Микросхемный стабилизатор напряжения узел защиты
Предлагаемое устройство надежно защищает микросхемный стабилизатор напряжения без ухудшения его технических характеристик.
Радиолюбители широко применяют 1 для построения блоков питания стабилизаторы напряжения на основе трехвыводных микросхем серий КР142, КР1157, КР1158, 78L, 79L [1]. Хотя эти микросхемы и имеют встроенную защиту по току и от перегрева, но зачастую все-таки нуждаются во внешней защите. Дело в том, что во время аварийной ситуации при токовой перегрузке или замыкании в нагрузке эти микросхемы переходят в режим ограничения выходного тока. Но в этом случае значительная часть входного напряжения приложена к микросхеме, вследствие чего она начинает разогреваться. Несмотря на то что встроенная тепловая защита будет снижать выходной ток, при большом входном напряжении микросхема может перегреться и выйти из строя, особенно если она установлена на недостаточно эффективном тепло-отводе или вовсе без него. Чем грозит такая ситуация, понятно без объяснений. И здесь полезно устройство, которое обеспечивает защиту микросхемы стабилизатора в некоторых экстремальных режимах работы и, соответственно, повышает надежность ее работы.
Схема предлагаемого устройства вместе со стабилизатором показана на рис. 1. Собственно узел защиты обведен штрихпунктирной линией. Он собран на двух полевых переключательных транзисторах с каналами разного типа проводимости, входящих в транзисторную сборку IRF7309 (VT1). Основные параметры транзисторов этой сборки: сопротивление открытого канала - 0,05...0,1 Ом, максимальный ток стока - 3,2...4 А, максимальное напряжение исток-сток - 30 В, затвор-исток - 20 В, суммарная рассеиваемая мощность - 1.4 Вт.
Рис. 1 Принципиальная схема устройства
Защитное устройство контролирует выходное напряжение стабилизатора. Если оно снизится меньше определенного уровня, устройство отключит микросхему от источника входного напряжения. Возможны несколько типичных аварийных ситуаций. Во-первых, это замыкание в нагрузке, при котором выходное напряжение уменьшается практически до нуля, вызывая срабатывание устройства защиты. Во-вторых, это перегрузка по току выше максимально допустимого для микросхемы значения. В этом случае микросхема перейдет в режим ограничения тока, выходное напряжение снизится, поэтому устройство защиты сработает. В-третьих, возможно существенное увеличение тока нагрузки, но не достигающее предельного выходного тока микросхемы. Например, ток нагрузки вместо обычных 0,5 А увеличился до 1,5 А. Хотя для микросхемы этот режим нормальный, но все же она нагреется сильнее. Если теплоотвод неэффективен, температура корпуса будет расти, пока не превысит допустимую. Тогда тепловая защита снизит выходной ток, выходное напряжение также уменьшится, в результате чего устройство защиты сработает, отключив питание микросхемы.
В момент включения устройства конденсатор С1 разряжен, все входное напряжение приложено к резистору R1. Транзистор VT1.1 открыт, пока этот конденсатор не зарядился. Напряжение поступает на вход микросхемы DA1, на ее выходе появляется номинальное выходное напряжение, часть которого с резисторного делителя R4R5 подают на затвор транзистора VT1.2. Этот транзистор открывается, удерживая конденсатор С1 разряженным, поэтому транзистор VT1.1 останется открытым.
Если же по каким-либо причинам выходное напряжение стабилизатора существенно уменьшится, то транзистор VT1.2 начнет закрываться, конденсатор С1 заряжаться, а транзистор VT1.1 - закрываться. Это приведет к дальнейшему уменьшению выходного напряжения. Из-за действия положительной обратной связи процесс завершается полным закрыванием транзисторов VT1.1 и VT1.2. Закрытый транзистор VT1.1 размыкает входную цепь микросхемы DA1, обеспечивая ее защиту. Конденсатор С1 нужен как при запуске стабилизатора, так и для задержки срабатывания устройства защиты, повышая его помехоустойчивость.
