Spannungsstabilisator auf dem KR142EN19-Chip mit Schutz 27 Volt / 7-25 Volt 2 Ampere. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz

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Der Artikel beschreibt einen Spannungsstabilisator mit zuverlässigem Impulsschutz. Wenn der Ausgangsstrom des Stabilisators die Schutzschwelle für einige Zeit überschreitet, schaltet sich der Stabilisator für einige Sekunden aus, um den Regeltransistor zu kühlen, und schaltet dann ein und wieder aus, bis der Unfall in der Last beseitigt ist. Da der Steuertransistor in diesem Modus die meiste Zeit geschlossen ist, ist die von ihm abgegebene mittlere Verlustleistung selbst bei einem Kurzschluss des Ausgangs nicht höher als im Normalmodus.

Im vorgeschlagenen Stabilisator wird eine Impulsschutzeinheit an einem Reed-Relais verwendet, das in einem Hochstromkreis enthalten ist. Eine solche Baugruppe enthält wenige zusätzliche Teile, verringert die Effizienz des Stabilisators nahezu nicht und vor allem hängt der Betriebsstrom des Reed-Schutzes nur sehr wenig von der Temperatur ab. Der Stabilisierungskoeffizient des Geräts übersteigt 400. Der minimale Spannungsabfall zwischen Eingang und Ausgang beträgt 0,5 V. Die Reglerschaltung ist in Abb. dargestellt. 1.

Fig. 1

Das Hauptelement des Stabilisators ist der Chip KR142EN19 (DA1). Wenn die Spannung am Steuereingang (Pin 1) der Mikroschaltung relativ zur Kathode (Pin 2) ihre Öffnungsschwelle (2,5 V) überschreitet, steigt der Anodenstrom mit einer Steigung von etwa 2 mA / mV an. Die Spannung an der Anode eines offenen Mikrokreises, die durch sein internes Gerät bestimmt wird, beträgt mindestens 2,5 V. Dieser Mikrokreis hat eine Funktion: Wenn die Eingangsspannung größer als für seine vollständige Öffnung erforderlich ist, kann er sich ausschalten. Gleichzeitig hört er auf, den Stabilisator zu steuern, wodurch an seinem Ausgang eine Eingangsspannung auftreten kann. Eine Überlastung des Eingangs der Mikroschaltung kann aufgrund eines Ausgangsspannungsstoßes auftreten, der auftritt, wenn die Last vom Betriebsstabilisator getrennt wird. In diesem Fall beginnt der der Last zugeführte Strom, bevor sie ausgeschaltet wurde, den am Ausgang des Stabilisators installierten Kondensator aufzuladen. Dies führt zu einem Anstieg der Ausgangsspannung, bis der Steuertransistor durch das durch den Stabilisator geleitete Fehlersignal geschlossen wird. Offensichtlich ist der Spannungsstoß umso kleiner, je größer die Kapazität des Kondensators am Ausgang des Geräts ist und je schneller das Fehlersignal den Stabilisator durchläuft. Experimente mit Lasttrennung haben gezeigt, dass eine Kapazität von mindestens 1000 Mikrofarad pro Ampere Ausgangsstrom ausreicht, um zu verhindern, dass sich die Mikroschaltung im beschriebenen Stabilisator abschaltet.

Bei einer Wiederholung des Gerätes sollte man auf Veränderungen verzichten, die zu Leistungseinbußen führen, beispielsweise durch den Einsatz von Niederfrequenztransistoren. Besonders gefährlich ist es, die Leistung durch die Integration von RC-Links in den Fehlersignalpfad künstlich zu reduzieren, um der Generierung entgegenzuwirken. Da ein Teil der Ausgangsspannung vom Schieber des Ausgangsspannungs-Einstellwiderstands R12 dem Steuereingang der Mikroschaltung zugeführt wird, führt ein Spannungsanstieg zwischen den Ausgangsklemmen des Stabilisators zu einem Spannungsanstieg zwischen dem Steuereingang des Mikroschaltung und ihre Kathode, was zur Öffnung der Mikroschaltung führt. Sein Ausgangssignal schließt den Transistor VT3, der gemäß der gemeinsamen Gate-Schaltung angeschlossen ist, und dann den zusammengesetzten Regeltransistor VT2VT1, der in der negativen Leitung des Stabilisators enthalten ist, was zu einer Verringerung des Stroms durch ihn führt. Wenn der Mikroschaltkreis geschlossen ist, muss der Transistor VT3 geöffnet sein, der Strom seines Kanals muss innerhalb von 4 ... 10 mA liegen.

