Spannungsstabilisator der Mikroschaltung: Schutzknoten. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz

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Die vorgeschlagene Vorrichtung schützt zuverlässig den Mikroschaltkreis-Spannungsregler, ohne seine technischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.

Funkamateure verwenden häufig 1-Spannungsstabilisatoren, die auf dreipoligen Mikroschaltungen der Serien KR142, KR1157, KR1158, 78L, 79L basieren, um Netzteile zu bauen [1]. Obwohl diese Mikroschaltkreise über einen eingebauten Strom- und Überhitzungsschutz verfügen, benötigen sie oft noch einen externen Schutz. Tatsache ist, dass diese Mikrokreise während eines Notfalls mit einer Stromüberlastung oder einem Kurzschluss in der Last in den Ausgangsstrombegrenzungsmodus wechseln. In diesem Fall wird jedoch ein erheblicher Teil der Eingangsspannung an die Mikroschaltung angelegt, wodurch sie sich aufzuwärmen beginnt. Trotz der Tatsache, dass der eingebaute Wärmeschutz den Ausgangsstrom reduziert, kann der Mikroschaltkreis bei einer großen Eingangsspannung überhitzen und ausfallen, insbesondere wenn er auf einem unzureichend effizienten Kühlkörper oder überhaupt ohne diesen installiert ist. Was in einer solchen Situation droht, ist ohne Erklärung klar. Und hier ist ein Gerät nützlich, das den Stabilisator-Mikroschaltkreis in einigen extremen Betriebsmodi schützt und dementsprechend die Zuverlässigkeit seines Betriebs erhöht.

Das Schema der vorgeschlagenen Vorrichtung zusammen mit dem Stabilisator ist in Abb. 1. Der Sicherheitsknoten selbst ist mit einer strichpunktierten Linie eingekreist. Es ist auf zwei Feldschalttransistoren mit Kanälen unterschiedlicher Leitfähigkeit aufgebaut, die in der Transistorbaugruppe IRF7309 (VT1) enthalten sind. Die Hauptparameter der Transistoren dieser Baugruppe sind: Widerstand des offenen Kanals - 0,05 ... 0,1 Ohm, maximaler Drainstrom - 3,2 ... 4 A, maximale Source-Drain-Spannung - 30 V, Gate-Source - 20 V, insgesamt Verlustleistung - 1.4 W.

Reis. 1 Schematische Darstellung des Geräts

Die Schutzeinrichtung steuert die Ausgangsspannung des Stabilisators. Wenn es unter einen bestimmten Wert fällt, trennt das Gerät den Mikroschaltkreis von der Eingangsspannungsquelle. Mehrere typische Notfälle sind möglich. Erstens ist es ein Kurzschluss in der Last, bei dem die Ausgangsspannung auf nahezu Null abfällt und das Schutzgerät auslöst. Zweitens ist dies ein Überlaststrom über dem maximal zulässigen Wert für die Mikroschaltung. In diesem Fall wechselt die Mikroschaltung in den Strombegrenzungsmodus, die Ausgangsspannung nimmt ab, sodass die Schutzvorrichtung funktioniert. Drittens ist eine signifikante Erhöhung des Laststroms möglich, ohne jedoch den maximalen Ausgangsstrom der Mikroschaltung zu erreichen. Beispielsweise hat sich der Laststrom statt der üblichen 0,5 A auf 1,5 A erhöht. Obwohl dieser Modus für die Mikroschaltung normal ist, erwärmt sie sich dennoch stärker. Wenn die Wärmeableitung ineffizient ist, steigt die Gehäusetemperatur, bis sie zu hoch ist. Dann reduziert der Wärmeschutz den Ausgangsstrom, die Ausgangsspannung nimmt ebenfalls ab, wodurch die Schutzvorrichtung arbeitet und die Stromversorgung der Mikroschaltung abschaltet.

In dem Moment, in dem das Gerät eingeschaltet wird, wird der Kondensator C1 entladen, die gesamte Eingangsspannung wird an den Widerstand R1 angelegt. Der Transistor VT1.1 ist offen, bis dieser Kondensator aufgeladen ist. Die Spannung wird dem Eingang der DA1-Mikroschaltung zugeführt, an deren Ausgang die Nennausgangsspannung erscheint, von der ein Teil vom Widerstandsteiler R4R5 zum Gate des Transistors VT1.2 geleitet wird. Dieser Transistor öffnet und hält den Kondensator C1 entladen, sodass der Transistor VT1.1 offen bleibt.

Wenn aus irgendeinem Grund die Ausgangsspannung des Stabilisators erheblich abnimmt, beginnt der Transistor VT1.2 zu schließen, der Kondensator C1 lädt sich auf und der Transistor VT1.1 schließt. Dadurch wird die Ausgangsspannung weiter reduziert. Aufgrund der positiven Rückkopplung endet der Prozess mit dem vollständigen Schließen der Transistoren VT1.1 und VT1.2. Der geschlossene Transistor VT1.1 öffnet den Eingangskreis des DA1-Chips und bietet seinen Schutz. Der Kondensator C1 wird sowohl beim Starten des Stabilisators als auch zum Verzögern des Betriebs des Schutzgeräts benötigt, wodurch dessen Störfestigkeit erhöht wird.

Zum Neustart müssen Sie die Eingangsspannung vorübergehend ausschalten, bis die Spannung am Kondensator C1 aufgrund der Entladung über den Widerstand R2,5 um 3 ... 2 V abnimmt. Danach öffnet der Transistor VT1.1 und legt Spannung an den Eingang des DA1-Chips an. Die Ausgangsspannung beginnt zu steigen. In dem Moment, in dem die Gate-Source-Spannung des Transistors VT1.2 2,5 V überschreitet, öffnet er. Über seinen Kanal und den Strombegrenzungswiderstand R3 wird schließlich der Kondensator C1 entladen. Die HL1-LED leuchtet auf - ein Indikator für das Vorhandensein der Ausgangsspannung des Stabilisators und dementsprechend für seinen normalen Betrieb.

Aufbau und Details

Das Gerät ist auf einer Leiterplatte aus doppelseitiger Glasfaserfolie montiert (Abb. 2). Die zusammengebaute Platine ist in Abb. 3 gezeigt. 1. Die Folie auf der Rückseite der Platine wird als gemeinsamer Draht verwendet. Drähte werden durch die mit Sternchen markierten Löcher der Platine geführt und verbinden die gedruckten Leiter auf beiden Seiten. Die Pins 3 und 1 des DA2-Chips werden auf die Leiterbahnen gelötet, Pin 1 wird durch das Loch geführt und auf der Rückseite mit der gemeinsamen Drahtfolie verlötet. Wenn der DAXNUMX-Chip auf einem Kühlkörper installiert ist, wird neben dem Chip auch die Platine darauf platziert.

Reis. 2 Geräteplatine

Die vorgeschlagene Schutzvorrichtung kann auf jede Spannungsstabilisator-Mikroschaltung mit drei Ausgängen angewendet werden. Wenn die Gesamtleistung der Mikroschaltung durchschnittlich ist, ist das Muster der Leiter der gedruckten Schaltungsplatte ohne Änderungen geeignet. Andernfalls ist eine geringfügige Änderung erforderlich.

Das vorgeschlagene Gerät eignet sich auch zum Schutz einstellbarer Spannungsstabilisatoren (Reihe LM317 und ähnliches), jedoch ist es in diesem Fall auch erforderlich, das Muster der Leiterbahnen der Leiterplatte zu ändern, um den Einbau eines Widerstandsspannungsteilers und ggf , einige andere Elemente [1, Abb. 3].

