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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Fusibile elettronico ripristinabile
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protezione delle apparecchiature dal funzionamento di emergenza della rete Il fusibile elettronico proposto controlla la resistenza del carico. Non solo si spegne in caso di sovraccarico, ma si ripristina anche nella modalità originale quando la resistenza del carico torna alla normalità. Il fusibile elettronico ad alta velocità descritto nell'articolo [1] collega automaticamente il carico al momento dell'accensione se non è presente un cortocircuito o un sovraccarico in esso. In caso di sovraccarico, il fusibile scollega il carico. Per riaccenderlo è necessario premere il pulsante "Start" del fusibile oppure spegnere e riaccendere, cosa non sempre conveniente. Il dispositivo proposto, sviluppato sulla base del precedente, è completamente automatico. Non ha organi di governo. Il dispositivo determina la funzionalità del carico in base alla sua resistenza. Se è maggiore del limite consentito, il carico viene automaticamente collegato alla fonte di alimentazione. In caso contrario, il dispositivo scollega il carico in base alla sua funzione di fusibile. Per un breve periodo (circa 10 µs), il carico viene periodicamente collegato alla fonte di alimentazione tramite resistori limitatori di corrente. Durante questo tempo, il fusibile elettronico misura la resistenza del carico e, se è tornato al limite consentito, riprende esso stesso dallo spegnimento di emergenza del carico alla normalità. Un fusibile elettronico è collegato tra l'alimentazione e il carico. Il dispositivo funziona con una tensione da 12 a 30 V e una corrente di carico fino a 20 A. Sono state sviluppate due versioni del dispositivo: con commutazione del filo negativo o positivo dell'alimentazione del carico. Lo schema della prima variante è mostrato in fig. 1, il secondo - in Fig. 2. I componenti che svolgono la stessa funzione sono etichettati allo stesso modo.
Il dispositivo (vedi Fig. 1) dispone di due circuiti di controllo del carico: preliminare (sul comparatore DA3) e principale (sul comparatore DA4). La resistenza di carico viene misurata quando è collegata dal transistor VT1 tramite i resistori R2 e R3. Se la resistenza del carico è maggiore della soglia operativa impostata dal resistore di sintonia R7, si apre il transistor di commutazione principale VT2, che collega il carico alla fonte di alimentazione. La corrente di carico in modalità normale controlla il circuito principale sul comparatore DA4. Se supera la soglia di risposta impostata dal resistore trimmer R14, il transistore di commutazione principale VT2 si chiude. Entra in funzione il circuito preliminare basato sul comparatore DA3, che consentirà di riaprire il transistor ad effetto di campo di commutazione principale VT2 quando la resistenza di carico torna al limite consentito. Per controllare il transistor VT2, come nel dispositivo precedente [1], è stato utilizzato un flip-flop RS sugli elementi DD1.2 e DD1.3. Il vantaggio di un tale flip-flop è che consente la presenza logicamente simultanea di segnali di controllo attivi su entrambi gli ingressi di controllo. Prevale il segnale di controllo che influisce direttamente sull'uscita utilizzata [2]. Nel nostro caso, l'uscita diretta utilizzata del flip-flop RS (pin 3 DD1) è dominata da un segnale attivo di livello alto all'ingresso dell'installazione S (pin 1 DD1). Per un flip-flop RS realizzato su elementi OR-NOT, il livello attivo del segnale diretto in uscita è basso, pertanto viene utilizzato un inverter sull'elemento DD2 per controllare il transistor VT1.4. L'ingresso R RS-flip-flop (pin 8 DD1) è collegato all'uscita del comparatore DA4 (pin 9 - open collector). Al momento dell'accensione e durante i transitori, il transistor VT2 è chiuso, poiché il circuito R1C2 fornisce la tensione di alimentazione attraverso lo stabilizzatore DA1 ai microcircuiti DD1 e DA2 più tardi rispetto ai comparatori DA3 e DA4. La tensione all'ingresso non invertente (pin 3) del comparatore DA4 è maggiore della tensione al suo ingresso invertente (pin 4), quindi il transistor di uscita del comparatore (pin 2 e 9) è chiuso. Non appena viene fornita alimentazione al chip DD1, un livello alto dall'uscita DA4 (pin 9) imposterà il flip-flop RS su uno stato di livello alto al pin 3 di DD1. L'uscita dell'inverter DD1.4 e il gate del