Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2002

Autor przedstawia prosty

uk³ad zabezpieczaj¹cy

o szerokich

mo¿liwoœciach

zastosowania.

U

ruchamianie lub naprawa uk³adów

elektronicznych bywa zwi¹zane

z uszkodzeniami elementów, nieraz

kosztownych, a to w wyniku prze-

kroczenia dopuszczalnego pr¹du podczas

przypadkowych zwaræ w uk³adzie lub oddzia-

³ywania uszkodzonych elementów. Dotych-

czas publikowane (zwykle bipolarne) uk³ady

zabezpieczeñ nie odznacza³y siê najlepszymi

parametrami. Tu przedstawiam proste uk³ado-

wo, ale o dobrych parametrach, zabezpiecze-

nie o bardzo szerokich mo¿liwoœciach zasto-

sowania. Wykorzystana tu zosta³a jedna z w³a-

snoœci tranzystora polowego: pr¹d nasycenia

drenu zale¿y od napiêcia bramka-Ÿród³o (U

GS

).

Zmieniaj¹c napiêcie U

GS

mo¿na zmieniaæ

pr¹d, przy którym tranzystor zaczyna wchodziæ

w zakres nasycenia (rys. 1).

Schemat zabezpieczenia jest przedstawiony

na rys. 2. Zmieniaj¹c napiêcie bramki tranzy-

stora T1 osi¹ga siê punkt, w którym zaczyna

on wchodziæ w zakres nasycenia. Rosn¹cy

spadek napiêcia na tranzystorze (U

DS

) powo-

duje, po przekroczeniu okreœlonego napiêcia

(ok. 0,5 V), przep³yw pr¹du w obwodzie baza-

-emiter tranzystora T2 i w efekcie spadek na-

piêcia U

GS

. W wyniku wysterowania bazy tran-

zystora T2 przep³ywa pr¹d w obwodzie jego

kolektora powoduj¹c obni¿enie siê napiêcia

U

GS

. Proces nabiera charakteru lawinowego,

który koñczy siê zablokowaniem tranzystora

T1. Pr¹d resztkowy p³yn¹cy wtedy w obwodzie

obci¹¿enia jest bardzo ma³y i zale¿y tylko od

napiêcia zasilania oraz rezystancji R2.

Rezygnuj¹c z kondensatora C1 mo¿na uzy-

ELEKTRONICZNE ZABEZPIECZENIE

NADPR¥DOWE

skaæ bardzo du¿¹ szybkoœæ dzia³ania. Jeœli

jednak obci¹¿enie ma charakter nieliniowy

(np. ¿arówka) lub wystêpuj¹ w nim krótko-

trwa³e impulsy pr¹dowe przewy¿szaj¹ce œre-

dni pr¹d obci¹¿enia, kondensator C1 uodpar-

nia uk³ad zabezpieczaj¹cy na takie zjawiska.

Pojemnoœæ kondensatora C1 musi byæ wtedy

du¿a, nawet rzêdu milifaradów. Choæ konden-

sator C1 opóŸnia wy³¹czenie pr¹du w obwo-

dzie, to zabezpieczenie dzia³a ca³y czas, bo

tranzystor T1 ci¹gle zachowuje siê jak Ÿród³o

pr¹dowe.

Poniewa¿ pr¹d polaryzacji bramki tranzystora

T1 jest bardzo ma³y, jako Ÿród³o napiêcia po-

laryzacji mo¿na wykorzystaæ miniaturow¹ ba-

teriê. Uk³ad upodobni siê wtedy do dwójnika

i bêdzie dzia³a³ jak bezpiecznik.

Przy wiêkszych wartoœciach przep³ywaj¹cego

pr¹du spadek napiêcia na tranzystorze T1 za-

czyna byæ porównywalny z napiêciem progo-

wym baza-emiter tranzystora T2. W celu zwiêk-

szenia tego napiêcia progowego, szeregowo

z baz¹ nale¿y w³¹czyæ diodê krzemow¹.

Spadek napiêcia i zwi¹zana z tym strata mo-

cy na tranzystorze T1 s¹ bardzo ma³e, zw³a-

szcza przy ma³ych pr¹dach obci¹¿enia. Mimo

to jednak, ze wzglêdu na wprawdzie niewiel-

ki, ale istniej¹cy wp³yw temperatury tranzy-

stora T1 na ustawiony pr¹d wy³¹czania nale-

¿y tranzystor wyposa¿yæ w radiator. LED (nie

obowi¹zkowa) w³¹czona równolegle z tranzy-

storem sygnalizuje aktualny stan bezpieczni-

ka. Wy³¹cznik W umo¿liwia chwilowe prze-

rwanie pr¹du resztkowego po zadzia³aniu za-

bezpieczenia, umo¿liwiaj¹c ponowne w³¹cze-

nie zasilania.

Minimaln¹ rezystancjê R2 oblicza siê z wzoru:

U

zasilania

R

min

≥

———————-

I

B max(T2)

Wartoœci pozosta³ych elementów nie s¹ tak kry-

tyczne. Typ tranzystora T1 zale¿y od napiêcia

r

OD i DO CZY

TELNIKÓW

29

zasilania i natê¿enia pr¹du ustalonego w ob-

wodzie, przy czym korzystna jest ma³a rezy-

stancja jego kana³u. Zastosowany w tym uk³a-

dzie BUZ11A (50 V, 27 A, 90 W) ma rezystan-

cjê kana³u 0,055

Ω

. Diodê D3 nale¿y zastoso-

waæ, jeœli obci¹¿enie ma charakter indukcyjny

(chroni uk³ad przed przepiêciami). Dioda Ze-

nera D2 s³u¿y do zabezpieczenia bramki tran-

zystora T1.

