UMZCH-Schutzsystem. Schema, Beschreibung

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UMZCH-Schutzsystem. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker

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Derzeit enthält jeder moderne Audiofrequenz-Leistungsverstärker (UMZCH) ein System zum Schutz der Ausgangsstufe (VC) vor Überstrom im Falle eines Kurzschlusses in der Last (Kurzschluss) oder eines niedrigen Widerstands des akustischen Systems (AS). Das gleiche System schützt die Lautsprecher vor einer konstanten Spannung am Ausgang des UMZCH und Schwankungen der Infraschallfrequenzen. Darüber hinaus sorgt ein hochwertiger UMZCH für eine Verzögerung beim Anschluss der Lautsprecher an den UMZCH-Ausgang (für die Dauer von Transienten), die notwendig ist, um die Lautsprecher beim Einschalten vor Klickgeräuschen zu schützen, sowie für die automatische Trennung des UMZCH vom Stromnetz im Falle einer Störung.

Eine der einfachsten und gebräuchlichsten Möglichkeiten, Lautsprecher vor einer konstanten Komponente am Ausgang des UMZCH zu schützen, besteht darin, eine Sicherung in Reihe mit den Lautsprechern zu schalten. Bei Vorhandensein einer konstanten Spannung am Ausgang des UMZCH fließt ein Gleichstrom durch die Schwingspule des dynamischen Kopfes (DG), der meist niederfrequent ist und galvanisch mit dem Ausgang des UMZCH verbunden ist. Wenn der Strom ausreicht, um die Sicherung durchzubrennen, wird der Wechselstrom vom UMZCH getrennt. Allerdings so einfach, natürlich. nicht optimal, da die AC-Sicherung vor dem Durchbrennen einige Zeit unter konstanter Spannung steht. Um die Betriebszeit zu verkürzen, sollte der Nennstrom der Sicherung dreimal geringer sein als der Strom, der sie durchbrennt, und ein Vielfaches geringer als der maximale Strom, dem der Wechselstrom standhalten kann.

Auf den ersten Blick gibt es hier keine besonderen Probleme, da bei einem Ausfall eines der Transistoren der UMZCH-Ausgangsstufe der Ausgang eine Spannung nahe der VC-Versorgungsspannung aufweist. Bei einer Spannung von 32 V beträgt der Strom durch den Wechselstrom mit einem Nennwiderstand von 4 Ohm also etwa 8 A. und die 2-Ampere-Sicherung wird ihre Aufgabe erfolgreich erfüllen. Was aber, wenn der Ausgang gar nicht 32 V, sondern beispielsweise 7 V beträgt? In diesem Fall trennt die 2-Ampere-Sicherung die Lautsprecher nicht vom UMZCH und die DG-Schwingspule erwärmt sich allmählich, was zu ihrem Ausfall führen kann.

Darüber hinaus führt der Schutz von Lautsprechern mit Hilfe von Sicherungen zu thermischen, harmonischen und Intermodulationsverzerrungen, die die Qualitätsindikatoren des gesamten UMZCH verschlechtern [1]. Diese Verzerrungen können durch den Einsatz von Sicherungen mit hoher Nennleistung minimiert werden, allerdings wird der Schutz dann unwirksam. Darüber hinaus schützt diese Methode die Lautsprecher nicht vor Infraschallschwingungen, die die Diffusoren des DG beschädigen können.

Eine weitere Möglichkeit, die Lautsprecher zu schützen, ist die Verwendung spezieller elektronischer Schaltkreise, die schnell das Vorhandensein einer konstanten Spannung oder Schwingungen von Infraschallfrequenzen am Ausgang des UMZCH feststellen und die Lautsprecher ausschalten. Es kann jedoch vorkommen, dass bei einem Ausfall des VC (wenn das AC-Schutzsystem von derselben Stromquelle wie der VC erfasst wird) aufgrund eines „Spannungsabfalls der Stromversorgung“ das AC-Schutzsystem nicht funktioniert, dieser Nachteil kann jedoch behoben werden durch Verwendung einer separaten Stromversorgung für das Schutzsystem.

