Защита радиоаппаратуры от перенапряжений. Защита радиоаппаратуры от перенапряжений Защита трансивера от перенапряжения на тиристоре

Бывают случаи, когда трансиверы выходят из строя из-за неправильного подключения к источнику питания или внезапного повышения напряжения. Защитить аппаратуру в этих случаях поможет предлагаемое устройство.

Статистика ремонтов приемопередающей аппаратуры показывает, что до 30 % отказов вызваны авариями по питанию. К числу типичных аварийных ситуаций относятся превышение питающего напряжения (перенапряжение) и несоблюдение его полярности (переполюсовка). Некоторые пользователи умудряются каким-то загадочно-непонятным способом сотворить еще и сочетание этих ситуаций. Следует особо подчеркнуть, что уязвимость радиостанции резко возрастает, если применяется нетиповой (в том числе самодельный) предохранитель и источник питания с неоправданно большим запасом по току.

В таких случаях внутренняя защита трансивера оказывается неэффективной и последствия аварий принимают весьма серьезный, а порой и катастрофический характер. Неизбежный массовый отказ дорогостоящих и дефицитных компонентов делает восстановление "убитого" трансивера нерентабельным. При авариях

Аварийные ситуации возникают при следующих обстоятельствах: неумелые действия начинающего пользователя, случайная ошибка или небрежность подготовленного оператора, умышленное причинение вреда посторонним лицом, техническая неисправность системы электропитания. К сожалению, от подобных рисков не застрахован ни один владелец радиостанции. Поэтому возникла идея разработать устройство для надежной защиты трансивера при аварийных ситуациях.

Устройство блокирует подачу питания радиостанции при поступлении аномального напряжения в интервале от -50 до +50 В. Оно обладает и другими полезными свойствами, например, не создает падения напряжения в цепи питания трансивера, а также не требует обязательного применения плавкого предохранителя. Что касается быстродействия защиты, то оно не хуже 2 мс и зависит от характера аварийной ситуации.

Схема устройства защиты показана на рис. 1.

При поступлении на вход устройства напряжения положительной полярности с уровнем менее 10В по цепи VD1R1K1VT1 протекает ток, однако его недостаточно для срабатывания реле К1.

При входном напряжении 10... 15В реле срабатывает и подает питание на трансивер.

Если в процессе работы напряжение превысит 15В, то стабилитрон VD2 начнет проводить ток, который откроет тиристор VS1. Напряжение на аноде тиристора упадет, транзистор VT1 закроется и обмотка реле К1 обесточится.

Поскольку она ничем не зашунтирована, то отпускание контактов реле произойдет за минимальное время (реально 0.5...2 мс). В результате трансивер будет отключен от источника повышенного напряжения.

Стабилитрон VD3, применение которого не обязательно, срезает короткий выброс, возможный при очень большой скорости нарастания напряжения.

В случае, если аварийно высокое напряжение поступит на вход устройства скачком от нулевого уровня, то оно вообще не попадет на трансивер, так как электронная "защелка" VD2VS1VT1 среагирует на несколько порядков быстрее, чем успеет сработать реле К1. В случае переполюсовки напряжение отрицательной полярности также не поступит на трансивер, поскольку реле не сработает благодаря диоду VD1, который будет закрыт обратным напряжением.

После аварийного срабатывания защиты возвращение в исходное состояние осуществляется путем кратковременного снятия входного напряжения.

Было изготовлено два варианта конструктивного исполнения устройства. В первом - детали устройства смонтированы внутри корпуса реле К1, в качестве которого использовано реле КУЦ-1

(паспорт РА.362.900) от цветных телевизоров отечественного производства. Оно имеет сопротивление обмотки 560 Ом и срабатывает при напряжении около 5 В. Габаритные размеры устройства (45x45x15мм) позволяют разместить его внутри трансивера либо снаружи на крышке.

