Vidlákovo elektro 42. Jak zvládat zkrat 3.

2. června 2013 v 4:27 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Jako učitel bych se teda skutečně neuživil. Minule jsem probíral Schmidtovy klopné obvody a pak jsem si myslel, že v dnešních vidlácích napíšu - abyste nespálili spínací tranzistor - jak jsem demonstroval předminule - musíte proudovou pojistu zapojit "tak nějak" jako Schmidtův klopný obvod.
Drobný problém je ale že "tak nějak" jako Schmidtův klopný obvod - neznamená "doslova" jako Schmidtův klopný obvod. Protože součástí mnoha a mnoha napájecích obvodů jsou kondenzátory a co vznikne pokud proud kondenzátorem řídíte pomoci Schmidtova klopného obvodu (byť je součásti proudové pojistky) ?
Ano máte pravdu je to RC oscilátor, který jsme tady dokonce už probírali. Taky když se podíváte jak takový proud obvodem se proudovou pojistkou na principu "holého" Schmidtova klopného obvodu vypadá tak vidíte hrůzu která následuje.
Neboli - proudová pojistka vám obvod spolehlivě rozkmitá - tím spínací tranzistor prochází neustále lineární oblastí "velké výkonové ztráty" a navíc zátěž dostává proudové pulsy na tak vysoké frekvenci jak jen parazitní kapacity obvodu dovolí (desítky až stovky kHz).
Shrnuto - použíjete li mnou nedoporučovanou lineární proudovou pojistku - shoří vám spínací tranzistor. Pokud použijete mnou doporučovaný Schmidtův klopný obvod - Shoří vám tranzistor i zátěž - to jsou výsledky žejo ?
Takže nezbývá než probrat nějakou tu teorii - což jsem původně chtěl vynechat.
Běžné zdroje - od nejjednodušších proudových pojistek, po zdroje laboratorního typu mají tzv. pravoúhlou voltampérovou charakteristiku. To zní složitě jak u tabule na průmyslovce, ale zas tak složité to není. Když se podíváte na levý graf - je to celkem jasné - zdroj urdžuje konstantní napětí, dokud se neaktivuje proudová pojistka a pak udržuje konstantní proud. Pokud dojde ke zkratu - je jediná možnost jak udržovat konstantní proud a to tak, že veškerý výkon Umax * Imax se propálí na výkonovém tranzistoru - pokud tento je spínací a není na takový výkon stavěn nastane - kouř - smrad - jiskry - slzy.

Takže existují zdroje typu FOLDBACK - což je "něco jako" Schmidtův klopný obvod. Vidíte to na grafu vpravo - pokud zdroj dosáhne svého maximálního proudu - tak se přepne do režimu nízkého proudu, který je spočten tak nízko, aby to spínací tranzistor vydržel. Krom ochrany tranzistoru to má ještě tu vlastnost, že pomocí malého produ zdroj "testuje" zdali zkrat už přestal a může se tedy přepnout do "normálního režimu". Jinými slovy - zdroj, který dá třeba až 1A se při zkratu přepne do režimu kdy dává třeba jenom 20mA. Takhle to dělají všechny lineární analogové stabilizátory 7805, LM317, a další, které si jen vymyslíte.
Jak jen takový zdroj vypadá - liší se od prosté proudové pojistky z předminulých vidláků jenom dvěma odpory navíc, které do obvodu zavádějí "hysterezi". Ty dva odpory jsou R2 a R3 a celá věc funguje takto - pokud je Q1 sepnutý jsou R2 a R3 zapojeny paralelně přes sepnutý Q1 (na kterém je napěťový úbytek jen v desítkách miliVoltů). Pokud se pojistka aktivuje Q1 se "přivře" tím napětí na "horním konci" R3 prudce stoupne a R2/R3 začne fungovat jako dělič napětí, který je "opřený" o snímací rezistor R3. To že snímací rezistor a napětí na něm je stále součástí zpětné vazby - je vlastně rozdíl oproti klasickému Schmidtovu klopnému obvodu, který se o drobné výkyvy proudu v mezích své hystereze "vůbec nezajímá". Je vám jasné, že tento rozdíl mezi Schmidtovým klopným obvodem a foldback pojistkou - je klíčový, protože díky "zbytku" zpětné vazby se foldback obvody (většinou) nerozkmitají.

Proud pro stav mimo zkrat se spočte klasicky 0,7 V / R1 - což je v našem případě 100 mA
Proud pro stav ve zkratu se (přibližně) spočte jako (0,7 - Vcc (R2/ (R2+R3) ) / R1 - což je v našem případě (0.7 - 12 / 23) / 6.8 = ( 0,7 - 0,52) / 6.8 = 26 mA
Když se podíváte na graf proudu zkušebním obvodem vidíte, že výpočet celkem funguje - proud obvodem stoupal až nepatrně nad 100mA a pak prudce klesl něco nad 20 mA (těch oscilací si nevšímejte ty jsou artefakt ze simulátoru, kte tyto křivky generuju). Někde v oblasti 0,9 mSec - vidíte, že proud obvodem poklesl pod 26 mA a obvod se vrátil zpět do režimu - bez zkratu. Rozdíl mezí 100 a 26 mA je "něco jako" hystereze ve Schmidtově klopném obvodu.


Jelikož v tomto okamžiku je hluboká noc - už se mi nechce přemýšlet kam umístit dva "Foldback odpory" do schémátku mého jednoduchého zdroje - tudíž to zadávám za domácí úkol vám.

Na samotný závěr - upozornění - jestli jste četli vzorečky pro "foldback" pozorně jistě jste si všimli, že proud sepnuté pojistky je závislý na napájecím napětí. Tudíž pokud proud spočteme pro jiné napětí než nakonec v robotovi bude mohou nastat dvě možnosti
1. Skutečné napětí bude větší než ve výpočtu - v tom případě člen Vcc (R2 / R2+R3) může být vyšší než 0,7 V a tím se pojistka začne chovat tak, že sepne a už nevypne, protože tranzistor v proudové pojistce - bude očekávat záporný proud obvodem.
2. Skutečné napětí v robotovi bude menší než to ve vašem výpočtu - v tom případě nemusí být proud zkratovaného obvodu dosti nízký - a tranzistor se upeče i přes foldback.

Jak z toho ven ? Pokud počítáte s napájecím napětím "od Šumavy k Tatrám" - třeba 5-24V - musíte spočítat foldback tak aby "kompromisně" fungoval pro obě krajní napětí, i všechny varianty mezi nimi - tedy pro 5-24V alespoň pro klasickou trojici 5, 12, 24 V.

Pro dnešek končíme - zbývá jenom oblíbená rada pro brunety - blondýny by to nikdy nepřiznaly, ale víte, že manžel, který se snaží alespoň průměrně - porazí v posteli 90% milenců, prostě jenom proto, že za dlouhá léta se naučil, které "čudlíky" a kdy je třeba mačkat ?
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 Petr Petr | 3. června 2013 v 0:59

Zajímavé články, můžu vědět v čem simulujete a kreslíte schématka.

2 petr-kubac petr-kubac | 3. června 2013 v 5:49

[1]: v Simetrixu - mají funkční časově neomezené a nezkriplené demo ke stažení
http://www.simetrix.co.uk/site/index.html

3 Petr Petr | 4. června 2013 v 2:34

Děkuji, stáhnu, vyzkouším.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama