При проектировании стабилизаторов с ограничением тока расчет теплоотвода
регулирующего транзистора проводят для значения мощности, выделяемой на нем в
аварийном режиме. Уменьшить эту мощность поможет устройство, предложенное
автором статьи.
Для защиты стабилизатора от перегрева и повреждения во время перегрузки или
замыкания в нагрузке иногда бывает недостаточно простого ограничения выходного
тока, особенно при относительно высоком выходном напряжении. Использование
триггерной защиты тоже не всегда удобно, так как может вызвать проблемы с
автозапуском стабилизатора, когда перегрузка будет устранена. К примеру, на
регулирующем транзисторе стабилизатора с выходным напряжением 15 В, при токе
нагрузки 2 А и входном напряжении 22 В, выделяется мощность 14 Вт в нормальном
режиме, а во время замыкания, даже если ограничить ток на уровне 1,5 А, эта
мощность равна 33 Вт.
В таких случаях поможет устройство, которое выключает на некоторое время
стабилизатор при возникновении аварийной ситуации, а затем периодически
производит контрольные включения до момента исчезновения перегрузки. В
нормальном режиме устройство не оказывает какого-либо влияния на работу
стабилизатора. Эту особенность можно использовать для дополнительной защиты
регулирующего транзистора от перегрева в стабилизаторах с ограничением
максимального тока (это главное условие), в том числе импульсных.
Устройство дополнительной защиты (см. схему) состоит из генератора прямоугольных
импульсов с периодом их следования около 2 с на элементах DD 1.1 и DD1.2. узла
контроля выходного напряжения защищаемого стабилизатора на стабилитроне VD3 и
транзисторе VT1, электронного переключателя с инвертором (элементы DD1.3. DDI.4)
и выходного транзистора VT2. Питается прибор от простейшего параметрического
стабилизатора на стабилитроне VD1. подключенного к конденсатору фильтра
выпрямителя. Схема защищаемого стабилизатора показана условно, как один из
вариантов подключения устройства защиты.
В нормальном режиме работы транзистор VT1 в устройстве защиты открыт и импульсы
от генератора не проходят на транзистор VT2, который закрыт и не оказывает
влияния на работу стабилизатора. При возникновении перегрузки и уменьшении
выходного напряжения до значения, которое зависит от напряжения стабилизации
стабилитрона VD3, транзистор VT1 закрывается и импульсы генератора поступают на
базу транзистора VT2. Скважность импульсов выбрана такой, что транзистор VT2
большую часть времени (1.5 с) находится в открытом состоянии, шунтируя цепь базы
регулирующего транзистора стабилизатора. Затем транзистор VT2 закрывается
примерно на 0,5 с. стабилизатор включается и, если в течение этого времени
напряжение на выходе не достигнет номинального значения, вновь отключается на
1,5 с. Таким образом, мощность, рассеиваемая регулирующим транзистором
стабилизатора в аварийном режиме, уменьшается почти в четыре раза.
Если при очередном включении напряжение на выходе стабилизатора достигнет
номинального значения (замыкание или перегрузка отсутствует), открывается
транзистор VT1, транзистор VT2 закрывается и перестает влиять на работу
стабилизатора.
Цепь R5C2 предназначена для замедления срабатывания устройства при
первоначальном включении питания. Временные соотношения можно изменить подбором
резисторов и конденсаторов, только необходимо учитывать время нарастания
напряжения на выходе стабилизатора. Стабилитрон VD3 следует выбирать (по
напряжению стабилизации) в зависимости от выходного напряжения стабилизатора.
Этот прибор с небольшими изменениями можно использовать для стабилизаторов
напряжения отрицательной полярности или импульсных. В частности, был испытан
импульсный блок питания с параметрами: напряжение — 5 В, номинальный ток
нагрузки — 7 А. ток замыкания — 10 А. Транзистор VT2 устройства дополнительной
защиты шунтировал ток управления предоконечных каскадов регулирующего
транзистора при перегрузке.
