HELLORADIO.RU — интернет-магазин средств связи
EN FR DE CN JP

Ограничитель напряжения 115-180V

Ограничитель напряжения 115-180V

Источник - http://lantcoder.narod.ru/cir/bp-at.htm

Виктор Онищук
lantcoder (at) mail.ru

Предлагаемое устройство первоначально разрабатывалось как замена высоковольного стабилитрона 1Z150, стоящего в блоке питания телевизоров FUNAI 20/21 дюйм и выполняющего там защитную функцию. Т.е. в обычном режиме он вообще не работает, его даже можно просто выпаять и телик будет работать совершенно одинаково. Однако снимать его (как делают некоторые) я категорически не советую, т.к. при неисправности блока питания без этого стабилитрона в телевизоре сгорит практически все и он, скорее всего, после этого вообще не будет подлежать ремонту. Стабилитрон здесь выполняет чисто японскую функцию под названием "харакири", ценой своей жизни защищая цепи телевизора от выгорания.

Вот однажды в сильную грозу этот стабилитрон у меня и сгорел (был скачок напряжения по сети). Хотя всё дело было в цепи обратной связи, я тогда этого не знал (хе-хе...), поставил "столбик" из валявшихся под рукой Д816-Д817, он естественно сразу сгорел, и тут я и подумал: а не собрать ли что-нибудь такое... многоразовое ? Тут и появилась идея собрать устройство, уверенно и надёжно гасящее выбросы напряжения выше заданного.

Зададимся максимальным током через устройство в 10A. Такая большая величина взята из-за двух соображений. Во-первых, устройство должно уверенно разряжать силовые электролитические конденсаторы, а, как известно, разряд таких конденсаторов сопровождается просто огромными токами (попробуйте разрядить заряженный конденсатор отвёрткой ;) ). Во-вторых, устройство должно поглощать всю избыточную мощность, приходящую с питающих цепей, значит оно должно быть намного мощнее блока питания, в конце концов при невозможности автоматического отключения блока питания устройство должно за счёт резкого повышения потребляемого тока сжечь сетевой предохранитель.

Рассмотрим идеализированный вариант с обычным, ограничивающим ограничителем (см. рис. 1). На входе имеется ограниченный источник напряжения, на уровне тока 10A переходящий в источник тока (см. график ВАХ). Напряжение выдаётся стабильное (U ст , но в некоторых случаях (например при аварии или переходных процессах) оно может меняться до U max . На выходе находятся различные полупроводниковые схемы, которым требуется напряжение не выше U ст , иначе те выйдут из строя. Ограничитель включён параллельно и шунтирует избыточное напряжение. В нормальном режиме ограничитель бездействует.

Теперь пусть источник выдаст повышенное напряжение U max . Это приведёт к открытию ограничителя, избыточное напряжение U max -U ст окажется замкнутым накоротко, что приведёт к неограниченному возрастанию отдаваемого источником тока. Однако наш источник не может выдать ток больше 10 ампер. ВАХ источника смещается на падающий участок, и выдаваемое им напряжение падает, однако ток выдаётся максимальный – 10A. Источник может оставаться в таком режиме достаточно долго.

Посмотрим теперь на ограничитель. Через него протекает максимальный ток 10A при номинальном напряжении. Всё это приводит к тому, что на ограничителе начинает выделяться катастрофическая мощность: например при напряжении 120V выделяемая мощность составит 1200W. Такая мощность в доли секунды неограниченно разогревает ограничитель, и он неминуемо выходит из строя.

Для того, чтобы уменьшить выделяемую ограничителем мощность, есть такой радикальный подход: сделать его не ограничивающим, а отключающим (см. рис. 2).

Тогда в момент его срабатывания, когда через него будет протекать максимальный ток 10A, падение напряжения на нём составит всего несколько вольт. Естественно, в этом втором случае выходные цепи будут обесточены (в отличие от первого случая с ограничивающим ограничителем). Что даже несколько лучше, поскольку активация ограничителя есть явный признак неисправности источника питания, а в этом случае нагрузку лучше вообще отключать. Единственный минус отключающего ограничителя – сложность и как следствие несколько меньшая надёжность.

В качестве замыкающего элемента сразу в голове рисуются контакты реле – падение напряжения на контактах составляет доли вольт, т.е. выделяемая ограничителем мощность падает до нескольких ватт. Однако обычные маленькие релюшки, применяемые в электронике, здесь не подойдут – 10-амперный ток просто-напросто сплавит контакты, и устройство, сработав всего один раз, больше не вернётся в исходное состояние. Применение мощного реле также себя не оправдывает, так как устройство должно получиться маленьким, и к тому же контакты необходимо удерживать замкнутыми в момент срабатывания, т.е. необходим какой-то источник энергии. Остаётся тиристор – при замыкании он будет удерживать открытое своё состояние сколь угодно долго, лишь бы протекал ток, больший тока удержания. Некоторым минусом здесь является повышенное падение напряжения (например 4V), что может приводить к выделению на тиристоре до 40W мощности при протекании тока 10A. Но поскольку ток такой будет протекать в кратковременном импульсе (пока разряжаются конденсаторы), это не страшно, да и к тому же можно применить дешёвый тиристор типа КУ202, в случае чего – просто заменить другим.

Именно так и реализована предлагаемая мною схема. Она содержит цепь контроля напряжения на транзисторах VT1VT2, включенных по лавинно-встречной схеме, простенький усилитель управляющего тока на VT3 и собственно тиристор.

В исходном состоянии тиристор и усилитель выключены, а цепь контроля потребляет ничтожный ток. Цепь контроля сравнивает два напряжения: опорное со стабилитрона VD1 и уменьшенное делителем R1R2R3 исходное напряжение. Для предотвращения случайных срабатываний ограничителя при различных помехах, небольших скачках напряжений и т.п. имеется сглаживающий конденсатор C1, причём постоянная времени цепочки R2R3C1 выбрана порядка миллисекунд. На транзисторе VT1 происходит собственно сравнение напряжений. В исходном состоянии он закрыт, как и VT2. Когда на эмиттере VT1 напряжение становится больше на 0.7V, чем на базе, VT1 открывается. При этом ток через коллектор VT1 поступает в базу VT2, что приводит к его открытию. Открывающийся транзистор VT2 начинает забирать ток из точки опорного напряжения и передавать его для открытия VT3. Уменьшение опорного напряжения приводит к ещё большему открытию VT1, который в свою очередь ещё больше открывает VT2. Через некоторое время оба транзистора оказываются в состоянии насыщения. Поскольку ток с лавинной пары недостаточен для открывания тиристора, имеется усилительный каскад на VT3. Открытый поступающим с VT2 током транзистор VT3 надёжно и уверенно открывает тиристор, и тот начинает шунтировать схему. При этом все остальные цепи, кроме тиристора, оказываются обесточены (т.к. рассчитаны на работу при напряжении больше 100V). Тиристор удерживается в открытом состоянии за счёт протекающего по нему тока сколь угодно долго.

Здесь вы можете скачать схему и разводку печатной платы в формате ACCEL EDA ( *.sch и *.pcb ). В архиве также содержится документ Word с расчётами всех элементов. Все элементы как можно плотнее прижаты к одной стороне, т.к. имеется "отступ" для удобной установки платы другой стороной к радиатору силового транзистора блока питания.

Налаживается плата и настраивается на нужное напряжение с помощью подручных средств. Например, я собирал простейший выпрямитель с регулятором. К шнуру 220V подпаиваются предохранитель, потом мостиком 4 диода, потом резистор 100 ом 5W и силовой конденсатор от старого телика. Получаем 300V постоянного напряжения. Отводим 2 проводка и подпаиваем туда два реостата в виде делителя, к выходу цепляем ещё один конденсатор 300V 150mkF от старого телика и отводим ещё два проводка. Вот у нас и готов источник регулируемого напряжения, к которому подцепляется ограничитель. Начинаем крутить реостаты и выставлять разные напряжения на выходе: 100V, 120V и так далее. Крутим регулятор в ограничителе и добиваемся, чтобы он уверенно замыкал цепь с конденсатором от старого телика на заранее заданном напряжении, например при 125V. Зафиксировав таким образом ограничитель, выставляем реостатами выходное напряжение 120V и начинаем его чуть-чуть добавлять, добиваясь, чтобы при заданном значении оно уверенно скачком падало почти до нуля. Проверяем также, греется ли тиристор при срабатывании ограничителя.

Внутри телевизора ограничитель крепится за два винта (см. рис.) к радиатору силового транзистора блока питания, в радиаторе ессно высверливаются две дырки.

Данная схема может найти применение не только в телевизоре FUNAI, она может найти применение как элемент защиты в любом блоке питания, выдающем напряжения от 115 до 180V либо просто как защитный элемент любых электрических цепей.

Источник - http://lantcoder.narod.ru/cir/bp-at.htm

Другие схемы в этом разделе

Обратимый преобразователь напряжения (3,6В в 10В) Ограничитель пускового тока при включении радиоаппаратуры

Партнеры