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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Stromschutzvorrichtung für die Stromversorgung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Die in diesem Artikel beschriebene Stromschutzeinheit ist für eine Stromquelle konzipiert, deren Beschreibung in [1] zu finden ist, und arbeitet in Verbindung mit einem Ausgangsspannungs- und Laststrommesser [2]. Das Gerät unterscheidet sich von anderen ähnlichen Geräten dadurch, dass es neben der Ausführung von Schutzfunktionen auch die Möglichkeit bietet, die Ansprechschwelle über den Laststrommesser des Netzteils einzustellen und zu steuern, ohne es zu belasten. Bei den meisten Stromschutzgeräten wird die Ansprechschwelle über einen variablen Widerstand mit abgestufter Skala oder einen Schalter mit Widerstandssatz verändert. Im ersten Fall ist es schwierig, den erforderlichen Schwellenwert genau einzustellen, im zweiten Fall ist die Anzahl seiner möglichen Werte durch die Anzahl der Schalterpositionen begrenzt. Darüber hinaus müssen seine Kontakte dem maximalen Laststrom standhalten und solche Schalter sind recht teuer. Mit der in diesem Artikel vorgestellten Schutzvorrichtung können Sie die Schutzschwelle über den gesamten Betriebsbereich des Laststrommessers mit der von diesem Messgerät gebotenen Genauigkeit einstellen, ohne dass Kalibrierungen oder Auswahl von Widerständen erforderlich sind. Das Schutzgerät arbeitet in zwei Modi: Es begrenzt den Laststrom und schaltet die Ausgangsspannung ab, wenn der Schwellenwert überschritten wird (Triggermodus). Sein Diagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Es ist auf dem Operationsverstärker DA1 aufgebaut und nach einer nichtinvertierenden Verstärkerschaltung angeschlossen.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers empfängt eine Referenzspannung vom Widerstandsteiler R4-R6. Als Eingangssignal des Schutzgeräts [2] wurde die Spannung vom Ausgang des Verstärkers der Strommesseinheit verwendet. Während keine Last vorhanden ist, ist die Spannung am Ausgang dieses Verstärkers und damit am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 Null. Da die Spannung an seinem invertierenden Eingang über Null liegt, liegt der Ausgang dieses Operationsverstärkers unter Null, der Transistor VT1 ist geschlossen und die LED HL1 ist ausgeschaltet. Mit dem Aufkommen des Laststroms steigt die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers. Sobald sie den Standardwert überschreitet, steigt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers über Null und öffnet den Transistor VT1. Letzterer überbrückt beim Öffnen den Ausgang des parallelen Spannungsreglers DA1 (Abb. 5 in [2]). Die Ausgangsspannung des Netzteils und damit der Laststrom sinken, bis die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 der Standardspannung entspricht. Der Laststrom wird auf einen stationären Zustand begrenzt. Die HL1-LED signalisiert den Übergang in den Strombegrenzungsmodus. Um in den Triggermodus zu wechseln, müssen Sie die Kontakte des SB2-Druckschalters schließen. Wenn in diesem Fall der Laststrom den eingestellten Wert überschreitet, öffnet der Transistor VT2 und eine Spannung von -1 V wird an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA8 angelegt. Am Ausgang des Operationsverstärkers liegt die Spannung an auf etwa +6 V eingestellt werden, öffnet der Transistor VT1 vollständig und die Ausgangsspannung der Quelle liegt nahe bei Null. Die LED in diesem Modus signalisiert, dass der Schutz ausgelöst hat. Um die Quelle wieder in den Betriebsmodus zu versetzen, reicht es aus, den Schutz kurzzeitig in den Strombegrenzungsmodus zu schalten. Mit den im Diagramm angegebenen Werten der Widerstände R4-R6 kann die Ansprechschwelle von 20 mA bis 2 A eingestellt werden. Um dieses Intervall zu ändern, werden die genannten Widerstände ausgewählt. Die Schaltung R11C7 dient dazu, eine Selbsterregung des Operationsverstärkers zu verhindern. Obwohl dies höchstwahrscheinlich nicht vollständig beseitigt werden kann, reduziert die Schaltung R11C7 die Amplitude der hochfrequenten Wechselspannung am Ausgang des Operationsverstärkers erheblich. Um zu verhindern, dass die Erzeugung den Betrieb anderer Knoten beeinträchtigt, wird das Signal vom Operationsverstärkerausgang über den Filter R1C2 der Basis des Transistors VT1 zugeführt. Der Widerstand R1 im Emitterkreis von VT1 erzeugt eine lokale negative Stromrückkopplung. Das Nebenschließen des Kollektor-Emitter-Abschnitts des Transistors VT1 (Abb. 5 in [1]) mit einem Kondensator mit einer Kapazität von 4,7 μF auf eine Spannung von 63 V trägt ebenfalls dazu bei, die Selbsterregung zu beseitigen. Die Tatsache, dass es keine Selbsterregung gibt wird indirekt durch das Fehlen von akustischem Lärm von der Quelle angezeigt. Und die Selbsterregung wird von charakteristischen Geräuschen begleitet, die vom Gehör gut wahrgenommen werden. In jedem Fall sollten Sie den Bereich der Ausgangsspannungswelligkeit im Strombegrenzungsmodus mit einem Oszilloskop überwachen und durch Auswahl von Korrekturschaltungen minimieren. Möglicherweise muss die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers stabilisiert werden. Es ist zu beachten, dass die Verwendung der Schaltung R11C7 und des Widerstands R1 nicht immer erforderlich ist. In einer der Kopien des Schutzgeräts mussten sie überhaupt nicht installiert werden, obwohl die Amplitude der Wellen mit einer Frequenz von mehr als 200 kHz am Ausgang des Operationsverstärkers DA1 100 mV erreichte. Das Kriterium ist die Pulsationsamplitude am Quellenausgang. Wenn er im Strombegrenzungsmodus 10...15 mV nicht überschreitet, kann der Betrieb der Schutzeinheit als zufriedenstellend angesehen werden, da ein solcher Modus in den meisten Fällen als Notfall gilt. Der Schaltkreis R11C7 und der Widerstand R1 können auch weggelassen werden, wenn erwartet wird, dass die Quelle nicht im Strombegrenzungsmodus arbeitet, sondern nur der Triggermodus erforderlich ist. In diesem Fall sollte der Kollektor des Transistors VT2 direkt mit Pin 2 von DA1 verbunden werden und der Schalter SB2 durch einen Schalter ersetzt werden, der gemäß dem gezeigten Diagramm mit der Unterbrechung im Draht verbunden wird, der den Widerstand R9 mit Pin 3 von DA1 verbindet in Abb. 2. Wenn der Auslöseschutz ausgeschaltet ist, wird der Ausgangsstrom von Quelle [1] auf etwa 2,5 A begrenzt.