Очень удобен и другой вариант в пластиковом цилиндрическом контейнере от фотопленки. Контейнер имеет диаметр 30 и длину 50 мм. Готовое изделие заливается эпоксидным компаундом и устанавливается в разрыв шнура питания трансивера (аналогично фильтру от импульсных помех). Здесь использовано более компактное реле РЭС47 (паспорт РФ4.500.409) с сопротивлением обмотки 175 Ом. При этом резистор R1 должен иметь сопротивление 110 Ом. Подойдут также любые другие реле, срабатывающие при напряжении 5...6В и способные коммутировать ток не менее 3А (например, реле серии TRC фирмы TTI).

Транзистор VT1 можно заменить токовыми ключами серий КР1014, КР1064 с индексами А, В или их аналогами ZVN2120, VN2410. Вместо диода VD1 подойдет любой другой с прямым током не менее 0,3А и обратным напряжением не менее 400 В, например, КД209А. Стабилитрон VD2 можно заменить на Д814 или КС515А. Тиристор VS1 может быть с индексами Е-И, причем желательно использовать экземпляры, отобранные по максимальной чувствительности.

Налаживание устройства начинают с подбора резистора R1. добиваясь срабатывания реле при напряжении на входе 9,5...10 В. Затем, медленно и плавно повышая напряжение, убеждаются, что реле отпускает при 14,5...15 В. Если потребуется, то напряжение отсечки можно изменить подбором стабилитрона VD2.

Автор провел испытания Си-Би трансивера ALAN-78 PLUS, оснащенного предлагаемым устройством защиты. Процедура испытаний имитировала серию наиболее опасных аварийных ситуаций, а именно, комбинацию переполюсовки и перенапряжения. Кроме этого, намеренно вводился фактор усугубления аварии - вместо штатного плавкого предохранителя номиналом 2А была установлена перемычка из толстого провода. В обычных условиях такой, можно сказать, "беспредел" гарантирует обширное и необратимое разрушение электронных элементов любого трансивера.

В ходе испытаний аппарат многократно подключался к источникам тока (блоки питания PS-30, Б5-48, Б5-71, трансформатор ОСМ-220/36 В), которые имели следующие параметры: -13,8В (32 А);+16 В (10 А);-16 В (10 А); + 30 В (10 А); -30 В (10 А); -36 В (50 Гц, 5 А); +50 В (2 А);

Подача на трансивер каждого испытательного напряжения осуществлялась автоматически с помощью программного устройства, работающего по циклограмме, отображенной в таблице.

Расширенный режим испытаний позволил моделировать аварийные ситуации различной продолжительности и попутно проверить устойчивость защиты к переходным процессам.

Если каждый факт подачи на трансивер аномального напряжения рассматривать как аварийную ситуацию, то нетрудно подсчитать, что их суммарное число составило 688. Тем не менее

При контрольной подаче номинального напряжения (+13,2 В) аппарат включился и показал полную работоспособность. Такой результат испытаний свидетельствует о надежности устройства и позволяет отнести его к категории "защиты от дурака".

Если несколько усложнить устройство, оно может обеспечить дополнительно защиту по току потребления и от аварийного повышения ВЧ напряжения на коллекторе выходного транзистора передатчика. Такое повышение возможно при рассогласовании антенно-фидерного тракта или возбуждении выходного каскада.

Схема этого варианта изображена на рис. 2.

Защита по току (перегрузка и короткое замыкание) осуществляется с помощью геркона SF1 с расположенной на нем катушкой L1.

При увеличении тока, потребляемого трансивером, выше установленного значения, электромагнитное поле катушки становится достаточным для замыкания магнито управляемого контакта.

Поскольку геркон включен параллельно стабилитрону VD2, то происходит аварийное отключение устройства аналогично ситуации с перенапряжением.

Элементы VT2: C1. R4, VD4 формируют зону временной нечувствительности защиты к броску тока, возникающему в момент включения трансивера.

Для радиостанции ALAN-78PLUS это время равно 22 мс и может корректироваться подбором конденсатора С1. При работе с устройством (рис. 2) необходимо сначала включить трансивер, а затем тумблер SA1.

