9. Защита нагрузки от перенапряжения

В случае выхода транзистора VT1 из строя на нагрузку попадает полное напряжение питания, что может вывести нагрузку из строя. Необходима схема защиты нагрузки от возможного перенапряжения. В таких случаях используются быстродействующие электронные схемы защиты (рисунок 6).

Состоит из тиристора VS5, стабилитрона VD4 и двух резисторов. В исходном состоянии тиристор VS5 закрыт, его управляющий вход подключен к катоду через сопротивление R2. Стабилитрон VD4 также закрыт егонапряжение включения на 10% больше напряжения нагрузки. Как только напряжение на нагрузке увеличивается по каким-либо причинам, стабилитронVD4 открывается, открывается тиристор и закорачивает выходную цепь стабилизатора. После этого сгорает плавкий предохранитель FU.

Сопротивление R2 ограничивает ток стабилитрона на уровне 5 ÷ 10 мА. Из этих условий выбирается стабилитрон и резистор. В рассматриваемом примере U_H = 10 В. Можно использовать стабилитрон КС213В с напряжением включения 13 В (таблица 2). При выходе из строя транзистора VT1 на стабилитрон VD4 может поступать минимальное напряжение питания, равное 20 В. Зададимся током стабилитрона равным 5 мА. При пробое стабилитрона к резистору R2 прикладывается напряжение (20 – 13) = 7 В. Сопротивление R2 = 7 В/5мА = 1,4 кОм.

Проверим, не превышает ли ток через стабилитрон допустимое значение при максимальном напряжении источника питания равным 22,48 В.

(22,48 – 13) В / 1,4 кОм = 6,77 мА, что вполне допустимо для выбранного типа стабилитрона.

Напряжение включения тиристора должно быть больше напряжения питания U_Иmax (параметр U_A таблица 5). При выборе тиристора можно ориентироваться следующим условием. Если ток нагрузки меньше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и менее. Если ток нагрузки больше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и более. В примере можно выбрать тиристор КУ101В U_А = 50 В, I_А = 80 мА. Выбранные элементы вносятся в перечень элементов схемы.

VT1

R5

FU

R3

VD8

VD7

VD4

R4

Ст

С1

R_H

+ С2

+

VD6

R2

U_И

VS5

Рис. 11. Схема защиты и индикации

Сопротивление R3 ограничивает ток анода тиристора. Выбираем его исходя из допустимого тока тиристора, который равен 670 Ом.

10. Индикация состояния стабилизатора

Индикация состояния стабилизатора осуществляется с помощью светодиодов. Нормальное состояние принято индицировать зеленым цветом, критическое состояние – красным. В нормальном состоянии тиристор закрыт и напряжение на аноде равно напряжению на нагрузке. Светодиод VD6 (СИД) светится. Сопротивление R4 . Вычисляется мощность рассеяния на резисторе, выбирается его тип.

Индикация состояния перегрузки стабилизатора осуществляется с помощью СИД VD8. В исходном состоянии диод не светится, т.к. напряжение ограничено стабилитроном VD7. Напряжение включения стабилитрона выбирается на 10% больше максимального напряжения U_КЭ транзистора VT1. Получим 33 В Расчет сопротивления R5 выберем резистор с сопротивлением 1,2В/5мА=240 Ом.

СИД выбирается с красным свечением.

Ток этой цепи удерживает тиристор в открытом состоянии.

Плавкий предохранитель FUвыбирается на такой ток, чтобы он сработал при допустимом токе тиристора равным 100 мА.

Для устранения низкочастотных и высокочастотных помех на выходе стабилизатора параллельно нагрузке включаются емкости С1 = 0,1 мкФ и С2 = 10 ÷ 20 мкФ.