18. Защита от перенапряжения

Защита от перенапряжений спасает нагрузку от выхода из строя. Перенапря­жение может возникнуть при неисправности стабилизатора, например, выходе из строя РЭ.

Схема защиты от превышения и понижения выходного напряжения.

При нажатии «ВКЛ» реле Р1 включается и блокирует своими нормально ра­зомкнутыми контактами цепь питания 220 В.

Если произойдет перенапряжение Uвых потенциал на положительном входе компаратора К1 превысит потенциал отрицательного входа (Ucт). K1 вырабатывает сигнал на выходе, открывается транзистор VT1 и срабатывает реле Р2,которое

своими нормально замкнутыми контактами отклонит реле Р1, а оно -общее питанию. R1 регулирует порог срабатывания защиты по повышению Uвых1. При понижении Uвых1 потенциал на отрицательном входе К2 станет ниже потенциала на по­ложительном входе К2 (Ucт2) и К2 на выходе вырабатывает сигнал, VT2 откроется и Р2 сработает, а Р1 отключит общее питание.

В более простых случаях: единственный источник питания и т.д. возможно применение более примитивных систем по превышению напряжения как более опасному фактору для нагрузки.

При превышении Uвых напряжение стабилизации VD1 стабилитрон про­бивается, пo R1 течет ток и падение напряжения на нем открывает тиристор VD2, который замыкает Uвых, вызывая срабатывание защиты [предохранитель и т.д.).

Тиристор может быть анодом подключен не к Uвых, а кР2, как в предыдущем случае. С1 защищает от случайных бросков,

Вместо предыдущей схемы возможно включение на выходе стабилизатора мощного стабилитрона или его аналога:

При повышении Uвых напряжение стабилизатора VD1 пробивается, открывая VT1. VT1 мощный транзистор, С1 не нужен, т.к. после исчезновения броска напряжения VT1 снова закрывается в отличие от тиристора.

VT1-защита от КЗ включает таристор \/D1 и предохранитель перегорает

19. Стабилизаторы с параллельным регулирующим элементом

VD1 -источник опорного напряжения, VT2-УПТ, VT1-регулирующий элемент.

Rr- гасящий резистор

20. Умощнение интегральных стабилизаторов

VT1 увеличивает Iн мах.

Трехвыводной стабилизатор с усилителем тока.

Схема подобная предыдущей, но с защитой от КЗ, но при КЗ VT2 остается в

тяжелом режиме.

Ограничение с падающей характеристикой.

21. Монтаж стабилизаторов

Правильный монтаж стабилизатора напряжения для исключения взаимных наводок через общие проводники.

22. Стабилизаторы тока с непрерывным регулированием

Постоянная нагрузка Rэт стабилизатора с последовательным регулирующим элементом за счет стабилизации на нем Uэт делает постоянным через него ток нагрузки. Возможно три варианта включения нагрузки 1,2,3. Лучший вариант 1 В вариантах 2_,3 от 1 отличие в токе базы, изменения которого не стабилизированы.

23. Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения

В компенсационных стабилизаторах с непрерывным регулированием КПД обычно прямопропорционально отношению и поэтому сравнительно не велик, т.е. 50-60%. Импульсные стабилизаторы напряжения (ИСН) позволяют получить большую выходную мощность ( ) и КПД . В ИСН регулирующий элемент, т.е. транзистор работает в ключевом режиме. В этом состоит их основное отличие от стабилизаторов непрерывного действия. При работе в ключевом режиме рабочая точка транзистора находится либо в области насыщения, либо в области отсечки. А зону активной области рабочая точка приходит с высокой скоростью и только в момент переключения. Напряжение в состоянии отсечки в состоянии насыщения мощность, рассеиваемая транзистором мала, т.к. соответственно малы (0,3 ) и . Полная мощность, рассеиваемая транзистором, включает также коммутационные потери, в момент переключения из состояния отсечки в насыщение и обратно. Следует отметить, что мощность, рассеиваемая на регулирующем транзисторе в импульсном режиме на много меньше, чем при его работе в непрерывном режиме. Поэтому, ИНС по сравнению с непрерывными стабилизаторами имеют более высокий КПД и позволяют улучшить массогабаритные показатели. За счет уменьшения габаритов трансформатора и охлаждающих радиаторов для регулирующего транзистора. К недостаткам ИНС относятся: более сложную схему управления, повышенный уровень шумов и пульсаций , а также худшие динамические характеристики. Обобщенная схема ИНС выглядит следующим образом.

Др -дроссель.

СУ- схема управления.

Ф- индуктивно-емкостный сглаживающий фильтр.