Für den Schutz des VC vor Überstrom sind hier die gleichen zwei Methoden möglich: Sicherungen und elektronische Schaltkreise. Versuche, Halbleiterbauelemente durch Sicherungen zu schützen, sind jedoch nutzlos: Ein typischer Halbleiter fällt durch Überstrom aus, lange bevor die Sicherung schmilzt, und nur schnelle elektronische Schaltkreise können einen zuverlässigen Überlastschutz bieten.

Aus alledem folgt jedoch nicht, dass Sie Sicherungen vergessen müssen. Sicherungen sind im Sekundärkreis eines Leistungstransformators wünschenswert, um bei einem Kurzschluss in einem Brückengleichrichter vor Überhitzung zu schützen. Netzsicherungen sind zwingend erforderlich. Die Netz- und Sekundärsicherungen müssen träge sein, damit sie bei Überspannungen aufgrund der Aufladung der Speicherkondensatoren und des Anlaufstroms des Transformators beim Einschalten der Stromversorgung nicht durchbrennen.

Erwähnenswert ist auch der Kampf gegen Anlaufströme UMZCH. Zu diesem Zweck werden in leistungsstarken UMZCH zunehmend Sanftanlaufsysteme (SPP, Soft Start) eingesetzt. Der Zweck eines Sanftanlaufs besteht darin, den Anlaufstrom zu reduzieren, die Lebensdauer der Netzschalterkontakte zu verlängern und ein unnötiges Durchbrennen der Netzsicherungen zu vermeiden.

In Verstärkern mittlerer Leistung kann NTC mithilfe eines Widerstands mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) implementiert werden. in Reihe mit der Primärwicklung des Netztransformators geschaltet. Wenn der Verstärker eingeschaltet wird und sich der Thermistor erwärmt, sinkt sein Widerstand innerhalb weniger Zehntelsekunden vom anfänglichen, relativ großen Wert auf nahezu Null, wodurch der Stromstoß begrenzt wird. Der Vorteil dieser Lösung liegt in der Verwendung nur eines zusätzlichen Elements. Gleichzeitig ist der Hauptnachteil der SPP-Schaltung auf Basis des NTC-Widerstands die langsame Abkühlung des Thermistors nach dem Ausschalten des UMZCH. Wenn der Verstärker unmittelbar nach dem Ausschalten wieder eingeschaltet wird, hat der NTC-Widerstand daher keine Zeit zum Abkühlen und der Stromstoß wird nur teilweise geglättet.

In Industrie- und Amateurfunkgeräten werden häufig Strombegrenzungsstufen verwendet, bei denen ein leistungsstarker Widerstand in Reihe mit der Primärwicklung des Leistungstransformators geschaltet wird, um den Stromstoß zu bekämpfen. Nach einiger Zeit wird dieser Widerstand durch die Relaiskontakte überbrückt [2J. In diesem Fall ist der Nachteil der NTC-Widerstandsschaltung nicht vorhanden, jedoch steigt die Komplexität der Stromstoßunterdrückungsschaltung und damit auch deren Kosten. Um große induktive Transienten zu verhindern, die beim Anschluss des Transformators an das Netz auftreten, wird eine Schaltung aus einem in Reihe geschalteten Widerstand und Kondensator parallel zur Primärwicklung des Transformators oder den Kontakten des Netzschalters geschaltet [3, 4].

Das UMZCH-Schutzsystem, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 1 wurde unter Berücksichtigung der obigen Bemerkungen erstellt. Im Gegensatz zum Schutzschema aus [5] ist es einfacher. Das Schutzsystem wird von einer separaten Stromquelle (PS) gespeist, die aus den Elementen T1, VD19, C13 besteht. Dieselbe IP fungiert als Standby-Spannungsquelle (12 V), die zur Stromversorgung des Schaltkreises (DD2, K1, SB1 usw.) erforderlich ist, sodass Sie den UMZCH durch Drücken nur einer Taste ohne Fixierung ein- und ausschalten können . Dadurch wird es möglich, den Zustand des Verstärkers zu steuern, indem beispielsweise von einem Fernbedienungssystem aus ein einzelner Impuls an Pin 1 des XP5-Steckers angelegt wird.