Для повторного запуска нужно временно отключить входное напряжение, пока напряжение на конденсаторе С1 не уменьшится на 2,5...3 В из-за разрядки через резистор R2. После этого транзистор VT1.1 откроется и подаст напряжение на вход микросхемы DA1. Выходное напряжение начнет возрастать. В момент, когда напряжение затвор-исток транзистора VT1.2 превысит 2,5 В, он откроется. Через его канал и токоограничитель-ный резистор R3 конденсатор С1 окончательно разрядится. Включится светодиод HL1 - индикатор наличия выходного напряжения стабилизатора и, соответственно, его нормальной работы. Конструкция и детали
Устройство смонтировано на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 2). Собранная плата показана на рис. 3. Фольга на обратной стороне платы использована в качестве общего провода. Через отверстия платы, отмеченные звездочками, пропущены провода, соединяющие печатные проводники с обеих сторон. Выводы 1 и 3 микросхемы DA1 припаяны к печатным проводникам, вывод 2 пропущен через отверстие и припаян к фольге общего провода с обратной стороны. Если же микросхема DA1 установлена на теплоотводе, плату тоже размещают на нем рядом с микросхемой.
Рис. 2 Печатная плата устройства
Предлагаемое устройство защиты можно применить для любой микросхемы-стабилизатора напряжения с тремя выводами. Если общий вывод микросхемы средний, рисунок проводников печатной платы пригоден без изменений. В противном случае потребуется его незначительная модификация.
Предлагаемое устройство пригодно и для защиты регулируемых стабилизаторов напряжения (серии LM317 и аналогичных), но в этом случае также нужно изменить рисунок проводников печатной платы, чтобы обеспечить возможность установки резисторного делителя напряжения и, возможно, некоторых других элементов [1, рис. 3].
Рис. 3 Внешний вид устройства
В устройстве можно применить постоянные резисторы Р1-4, МЛТ, С2-33, конденсаторы К50-35 или аналогичные. Номинальное напряжение конденсаторов С1 и С2 должно не менее чем на 20 % превышать максимальное входное напряжение, а СЗ - выходное. Светоди-од HL1 может быть любым видимого излучения с номинальным током 5...20 мА.
Вместо транзисторной сборки IRF7309 (VT1) можно применить отдельные полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом соответствующего типа проводимости [2]. Транзистор, заменяющий VT1.1, должен выдерживать входной ток микросхемы при максимальном токе нагрузки, его максимальное напряжение сток-исток и затвор-исток должно быть больше максимального входного напряжения. Для транзистора, который заменяет VT1.2, максимальное напряжение сток-исток должно быть больше максимального входного.Налаживание
Налаживание сводится к подбору, в случае необходимости, емкости конденсатора С1, чтобы переходные процессы в стабилизаторе или нагрузке происходили быстрее, чем зарядка конденсатора через резистор R1. Сопротивление резистора R2 выбирают от нескольких сотен килоом до 1 МОм, чтобы обеспечить приемлемую длительность начальной разрядки конденсатора С1 - минимальное время, на которое необходимо отключить входное напряжение после срабатывания защиты. Резистор R4 подбирают таким, чтобы устройство срабатывало при снижении выходного напряжения стабилизатора на 1 ...3 В. При низком выходном напряжении (3...6 В) устройство можно упростить, исключив резисторы R4, R5 и установив взамен R5 перемычку. Но в этом случае устройство защиты не сработает до тех пор, пока выходное напряжение не снизится примерно до 2,5 В, так как именно при таком напряжении затвор-исток полевой транзистор VT1.2 начнет закрываться. Поэтому при более высоком выходном напряжении (9... 12 В) эти резисторы все-таки целесообразно установить.
Резистор R3 ограничивает ток разрядки конденсатора С1 через канал транзистора VT1.2 до допустимого значения. Резистор R6 и светодиод HL1 устанавливают в случае необходимости. Сопротивление резистора R6 выбирают так, чтобы получить требуемую яркость излучения светодиода HL1, не превышая максимально допустимый ток через него.
Для стабилизатора напряжения отрицательной полярности (на микросхемах серии 79L и аналогичных) следует поменять местами полевые транзисторы VT1.1 и VT1.2, а также изменить полярность включения всех конденсаторов и светодиода HL1. Рисунок проводников печатной платы также придется изменить.
Входное напряжение с учетом пульсаций не должно превышать 20 В. В заключение следует отметить, что предлагаемое устройство не спасет от всех возможных аварийных ситуаций, но оно существенно повышает надежность работы микросхемного стабилизатора напряжения.Источники:
Бирюков С. Микросхемные стабили заторы широкого применения. - Радио, 1999, №2, с. 69-71.
Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. - Радио, 2001, №5, с. 45.
Автор: И. НЕЧАЕВ, г. Курск
Похожие материалы из категории "Источники питания":
Комментарии посетителей
Добавление комментария