Схема защиты блока питания

Движемся дальше в изучении схемы блока питания с регулируемым током защиты, начало тут. В предыдущей статье мы закончили разбирать сам блок питания, теперь перейдём к схеме защиты.

Из этой статьи вы узнаете:

• как «измерить» силу тока
• как включить операционный усилитель с положительной обратной связью
• как узел защиты управляет работой блока питания

Напомню схему, котрую мы разбираем. Сейчас мы переходим к нижней её части, к блоку защиты, собраному на DA1.2.

Как измерить силу тока

Защита должна контролировать силу тока, текущего через нагрузку. Поэтому, первый вопрос: как, собственно, этот самый ток измерить?

Очень просто, нам на помощь приходит старый добрый закон Ома. Ток нужно пропустить через известное сопротивление, и померить напряжение на этом сопротивлении. Тогда по формуле I = U / R вычисляется сила тока.

Для этой цели в схеме служит R13. Он подключен последовательно с нагрузкой, так что весь ток, текущий через нагрузку, протекает и через R13. Сразу логика нам подсказывает требования к этому резистору:

• его сопротивление должно быть мало, иначе на нём упадёт достаточно большая доля напряжения и нагрузке достанется меньше, чем планировалось;
• но всё же сопротивление должно быть не слишком мало, иначе сложно будет измерить маленькое напряжение на резисторе;
• резистор должен быть достаточно мощный, токи через него текут большие (вспомним, наш блок рассчитан на токи до 2А).

Я поставил вот такой мощный керамический резистор:

Ну, а в целом, нижняя часть схемы чем-то похожа на верхнюю. Вместо стабилитрона VD1 тут у нас диод VD2, на котором падает напряжение порядка 0.6 В. На R5-R6 собран делитель, который позволяет снять часть этого напряжение. А вот операционный усилитель (ОУ) включён уже несколько по-другому. Если помните, DA1.1 был подключен с отрицательной обратной связью, а здесь у нас

Включение ОУ с положительной обратной связью

Напряжение, снятое с делителя, поступает не на прямой, а на инвертирующий вход ОУ. А на прямой вход поступает измеряемое напряжение, снятое с R13. При нормальной работе инвертирующее напряжение выше прямого, ОУ "закрыт", на его выходе около нуля.

Но если ток через нагрузку сильно возрос, напряжение на входе 5 станет выше, чем на входе 6. На выходе ОУ появится "плюс". Причём, в данном случае, нет отрицательной обратной связи, которая ограничивала бы коэффициент усиления. Поэтому, плюс будет максимальный, порядка 26 В. И тут же, через VD3 и R8 этот плюс попадает с выхода на вход, в результате чего состояние ОУ фиксируется. Так сделано для того, чтобы, однажды сработав, защита оставалась бы в активном состоянии, пока не вмешается человек.

Это и есть положительна обратная связь: сигнал с выхода подаётся на вход и складывается с входным сигналом, усиливая сам себя.

Механизм отключения напряжения на нагрузке

За отключение верхней части схемы, блока питания, отвечает транзистор VT1. В штатном режиме этот транзистор закрыт низким уровнем на выводе 7 микросхемы. А при срабатывании защиты на его базу попадает высокое напряжение с вывода 7 через HL1 и R9, попутно зажигая светодиод HL1, который сигнализирует о срабатывании защиты.

Цепь R12 - коллектор VT1 - эмиттер VT1 - земля подключена параллельно стабилитрону VD1. Кстати, глядя на схему это не сразу заметишь, поскольку указанные элементы расположены в разных углах.

Когда транзистор закрыт, сопротивление указанной цепи очень велико и она никак не влияет на стабилитрон VD1. А вот когда срабатывает защита, транзистор VT1 открывается и вся эта цепь шунтирует VD1. Напряжение на входе 3 микросхемы падает, одновременно почти до нуля падает напряжение на выходе, нагрузка отключена.

С этим «почти» мы разберёмся чуть позже, а пока давайте посчитаем в цифрах, при каких токах срабатывает защита. Если на VD2 падает 0.6 В, значит, поворачивая ручку R5, можно менять напряжение на инвертирующем входе DA1.2 примерно от 0.006 до 0.6 В. Чтобы на R13 упало 6 мВ, через него должен идти ток около 18 мА, а чтобы падение составило 0.6 В, ток должен быть 1.8 А. Это и будут пределы настройки защиты потоку. Просто, не правда ли!

Отключение защиты

Теперь о том, как выключить сработавшую защиту. Первый способ — выдернуть вилку блока питания из розетки. И подождать несколько секунд, пока разрядятся электролитические конденсаторы (потому что C1 продолжает питать схему, и если включить блок питания слишком быстро, окажется, что защита осталась в «сработавшем» состоянии). Второй способ — замкнуть на короткое время кнопку SB1. Она состоит из двух секций. Верхний по схеме выключатель посадит вывод 5 микросхемы на землю. Таким образом, на выводе 6 напряжение окажется гарантированно выше, DA1.2 закроется, защита отключится.

А зачем тогда нужен второй, нижний выключатель SB1? А он теперь вместо закрывшегося VT2 продолжает вместе с R12 шунтировать стабилиторон VD1. Это сделано для того, чтобы блок питания не начал работать при отключенной защите. Ведь, пока нажат верхний выключатель SB1, защита будет недееспособна, что бы не происходило с током нагрузки. Таким образом, блок питания заработает только после отпускания кнопки SB1.

У схемы защиты есть один недостаток, о котором уже упоминалось. При срабатывании защиты напряжение на выходе падает не до нуля, там остаётся около полутора вольт. Это может быть довольно непрятно, например, при коротком замыкании в нагрузке: ток останется достаточно большим. Откуда взялась эта проблема и как её устранить, читайте в следующей статье.