(zum Vergrößern klicken)

Wenn das Gerät an das Netzwerk angeschlossen ist, wird die Standby-Spannung +12 V vom Ausgang des Gleichrichters VD19, C13 dem D-Trigger DD2 zugeführt, der über die Kette C11-H19 auf „0“ gesetzt wird. Dieser Zustand entspricht einer Spannung von etwa +12 V an Pin 2, die den VT7-Transistor im geschlossenen Zustand hält. Folglich ist die Spannung an der Rübenwicklung K1 Null, die Kontakte K1.1 und K1.2 sind geöffnet und der UMZCH ist stromlos. Durch kurzes Drücken der SB1-Taste an Pin 3 DD2 wird ein kurzer Impuls erzeugt, der den Zustand von DD2 ändert („0. an Pin 2 DD2). Transistor VT7 öffnet und schaltet Relais K1, die Relaiskontakte schließen und verbinden den UMZCH mit dem Netzwerk. Parallel zu den Kontakten repeK1.1 und K1.2 sind die Ketten R21-C15 und R22-C16 enthalten, die Transienten dämpfen, die beim Einschalten des Leistungstransformators auftreten.

Wenn Strom an den Sanftanlaufkreis (R20, SYU, VD16, VT6, K2, VD17, R23 ... R25) angelegt wird, wird der SU-Kondensator langsam aufgeladen (ca. 0,5 ... 1 s). Sobald die Spannung an der SU ausreicht, um VT6 zu öffnen, wird das Relais K2 aktiviert und überbrückt mit seinen Kontakten den zusammengesetzten Leistungswiderstand R23. ..R25. dient dazu, den Einschaltstrom beim Einschalten des UMZCH zu dämpfen.

Gleichzeitig werden +12 V an die übrigen Knoten der Schaltung angelegt. Zu den Elementen von R3. R4, C1. C2, VT1, VT3 (R5, R6, C3, C4. VT2, VT4) haben einen Komparator mit zwei Schwellenwerten zusammengebaut, auf den Elementen R3, C1, R4, C2 (R5, C3. R6. C4) - eine Infra-Niederfrequenz Filter. Die Schwellenspannungen betragen ungefähr +0.65 V und -0,65 V. Die konstante Komponente oder Spannung der Infraschallschwingungen am Ausgang des UMZCH wird mit diesen Schwellenwerten verglichen. Beim Überschreiten des Schwellenwerts wird einer der Transistoren entsperrt, wodurch der Kondensator C6 entladen wird.

Der Kondensator C6 wird auch beim Ansprechen des Stromschutzes VK (VD1 ... VD8. R7 ... R10, VU1, VU2) entladen. Die aktuelle Schutzschwelle kann durch Ändern des Widerstands R7 (R9) angepasst werden. Bei den angegebenen Nennwerten arbeitet der Stromschutz bei einer Spannung zwischen den Kontakten 1.2 - 3, 4 ХРЗ (ХР4) von etwa 6 V, was einem Strom von 6 A entspricht (wenn 0,47-Ohm-Widerstände im Emitter- oder Quellkreis installiert sind). die VK-Transistoren). Um den Betrieb des Stromschutzes bei Signalspitzen auszuschließen, weist er eine gewisse Trägheit auf.

Da im Moment des Einschaltens aufgrund von Transienten im UMZCH am Ausgang eine konstante Komponente mit einem Pegel über dem Schwellenwert (0,65 V) auftreten kann, ist es erforderlich, den Betrieb des Systems zum Trennen des Verstärkers zu blockieren das Netz (DD1.1, DD1.2, DD1.4). Hierzu ist eine Kette R14-C8 vorgesehen. Bis die Spannung an C8 den Pegel „1“ erreicht (ca. 4 s), ist der Betrieb des Auslösekreises blockiert. Für den Fall, dass die Dauer der Transienten beim Einschalten des UMZCH 4 s überschreitet, sollte die Zeitkonstante R14-C8 erhöht werden.

Das Akustiksystem wird mit einer Verzögerung von etwa 12 Sekunden an den UMZCH-Ausgang angeschlossen, was ausreicht, um die transienten Prozesse im UMZCH vollständig zu beenden. Die Verzögerungszeit wird durch die Schaltungszeitkonstante R7-CXNUMX bestimmt. Der Wechselstrom wird vom UMZCH getrennt, wenn der Stromschutz des VC ausgelöst wird oder die konstante Komponente am Ausgang des UMZCH den Schwellenwert überschreitet.

Autor: M. Schuschnow, Nowosibirsk

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