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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Rückstellbare elektronische Sicherung
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Schutz der Ausrüstung vor dem Notbetrieb des Netzwerks Die vorgeschlagene elektronische Sicherung überwacht den Lastwiderstand. Es schaltet ihn nicht nur bei Überlastung ab, sondern kehrt auch in seinen ursprünglichen Modus zurück, wenn der Lastwiderstand wieder normal ist. Die in Artikel [1] beschriebene elektronische Hochgeschwindigkeitssicherung verbindet die Last automatisch im Moment des Einschaltens, wenn kein Kurzschluss oder keine Überlast darin vorliegt. Im Überlastfall trennt die Sicherung die Last. Um es wieder einzuschalten, müssen Sie die Taste "Start" der Sicherung drücken oder die Stromversorgung aus- und wieder einschalten, was nicht immer bequem ist. Die vorgeschlagene Vorrichtung, die auf der Grundlage der vorherigen entwickelt wurde, ist vollautomatisch. Sie hat keine Organe. Das Gerät bestimmt die Gebrauchstauglichkeit der Last durch ihren Widerstand. Wenn es größer als die zulässige Grenze ist, wird die Last automatisch mit der Stromquelle verbunden. Andernfalls trennt das Gerät die Last entsprechend seiner Sicherungsfunktion. Für kurze Zeit (ca. 10 µs) wird die Last periodisch über Strombegrenzungswiderstände mit der Stromquelle verbunden. Während dieser Zeit misst die elektronische Sicherung den Lastwiderstand und erholt sich von der Notabschaltung der Last selbst, wenn sie auf die zulässige Grenze zurückgekehrt ist. Zwischen der Stromversorgung und der Last ist eine elektronische Sicherung geschaltet. Das Gerät ist mit einer Spannung von 12 bis 30 V und einem Laststrom von bis zu 20 A betreibbar. Das Gerät wurde in zwei Versionen entwickelt: mit Umschaltung des Minus- oder Plusleiters der Laststromversorgung. Das Schema der ersten Variante ist in Abb. 1 dargestellt. 2, die zweite - in Abb. XNUMX. Komponenten, die die gleiche Funktion erfüllen, sind gleich gekennzeichnet.
Das Gerät (siehe Abb. 1) verfügt über zwei Laststeuerkreise: Vorlauf (am DA3-Komparator) und Haupt (am DA4-Komparator). Der Lastwiderstand wird gemessen, wenn er durch den Transistor VT1 über die Widerstände R2 und R3 verbunden ist. Wenn der Lastwiderstand größer als die durch den Abstimmwiderstand R7 eingestellte Betriebsschwelle ist, öffnet der Hauptschalttransistor VT2, der die Last mit der Stromquelle verbindet. Der Laststrom im Normalbetrieb überwacht den Hauptstromkreis am Komparator DA4. Überschreitet er die durch den Trimmerwiderstand R14 eingestellte Ansprechschwelle, schließt der Hauptschalttransistor VT2. Die auf dem DA3-Komparator basierende Vorschaltung wird in Betrieb genommen, wodurch der Hauptschalt-Feldeffekttransistor VT2 wieder geöffnet werden kann, wenn der Lastwiderstand auf die zulässige Grenze zurückkehrt. Um den Transistor VT2 zu steuern, wurde wie in der vorherigen Vorrichtung [1] ein RS-Flip-Flop an den Elementen DD1.2 und DD1.3 verwendet. Der Vorteil eines solchen Flipflops besteht darin, dass es das logisch gleichzeitige Anliegen aktiver Steuersignale an beiden Steuereingängen ermöglicht. Es dominiert das Steuersignal, das direkt auf den verwendeten Ausgang [2] wirkt. In unserem Fall wird der verwendete direkte Ausgang des RS-Flip-Flops (Pin 3 DD1) von einem aktiven High-Pegel-Signal am Installationseingang S (Pin 1 