Protectia stabilizatoarelor de tensiune

    Desi acum se gasesc tot felul de integrate specializate liniare sau in comutatie, e bine de stiut cum putem functioneaza si cum putem adapta un sistem de protectie la o sursa de tensiune pentru atelier.
    In cartea "Amplificatoare audio si siteme muzicale" exista un capitol destinat stabilizatoarelor de tensiune cu componente discrete sau cu integrate specializate, regasindu-se si un subcapitol despre protectia stabilizatoarelor de tensiune.

   Voi prezenta integral articolul, fiind foarte utile toate informatiile prezentate.

   In timpul functionarii stabilizatoarelor de tensiune pot apare regimutri de scurtcircuite accidentale sau de sprasarcini, care in majoritatea cazurilor conduc la defectarea stabilizatorului. Din acest motiv se prevad protectii ale stabilizatorului, atat pentru regimul de scurtcircuit, cat si pentru cel de suprasarcina. Protectia la scurtcircuit trebuie sa actioneze foarte rapid pentru a evita distrugerea componentelor stabilizatorului. Protectia la surpasarcina acttioneaza mai lent (de obicei, prin intermediul unor circuite de temporizare). Aceste tipuri de protectie se pot realiza prin sigurante fuzibile normale, respectiv cu relee termice.
   In figura 11.32.a se prezinta o schema de protectie a stabilizatorului serie prin limitarea curentului de scurtcircuit. Circuitul de protectie este construit din tranzistorul T2 si rezistenta Rsc.

Fig.11.32. Protectia stabilizatoarelor:

a) schema protectiei cu limitarea Isc

b) caracteristica statica de iesire a stabilizatorului

    Atat timp cat curentul de sarcina Io nu depaseste valoarea curentului de scurtcircuit impus Isc, caderea de tensioune la bornele rezistentei Rsc este mai mica decat tensiunea de deschidere a jonctiunii baza-emitor a tranzistorului T2 si tranzistorul regulator T1 functioneaza normal, tensiunea de iesire Uo fiind constanta (stabilizata).

   In cazul in care curentul de sarcina creste pana la valoarea Isc, tensiunea la bornele rezistentei Rsc atinge valoarea critica

                (11.53)

la care tranzistorul T2 incepe sa conduca, preluand o parte din curentul de baza al tranzistorului T1 si impiedicand astfel amplificarea acestuia. In continuare, pentru rezistenta de sarcina R_L<Uo/Isc, curentul ramane constant si egal cu valoarea Isc. Se obtine astfel o caracteristica de protectie de forma rectangulara, ca in figura 11.32.b.

    Pentru proiectarea unui circuit de protectie de acest tip (cu limitarea automata a curentului de scurtcircuit) este suficienta determinarea rezistentei Rsc cu relatia

                                    (11.54)

    Spre exemplu, pentru protectia stabilizatorului din figura 11.31, care debiteaza un curent nominal de 0,4A, daca se impune curentul de scurcircuit Isc = 0,65A, rezulta Rsc = 1Ω. Tranzistorul din circuitul de protectie trebuie sa aiba un curent de colector mai mare decat curentul de baza al tranzistorului regulator T1, adica Ic₂>I_B1 = Ic₁/β. Daca tranzistorul T1 este de tipul BD135 (Ic₁=1A,  β₁ = 40), atunci tranzistorul T2 poate fi de tipul BC170  (Ic₁=0,1A, β₁ = 35).

   O schema practica de stabilizator culimitarea automata a curentului de scurtcircuit la valoarea Isc = 2A este data in figura 11.33. Circuitul de protectie este constituit din rezistenta Rsc = 0,33Ω si tranzistorul T3, pe care il comanda. Tranzistoarele T1 si T3 formeaza un amplificator de curent (montaj Darlington) pentru circuitul de sarcina. Rezistenta R1 (1kΩ) este o "rezistenta de pornire" prin intermediul careia se alimenteaza in momentul initial grupul R3, DZ, R4, R, R5 care comanda operationalul βA741 (n.r. LM741).

Fig.11.33. Schema practica se stabilizator cu limitarea curentului de scurtcircuit

   Un alt mod de protectie al tranzistoarelor este denumit "protectie prin intoarcerea caracteristicii". Aceasta protectie "prin intoarcere" forteaza reducerea curentului de scurtcircuit Isc la o valoare mai mica decat curentul Io_M care declanseaza procesul de protectie. Schema electrica a unui astfel de stabilizator cu limitare prinintoarcere este data in figura 11.34.a.

Fig.11.34. Protectia prin intoarcerea caracteristicii:

a) schema electrica    b) caracterisitca statica de iesire

 Daca se noteaza V_A si V_B potentialele nodurilor din figura (potentiale in raport cu masa) se pot scrie ecuatiile:
                 (11.55)
                              (11.56)
   Tensiunea baza-emitor a tranzistorului T2 este

  (11.57).
  Din ultima relatie se poate deduce valoarea maxima a curentului de scurtcircuit isc, impunand in relatia (11.57) Uo = 0:

                               (11.58)

   Comparand relatiile (11.58) si (11.58) se vede ca Isc < Io_M caracteristica externa a circuitului fiind de forma celei din figura 11.34.b (cu intoarcere).

   Spre exemplu, daca se aleg urmatoarele valori pentru rezistentele din figura 11.34.a: R₁ = 330Ω, R₂ = 3,3kΩ si Rsc = 1,1Ω,  pentru o tensiune stabilizata de 15V rezulta

   La proiectarea schemei din figura 11.34.a se va urmari ca I_B2 sa fie mult mai micdecat curentul care circula prin divizorul R1, R2; de asemenea, trebuie ca I_C2 > I_B1.

   O schema practica de stabilizator de tensiune cu protectie prin intoarcere este prezentata in figura 11.35. Elementele schemei sunt la fel ca cele din figura 11.33. Curentul maxim de declansare a protectiei este Io_M = 2A, iar curentul de scurtcircuit este Isc = 0,65A (vezi figura 11.34.b).

Fig.11.35. Schema electrica de stabilizator cu protectie prinintoarcerea caracteristicii