Устраняем недостаток защиты блока питания

Продолжаем разбирать схему блока питания с регулируемым током защиты, начало тут. В предыдущей статье мы обсудили работу узла защиты. И, как упоминалось, у этой схемы есть один недостаток: после срабатывания защиты напряжение на выходе не падает до нуля. Сегодня поговорим о том, откуда берётся это остаточное напряжение и как с этим бороться.

Напомню схему, узел защиты выделен черным:

Если вы помните объяснения из предыдущей статьи, после срабатывания защиты цепочка R12 - VT1 шунтирует стабилитрон VD1. Тем самым падает напряжение на входе ОУ DA1.1, и, соответственно, на выходе схемы.

Но, проблема в том, что сопротивление R12, хоть и мало, но оно не нулевое. Поэтому, на нём будет падать небольшое напряжение. Какое именно, давайте посчитаем: ток идёт последовательно через R1, R12 и транзистор VT1. Сопротивление открытого транзистора мало, его можно не учитывать. Тогда получаем, что на R12 падает примерно 0.6 В. Связка DA1.1 — VT2 усилит это напряжение до примерно 1.58 В (помните, мы считали коэффициент усиления в одной из предыдущих статей). Это напряжение и будет на выходе блока питания — при условии, что регулятор R2 в находится в верхнем по схеме положении.

Если в питаемом устройстве короткое замыкание, ток ограничен только R13, и в данном случае составит около 4.8 А, что не очень хорошо. Да и вообще, зачем оставлять даже небольшое напряжение на выходе, если защита просигнализировала о проблемах?

Может, убрать вообще R12? Тогда транзистор VT1 надежно посадит стабилитрон на землю, и на выходе будет практически ноль. Но убирать R12 нельзя, из-за конденсатора C2.

Опять мы сталкиваемся с тем, что электролитический конденсатор достаточно инертен, он сильно замедляет процессы изменения напряжения в любую сторону.

Когда мы подключаем R12 параллельно стабилитрону VD1, мы подключаем его и параллельно C2. Стабилитрон и делитель R2-R3 сдались бы без боя, и мгновенно уронили бы напряжение. А C2 заряжен до 7.5 В, и ему надо куда-то разрядиться. Он разряжается через R12 и транзистор VT1. Если бы не было R12, весь удар C2 пришёлся бы на бедный VT1. Ток в пике через него составил бы около 1 А, при том, что максимально допустимый коллекторный ток у этого типа транзисторов на порядок меньше. То есть, транзистор почти гарантированно вышел бы из строя. Таким образом, R12 ограничивает ток через транзистор, больше ни зачем он не нужен.

Обратите внимание, на схеме указано, что R12, в отличие от большинства других резисторов, должен быть рассчитан на мощность 0.5 Вт. Откуда взялось это значение? Выше мы считали падение напряжения на нём, получалось 0.6 В, и тогда выделяемая мощность составит U²/R = 4.3 мВт. А запас по мощности нужен как раз на тот момент, когда к R12 окажется приложено напряжение 7.5 В от конденсатора C2, вот тогда на нём уже выделится 0.68 Вт, правда, на короткий промежуток времени.

Ещё одно неприятное следствие C2 — это то, что при срабатывании защиты напряжение на выходе падает плавно. Если нагрузку коротнуло, это тоже чревато весьма большими токами, которые вряд ли благоприятно скажутся и на блоке питания и на нагрузке.

Я долго смотрел на этот конденсатор C2 и не мог понять, зачем вообще он нужен в схеме. Вероятнее всего, он там стоит как дополнительный фильтр пульсаций и всяческих всплесков. Но кто там может сгенерить эти всплески? Стабилитрон? Резисторы? Всё остальное уже сглажено конденсатором C1, имеющим гораздо большую ёмкость.

Короче, решив, что от C2 больше вреда, чем пользы, я убрал его из схемы. Это позволило заменить R12 проволочной перемычкой. И вот тогда напряжение на выходе при срабатывании защиты стало падать действительно до нуля. И, к тому же, резко, ступенькой.

В следующей статье поговорим о настройке параметров блока питания.