DD1) dominiert. Für ein RS-Flip-Flop, das auf OR-NOT-Elementen aufgebaut ist, ist der aktive Pegel des ausgegebenen Direktsignals niedrig, daher wird ein Inverter auf dem DD2-Element verwendet, um den Transistor VT1.4 zu steuern. Eingang R RS-Flip-Flop (Pin 8 DD1) ist mit dem Ausgang des Komparators DA4 (Pin 9 - offener Kollektor) verbunden. Beim Einschalten und während Transienten ist der Transistor VT2 geschlossen, da die R1C2-Schaltung die Versorgungsspannung über den DA1-Stabilisator später an die DD1- und DA2-Mikroschaltungen liefert als an die Komparatoren DA3 und DA4. Die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (Pin 3) des DA4-Komparators ist größer als die Spannung an seinem invertierenden Eingang (Pin 4), sodass der Ausgangstransistor des Komparators (Pin 2 und 9) geschlossen ist. Sobald der DD1-Chip mit Strom versorgt wird, setzt ein High-Pegel vom DA4-Ausgang (Pin 9) das RS-Flipflop auf einen High-Pegel-Zustand an Pin 3 von DD1. Der Ausgang des Inverters DD1.4 und das Gate des Transistors VT2 sind niedrig, also geschlossen. In diesem Zustand befindet sich der Transistor VT2, bis der obere Eingang des DD1.2-Elements in der Schaltung einen auslösenden kurzen Impuls mit hohem Pegel empfängt. Er wird am Ausgang des Elements DD1.1 erzeugt, wenn gleichzeitig an seinen Eingängen Low-Pegel-Impulse erscheinen. Triggerimpulse werden gemäß der Schaltung am oberen Eingang des DD1.1-Elements empfangen - kurze Impulse mit niedrigem Pegel und hohem Tastverhältnis, die vom Generator des DA2-Timers, der Widerstände R4, R5 und des Kondensators C4 erzeugt werden. Die Impulsdauer ist gleich R5C4ln2 ~ 25 µs, und ihre Wiederholungsperiode ist (R4+2R5)C4ln2 = 2 ms [3]. Nach dem Einschalten des Timers DA2 erscheint der erste Impuls an seinem Ausgang 3 mit einer Verzögerung (R4+R5)C4ln2 = 2 ms für die Dauer der Transienten der anfänglichen Installation des RS-Flip-Flops DD1.2, DD1.3. Jeder Triggerimpuls vom Ausgang 3 des DA2-Timers geht schaltungsgemäß auf den oberen Eingang des DD1.1-Elements und gleichzeitig durch den Inverter auf den Transistor VT3 bereits in Form eines kurzen High-Pegel-Impulses - zum Gate des Transistors VT1, der beim Öffnen die Last über die Widerstände R2 und R3 mit der Stromquelle verbindet. Sie begrenzen nicht nur den Laststrom, sondern bilden auch eine Schaltung zur Widerstandsmessung: Der Verbindungspunkt dieser Widerstände ist mit dem nicht invertierenden Eingang (Pin 3) des DA3-Komparators verbunden. Die Schaltung R4-R6 ist mit dem invertierenden Eingang (Pin 8) dieses Komparators verbunden. Die Position des Trimmerwiderstands R7 bestimmt den Lastwiderstand, bei dem der Komparator DA3 schaltet. Nach dem Einschalten der Stromversorgung ist der Transistor VT1 geschlossen, sodass die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Komparators DA3 immer größer ist als die Spannung an seinem invertierenden Eingang, sodass der Ausgangstransistor des Komparators (Pins 2 und 9 ) ist geschlossen. Ein einzelnes Signal am unteren Eingang des schaltungsgemäßen Elements DD1.1 liefert einen niedrigen Pegel an seinem Ausgang und dementsprechend am Eingang S des RS-Flip-Flops, das somit seinen ursprünglichen Zustand beibehält. Wenn bei offenem Transistor VT1 der Lastwiderstand kleiner als die zulässige Grenze ist, dann ist die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Komparators DA3 größer als die