Приборы-помощники

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ

05.04.2015
ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙВо многих технических конструкциях, приборах, в лабораторном и стендовом оборудовании, в автомобилях применяются электросети постоянного тока напряжением 12 В. Их защита от перегрузок, которые могут привести к самовозгоранию, является весьма актуальной задачей.
 
Предлагаемое устройство предназначено именно для этого. Оно содержит: транзисторный ключ VT6; узел контроля его базового тока, выполненный на транзисторах VT5, VT9, резисторах R14, R15, R17, реле К1; предварительный каскад — на транзисторе VT7, резисторах R2, R12; узел защиты — на стабилитроне VD3, конденсаторе С3, резисторах R6, R16, R18, R19, R21 — R23, R25 — R27, компараторе DA1, триггере DD2, транзисторах VT10, VT11, транзисторной оптопаре VT2; узел запуска — на транзисторах VT3, VT4, VT8, конденсаторах С1, С2, резисторах R3 — R5, R7 — R9, R11, R13, R20, микросхеме DD1; стабилизатор напряжения — на транзисторе VT1, стабилитроне VD1, резисторе R1, цепь индикации — на светодиоде HL1, резисторе R24.
 
Отличительная особенность данного устройства — низкое падение напряжения в открытом состоянии (что достигается отсутствием токового датчика для схемы защиты), а также автоматическая регулировка тока базы ключевого транзистора (в результате которой уменьшаются потери в цепи управления ключа при токах нагрузки, меньше номинального).
 
Устройство работает следующим образом. При подключении питания на инвертирующем входе компаратора DA1 напряжение отсутствует, а к прямому входу подключено опорное напряжение. На выходе компаратора DA1 устанавливается высокий уровень напряжения, транзистор VT10 открывается и на вход 1 триггера DD2 подается низкий уровень напряжения, а на выходе 3 устанавливается высокий уровень напряжения; транзистор VT11 открывается, и через светодиод оптопары VT2 проходит ток; транзистор оптопары VT2 открывается и шунтирует переход «база — эмиттер» транзистора VT7, препятствуя тем самым его открытию На выходе 6 триггера устанавливается низкий уровень напряжения, светодиод HL1 не светится.
 
На микросхеме DD1 собран формирователь одиночного импульса низкого напряжения; на транзисторах \/ТЗ, VТ4, VТ8 — электронный переключатель. При поступлении на вход устройства сигнала управления положительной полярности электронный переключатель устанавливается таким образом, что на вход 2 формирователя DD1 поступает высокий уровень напряжения, а на вход 5 — низкий. В результате на выходе 11 формирователя DD1 образуется короткий импульс низкого напряжения, длительность которого задается резистором R20 и конденсатором С2 и который подается на вход 5 триггера DD2. Триггер перебрасывается, и значения уровней напряжения на его выходах меняются местами — на выходе 3 устанавливается низкий уровень напряжения, а на выходе 6 — высокий. В результате этого закрываются транзистор VТ11 и транзистор оптопары VТ2. Одновременно при поступлении сигнала управления на вход устройства через форсирующую цепочку С1 — R5 открывается транзистор VT7, а затем и транзистор VТ6, в результате нагрузка оказывается подключенной к источнику питания. Включается реле К1 и замыкаются его контакты К1.1, подсоединяя базу транзистора VТ5 к резистору R15. При увеличении тока нагрузки происходит падение напряжения на эмиттер-коллекторе ключа VТ6 до 0,6 вольта — открывается транзистор VТ5, а затем и транзистор VТ9. Резистор R14 оказывается подсоединенным параллельно резистору R12. В результате общее сопротивление цепи базы ключа VТ6 уменьшается, ключ заходит в режим насыщения — и падение напряжения на нем уменьшается. (Этот режим автоматического регулирования тока базы ключа VT4 предотвращает ложное срабатывание защиты в случае кратковременного повышения тока нагрузки). На инвертирующем входе компаратора DA1 появляется напряжение источника питания, которое превышает опорное напряжение подаваемое на неинвертирующий вход компаратора. На его выходе 1 устанавливается низкий уровень напряжения — транзистор VT10 закрывается. На входе 1 триггера DD2 устанавливается высокий уровень напряжения. однако это не влияет на состояние триггера: на его выходе 6 по-прежнему высокий уровень напряжения, а на выходе 3 — низкий.
 
Принципиальная электрическая схема транзисторного выключателя с защитой от перегрузок
 
Принципиальная электрическая схема транзисторного выключателя с защитой от перегрузок
 
В случае реальной перегрузки или короткого замыкания напряжение на сопротивлении нагрузки уменьшается до величины, меньшей опорного напряжения, задаваемого стабилитроном VD3. Это приводит к срабатыванию компаратора DA1; на его выходе устанавливается высокий уровень напряжения, транзистор VT10 открывается, и на вход 1 триггера DD2 подается низкий уровень напряжения. Триггер перебрасывается и положительным уровнем напряжения на выходе 3 открывает транзистор VT11, ток через который вызывает свечение светодиода оптопары VT2. Транзистор последней открывается и шунтирует базоэмиттерный переход транзистора VT7, который закрывается. Закрывается и транзистор VT6, отключая источник питания от аварийной нагрузки.
 
Для восстановления работы устройства после устранения причины перегрузки необходимо отключить и вновь включить сигнал управления положительной полярности на вход устройства, ну а если нужен ручной выключатель, воспользуйтесь кнопкой КМЕ.
 
Свечение светодиода HL1 подтвердит рабочее состояние устройства.
 
Диод VD2 служит для защиты ключа VT6 от перенапряжения в момент отключения индуктивной нагрузки. Стабилизатор на стабилитроне VD1, транзисторе VT1 и резисторе R1 на выходе имеет напряжение +5 вольт — для питания цепей микросхем DD1, DD2 K155ЛА3 Заменяя стабилитрон VD1, можно изменять ток срабатывания защиты, например, при стабилитроне КС133А ток равен 2,9 А, а при стабилитроне КС156А — 2,8 А.
 
Технические характеристики выключателя:
 
Напряжение питания, В.................12
Номинальный ток, А.......................2
Падение напряжения, В.................0,35
Ток управления, А..........................0,015
Ток срабатывания защиты, А........2,5
 
О. СИДОРОВИЧ, г. Львов




Рекомендуем почитать
  • ДЛЯ СВАРКИ, ПУСКА И ЗАРЯДКИ
    ДЛЯ СВАРКИ, ПУСКА И ЗАРЯДКИВот уже более десяти лет пользуюсь самодельным устройством, отлично зарекомендовавшим себя при сварке, резке металлических листов толщиной от 0,6 до 12 мм, подаче электропитания на время запуска двигателя автомашины стартером, зарядке щелочных и кислотных аккумуляторов, обеспечении запуска и последующей работы двигателя постоянного тока мощностью до 1,5 кВт. Более того, представляемый мною универсал — это еще и превосходный источник безопасного напряжения для электрооборудования погреба, подвала, мастерской...

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.