Защита импульсных блоков питания от КЗ
Схема защиты импульсных блоков питания от превышения тока нагрузки
Все защитные схемы конкретного ИИП, имеющего на выходе несколько выходных напряжений, можно объединять под общим названием — комбинированные защиты. Т.к. срабатывание любой из этих защитных схем ведет к отключению всех питающих напряжений посредством воздействия на управляющую микросхему ИИП. Все выходные каналы ИИП можно условно, разделить на слаботочные и сильноточные. Необходимость раздельной защиты каждого из этих каналов объясняется тем, что чувствительность схемы защиты сильноточного канала недостаточна для обнаружения неисправности в слаботочной схеме.
В данной статье будет рассмотрена одна из классических и эффективных схем защиты для импульсных блоков питания с сильноточным выходом, реализованных на контроллере ТL494 или его аналогах.
Подробнее рассмотрим механизм защитного отключения в зависимости от максимальной ширины управляющего импульса. Суть защитного отключения заключаются в том, чтобы силовые транзисторы инвертора переставали переключаться и оставались бы в закрытом состоянии неограниченно долго при возникновении аварийной ситуации. Для того чтобы оба силовых транзистора инвертора оказались закрыты одновременно, на их базах должны отсутствовать управляющие импульсы. Источником управляющих импульсов является микросхема ТL494, поэтому для того чтобы отключить появление импульсов на выходах микросхемы необходимо заблокировать работу ее цифровой части. При этом оба выходных транзистора ее окажутся в закрытом состоянии и импульсы на выводах 8 и 11 или 9 и 10 будут отсутствовать. Амплитуда пилообразного напряжения составляет +3,2В.
Поэтому, если на вывод 4 ТL494 будет подан потенциал, превышающий +3.2В, то произойдет блокировка работы микросхемы ТL494. Однако необходимо отметить, что генератор пилообразного напряжения при этом не прекращает своей работы, т.е. несмотря на отсутствие выходных импульсов, пилообразное напряжение продолжает вырабатываться. Схема узла защиты показана на рисунке ниже.
Работа схемы защиты
Тр1 – трансформатор тока, R11 – нагрузка трансформатора, VD3 и 4 – выпрямительные диоды – это преобразователь длительности проходящих через первичную обмотку рабочих импульсов тока в пропорциональное напряжение на его выходе. Чем больше длительности рабочих импульсов, тем на большее положительное напряжение заряжается конденсатор С7. Преобразователь имеет двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой, на которой появляются только положительные по знаку импульсы. Напряжение пропорциональное длительности рабочих импульсов с конденсатора С7 поступает на резистивный делитель R7 и R6. Вместо этого делителя можно поставить потенциометр со шкалой и при необходимости выставлять нужный ток защиты. Цепь, состоящая из резистора R5 и конденсатора С4 – это Т-образный фильтр, от емкости С4 также зависит время реакции защиты на внештатную ситуацию. Если выбрать этот конденсатор недостаточной емкости, то защита сработает раньше, чем закончатся все переходные процессы при включении блока питания. БП просто напросто не успеет включиться. Здесь нужен компромисс, чтобы блок питания стабильно включался, и чтобы время срабатывания защиты было как можно меньше.
Резистор R8 – подтягивающий резистор вывода 4 DD1 к общей шине схемы ИИП. R9 и С11 – цепь мягкого запуска. При включении ИИП на воде 14 контроллера появляется стабильное напряжение +5 вольт от внутреннего стабилизатора микросхемы. Начинается заряд конденсаторы С11 через резисторы R8,9R. На выводе 4 DD1 начинает плавно нарастать напряжение. По мере его нарастания увеличивается длительность рабочих импульсов. Диод VD1 служит для развязки формирующей цепочки от схемы защиты.
В рабочем состоянии блока питания в режиме номинального тока нагрузки напряжения с выхода фильтра R5, С4 не хватает для того, что бы открыть транзистор VT1. В таком режиме оба транзистора VT1 и VT2 закрыты и не влияют на работу микросхемы DD1. При увеличении тока нагрузки контроллер начнет увеличивать длительность выходных импульсов. Увеличение длительности рабочих импульсов мощных транзисторов VT3 и VT4 приводит к увеличению напряжения на базе транзистора VT1. Через открывающийся транзистор VT1 и резистор R2 начинает поступать открывающее отрицательное напряжение базу VT2. Процесс приобретает лавинообразный характер, в результате оба транзистора открываются и могут находиться в таком состоянии сколь угодно долго (транзисторный аналог тиристора). Через открытые транзистор VT2 на вывод 4 DD1 поступит напряжения превышающее +3,2В, что приведет к блокировке цифровой части контроллера. Оба его выходных транзистора окажутся в закрытом состоянии и на выходах 8,11 и 9,10 появятся статические потенциалы, которые не смогут передаваться на базы транзисторов VT3 и VT4, так как связь с ними происходит через согласующий трансформатор (на схеме не показан). Если ИИП имеет схему с запуском посредством самовозбуждения, то после закрытия мощных транзисторов пропадет и питание на контроллере и восстановить работоспособность блока питания можно, если его отключить и снова включить. Восстановить рабочее состояние ИИП с принудительным запуском можно, поставив кнопку рестарта, параллельно переходу база-эмиттер транзистора VT1.
Данная схема была проверена в четырех ИИП и показала прекрасные результаты. В качестве ТР1 можно использовать сердечники и каркасы к ним от энергосберегающих ламп. Смотрим фото. Но в данных сердечниках имеется конструктивный зазор на среднем керне, поэтому для трансформатора тока потребуется два одинаковых дросселя. На фото три показан самодельный трансформатор тока в ИИП.
Можно применить и ферритовые кольца. Как рассчитать трансформатор тока на ферритовом кольце можно посмотреть в статье «Расчет трансформатора тока»
Вторичная обмотка ТР1 содержит 120 х 2 витков провода диаметром 0,12 мм, мотается в два провода сразу. Вторичная обмотка содержит 2 витка провода – 0,8 или можно применить плоский жгут из нескольких проводов. Диоды VD3 и VD4 – КД522, 1N4148. VD1 – любой. Транзисторы 1 и 2 – КТ315 и КТ361, у меня стоят КТ209 и С945.
На этом все. Успехов. К.В.Ю.