Spannung an seinem invertierenden Eingang. Am Ausgang (Pin 9) des Komparators DA3 bleibt derselbe Zustand wie beim Schließen des Transistors VT1. Ein hoher Pegel vom Ausgang des Komparators DA3, der zum unteren Eingang des Elements DD1.1 geht, blockiert den Durchgang von Triggerimpulsen vom Ausgang des Zeitgebers DA2, bis die Überlastung des Ausgangs der elektronischen Sicherung verschwindet. Wenn bei offenem Transistor VT1 der Lastwiderstand größer als die zulässige Grenze ist, dann ist die Spannung am invertierenden Eingang des Komparators DA3 größer als die Spannung an seinem nichtinvertierenden Eingang. Der Ausgangstransistor des Komparators DA3 (Pins 2 und 9) ist offen. An den Eingängen des Elements DD1.1 liegen zeitlich überlappend (leicht verschoben) kurze Low-Pegel-Pulse an. Am Ausgang dieses Elements wird ein kurzer High-Pegel-Impuls erzeugt, der das RS-Flip-Flop am Eingang S in einen Zustand mit Low-Pegel am Ausgang schaltet. Am Eingang R des Komparators DA4 liegt zu diesem Zeitpunkt bereits ein High-Pegel an. Das Signal am Eingang S hat jedoch eine höhere Priorität, sodass der Ausgang des Triggers niedrig ist. Als Ergebnis öffnet ein einzelnes Signal vom Ausgang des Inverters DD1.4 den Transistor VT2. Wenn der Laststrom kleiner als die Schutzbetriebsgrenze ist, geht der DA4-Komparator in einen stabilen Zustand mit niedrigem Ausgangspegel. Ein offener Transistor VT2 legt unabhängig vom Zustand des Transistors VT3 eine kleine (Bruchteil eines Volts) Spannung an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators DA1. Die Spannung am invertierenden Eingang DA3 liegt etwa bei der halben Eingangsspannung. Da der Pin 9 des Komparators DA3 einen stabilen Low-Pegel hat, speichern die Triggerimpulse vom Ausgang des Zeitgebers DA2 über das Element DD1.1 den aktuellen Zustand des RS-Flip-Flops. Wenn der Laststrom die zulässige Grenze überschreitet, schaltet der Komparator DA4, so dass sein Ausgangstransistor schließt. Ein einzelnes Signal setzt am Ausgang des Triggers einen hohen Pegel und dementsprechend einen niedrigen Pegel am Ausgang des Inverters DD1.4, wodurch der Transistor VT2 schließt und die Last abschaltet.
Ähnlich funktioniert eine elektronische Sicherung mit Plusleiterschaltung (Abb. 2). Es zeichnet sich durch die Verwendung von p-Kanal-Transistoren VT1 und VT2 aus. Da die Steuersignale an die Gates der Transistoren in Bezug auf ihre Sources angelegt werden müssen, die mit der positiven Leistungsleitung verbunden sind, werden sie invertiert. Daher werden Inverter auf dem Element DD1.4 und dem Transistor VT3 nicht verwendet. Aufbau und Details. Die elektronische Sicherung wird durch Oberflächenmontage auf einer Leiterplatte mit den Maßen 35x70 mm aus doppelseitiger Glasfaserfolie hergestellt. Brettzeichnungen sind in Abb. dargestellt. 3 (zum Schalten des Minuskabels gemäß dem Diagramm in Abb. 1) und in Abb. 4 (zum Schalten des Pluskabels gemäß Diagramm in Abb. 2). Alle Teile, bis auf den Transistor VT2, sind auf einer Seite der Platine montiert, die Folie der anderen Seite dient als Kühlkörper für den darauf verbauten Transistor VT2.
Der integrierte Timer KR1006VI1 (DA2) kann durch einen fremden analogen NE555N ersetzt werden. LED HL1 - jede Low-Power. Der Transistor KT361A (VT3) kann durch KT361B-KT361E ersetzt werden. Empfehlungen für die Wahl anderer Komponenten sind die gleichen wie im vorherigen Artikel [1].
