Автор: Всем привет. В этой статье рассмотрим как работает схема от перегрузки. Или устройство защиты и отключения питания при перегрузке. Эта схема основана на регуляторе напряжения из базовой серии.
Как устроена защита от перегрузки
Схема предназначена для использования в устройствах, которые работают с постоянным током 9 вольт и максимальным током до 100 мА. Оно не подходит для устройств, требующих более высоких параметров тока. Схема функционирует как стабилизатор напряжения и представляет собой базовую конструкцию серийного типа.
Она включает следующие элементы:
-Tрансформатор с вторичной обмоткой на 12-0-12 Вольт и током 100 мА. Он выполняет две функции: обеспечивает изоляцию от высокого напряжения, а так же снижает напряжение. Центральный отвод вторичной обмотки трансформатора управляет базовым двухтактным выпрямителем, который дополнен фильтрующим конденсатором для улучшения качества выходного сигнала.
При отсутствии нагрузки выходное напряжение может достигать около 18 вольт постоянного тока, которое уменьшится до приблизительно 12 вольт под полной нагрузкой.
-R1 — резистор, который определяет ток в схеме.
-D3 — стабилитрон на 10 вольт, обеспечивающий стабильное выходное напряжение.
-C2 — конденсатор, который используется для поддержания регулируемого выходного напряжения на уровне 10 В.
-Транзисторы VT1, VT2
-Защита по току, резистор R2 и транзистор VT3.
Как работает защита от перегрузки
Таким образом, защита от перегрузки является простым и эффективным решением для батарейных приложений с низкими требованиями к току.
Ток стабилитрона составляет около 8 мА при отсутствии нагрузки и снижается до примерно 3 мА под полной нагрузкой. Это приводит к минимальному рассеянию мощности, создаваемому резистором R1 и стабилитроном D3. Схема включает эмиттерный повторитель в виде пары Дарлингтона, состоящей из транзисторов VT1 и VT2, который служит выходным буферным усилителем с коэффициентом усиления тока около 30 000 при полной мощности и минимальным значением в 10 000.
При таком уровне усиления защита от перегрузки использует 3 мА тока под полной нагрузкой, и при минимальном коэффициенте усиления падение напряжения на усилителе остается практически неизменным, даже если ток нагрузки колеблется. Реальное падение напряжения на выходе усилителя составляет приблизительно 1,3 вольта, что при входном напряжении 10 вольт даёт выходное напряжение около 8,7 вольта. Это близко к 9 вольтам, особенно учитывая, что обычная батарея с напряжением 9 вольт может показывать колебания от 9,5 до 7,5 вольт на протяжении своего использования.
Добавление ограничения тока к защите от перегрузки
Для регуляторов, представленных в схеме, важно предусмотреть защиту от короткого замыкания на выходе. Это необходимо, чтобы устройство обеспечивало хорошее регулирование и поддерживало низкое выходное сопротивление. Поскольку источник питания имеет очень низкое сопротивление, в случае возникновения короткого замыкания может протекать чрезмерно высокий выходной ток, что может привести к повреждению выходного транзистора и других компонентов.
Стандартный предохранитель часто не обеспечивает достаточной защиты, поскольку повреждение может произойти очень быстро, до того как предохранитель успеет сработать и перегореть. В качестве альтернативы, наилучшим решением будет добавление в схему ограничителя тока. Этот элемент может потребовать дополнительных компонентов, но не окажет негативного влияния на работу устройства в нормальных условиях. Тем не менее стоит учесть, что ограничитель тока может привести к быстрому снижению выходного напряжения, если нагрузка начинает потреблять значительно повышенный ток. В результате выходное напряжение может упасть так быстро, что, несмотря на короткое замыкание, доступный ток будет лишь немного превышать установленный предел.
Заключение о работе схемы ограничения тока
В данной схеме ограничения тока используется всего два элемента: резистор R2 и транзистор VT3. Защита от токового перегруза срабатывает очень быстро, что позволяет минимизировать риски короткого замыкания, обеспечивая надежную защиту выходных устройств.
Теперь рассмотрим, как работает эта защита:
Резистор R2 подключен последовательно к выходу, что означает, что напряжение, создаваемое на нем, пропорционально выходному току. Когда потребляемый ток достигает 100 мА, напряжение на резисторе R2 оказывается недостаточным для активации транзистора VT3, который, будучи кремниевым, требует минимальное напряжение 0,65 В для включения.
Однако, если выходная нагрузка превышает 100 мА, создается достаточно большой потенциал на транзисторе VT2, чтобы переключить транзистор VT3 в состояние проводимости. В результате транзистор VT3 начинает проводить ток в направлении транзистора VT1, что регулирует общий ток в цепи. Это вызывает некоторое снижение выходного напряжения. По мере увеличения нагрузки, потенциал на резисторе R2 растет, что заставляет транзистор VT3 открываться еще активнее.
В результате, больший ток начинает проходить к транзистору VT1 и отрицательной шине через транзистор VT3 и нагрузку. Это дополнительно приводит к увеличению падения выходного напряжения. Даже если произойдет короткое замыкание на выходе транзистора VT3, он, скорее всего, переключится в состояние проводимости, что приведет к снижению выходного напряжения до нуля. Таким образом, выходной ток никогда не превысит предел в 100 мА.
Я рассмотрел простую схему, как работает защита от перегрузки, с защитой по току, которая срабатывает при коротком замыкании или превышении нагрузки.
Подписывайтесь на сайт, что бы не пропустить новые статьи. До новых встреч на моем сайте.