Принцип действия ИСН заключается в преобразовании с помощью РЭ постоянного напряжения- в последовательность периодических однополярных импульсов прямоугольной формы. СУ с помощью цепи ООС воздействует на временные параметры импульсов, т.е. на их длительность и частоту следования. Таким образом, чтобы среднее значение было постоянным.

Фильтр служит для преобразования полуученых импульсов в постоя ном напряжении . Когда Т открыт и насыщен и ток дросселя равен току транзистора. При этом и в дросселе накапливается энергия . При запирании Т в дросселе наводится ЭДС самоиндукции. В результате чего открывается диод Д. . В зависимости от способа стабилизации ИСН делятся на три группы:

ИСН с ШИМ (широко-импульсной модуляцией);

ИСН с ЧИМ (частотно-импульсной модуляцией);

ИСН с РСР (релейной системой регулирования).

ИСН с ШИМ. Длительность импульсов на входе фильтра обратно пропорционально значению . При этом частота импульсов постоянна.

И СН с ЧИМ. Длительность импульсов является постоянной величиной, а интервалы между ними пропорциональны . Частота импульсов обратно пропорциональна .

ИСН с РСР. Формирование импульсов происходит в момент пересечения двух горизонтальных уровней: нижнего при формировании фронта и верхнего при формировании среза (конец импульса). В зависимости от частота и длительность могут изменится в широких пределах. Формированием импульсов может быть триггер Шмита, имеющий два рода срабатываний.

ИСН с ШИН по сравнению с другими типами ИСН имеет следующие преимущества:

1. обеспечивается высокий КПД и оптимальная частота не зависимо от и . Это означает, что частота пульсации постоянна и имеет существенные значения

2. реальная возможность одновременной синхронизации частот преобразования неограниченного числа ИСН. Это исключает опасность возникновения биения частот при питании нескольких ИСН от общего .

Недостатком ИСН с ШИМ в отличии от ИСН релейного типа является более сложная система управления, обычно содержащая дополнительный задающий генератор.

ИСН с ЧИМ не имея существенных преимуществ перед другими типами ИСН обладает следующим недостатком: сложность схемотехнического осуществления регулирования частоты в широких пределах, особенно при больших изменениях и .

ИСН с РСР имеет преимущества, которое состоит в простой схеме управления.

Схема управления ИСН с ШИМ

В качестве схемы управления (СУ) используют различные устройства, отдавая предпочтения тем, которые выполняются на элементах цифровой техники. Здесь наибольшее применение получил метод, основанный на сравнении с пилообразным напряжением. Нарисуем схему, реализующую данный метод.

К- компаратор.

СС- схема сравнения.

ГПН- генератор первообразного напряжения.

В СС, выполненной на операционном усилителе, стабилизатора сравнивается с , получаемым под ИОН. Аналоговый сигнал ошибки с вывода СС подается на один из входов компаратора, на другой вход которого подается пилообразное напряжение под ГПН. В течении времени превышения аналогового сигнала ошибки под пилообразным напряжением формируется импульсная ШИМ.

Из рис. видно, что частота следования импульсов ШИМ задается пилообразным напряжением, а их длительность задается уровнем сигнала ошибки.

В настоящее время практически всю цепь управления удается выполнить в одном кристалле, как большую микросхему. В ее состав входят: схема с ШИМ, ИОН, схема защиты, схема формирования импульсов для регулирующего транзистора. Например, МС К142 ЕП1 состоит из 5 функциональных узлов: ИОН, усилитель сигналов ОС, схема с ШИМ, усилитель управляющих импульсов, микро мощные силовые транзисторы. При малых токах нагрузки до 50 МС можно использовать, как законченный стабилизатор напряжения. При больших токах МС можно использовать, как схему управления мощными транзисторами ключами ИСН.

ИСН с РСР

В таких ИСН частота и длительность импульсов управления регулирующим транзистором может изменится в широких пределах в зависимости от .

Схема работает следующим образом: транзистор Т может находиться либо в состоянии насыщения, либо в состоянии отсечки. При поступлении Т открыт и насыщен, ток через дроссель Др заряжает конденсатор С. При этом напряжение на конденсаторе С равное , увеличивается до тех пор, пока не превысит на инвертирующем входе ОУ. В этот момент ОУ прекращает питать базу Т, который запирается. Энергия, запасенная в дросселе, служит причиной тока через нагрузку и диод Д. Конденсатор С разряжается и уменьшается. Когда напряжение на инвертирующем входе станет меньше , ОУ снова включает транзисторный ключ и цикл повторяется. колеблется около = . Амплитуда колебаний определяется коэффициентом усиления ОУ и соотношением Для рассмотреной схемы стабилизатора релейного типа можно считать напряжение срабатывания равно напряжению отпускания, т.е. формирование импульсов происходит в моменты пересечения не двух, а одного горизонтального уровня, равного .