Protezione da cc
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PROTEZIONE DA CORTO CIRCUITO
Permette di proteggere il generatore che alimenta la linea, facente capo all'INPUT, da corto circuiti accidentali verso gli utilizzatori allacciati sull'OUT. Alimentando in INPUT con tensione CC o CA si avrà su C2 una tensione pari a CC o a Vp relativo alla Vca. Stessa cosa si avrà anche per C1, ne consegue che emettitore e base di Q1 sono allo stesso potenziale e pertanto interdetto. Il relè rimane pertanto diseccitato. Se sull'OUT avviene un corto circuito la tensione su C1 cala scaricato da R2 mentre C2 essendo anche di capacità più elevata, rimane a potenziale alto. Q1 ha dunque la base a potenziale minore dell'emettitore e per questo va in saturazione eccitando il relè che toglie tensione verso il corto circuito proteggendo la linea. Resta R4 ad alimentare l'OUT e appena il corto sparisce C1 si ricarica attraverso D2 riportando Q1 all'interdizione. Con R3 si regola la sensibilità d'intervento e di ripristino.
Per risolvere lo stesso problema dei corto circuiti accidentali sull'uscita di alimentatori, si può usare le soluzioni rappresentate in Fig. 1 o Fig.2.
La tensione +Vin dovrà essere non inferiore a 8/10 Volt e può arrivare anche a 30/40 come massima. Fra i punti A e B (normalmente in corto) si può inserire un regolatore della serie 78xx per Fig.1 e 79xx per quello di Fig.2.
Quando i morsetti d'uscita non sono in corto fra loro, il transistore é in saturazione e di conseguenza pure il MOSFET che si comporta come interruttore chiuso (SMP40P06 fa 20 millesimi di Ohm - IRFZ48 circa 18 millesimi di Ohm). In presenza di un corto fra i morsetti d'uscita (o di Vout minore di 1 Volt) il transistore non ha più sufficiente Vbe per rimanere in saturazione, la sua Vce sale e il MOSFET si interdice e cioè come se si aprisse un interruttore in serie all'uscita. La corrente diventa nulla e il tutto si ripristina appena cessa il corto circuito o risale la tensione.
Il vantaggio di un simile circuito é quello di non dissipare potenza in presenza di corto.
Per chi intende utilizzare una simile configurazione interponendo il circuito sull'uscita di un alimentatore a tensione fissa ad esempio 13,8V dovrà cortocircuitare i punti A e B e sostituire il diodo collegato alla base del BCxxx con uno zener da 5V1 invertendo ovviamente anodo con catodo. Va inoltre messo in parallelo allo zener da 10V un condensatore ceramico da 47nF e la resistenza da 10K meglio sostituirla con una da 4K7.
ALTRI DUE MODI:
Lo schema qui sopra raffigurato rappresenta una soluzione del tipo drastico, cioè stacca l'alimentazione dalla rete e per ripristinare tensione, ai morsetti d'uscita, bisogna premere lo START.
Premendo lo start si alimenta il primario del trasformatore e cioè l'alimentatore collegato sul secondario. Dopo il regolatore (LM78XX o regolatore classico a transistori) ai morsetti d'uscita + e - avremo la tensione desiderata. Questa tramite R6 alimenta la serie dei due diodi 1N4148 limitando la tensione prelevabile da R2 a circa 1,4V proteggendo così la base di Q1 anche se la tensione d'uscita fosse variabile da un minimo di 1V a magari 24/32V.
In queste condizioni, cioè con regolare tensione d'uscita, Q1 é saturo e il relè eccitato con il suo contatto tiene chiuso lo START, mantenendo il tutto regolarmente in funzione.
Se avviene un corto circuito fra i morsetti d'uscita, la tensione scende a circa 0V mandando in interdizione Q1 e diseccitando R1 che stacca il trasformatore dalla rete.
Quest'ultimo circuito potrebbe diventare un tripolo (+IN, COMUNE, +OUT) da aggiungere ai morsetti d'uscita di alimentatori a tensione fissa 12/15V.
Q1 (BDX54 o altro in base alle esigenze di corrente) é normalmente in saturazione tenuto polarizzato da Q3 anch'esso in saturazione perché la base é polarizzata da R6 allacciata al morsetto positivo d'uscita.
Se però Q1 non é in conduzione neppure Q3 può condurre e in uscita non si avrebbe tensione come invece si vorrebbe. Per sopperire a questo entra in funzione l'unigiunzione Q2 che attraverso D1 genera degli impulsi positivi con durata di circa 5µS ogni 50mS.
Basta il primo impulso per mandare in conduzione Q3 e Q1, poi entra in funzione R6 e non servirebbe più il circuito dell'unigiunzione se tutto funzionasse senza corto circuiti.
