Транзисторный ключ с защитой по току

Часто при создании промышленных контроллеров и другой аппаратуры требуется реализовывать дискретные выходы, которые должны обеспечивать подачу на внешние устройства напряжения 24 В при токах порядка 500 мА. Для обеспечения надежности устройства такие ключи должны иметь защиту по току.

Реализация "верхних" ключей (т.е. ключей, которые включены в разрыв провода положительного источника питания) вызывает затруднение. Специализированные микросхемы хоть и имеются, но они достаточно дороги и дефицитны. Поэтому подобные ключи часто строят на транзисторах. Поскольку замыкание выходных сигналов контроллера на землю является весьма вероятным, ключи должны иметь защиту от перегрузок по току.

Sepic

Рис. 1. Принципиальная схема транзисторного ключа.

Чаще всего защита реализуется по принципу ограничения тока. Однако при рабочих токах ключа порядка сотен миллиампер такая защита становится неэффективной. При коротком замыкании в нагрузке транзистор ключа переходит в линейный режим, и на нем начинает рассеиваться мощность, значительно превышающая мощность в нормальном режиме.

Намного более эффективной является триггерная защита, которая полностью закрывает ключ при обнаружении перегрузки по току. Именно такой тип защиты применен в описываемом ключе. Триггер собран на транзисторах VT1 и VT2. Триггер срабатывает, когда падение напряжения на датчике тока R5-R7 превысит примерно 0.6 В. Для указанных на схеме номиналов это соответствует току примерно 0.55 А. После срабатывания триггера ключ VT3 закрывается и остается в закрытом состоянии, пока не будет снят входной управляющий сигнал. Если такое поведение ключа не устраивает, можно немного изменить схему, добавив генератор импульсов сброса защиты. Тогда при коротком замыкании нагрузки ключ будет формировать короткие импульсы, причем рассеиваемая мощность в таком режиме будет очень малой. При исчезновении короткого замыкания ключ автоматически включится.

При необходимости можно сделать индикацию срабатывания защиты, включив светодиод в цепь коллектора из транзистора VT1.

При реализации многоканальной версии ключа вместо транзистора VT4 и резисторов R8, R9 удобно применять микросхему ULN2003.


Ридико Леонид Иванович
e-mail: wubblick@yahoo.com