Транзисторная сборка в устройстве защиты от превышения напряжения

Используя пороговые свойства мощных полевых переключательных транзисторов, можно собрать простое устройство защиты от превышения питающего напряжения без стабилитронов, компараторов и других пороговых элементов в отличие, например, от описанного в [1]. Такое устройство имеет малые габариты, поэтому его можно встраивать внутрь уже готовых приборов и изделий. Схема устройства защиты показана на рис. 1. Для уменьшения габаритов оно собрано на транзисторной сборке IRF7316, в состав которой входят два мощных полевых переключательных транзистора с р-канапом. Предельные значения параметров каждого из транзисторов: сопротивление открытого канала — 0,06 Ом, максимальный ток стока — около 4 А, максимальное напряжение исток—сток 30 В, затвор—исток 20 В, суммарная рассеиваемая мощность сборки — 1,3...2 Вт.

Устройство работает так. После подачи номинального входного напряжения основная его часть будет приложена между затвором и истоком транзистора VT1.2, поэтому он откроется и далее напряжение поступит на подключенную к выходу нагрузку. Если по каким-либо причинам входное напряжение увеличится сверх допустимого, то транзистор VT1.1 начнет открываться, напряжение на нем уменьшится, а транзистор VT1.2 закроется. В результате нагрузка будет отключена.



Благодаря пороговым свойствам — высокой крутизне передаточной характеристики (около 7 А/В) — один транзистор VT1.1 успешно заменяет источник образцового напряжения и компаратор. Ширина переходной зоны переключения мала (около 10 мВ). Но нестабильность входного напряжения может вызвать

многократные переключения (дребезг) устройства. Для того чтобы его исключить, введена положительная обратная связь (ПОС) через резистор R4. Благо­даря этому уменьшение выходного напряжения приводит к увеличению напряжения затвор—исток транзистора VT1.1 и он открывается еще сильнее, a VT1.2 закрывается и выходное напряжение еще больше уменьшается и т. д. Таким образом, устройство имеет два устойчивых состояния, а переключение между ними происходит скачком. При уменьшении входного напряжения процесс происходит в обратном порядке, но благодаря ПОС устройство имеет гистерезис, т. е. отключение нагрузки происходит при большем входном напряжении, чем включение. Гистерезис можно регулировать подбором резистора R4: чем больше его сопротивление, тем меньше гистерезис. Светодиод HL1 — индикатор состояния устройства: он светит, когда нагрузка отключена.

При указанных на схеме номиналах (движок подстроечного резистора R1 в верхнем по схеме положении) и токе нагрузки 1 А получены следующие ре­зультаты. Падение напряжения на устройстве — 40 мВ, напряжение отключения — 15 В, напряжение включения — 12,6 В. Конденсатор С1 обеспечивает устойчивость работы устройства и, кроме того, повышает его помехозащищенность, поскольку оно меньше реагирует на короткие импульсные помехи.



Все детали размещены на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 2). В устройстве применимы аналогичные транзис­торы в отдельных корпусах [2]. Транзистор VT1.1 может быть заменен слаботочным, но с большой крутизной передаточной характеристики (не менее 1 А/В). Транзистор VT1.2 допустимо заменить другим, рассчитанным на максимальный ток нагрузки. Постоянные резисторы — Р1-12, подстроечный — PVZ или аналогичный, конденсаторы К10-17 или аналогичные. Светодиод HL1 можно применить любой видимого спектра излучения с номинальным током 5. ..20 мА. Если индикация не нужна, светодиод HL1 заменяют перемычкой.

В том случае, если необходимо установить аналогичное устройство в минусовый провод питания, то следует применить транзисторы с n-канапом, на­пример, сборку IRF7313.

Налаживание сводится к установке напряжения отключения подстроечным резистором R1 и ширины зоны гистерезиса подбором резистора R4. Следует учитывать, что эти регулировки взаимосвязаны. Поскольку для открывания полевого транзистора необходимо напряжение затвор—исток более 3,5...4 В, то устройство будет нормально работать при напряжении питания больше 6...7 В.

ЛИТЕРАТУРА
· Нечаев И. Устройство защиты сильноточной нагрузки от повышенного питающего напряжения. — Радио, 2005, № 7, с. 61, 62.
· Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, № 5, с. 45.

Источники
Журнал Радио, 2007, № 1.