Dieser Modus wird erhalten, wenn eine Spannung von etwa 5 V relativ zum gemeinsamen positiven Draht an das Gate angelegt wird. Es stellte sich heraus, dass das Anlegen eines Teils der Eingangsspannung mit Welligkeit an das Gate zum Auftreten von Welligkeit am Ausgang des Stabilisators mit einer Amplitude von etwa 1 mV führt. Daher wird die Spannung am Gate des Transistors VT3 relativ zum gemeinsamen Draht durch die Zenerdiode VD1 stabilisiert und dann auch durch die Schaltungen R2C3, R5C4 gefiltert. Die Verwendung eines Feldeffekttransistors ermöglichte es, den Strom durch die Filter und damit ihre Abmessungen erheblich zu reduzieren. Der Widerstand R7 verhindert eine Selbsterregung. Ohne sie kann sich die Stufe des VT3-Transistors bei einer Frequenz von etwa 20 MHz selbst erregen. Der beschriebene Stabilisator hat drei Schutzgrade gegen Unfälle sowohl in der Ladung als auch im Stabilisator selbst. Einen schnellen Schutz vor kurzzeitiger Überlastung bietet der Widerstand R8. Bei einer deutlichen, etwa doppelten Überschreitung des Laststroms von maximal 2 A steigt der Spannungsabfall am Widerstand R8 auf das Niveau der Eingangsspannung an, der Transistor VT2 wird dadurch gesättigt und hört auf, den Strom zu verstärken, was führt zur Begrenzung des Laststroms.

Vor längeren Ausfällen ist der Stabilisator durch einen Impulsschutz am K1-Reed-Relais geschützt. Übersteigt der Laststrom den Relaisbetätigungsstrom (2 A), schließt der Reedschalter und der Kondensator C3 entlädt sich schnell über den Widerstand R1. Damit beginnt auch die Entladung des Kondensators C4 über den Widerstand R5. Dieser Vorgang ist jedoch aufgrund des relativ großen Widerstandswerts des Widerstands R5 viel langsamer. Wenn der Spannungsabfall am Kondensator C4 auf etwa 1 V abfällt, schließt der Transistor VT3, wodurch der Stabilisator ausgeschaltet wird. Die Verzögerung zum Abschalten des Stabilisators durch die Schaltung R5C4 wird eingeführt, damit der Kondensator C3 Zeit hat, sich fast vollständig zu entladen, bevor der Reed-Schalter K1.1 öffnet.

Nach Öffnen des Reed-Schalters beginnt die langsame Aufladung des Kondensators C3 über den Widerstand R2. Dies führt zum allmählichen Öffnen des Transistors VT3 und zum Start des Stabilisators. Ebenso startet der Stabilisator, wenn der Strom eingeschaltet wird. Wenn der UMZCH von diesem Stabilisator mit Strom versorgt wird, ertönt beim Einschalten kein Klicken in den Akustiksystemen. Der beschriebene Stabilisator kann, wie jedes Gerät mit tiefem Feedback, anfällig für Generierung sein. Beim Prototyping des Geräts wurde eine Erzeugung in Form von Impulsen am Ausgang des Stabilisators mit einer Amplitude von etwa 5 mV und einer Frequenz von etwa 100 kHz beobachtet. Es stellte sich heraus, dass die Qualität des Kondensators C5 am meisten die Neigung des Stabilisators zur Erzeugung beeinflusst. Um zu verstehen, warum dies geschieht, hilft die folgende Argumentation. Nehmen wir an, die Spannung am Ausgang des Stabilisators hat sich versehentlich um 1 mV geändert. Der IC wandelt diese Spannung in eine Ausgangsstromänderung von 2 mA um.

Regeltransistoren verstärken ihn um etwa das 500-fache, was zu einer Änderung des Stroms durch den Stabilisator und den Kondensator C5 um 1 A führt. Diese Stromänderung führt zu einem Spannungsabfall am äquivalenten Serienwiderstand (ERS) des Kondensators wird die Feedbackschleife „im zweiten Kreis“ durchlaufen. Wenn dieser Spannungsabfall 1 mV überschreitet, kann es zu Schwingungen kommen. Offensichtlich kann die Stabilität des Stabilisators durch den Kondensator C5 mit einem ESR von weniger als 0,001 Ohm gewährleistet werden. Um eine Auswahl zu treffen, wurden Messungen des ESR von Kondensatoren verschiedener Serien durchgeführt. Über einen Widerstand wurde eine unipolare Spannung mit einer Frequenz von 100 kHz und einem Stromhub von 1 A an den Kondensator angelegt. Der ESR wurde aus der mit einem Oszilloskop gemessenen Spannung am Kondensator berechnet. Es stellte sich heraus, dass bei Kondensatoren mit einer Kapazität von mehr als 500 μF der ESR bei einer Frequenz von 100 kHz hauptsächlich vom Design des Kondensators abhängt und schwach von seiner Kapazität und Nennspannung abhängt.

