Разрабатываю схему плавной подачи накала на лампы, с последующей стабилизацией напряжения, с защитой от возможного КЗ в нагрузке. Схема именно плавно подаёт напряжение на накал, почти линейно, а не ступенчато, рывком, как если бы применить резистор с реле в первичной обмотке трансформатора.
Проектируемые параметры:
1. Необходимое переменное напряжение с обмотки трансформатора 13-15В (схема сохраняет стабилизацию при напряжении от 12В, правда уровень пульсаций с 0.1мВ вырастает до 20-30мВ)
2. Выходное напряжение 12.6В, с возможностью регулировки от 12 до 13.2В (на случай просадки в проводах от ламп до стабилизатора)
3. Ток в нагрузке до 4-5 А, потом срабатывает триггерная защита. Ток до 4А - это для накала 4-х ГУ-50, после прогрева у них ток около 2.8-3.2А.
4. Пульсации при номинальной нагрузке около 0.1мВ
5. Плавное, почти линейное нарастание выходного напряжения от 0 до 12.6В примерно за 20 сек. Такой интервал выбран для того, чтобы нити накала ламп успели нагреваться, увеличивая своё сопротивление, то есть, чтобы триггер защиты не увидел в низком, начальном сопротивлении накала "короткое замыкание".
6. Регулирующий транзистор IRFP260, остальные комплиментарные p-n-p и n-p-n BC639 и BC640, у них К-Э до 80-100В, чтобы был запас на пульсации в момент КЗ.
Схема:
В левой части источник 13В и выпрямитель на сдвоенных диодах Шотки, т.к. на них меньшее падение напряжения, чем на обычных. В качестве источника опорного напряжения применён 3В стабилитрон, т.к., для такой схемы, полагаю, нет смысла использовать TL-431. На транзисторах Q3 и Q4 выполнен триггер, который шунтирует стабилитрон в случае КЗ в нагрузке, тем самым выключая стабилизатор. Защита самоблокируется и после устранения КЗ нужно нажать кнопку "сброса". На резисторе R2, C2, R3 выполнена первая цепочка плавного нарастания напряжения. На конденсаторе C3 - вторая. Если увеличивать С3, будет увеличиваться время нарастания выходного напряжения, но при этом, будет увеличиваться и импульс тока через Q2 в момент вероятного КЗ.
Резистор R14 на 0.1Ом повышает напряжение между левым его выводом и затвором Q2 примерно до 4.8-4.9В. Между самим затвором и истоком около 4.4-4.5В. Стабилитрон D11 на 5.1В. Таким образом, между 5.1В стабилитроном и 4.9В остаётся около 0.2В. Чем меньше разность этого напряжения, тем меньший будет импульс тока (по амплитуде) в момент короткого замыкания. Менее 0.2В разницу делать нельзя, т.к. транзистор выходит из режима стабилизации.
Я пробовал ставить стабилитроны на 5.6, 6.2В, пробовал менять сопротивление R14 от 0.01 до 0.5Ом. Для данной схемы, для данных параметров (12.6В, ток 4А) самое оптимальное значение указано на схеме. При таких значениях импульс тока КЗ будет минимальным по амплитуде и длительности:
Импульс короткого замыкания около 15мС, ток около 6А, напряжение 17В, что допустимо по даташиту https://static.chipdip.ru/lib/196/DOC000196907.pdf для зоны безопасности (SOA) транзистора IRFP260.
В общем, как работает схема - мне очень нравится. Однако, это только моделирование, хоть и очень точное. Первый и самый главный вопрос, который меня волнует - будет-ли работать такая схема в реальности? А точнее триггерная защита от КЗ? Вот, главный момент, который смущает:
- Напряжение между Б-Э транзистора Q1. На схеме туда подключён осциллограф. В нормальном режиме это напряжение отрицательное, -0.595В, однако, в момент КЗ откуда-то появляется положительный импульс около 5В, который плавно нарастает и плавно потом спадает. Откуда между Б-Э берётся этот положительный импульс? Кто может объяснить? Так и должно быть, или это какая-то ошибка моделирования?
Прикладываю архив с картинками и файлом схемы в формате программы MS-14 (Multisim 14.1)
стаб-накала_плав-пуск-защита-кз.rar