Da bei einem Laststrom gleich dem Schwellenwert die Spannungen an den Eingängen des Operationsverstärkers gleich sind, reicht es zur Bestimmung des Schutzschwellenwerts aus, die Spannung am Motor des variablen Widerstands R5 relativ zum Minuskabel von zu messen die Ladung. Dazu müssen Sie im Messgerät [2] den Stromkreis zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers DA1 und dem Widerstand R10 unterbrechen und die Drähte an die Kontakte des Schalters SB1 anschließen. Der Schutzstrom kann in jeder Betriebsart gemessen werden. Die Stromversorgung der Schutzeinrichtung erfolgt über einen im Messgerät eingebauten Spannungswandler [2]. Dafür reicht seine Kraft aus. Am besten ist es natürlich, anstelle eines Umrichters zusätzliche Sekundärwicklungen des Leistungstransformators mit entsprechenden Gleichrichtern und Stabilisatoren zu verwenden. Die Stromversorgung, aufgebaut aus den in [1] und [2] beschriebenen Einheiten, mit der vorgeschlagenen Schutzvorrichtung ist nicht ohne Nachteile. Erstens erscheint beim Anschluss an das Netzwerk am Ausgang ein Spannungsimpuls, dessen Amplitude die eingestellte Ausgangsspannung nicht überschreitet. Dies ist eine Folge der Stromversorgung der Schutzeinheit durch den Spannungswandler. Es startet später als die Stromquelle, sodass Transienten in der Schutzeinheit verzögert auftreten. In dem Moment, in dem der Wandler startet, erscheint am Ausgang des Operationsverstärkers DA1 kurzzeitig eine Spannung von +6 V und der Transistor VT1 öffnet, was das Auftreten eines Impulses verursacht. Ein weiterer Nachteil hat denselben Grund wie der erste, tritt jedoch auf, wenn der Auslöseschutzmodus aktiviert ist. Beim Anlegen von Strom entsteht ein Spannungsimpuls, dessen Amplitude die eingestellte Ausgangsspannung nicht überschreitet, woraufhin die Quelle abschaltet. Wenn Schutzeinheit und Zähler über zusätzliche Wicklungen des Netztransformators gespeist werden, treten diese Effekte in geringerem Maße auf. Um den Einfluss dieser Mängel zu beseitigen, können Sie den Triggermodus einfach nicht einschalten und die Last erst dann anschließen, wenn die Ausgangsspannung des Geräts hergestellt ist. Aber eine Schaltung, deren Diagramm in Abb. dargestellt ist, hilft Ihnen dabei, sie vollständig loszuwerden. 3. Wenn das Gerät an das Netzwerk angeschlossen wird, wird der Kondensator C9 entladen; über die Diode VD1 wird eine negative Spannung an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 angelegt, sodass an seinem Ausgang kein Impuls erscheint. Während sich der Kondensator auflädt, steigt die Spannung an ihm allmählich an. Wenn sie größer wird als am Eingang des Operationsverstärkers, wird die Diode VD1 geschlossen und der Kondensator C9 wird über den Widerstand R12 auf die Gesamtspannung an den Ausgängen des Wandlers (16 V) aufgeladen und hat keinen Einfluss mehr auf den weiteren Betrieb des Wandlers das Gerät. Die Diode VD2 dient dazu, die Entladung des Kondensators C9 beim Ausschalten zu beschleunigen. Die Zeitkonstante der C9R12-Schaltung sollte minimal gewählt werden, bei der der Auslöseschutz zum Zeitpunkt des Einschaltens der Quelle in das Netzwerk nicht funktioniert.
Eine Leiterplatte für die Schutzeinheit wurde nicht entwickelt. Wenn Sie das Netzteil [1] mit diesem Gerät ausrüsten, installieren Sie anstelle des variablen Widerstands R11' (Abb. 3 in [1]) einen Konstantwiderstand mit einem Nennwert von 3,6 kOhm und schließen Sie den Widerstand R11'' aus. Die Schutzeinheit verwendet MLT-Widerstände und importierte Oxidkondensatoren. Variabler Widerstand - SP3-40. KT3102E-Transistoren können durch SS9014 ersetzt werden, und anstelle des Operationsverstärkers KR140UD708 können importierte Analoga oder andere inländische Operationsverstärker, beispielsweise KR1408UD1A, verwendet werden. Operationsverstärker mit einer niedrigen Anstiegsgeschwindigkeit sollten bevorzugt werden. Literatur
Autor: E. Gerasimov
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