Se la tensione d'uscita scende sotto circa 1V perché avviene un corto circuito, Q3 si interdice e così pure Q1 bloccando corrente verso l'uscita in corto.
Nel frattempo però alla base del Q3 giungerà ogni 50mS un impulso e per 5µS Q1 satura ma se la tensione d'uscita non sale per via del C.C. R6 non può fornire corrente alla base di Q3 che rimarrà interdetto riaprendo così anche Q1.
Per una migliore saturazione al posto di Q1 (BDX54) si può usare un MOSFET di potenza a canale P con una bassa Rs tipo SMP40P06 oppure un altro più comune come IRF4905 - IRF9540 - STP80PE55 - BUZ171
Si può sfruttare lo stesso principio degli impulsi, generati dall'unigiunzione, ricavandoli direttamente dall'alternata a 50Hz dal secondario del trasformatore come nel seguente alimentatore a tensione fissa di 13,8V (2/3A).
Il suo funzionamento é quello di un classico alimentatore stabilizzato con regolazione serie composto da TR2, TR3, TR4 e la componentistica passiva connessa. Mentre la protezione contro corti accidentali é legata al transistore TR1 che é normalmente in saturazione e pertanto ininfluente sul resto del circuito. Infatti il diodo 1N4148, a cavallo fra base di TR2 e collettore del TR1, risulta polarizzato inversamente perché l'anodo é a potenziale minore del catodo. TR1 é in saturazione perché la base riceve una polarizzazione costante tramite la 10K attaccata al morsetto + Vout. Quando a causa di un corto circuito sull'uscita la tensione va a meno di 1V, TR1 non riceve più corrente dalla 10K. In queste condizioni la tensione di collettore tende a salire portando in conduzione il diodo 1N4148 che forza TR2 alla saturazione, cioè la minima Vb del TR3 e di conseguenza TR4 diventa un circuito aperto togliendo tensione all'uscita. Attraverso D1 e C1 giungeranno alla base di TR1 dei brevi impulsi che mandano TR1 in saturazione così il TR2 si interdice e TR3 e TR4 possono condurre ripristinando la tensione d'uscita se nel frattempo é venuto a mancare il corto circuito, altrimenti, appena TR1 si interdice per la mancanza di polarizzazione, TR2 torna a saturare bloccando la conduzione di TR3 e TR4.
ULTIMA SOLUZIONE 10-07-2009
Il circuito può essere posto all'uscita di un alimentatore ad esempio a tensione fissa di 12V e permette di limitare la corrente mediante la regolazione del potenziometro. Si può anche inserirlo tra condensatore di livellamento e circuito di regolazione tipo quello con LM317 .
Nell'istante di accensione dell'alimentatore la Vbe del transistore e nulla tanto quanto basta affinché il MOS possa andare in conduzione polarizzato dalla 2K2. Prelevando corrente ai morsetti d'uscita, sulle R da 0,33 Ohm ci sarà una caduta di tensione proporzionale alla corrente. Con il potenziometro da 1K prelevo o tutta o parte di questa caduta di tensione mandandola alla base del transistore e quando raggiunge 0,6 V o superiore il BC547 va in conduzione abbassando la Vg del MOS fino ad interdirlo facendo aumentare sempre più la Vbe. Anche un corto accidentale sui morsetti d'uscita provoca una interdizione del MOS e saturazione del BC547 limitando la corrente a pochi mA dovuti alla polarizzazione della base del BC547; appena cessa il corto il tutto si ripristina e ai morsetti ritorna la tensione normale.
La R ideale quando il circuito è messo solo a protezione sull'uscita sarebbe il più basso possibile per non avere caduta di tensione apprezzabile, ad esempio se ci interessa solo protezione da corto circuito allora posso mettere ad esempio due R in parallelo da 0,18 Ohm per una R equivalente di 0,09 Ohm e limiterà la corrente attorno a 8A con una caduta di circa 0,7V.
Con due 0,1 Ohm (0,05) poso arrivare a circa 12A con una caduta di soli 0,6V.
Se il circuito precede uno stabilizzatore allora la R si può calcolare in funzione della corrente massima voluta in uscita quando il potenziometro e girato verso la R da 1K5 applicando la seguente formula R = 1,1 / Imax.
Ad esempio se voglio limitare a 3 A la R = 1,1 / 3 = 0,366 Ohm ottenibile con una resistenza da 0,68 in parallelo con una da 0,82 Ohm entrambe da 2 o più W. Si avrà con potenziometro girato sull'uscita una limitazione a circa 1,8 A se invece il pot è girato vero la 1K5 limiterà a circa 3A.