Opisany uk³ad mo¿e nie tylko zabezpieczaæ

odbiorniki pr¹du przed nadmiernym poborem,

ale równie¿ zabezpieczaæ Ÿród³a zasilania,

np. akumulator, przed nadmiernym roz³adowa-

niem. Nadmierne roz³adowanie akumulatora

powoduje przebiegunowanie najs³abszych

ogniw i w koñcowym efekcie _ jego zniszcze-

nie. Przy ustalonym pr¹dzie pobieranym z aku-

mulatora napiêcie od³¹czenia akumulatora za-

le¿y od elementów w obwodzie bramki tranzy-

stora T1. Dla wartoœci jak na rys. 1 napiêcie to

wynosi ok. 10 V przy pr¹dzie ok. 0,2 A. Uk³ad

mo¿e te¿ skutecznie zabezpieczaæ ampero-

mierz w razie zwarcie w jego obwodzie,

wzmacniacz m. cz. i jego s³uchaczy przed

skutkami ”wycia” w wyniku sprzê¿enia aku-

stycznego itd. Mo¿liwe zastosowania s¹ je-

szcze szersze. Na uwagê zas³uguje mo¿li-

woœæ zabezpieczenia instalacji sprê¿onego

powietrza z kompresorem przed skutkami

przekroczenia dopuszczalnego ciœnienia. Co-

raz czêœciej do pompowania kó³ samochodo-

wych u¿ywane s¹ elektryczne sprê¿arki zasi-

lane z akumulatora samochodu. Uzyskiwane

ciœnienie maksymalne wynosi tu ok. 17 bar.

Nieuwaga mo¿e spowodowaæ przekroczenie

ciœnienia dopuszczalnego dla pompowanego

ko³a, co mo¿e skoñczyæ siê rozerwaniem ogu-

mienia a nawet uszkodzeniami cia³a osoby

obs³uguj¹cej sprê¿arkê. Natê¿enie pr¹du po-

bieranego przez sprê¿arkê zale¿y od ciœnienia

pompowania, zabezpieczenie przed przekro-

czeniem okreœlonego pr¹du zabezpieczy wiêc

Rys. 2. Schemat uk³adu zabezpieczenia nadpr¹dowego

Rys. 1. Zale¿noœæ pr¹du wy³¹czania I

D

od napiêcia bramki U

GS

30

przed przekroczeniem ciœnienia. Przy okazji,

zabezpieczy akumulator przed nadmiernym

roz³adowaniem. Zabezpieczenie takie spraw-

dzi³em podczas eksploatacji sprê¿arki Aroso nr

20.664.

Ciekawym zastosowaniem jest ustawianie pa-

rametrów pracy roz³adowywarki do akumula-

torów. Tak¿e akumulatory o³owiowe (samo-

chodowe), zw³aszcza z p³yt nieformowanych

FB (formacja blokowa), wymagaj¹ w pewnych

okolicznoœciach kontrolowanego roz³adowania

do okreœlonego poziomu. Akumulatory takie

uzyskuj¹ pe³n¹ pojemnoœæ po kilku cyklach

³adowanie-roz³adowanie. Z kolei roz³adowanie

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2002

akumulatora zasiarczanionego do dopuszczal-

nego napiêcia a nastêpnie jego ponowne na-

³adowanie przywraca pocz¹tkowe parametry

eksploatacyjne (o ile akumulator nie uleg³

uszkodzeniu).

Proste roz³adowanie przez rezystor lub ¿a-

rówkê wymaga ci¹g³ej kontroli napiêcia akumu-

latora i w razie nieuwagi mo¿e zakoñczyæ siê

nadmiernym roz³adowaniem i przebieguno-

waniem najs³abszych ogniw. Mo¿na tego unik-

n¹æ w³¹czaj¹c obci¹¿enie przez opisany tu

uk³ad zabezpieczaj¹cy. Wy³¹czenie roz³adowy-

wanego akumulatora 12 V nale¿y ustawiaæ

na 10

÷

11 V, a wymagany pr¹d roz³adowania

wynosi ok. 0,05C (przy czym C _ pojemnoϾ

akumulatora w Ah). Napiêcie dla rezystora

R2 nale¿y pobieraæ z plusa akumulatora.

P³ytka drukowana jest przedstawiona na rys.

3, a rozmieszczenie elementów na p³ytce _ na

rys. 4. Montuj¹c uk³ad, nale¿y zewrzeæ wypro-

wadzenia tranzystora polowego T1 np. foli¹ Al.,

zabezpieczaj¹c go w ten sposób przed elek-

trycznoœci¹ statyczn¹.

Pr¹d wy³¹czaj¹cy zasilanie ustawia siê w³¹cza-

j¹c rezystor regulowany i amperomierz za-

miast obci¹¿enia w³aœciwego. Po ustawieniu

natê¿enia pr¹du, przy którym zabezpiecze-

nie powinno zadzia³aæ, napiêcie bramki tran-

zystora T1 zmniejsza siê potencjometrem Pr

a¿ do jego zadzia³ania. Na tym regulacje siê

koñcz¹.

n

Jacek Warda

L I T E R A T U R A

[1] Ratuszek M., Stró¿ecki S.: Tranzystory unipolarne.

ReAV nry 1 i 2/1996

[2] Feszczuk M.: Zabezpieczenia we wzmacniaczach

mocy. Radioelektronik nry 2 i 3/1984.

Rys. 3 P³ytka drukowana (skala 1 : 1)

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na p³ytce