Reis. 3 Aussehen des Geräts

Das Gerät kann Festwiderstände R1-4, MLT, S2-33, Kondensatoren K50-35 oder ähnliches verwenden. Die Nennspannung der Kondensatoren C1 und C2 muss mindestens 20 % höher sein als die maximale Eingangsspannung und C3 – die Ausgangsspannung. Die HL1-LED kann jedes sichtbare Licht mit einem Nennstrom von 5...20 mA haben.

Anstelle der Transistorbaugruppe IRF7309 (VT1) können Sie auch separate Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate und induziertem Kanal des entsprechenden Leitungstyps verwenden [2]. Der Transistor, der VT1.1 ersetzt, muss dem Eingangsstrom der Mikroschaltung bei maximalem Laststrom standhalten, seine maximale Drain-Source- und Gate-Source-Spannung muss größer sein als die maximale Eingangsspannung. Für den Transistor, der VT1.2 ersetzt, muss die maximale Drain-Source-Spannung größer sein als der maximale Eingang.

Einrichtung

Die Einstellung läuft, falls notwendig, auf die Auswahl der Kapazität des Kondensators C1 hinaus, so dass Transienten in dem Stabilisator oder der Last schneller auftreten als das Laden des Kondensators durch den Widerstand R1. Der Widerstandswert des Widerstands R2 wird zwischen mehreren hundert Kiloohm und 1 MΩ gewählt, um eine akzeptable Dauer der anfänglichen Entladung des Kondensators C1 sicherzustellen - die Mindestzeit, für die die Eingangsspannung nach dem Auslösen des Schutzes abgeschaltet werden muss. Der Widerstand R4 ist so gewählt, dass das Gerät arbeitet, wenn die Ausgangsspannung des Stabilisators um 1 ... 3 V abfällt. Bei einer niedrigen Ausgangsspannung (3 ... 6 V) kann das Gerät vereinfacht werden, indem die Widerstände R4, R5 eliminiert und installiert werden ein Jumper anstelle von R5. In diesem Fall arbeitet die Schutzvorrichtung jedoch nicht, bis die Ausgangsspannung auf etwa 2,5 V abfällt, da der Feldeffekttransistor VT1.2 bei dieser Gate-Source-Spannung zu schließen beginnt. Daher ist es bei einer höheren Ausgangsspannung (9 ... 12 V) dennoch ratsam, diese Widerstände einzubauen.

Der Widerstand R3 begrenzt den Entladestrom des Kondensators C1 durch den Kanal des Transistors VT1.2 auf einen akzeptablen Wert. Widerstand R6 und LED HL1 ggf. setzen. Der Widerstandswert des Widerstands R6 wird so gewählt, dass die erforderliche Helligkeit der Strahlung der LED HL1 erhalten wird, ohne den maximal zulässigen Strom durch sie zu überschreiten.

Bei einem Spannungsregler mit negativer Polarität (bei Mikroschaltungen der 79L-Serie und ähnlichem) sollten Sie die Feldeffekttransistoren VT1.1 und VT1.2 tauschen und auch die Polarität beim Einschalten aller Kondensatoren und der HL1-LED ändern. Das Muster der PCB-Leiter muss ebenfalls geändert werden.

Die Eingangsspannung sollte unter Berücksichtigung von Welligkeiten 20 V nicht überschreiten. Abschließend ist anzumerken, dass das vorgeschlagene Gerät Sie nicht vor allen möglichen Notfällen bewahrt, aber die Zuverlässigkeit des Spannungsstabilisators der Mikroschaltung erheblich erhöht.

Literatur

1. Biryukov S. Mikroschaltungsstabilisatoren mit breiter Anwendung. - Radio, 1999, Nr. 2, p. 69-71.
2. Leistungsstarke Feldeffekt-Schalttransistoren von International Rectifier. - Radio, 2001, Nr. 5, p. 45.

Autor: I. Nechaev, Kursk; Veröffentlichung: radioradar.net

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