Gemäß den Messergebnissen besteht der Kondensator C5 aus zehn parallel geschalteten Kondensatoren der Serie K50-24 mit 470 Mikrofarad, wodurch die Selbsterregung ohne Verwendung anderer Mittel unterdrückt wird. Um den niedrigen Widerstand der Kondensatorbank C5 voll auszunutzen, ist es erforderlich, dass die Länge der Verbindungsdrähte von den Anschlüssen des Kondensators C5 bis zum rechten Anschluss des Widerstands R13 der Ausgangsschaltung und dem Verbindungspunkt der Widerstände entspricht R10 und R14 so kurz wie möglich sein, wie im Diagramm gezeigt. Die Erzeugungstendenz des Stabilisators steigt, wie aus dem Obigen folgt, mit einer Erhöhung der maximal möglichen Amplitude des Stromimpulses, den der Stabilisator dem Kondensator C5 zuführen kann. Dies kann ein großes Problem darstellen, wenn versucht wird, den maximalen Ausgangsstrom zu erhöhen. Sie können die Stabilität des Stabilisators verbessern, indem Sie einen Widerstand R10 auswählen, der eine lokale negative Rückkopplung im Kathodenkreis der Mikroschaltung erzeugt.

Beim Aufbau eines Stabilisators wird dieser Widerstand mit einem Jumper geschlossen, dann wird die Erzeugung beseitigt, indem die Anzahl der Kondensatoren in der C5-Batterie erhöht wird, wonach der Jumper entfernt wird. Der Stabilisator erhält eine für seinen normalen Betrieb ausreichende Stabilitätsmarge, selbst nach einem teilweisen Verlust der C5-Batteriekapazität. Der Kondensator C2 eliminiert den Einfluss der Induktivität der Reed-Relaiswicklung auf die Stabilität des Stabilisators. Dem Stabilisator kann ein weiterer Schutzgrad hinzugefügt werden - vor Überhitzung des Regeltransistors VT1. Dazu reicht es aus, ein Thermorelais mit einer Bimetallplatte an den Körper dieses Transistors zu drücken, der bei einer Temperatur von 60 ... 70 ° C arbeitet. Die geschlossenen Kontakte des Thermorelais sind im offenen Stromkreis des Drains des Transistors VT3 enthalten. Eine Überhitzung des Transistors VT1 führt zum Öffnen der Thermorelaiskontakte, wodurch der Transistor VT1 geschlossen wird, bis er abkühlt.

Der Transistor KP507A (VT3) wird durch die geschlossenen Parameter KP508A ersetzt. Es ist zulässig, die Mikroschaltung KR142EN19 (DA1) durch KR142EN19A oder ein ausländisches Analogon TL431 zu ersetzen. Die Kondensatoren C3, C4, die im Schutzknoten als Timing verwendet werden, müssen beispielsweise aus der Serie FT, K78, K71-4 mit geringer Leckage sein. Die Kapazität des Kondensators C3 bestimmt die Betriebsdauer des Impulsschutzes sowie die Dauer des Starts des Stabilisators. Mit dem im Diagramm angegebenen Widerstandswert des Widerstands R2 und der Kapazität des Kondensators C3 beträgt diese Periode ungefähr 3 s.

Er sollte nicht wesentlich durch Verringerung der Kapazität des Kondensators C3 verringert werden, da bei einem zu schnellen Start der Ladestrom der Kondensatoren, die Teil der Last sein können, 2 A überschreiten kann, was zum Auslösen des Schutzes führt. Reedrelais K1 - Eigenbau. Auf den Reedschalter KEM1 (oder einen ähnlichen) werden 15 Windungen Wickeldraht mit einem Durchmesser von 0,4-0,7 mm gewickelt. Dann wird die Anzahl der Windungen durch den Betrieb des Reedschalters bei einem Laststrom von 2 A festgelegt. Der VT1-Transistor muss auf einem Kühlkörper mit einer Kühlfläche von mindestens 200 cm² installiert werden. Beim Einstellen wird Spannung vom Ausgang der Laborstromquelle an den Eingang angelegt. Sein Maximalwert sollte 30 V nicht überschreiten (die Grenzspannung der Anoden-Kathode der DA1-Mikroschaltung). Durch Auswahl des Widerstands R14 wird die Obergrenze der Ausgangsspannungseinstellung auf 0,5 ... 1 V kleiner als die Eingangsspannung eingestellt. Der Widerstand R8 ist so gewählt, dass der Spannungsabfall an ihm bei einem Laststrom von etwa 2 A gleich der halben Eingangsspannung ist.

Der Stabilisator sollte wegen seines langsamen Anlaufs bei bipolaren Quellen mit Vorsicht verwendet werden. Da der Reedschalter des Impulsschutzes durch starke Erschütterungen schließen kann, ist es nicht empfehlenswert, den vorgeschlagenen Stabilisator in Bordsystemen zu verwenden.

Autor: S. Kanygin, Charkow; Veröffentlichung: cxem.net

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