Низковольтный прерыватель тока нагрузки

September 19, 2012 by admin Комментировать »

Журнал “Радио” уже
публиковал описания устройств, включаемых последовательно с нагрузкой и обес­печивающих
периодическое прерывание тока через нее [1,2]. Предлагаемый ниже прерыватель
тока отличает от подобных устройств аналогичного на­значения малое падение
напряжения на открытом коммутирующем элементе и малый собственный потребляемый
ток в течение той части периода работы, когда этот элемент закрыт.

 Прерыватель способен работать в широком
интервале тока нагрузки — от единиц миллиампер до десятков ампер на частоте от
долей герц до десятков килогерц. В качестве нагрузки может быть использована
лампа накаливания, светодиод с токоограничительным резистором. Динамическая
головка автомобиль­ная сирена, обмотка реле или трансформатора и другие
потребители тока.

Принципиальная схема прерывателя
показана на рис. 1. На полевом транзи­те Т1 и логических элементах DD1.1, DD1.2
построен генератор пря­моугольных импульсов Частота их сле­дования задана
резистором R3 и кон­денсатором С2 а резистор R4 и диод VD1 обеспечивают
скважность импуль­сов, равную двум Резистор R5 образует цепь положительной ОС,
увеличиваю­щей скорость переключения элементов микросхемы DD1.

Такое построение генератора Рачи­тельно
снижает ток потребляемый микросхемой DD1, поскольку в линейном режиме работает
только транзистор VT1. Кроме этого, оно существенно упрощает частотозадающую
цепь.

Узел на транзисторах VT2, VT3 блоки­рует работу
прерывателя при уменьше­нии напряжения питания ниже 8В. Это необходимо, чтобы
предотвратить пере­гревание мощного полевого транзисто­ра VT4 из-за его
неполного открывания при пониженном напряжении питания.

При снижении напряжения питания
эмиттерный переход транзистора VT3, работающий как стабилитрон закрыва­ется следом
за ним закрывается транзистор VT2.  Высокий
уровень на нижнем по схеме входе элемента DD1.2 сме­няется низким, в результате
чего работа генератора останавливается в положении, когда на выходе элементов DD1.3,
DD1.4 низкий уровень. Транзистор
VT4 при этом закрыт. Ток через нагрузку не протекает

Резистор R9 улучшает запуск
генератора при плавном повышении напряжения питания Конденсаторы С4 С5 защищают
узел управления работой генератора от помех.

Слаботочные узлы прерывателя
получают питание от параметрического стабилизатора, собранного на элементах R11
VD2, VD3. Диод VD4 защищает
устройство от аварийной перемены полярности напряжения питания Когда нагрузка  обесточена, конденсатор СЗ накапливает энергию
необходимую для поддержания напряжения затвор-исток транзистора VT4 на уровне не
ниже 10 В в те интервалы времени, когда он открыт и напряжение питания
прерывателя близко к нулю

При номинальном напряжении питания
стабилитроны VD2, VD3 закрыты и не увеличивают потребляемый прерывателем ток,
который в паузах, когда питание на нагрузку не подастся, не превышает 300 мкА.
Варистор защищает полевой транзистор VT4 от всплесков напряжения, создаваемых
индуктивной составляющей нагрузки (например, обмоткой повышающего
трансформатора преобразователя на­пряжения для лампы дневного света или люстры
Чижевского). Плавкая вставка FU1 защищает транзистор VT4 от перегрузки
чрезмерно большим током.

Устройство собрано навесным способом
на монтажной плате размерами 64×45 мм. Все резисторы — МЛТ или импортные.
Конденсатор СЗ — импортный, С2 — любой малогабаритный пленочный, например
К73-17, ос­тальные — любые.

Вместо диодов 1N4148 подойдут
любые из серий КД521, КД522, КД103. Стабилитроны КС168А можно заменить на КС407,
 1N4736A. Транзистор КТ645  можно заменить любым из серий КТ645, КТ315.
Они обычно имеют напряжение лавинного пробоя эмиттерного перехода около 7 В,
транзисторы же серии КТ3102 – около 8 В, а, например, импортные 2SC33C0, 2SC174I
— около 10В. Чем меньше это напряжение, тем при меньшем напряжении питания прекращает
работу генератор. При замене транзисторов не следует сбывать о различиях в их
цоколевке.

Полевой транзистор IRFZ30 имеет
сопротивление открыто­го канала не более 0,05 Ом, рассчитан на напряжение сток-
исток 50 В, максимальный ток стока 30А и может рассеивать мощность до 90 Вт.  Вместо CNR07D470K подойдут варисторы FNR-Q5K470,
FNR-07K470.

С указанными на схеме номиналами
элементов С2 R3 R4 частота переключения прерывателя около 1 Гц, что подходит
например для его работы в системе аварийной автомобиль­ной сигнализации,
указателей поворота, в новогодней иллю­минации. С конденсатором С2 емкостью 470
пФ частота генератора повысится до 2 кГц и тогда при напряжении пита­ния 12 В
прерыватель можно нагрузить вторичной обмоткой звукового трансформатора (его
магнитопровод сле­дует полностью разобрать и собрать занoго, разместив пла­стины
«вперекрышку») от лампового полупроводникового телевизора, а подключенная к
первичной обмотке этого трансформатора лампа накаливания мощностью 15…25 Вт
на напряжение 20 В будет светить полным накалом.  В таком качестве прерыватель можно
использовать как преобразова­тель напряжения, например для питания
низковольтного маломощного электропаяльника.

Если необходимо по тем или иным
причинам изменить скважность импульсов генератора это можно реализовать
подборкой резистора R1.
Описанное устройство может работать и при напряжении питания большем 12 В, требуется
только выбрать резистор R11 такого сопротивления, чтобы ток через стабилитроны VD2
VD3 был близок к номинальному. Так, например при напряжении питания 24 В
сопротивление этого резистора должно быть равным 3,6 кОм, а мощность рассеяния –
не менее 1 Вт.

Чем больше рабочая частота
прерывателя, тем больше потери мощности на переключение транзистора VT4. Это
потребует его установки на теплоотвод с большей теплоотводящей поверхностью.

Фото одного из вариантов
конструкции прерывателя тока показано на рис. 2.

 

ЛИТЕРАТУРА

1 Кожуров А. Коммутатор нагрузки – Радио 1991 №7 С. 37-39.

2. Чудно 3., Диалектов В. Работа коммутатора со слаботочной нагрузкой.
– Радио 1997 №11 С. 53.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты