45 В приводит к росту катодного тока от 220 до 380 мкА для TL431CLP и от 23 до 28 мкА для ZR431CL (различие более, чем в 10 раз!). Поэтому для каждого из вариантов нужны различные резисторы R7 и R8.

Схемы разрыва цепи имеют большое практическое применение, особенно в автомобильных системах.

Метки: , , , .


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Проверочный код *

Разработка сайта: cryptonic