Die Einrichtung des Geräts besteht darin, die Schaltschwellen für die Komparatoren DA3 und DA4 mit den Trimmwiderständen R7 und R14 einzustellen. An den Eingang wird ein Labornetzteil angeschlossen, an den Ausgang ein Amperemeter und ein in Reihe geschalteter Rheostat, eingestellt auf die Position des maximalen Widerstands. An den Ausgang des Komparators DA3 (Pin 9) gegenüber Pin 2 wird ein Oszilloskop angeschlossen, galvanisch getrennt von der Stromversorgung. Der Motor des abgestimmten Widerstands R7 ist oben gemäß dem Diagramm in Abb. 1 installiert. 14 Position, der R1-Motor - nach unten und schalten Sie den Strom ein. Die Sicherung muss die Last verbinden, die durch das Leuchten der HL9-Anzeige und die Amperemeter-Messwerte bestimmt wird. Oszilloskop - zeigt das Vorhandensein kurzer Impulse mit einer Amplitude von etwa 14 V. Reduzieren Sie den Widerstand des Rheostats, bis das Amperemeter den Schutzauslösestrom anzeigt. Danach wird der Schieber des abgestimmten Widerstands R1 gemäß dem Diagramm in Abb. 1 nach oben bewegt. 7 bis die Last getrennt wird. LED HL1 sollte erlöschen. Bewegen Sie dann den Motortrimmwiderstand R3 den Stromkreis hinunter (siehe Abb. 10), bis die Impulse am Ausgang des Komparators DAXNUMX verschwinden. Überprüfen Sie durch Erhöhen des Lastwiderstands, ob das Gerät es automatisch mit der Stromquelle verbindet. Eine Verringerung des Lastwiderstands, einschließlich eines Kurzschlusses, sollte dazu führen, dass er sich in etwa XNUMX μs abschaltet. Bei Überlastung beim Einschalten darf die elektronische Sicherung die Last nicht zuschalten. Eine elektronische Sicherung, die gemäß dem Schema in Abb. 2 werden auf die gleiche Weise eingestellt, mit dem einzigen Unterschied, dass der Schieber des Trimmerwiderstands R7 gemäß dem Diagramm vorläufig auf die untere Position eingestellt und nach oben bewegt wird, und der Schieber des Trimmerwiderstands R14 gemäß dem Diagramm auf die obere Position eingestellt wird und herunterbewegt. Die Parameter der Triggerimpulse können durch Auswahl der Widerstände R4 und R5 geändert werden. Wenn der Leerlaufwiderstand nicht alle 2 ms überwacht werden muss, kann der Widerstandswert des Widerstands R4 auf bis zu 2 MΩ erhöht werden. In diesem Fall erhöht sich die Periode der Auslöseimpulse proportional. Durch Reduzieren des Widerstandswerts des Widerstands R5 ist es wünschenswert, die Dauer der Impulse auf den minimal ausreichenden Wert zu reduzieren, bei dem die Vorrichtung die Last zuverlässig über den gesamten Versorgungsspannungsbereich verbindet. Es ist wünschenswert, die Öffnungszeit des Transistors VT2 im Ausgangskurzschlussmodus bei maximaler Versorgungsspannung zu messen und die Verlustenergie des Stromimpulses zu berechnen, wie im vorherigen Artikel [1] beschrieben. Wenn es die zulässige Grenze überschreitet, reduzieren Sie den Widerstand des Widerstands R5, und wenn das Gerät nicht mehr startet, reduzieren Sie die maximal zulässige Versorgungsspannung oder wählen Sie einen leistungsstärkeren Transistor VT2 [4, 5]. Die elektronische Sicherung kann so eingestellt werden, dass die Komparatoren DA3 und DA4 bei unterschiedlichen Lastwiderständen schalten. Die Notwendigkeit hierfür kann beim Anschluss einer Last mit nichtlinearer Strom-Spannungs-Kennlinie entstehen. Literatur
Autor: A. Lunaev, Kursk; Veröffentlichung: radioradar.net
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