transistor VT2 è basso, quindi è chiuso. In questo stato, il transistor VT2 sarà fino a quando l'ingresso superiore dell'elemento DD1.2 nel circuito riceve un breve impulso di attivazione di alto livello. Viene generato all'uscita dell'elemento DD1.1 quando gli impulsi di basso livello compaiono contemporaneamente ai suoi ingressi. Gli impulsi di attivazione vengono ricevuti all'ingresso superiore dell'elemento DD1.1 in base al circuito: impulsi brevi di un basso livello di ciclo di lavoro elevato, che vengono generati dal generatore sul timer DA2, dai resistori R4, R5 e dal condensatore C4. La durata dell'impulso è pari a R5C4ln2 ~ 25 µs e il loro periodo di ripetizione è (R4+2R5)C4ln2 = 2 ms [3]. Dopo aver eccitato il timer DA2, il primo impulso alla sua uscita 3 compare con un ritardo (R4+R5)C4ln2 = 2 ms per la durata dei transitori della prima installazione del flip-flop RS DD1.2, DD1.3. Ogni impulso di trigger dall'uscita 3 del timer DA2 va all'ingresso superiore dell'elemento DD1.1 in base al circuito e, allo stesso tempo, attraverso l'inverter sul transistor VT3 già sotto forma di un breve impulso di alto livello - al gate del transistor VT1, che, aprendosi, collega il carico alla fonte di alimentazione tramite i resistori R2 e R3. Non solo limitano la corrente di carico, ma formano anche un circuito per misurarne la resistenza: il punto di connessione di questi resistori è collegato all'ingresso non invertente (pin 3) del comparatore DA3. Il circuito R4-R6 è collegato all'ingresso invertente (pin 8) di questo comparatore. La posizione del resistore trimmer R7 determina la resistenza di carico a cui commuta il comparatore DA3. Dopo l'accensione, il transistor VT1 è chiuso, quindi la tensione all'ingresso non invertente del comparatore DA3 sarà sempre maggiore della tensione al suo ingresso invertente, quindi il transistor di uscita del comparatore (pin 2 e 9 ) è chiuso. Un singolo segnale all'ingresso inferiore dell'elemento DD1.1 fornisce un livello basso alla sua uscita e, di conseguenza, all'ingresso S del flip-flop RS, che manterrà così il suo stato originale. Se, con il transistor aperto VT1, la resistenza di carico è inferiore al limite consentito, la tensione all'ingresso non invertente del comparatore DA3 sarà maggiore della tensione al suo ingresso invertente. All'uscita (pin 9) del comparatore DA3 rimarrà lo stesso stato di quando il transistor VT1 era chiuso. Un livello alto dall'uscita del comparatore DA3, andando all'ingresso inferiore dell'elemento DD1.1, blocca il passaggio degli impulsi di trigger dall'uscita del timer DA2 fino a quando non scompare il sovraccarico dell'uscita del fusibile elettronico. Se, con il transistor aperto VT1, la resistenza di carico è maggiore del limite consentito, la tensione all'ingresso invertente del comparatore DA3 sarà maggiore della tensione al suo ingresso non invertente. Il transistor di uscita del comparatore DA3 (pin 2 e 9) è aperto. Agli ingressi dell'elemento DD1.1 ci saranno sovrapposizioni (con un leggero spostamento) nel tempo brevi impulsi di basso livello. All'uscita di questo elemento, verrà generato un breve impulso di alto livello, che commuterà il flip-flop RS all'ingresso S in uno stato con un livello basso all'uscita. A questo punto, c'è già un livello alto all'ingresso R dal comparatore DA4. Ma il segnale all'ingresso S ha una priorità più alta, quindi l'uscita del trigger è bassa. Di conseguenza, un singolo segnale dall'uscita dell'inverter DD1.4 aprirà il transistor VT2. Se la corrente di carico è inferiore al limite di funzionamento della protezione, il comparatore DA4 entrerà in uno stato stabile con un livello di uscita basso. Un transistor aperto VT2 imposta una piccola tensione (frazione di volt) sull'ingresso non invertente del comparatore DA3, indipendentemente dallo stato del transistor VT1. La tensione all'ingresso invertente DA3 è vicina a circa la metà della tensione di ingresso. Poiché il pin 9 del comparatore DA3 ha un livello basso stabile, gli impulsi di attivazione dall'uscita del timer DA2 attraverso l'elemento DD1.1 salvano lo stato attuale del flip-flop RS. Se la corrente di carico supera il limite consentito, il comparatore DA4 commuta in modo che il suo transistor di uscita si chiuda. Un singolo segnale imposterà un livello alto all'uscita del trigger e, di conseguenza, un livello basso all'uscita dell'inverter DD1.4, a seguito del quale il transistor VT2 si chiuderà e spegnerà il carico.
