Некоторые способы защиты выходного каскада от токовых перегрузок. Инструкции

Некоторые способы защиты выходного каскада от токовых перегрузок

1. Ограничитель выходного тока.

Очень часто для предотвращения разрушения транзисторов в выходных каскадах, к которому может привести короткое замыкание в схеме или ее самовозбуждение, применяют специальные схемы, позволяющие ограничивать максимальный ток транзистора на заданном уровне. Принцип работы этих схем основан на оценке тока в цепи эмиттера выходного транзистора и ограничения напряжения перехода база-эмиттер. Довольно эффективно ограничивать ток выходного транзистора позволяет схема на рисунке 1. В момент, когда напряжение база-эмиттер Ube транзисторов Т3 и Т4 превышает определенный порог, отпирается эмиттерно-коллекторная цепь. Сопротивление R1»100Ом защищает транзисторы Т3 и Т4 от бросков тока в цепи базы. Рис 1. Ограничение тока выходных транзисторов.
Способ с отключающими транзисторами Т3 и Т4.

Если R2>R1, то при уменьшении выходного напряжения Ua снижается также максимальный ток ia,max, вследствие чего уменьшается и мощность рассеяния при коротком замыкании. Так если выбрать R1/(Re*R2)=1/Rl, то Отсюда видно, что максимальный ток ограничивается на уровне, превышающем ток сигнала Ia на некоторую величину Di.

2. Защитная схема SOAR.

Схема защиты транзистора по способу SOAR (Safe Operation Area) допускает его работу в определенных пределах величин тока. Условия вступления схемы в действие одновременно должны зависеть от Uce и Ic. Принципиальная схема ограничителя по способу SOAR приведена на рисунке 2. В этой схеме защищается верхний выходной транзистор Т1. Управляющим параметром служит напряжение Uк, которое складывается из падения напряжения на R1, создаваемого током ic1, и составляющей, пропорциональной Uce1: Выходное напряжение транзистора Т4 сравнивается с некоторым опорным напряжением Uv в дифференциальном усилителе Т5, Т6. Если оно больше, чем Uv, то отпирается Т5 и ток источника предварительного каскада I1 уменьшается до величины При которой UPK,max опять опускается ниже порога. Рис 2. Принципиальная схема оконечного
каскада с защитой выходного
транзистора Т1 от перегрузок.

3. Еще один вариант системы защиты.

Эта схема используется в схемах двух предыдущих усилителей (с двухуровневым питанием и на MOSFET). Система защиты разработана соответственно автором самих усилителей Владимиром Перепелкиным. Как я понял из его объяснения, принцип похож на схему рис.1. с некоторыми добавлениями и изменениями, благодаря которым, усилитель может абсолютно безболезненно переносить КЗ на выходе любое время при любом уровне входного сигнала. При этом ничего не греется и не выходит из строя. Система самовосстанавливается при исчезновении причины срабатывания. На рисунке показана схема выходного каскада с применением данной системы в программе моделирования E-Workbench. Принцип работы следующий. Как только напряжение на эмиттерных резисторах выходных транзисторов достигнет уровня 0.5В, откроются маломощные транзисторы шунтирующие переход Б-Э предвыходного-выходного каскада, тем самым уменьшая выходное напряжение и следовательно ток выходных транзисторов. Но в этот момент ООС в свою очередь размыкается и коэффициент усиления всего усилителя стремится к Кус УН, а это, наоборот, повышает выходной ток. Чтобы этого не происходило, введена дополнительная цепь из диодов и стабилитронов (с баз шунтирующих транзисторов на вход выходного повторителя). Как только напряжение на входе повторителя достигает определенного порога, диоды открываются, тем самым полностью запирая шунтирующие транзисторы. Здесь можно скачать файл-модель E-Workbench. Также можно скачать файл в PCAD2001 с некоторыми пояснениями.

На следующем рисунке показан сигнал на выходе усилителя, в момент срабатывания защиты.

Из-за "глючности" Воркбенча, график имеет немного неверный вид, на самом деле ограничение сигнала симметрично, и нижние "вытятуности" - на самом деле имеют вид как и верхняя половина. Как видно в момент короткого замыкания, на выходе присутствуют импульсы тока - в реальной схеме они порядка 7-8А, но они настолько малы по продолжительности, что не успевают ничего даже нагреть. Импульс начинает нарастать как раз в момент открытия диодов и стабилитронов, и останавливается при последующем отпирании транзисторов. Это происходит по циклу, до тех пор пока не будет восстановлен нормальный режим работы усилителя.

Схемы - в процессе поиска.