В те моменты, когда сетевое напряжение нестабильно, мы вынуждены уделять особое внимание защите радиоэлектронной аппаратуры от недопустимо высокого питающего напряжения. В связи с этим часто применяют специализированные устройства, которые отключают различную аппаратуру от сети при превышении напряжением определенного значения. Чаще всего в подобных устройствах для коммутации применяю тиристоры или электромагнитные реле.
Основные их недостатки:
— большая мощность управляющих сигналов,
— невысокое быстродействие, присущее электромагнитным реле,
— возможность возникновения помех в устройствах на тиристорах.
— также, тиристорные устройства защиты работают неустойчиво с нагрузками, потребляемый ток которых сравним с током удержания тиристоров.
С появлением мощных высоковольтных полевых переключательных транзисторов эти недостатки вполне можно устранить Схема устройства, собранного на таких транзисторах, показана на рисунке.
Его подключают между сетью и нагрузкой. Поскольку для управления полевыми транзисторами требуется очень небольшая статическая мощность, устройство весьма экономично. Функцию электронного коммутатора здесь выполняют полевые транзисторы IRF840 (VT2, VT3). Параметры примененных транзисторов: напряжение сток-исток — 500 В, ток стока — 8 А (при температуре окружающей среды 25 °С), 5 А (при температуре 70 °С), максимальный импульсный ток — 32 А, допустимое напряжение затвор-сток — ±20 В, максимальная рассеиваемая мощность — 125 Вт, сопротивление открытого канала — 0,85 Ом, ток закрытого канала — 25 мкА.
Бывают случаи, когда сетевое напряжение в результате аварий повышается 380 В (амплитудное значение — примерно 540 В). Если вероятность появления такого напряжения высока, полевые транзисторы следует заменить другими, с большим допустимым напряжением сток-исток.
Узел управления содержит RS-триггер DD1.1 и электронный ключ — транзистор VT1. Питают узел управления от выпрямителя на диоде VD3 и параметрического стабилизатора напряжения, собранного на стабилитроне VD6 и гасящем резисторе R6, с фильтрующим конденсатором С2. Диоды VD4, VD5 и резистор R8 защищают выход микросхемы от импульсных сетевых наводок.
Однополупериодное выпрямленное напряжение через резистор R3 поступает на подстроенный резистор R1, а с его движка на последовательно включенные стабилитроны VD1, VD2 и подстроенный резистор R2. Если сетевое напряжение соответствует норме или немного меньше, стабилитроны VD1, VD2 закрыты и напряжение на резисторе R2 равно нулю. Транзистор VT1 закрыт, поэтому конденсатор С1 заряжается через резистор R7. Когда напряжение на конденсаторе и, соответственно, на входе S микросхемы DD1.1 достигнет высокого уровня, на выходе триггера также появится высокий уровень. Транзисторы VT2, VT3 открываются, и сетевое напряжение поступает на нагрузку.
Если сетевое напряжение увеличится, стабилитроны VD1, VD2 начнут открываться. На подстроенном резисторе R2 появятся импульсы напряжения, которые через резистор R4 поступают на вход R триггера, а с движка резистора R2 — на базу транзистора VT1. Транзистор открывается, и конденсатор С1 разряжается, поэтому на входе S триггера присутствует низкий уровень. При дальнейшем повышении сетевого напряжения амплитуда импульсов на резисторе R2 увеличится. Когда она достигнет высокого логического уровня на входе R, триггер переключится — на его выходе появится низкий уровень. Коммутирующие полевые транзисторы закроются, и нагрузка обесточится.
Если теперь сетевое напряжение начнет уменьшаться, амплитуда импульсов на резисторе R2 также будет снижаться и станет меньше высокого логического уровня, но состояние триггера не изменится. При дальнейшем снижении сетевого напряжения амплитуда импульсов уменьшится настолько, что транзистор VT1 открываться не будет и конденсатор С1 вновь начнет заряжаться. На входе S триггера DD1.1 и, соответственно, на его выходе появится высокий уровень, полевые транзисторы откроются, и на нагрузку поступит сетевое напряжение. Следовательно, отключение и подключение нагрузки происходят при различных значениях сетевого напряжения.
Транзистор КТ315Г (VT1) заменим любым из серии КТ315, КТ312. Стабилитроны КС551A (VD1, VD2) можно заменить одним КС591А, КС600А или тремя включенными последовательно КС527А, 2С530А, 2С536А, диод КД105Б (VD3) — КД105В, КД105Г, диоды КД521А (VD4, VD5) — КД503А, КД510А, КД522Б. Подстроечные резисторы — СП3-19б, постоянные — МЛТ, С2-33, конденсаторы — К50-16 или аналогичные импортные. Если ток нагрузки превышает 2 Ампера, полевые транзисторы необходимо установить на теплоотводы площадью не менее 25 см2 каждый.
Налаживание сводится к установке значений напряжения подключения и отключения нагрузки. Для этого потребуются автотрансформатор и нагрузка — например, лампа накаливания. Движок подстроенного резистора R2 устанавливают в верхнее по схеме положение, а резистора R1 — в левое по схеме положение и подают на устройство напряжение, соответствующее порогу отключения, например 250 В. Медленно перемещая движок резистора R1, добиваются отключения нагрузки. Затем на входе устройства устанавливают напряжение подключения нагрузки, например, 230 В и, перемещая движок резистора R2, добиваются ее включения. Изменяя с помощью автотрансформатора напряжение на входе устройства, проверяют установленные пороги отключения и подключения и при необходимости налаживание повторяют. Чтобы увеличить гистерезис (разность значений напряжения отключения и подключения), общее напряжение стабилизации последовательно включенных стабилитронов VD1, VD2 следует уменьшить.