Un fusibile elettronico con commutazione del filo positivo funziona in modo simile (Fig. 2). Si distingue per l'uso di transistor a canale p VT1 e VT2. Poiché i segnali di controllo devono essere applicati alle porte dei transistor rispetto alle loro sorgenti collegate al filo positivo di alimentazione, sono invertiti. Pertanto, gli inverter sull'elemento DD1.4 e il transistor VT3 non vengono utilizzati. Costruzione e dettagli. Il fusibile elettronico è realizzato mediante montaggio superficiale su un circuito stampato di 35x70 mm in fibra di vetro a doppia faccia. I disegni della scheda sono mostrati in Fig. 3 (per commutare il filo negativo secondo lo schema di Fig. 1) e in Fig. 4 (per commutare il filo positivo secondo lo schema di Fig. 2). Tutte le parti, ad eccezione del transistor VT2, sono montate su un lato della scheda, la lamina dell'altro lato viene utilizzata come dissipatore di calore per il transistor VT2 installato su di essa.
Il timer integrato KR1006VI1 (DA2) può essere sostituito da un analogo estero NE555N. LED HL1 - qualsiasi a bassa potenza. Il transistor KT361A (VT3) può essere sostituito con KT361B-KT361E. Le raccomandazioni per la scelta degli altri componenti sono le stesse del precedente articolo [1].
La definizione del dispositivo si riduce all'impostazione delle soglie di commutazione per i comparatori DA3 e DA4 con resistori di trimming R7 e R14. All'ingresso è collegata un'alimentazione da laboratorio e all'uscita sono collegati un amperometro e un reostato collegati in serie, regolati nella posizione di massima resistenza. All'uscita del comparatore DA3 (pin 9) relativa al pin 2 è collegato un oscilloscopio, galvanicamente isolato dall'alimentazione. Il motore del resistore sintonizzato R7 è installato in alto secondo lo schema di fig. 1 posizione, il motore R14 - verso il basso e accendere. Il fusibile deve collegare il carico, che è determinato dal bagliore dell'indicatore HL1 e dalle letture dell'amperometro. Oscilloscopio: mostra la presenza di impulsi brevi con un'ampiezza di circa 9 V. Ridurre la resistenza del reostato finché l'amperometro non mostra la corrente di intervento della protezione. Successivamente, il cursore del resistore sintonizzato R14 viene spostato verso l'alto secondo lo schema di fig. 1 fino a quando il carico non viene scollegato. Il LED HL1 dovrebbe spegnersi. Quindi spostare la resistenza del trimmer motore R7 lungo il circuito (vedi Fig. 1) fino alla scomparsa degli impulsi all'uscita del comparatore DA3. Aumentando la resistenza del carico, verificare che il dispositivo lo colleghi automaticamente alla fonte di alimentazione. Una diminuzione della resistenza di carico, incluso un cortocircuito, dovrebbe provocarne lo spegnimento in circa 10 μs. In caso di sovraccarico al momento dell'accensione, il fusibile elettronico non deve collegare il carico. Un fusibile elettronico assemblato secondo lo schema di fig. 2 sono impostati allo stesso modo, con l'unica differenza che il cursore del resistore trimmer R7 è preimpostato nella posizione inferiore secondo lo schema e spostato verso l'alto, e il cursore del resistore trimmer R14 è posizionato nella posizione superiore secondo il diagramma e spostato verso il basso. I parametri degli impulsi di trigger possono essere modificati selezionando i resistori R4 e R5. Se non è necessario monitorare la resistenza a vuoto ogni 2 ms, è possibile aumentare la resistenza del resistore R4 fino a 2 MΩ. In questo caso, il periodo degli impulsi di attivazione aumenterà proporzionalmente. Riducendo la resistenza del resistore R5, è desiderabile ridurre la durata degli impulsi al valore minimo sufficiente al quale il dispositivo collega in modo affidabile il carico nell'intero intervallo di tensione di alimentazione. È auspicabile misurare lo stato aperto del transistor VT2 nella modalità di cortocircuito dell'uscita alla massima tensione di alimentazione e calcolare l'energia dissipata dell'impulso di corrente, come descritto nell'articolo precedente [1]. Se supera il limite consentito, ridurre la resistenza del resistore R5 e, se il dispositivo smette di avviarsi, ridurre la tensione di alimentazione massima consentita o selezionare un transistor VT2 più potente [4, 5]. E' possibile impostare il fusibile elettronico in modo tale che i comparatori DA3 e DA4 commutino a resistenze di carico differenti. La necessità di ciò può sorgere quando si collega un carico con una caratteristica corrente-tensione non lineare. Letteratura
Autore: A. Lunaev, Kursk; Pubblicazione: radioradar.net
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