СОДЕРЖАНИЕ

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ ОТ ПЕРЕГРУЗОК

Из рассмотрения особенностей характеристик и параметров мощных высоковольтных транзисторов становится ясно, что даже кратковременный выход рабочей точки за пределы ОБР резко увеличивает вероятность отказа.

Поэтому исходные каскады ИИЭ нуждаются в таких мерах защиты, которые обеспечивали бы как можно более быстрое отключение транзистора при возникновении аварийного режима.

Характерные причины возникновения аварийных режимов:

- «броски» сетевого напряжения, которые вызывают увеличение импульса напряжения на коллекторе;

- короткое или замыкание обрыв в цепи нагрузки;

- лавинообразное нарастание тока коллектора через насыщение магнитопровода трансформатора (причинами насыщения могут быть изменения характеристики намагничивания магнитопровода через перегрев, случайное увеличение длительности импульса, который открывает транзистор, под действием препятствия по сеть и др.).

Надежная защита очень важна в условиях серийного производства ИИЭ, когда из сборки на регулирование могут поступать блоки с ошибками в монтаже, с регулировочными параметрами, которые находятся в случайном, не оптимальном положении. Устройство защиты позволяет сократить число дорогих исходных транзисторов, которые могут выйти из строя.

Идеальное устройство защиты должно работать по следующему алгоритму:

- выявление аварийного режима на начальных стадиях его развития; как можно более быстрое отключение силовых транзисторов преобразователя; выдержка в отключенном состоянии в течение некоторое время (сотни миллисекунд);

- повторное включение преобразователя, причем с плавным нарастанием исходной мощности; повторение циклов выключения — включения в течение некоторого времени (секунды), если аварийный режим не самоустраняется;

- окончательное отключение ИИЭ от сети (с помощью плавкого предохранителя, реле) после повторения нескольких циклов выключения-включения.

В практических блоках ИИЭ для бытовой аппаратуры в силу требования низкой стоимости этот алгоритм выполняется, как правило, лишь частично. Для выявления возникающего аварийного режима ИИЭ должен содержать дополнительные элементы — датчики напряжения на коллекторе и тока через транзистор (датчики перегрузки).

Для однотактных преобразователей меры защиты проще и эффективнее, потому что в них приходится исключать лишь один мощный силовой транзистор.

Независимо от вида датчиков перегрузки, главный принцип защиты остается неизменным и заключается в подаче на базу исходного транзистора запирающего напряжения в период работы преобразователя, который следует непосредственно за периодом, во время которого перегрузка обнаружена.

Наиболее типичным является запуск исходного каскада от предыдущего импульсного усилителя с трансформатором (рис.1,а).

На этом рисунке изображен однотактный преобразователь с обратным включением выпрямителя в момент, когда происходит пробой конденсатора исходного фильтра и ток транзистора благодаря этому увеличивается.

Перегрузка по току, который оказывается с помощью датчика-резистора R₁, включенного в цепь коллекторного тока, вызывает срабатывание схемы управления, которое отпирает транзистор VT₁.

Благодаря противофазной работе транзисторов VT₁ и VT₂ напряжение на базе VT₂ сразу после срабатывания устройства защиты становится отрицательным и потом достигает нулевого значения.

Стоит обратить внимание на необходимость отпирания VT₁ в момент перегрузки: если бы VT₁ закрывался, то на базе VT₂ продолжало бы действовать позитивное напряжение (штриховая линия эпюры U_бэ на рис.1,6).

Стационарный электрический режим транзистора исходного каскада преобразователя должен полностью располагаться внутри динамической ОБР с запасом на начало аварийного режима, который существует до момента срабатывания устройства защиты.

Рис.1. Принцип защиты транзистора однотактного преобразователя от перегрузки: а – функциональная схема; б – временная диаграмма

Включение резистора — датчика перегрузки по коллекторном токе в эмиттерную цепь исходного транзистора не является оптимальной с точки зрения быстродействия защиты, хотя значительно упрощает ее. Этот вариант также неприемлем для двутактных полумостовых схем. Поэтому часто как датчики перегрузки по току используют малогабаритные импульсные трансформаторы на кольцевых ферритовых магнитопроводах с внешним диаметром 7—10 мм. Первичная обмотка, которая состоит всего лишь из одного витка, включается в цепь протекания коллекторного или тока выпрямительных диодов наиболее мощного источника вторичного напряжения. Вторичная обмотка состоит из 30—40 витков и подключается через резистивный делитель напряжения к соответствующему входу схемы управления. В этом случае легко решается проблема гальванической развязки цепи датчика от сети.

В тех случаях, когда датчик контролирует импульсный ток выходного транзистора или выпрямительных диодов, срабатывания устройства защиты, не может состояться раньше периода, который следует за периодом, в котором обнаружена перегрузка. Можно ускорить этот процесс, если в качестве датчика перегрузки использовать резисторы, включенные последовательно в цепь нагрузки (R₂ на рис. 1,а). Здесь сигнал перегрузки может быть обработан в течение 2—3 мкс после того, как ток нагрузки достигнет критического значения. Если схема управления находится на «сетевой» стороне преобразователя, то датчик перегрузки может быть подключен к ней через миниатюрный импульсный трансформатор Т_З и предельный элемент - маломощный тиристор VD₂ типов КУ101, КУ104, КУ110 (рис. 1,а).

Возможно также комбинированное включение нескольких датчиков перегрузки, совмещаемых на входе предельного элемента с помощью диодных ИЛИ схем. Такое включение датчиков нужно, например, в могучих стереофоничных усилителях, где для питания двухтактных выходных каскадов используется два одинаковых разнополярных источника напряжения равной мощности.

Сигналы о перегрузке по напряжению обычно поступают на схему управления или через резистивные делители напряжения, которые подключаются к соответствующим узлам устройства (выход сетевого выпрямителя, шина питания схемы управления), или через пиковые детекторы, которые подключаются к коллектору исходному или транзистору к обмоткам трансформатора. Нужно иметь в виду, что защита транзисторов, основанная на контроле перегрузок по напряжению, менее эффективна, чем защита по токовым перегрузкам, потому что первопричиной возникновения критического импульса напряжения на коллекторе является большой ток перед выключением транзистора. В современных схемах управления, в которых используются сложные многофункциональные интегральные микросхемы (одна из них описана ниже), защита от перегрузок по напряжению исполняет лишь вспомогательную, предупреждающую роль.