Настройка токовой защиты на уровень 2

При рассогласованной нагрузке (например, обрыв в антенно-фидерном тракте) ВЧ напряжение на коллекторе выходного транзистора передатчика увеличивается, что чревато пробоем его переходов. Однако в этом случае стабилитрон VD5 начинает про-

водить ток, который открывает транзистор VT3. Положительное напряжение с коллектора транзистора поступает на управляющий электрод тиристора VS1. Затем устройство отключается аналогично другим аварийным ситуациям.

Резистор R7 подбирают таким образом, чтобы трансивер отключался при работе передатчика на эквивалент антенны 150 Ом, что соответствует КСВ-3.

Эмиттерный переход транзистора VT2 (см. рис. 2) необходимо зашунтировать резистором сопротивлением около 10 кОм.

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ТРАНСИВЕРА

Сокращенный вариант статьи

Источник: журнал «Радио», 2002, № 5, с. 66

Статистика ремонтов приемопередающей аппаратуры показывает, что до 30 % отказов вызваны авариями по питанию. К числу типичных аварийных ситуаций относятся превышение питающего напряжения (перенапряжение) и несоблюдение его полярности (переполюсовка). Некоторые пользователи умудряются каким-то загадочно-непонятным способом сотворить еще и сочетание этих ситуаций. Следует особо подчеркнуть, что уязвимость радиостанции резко возрастает, если применяется нетиповой (в том числе самодельный) предохранитель и источник с неоправданно большим запасом по току.

В таких случаях внутренняя защита трансивера оказывается неэффективной и последствия аварий принимают весьма серьезный, а порой и катастрофический характер. Неизбежный массовый отказ дорогостоящих и дефицитных компонентов делает восстановление «убитого» трансивера нерентабельным. При авариях, прежде всего, повреждаются различные полупроводниковые приборы - диоды, транзисторы, интегральные микросхемы. У них могут измениться характеристики, произойти пробой или обрыв переходов, термомеханическое разрушение корпуса. Выходят из строя резисторы, моточные изделия, лампы подсветки. Может происходить вспучивание или взрыв оксидных конденсаторов, отслоение и выгорание печатных проводников, обугливание участков платы, деформация деталей из термопластов. Вся коллекция отказов взята из практики.

Аварийные ситуации возникают при следующих обстоятельствах: неумелые действия начинающего пользователя, случайная ошибка или небрежность опытного оператора, умышленное причинение вреда посторонним лицом, техническая неисправность системы электропитания. Как видим, от подобных рисков не застрахован ни один владелец радиостанции. Поэтому возникла идея разработать устройство для надежной защиты трансивера при аварийных ситуациях.

Устройство блокирует подачу питания радиостанции при поступлении аномального напряжения в интервале от -50 до +50 В. Оно обладает и другими полезными свойствами, например, не создает падения напряжения в цепи питания трансивера, а также не требует обязательного применения предохранителя. Что касается быстродействия защиты, то оно не превышает 2 мс и зависит от характера аварийной ситуации.

Схема устройства защиты показана на рис. 1 . При поступлении на вход устройства напряжения положительной полярности с уровнем менее 10В по цепи VD1R1R1VT1 протекает ток, однако его недостаточно для срабатывания реле К1. При входном напряжении 10…15 В реле срабатывает и подает питание на трансивер.

Если в процессе работы напряжение превысит 15В, то стабилитрон VT1 начнет проводить ток, который откроет тиристор VS1. Напряжение на аноде тиристора упадет, транзистор VT1 закроется и обмотка реле К1 обесточится. Поскольку она ничем не зашунтирована, то отпускание контактов реле произойдет за минимальное время (реально 0,5…2 мс). В результате трансивер будет отключен от источника повышенного напряжения. Стабилитрон VD3, применение которого не обязательно, срезает короткий выброс, возможный при очень большой скорости нарастания напряжения.

В случае, если аварийно высокое напряжение поступит на вход устройства скачком от нулевого уровня, то оно вообще не попадет на трансивер, так как электронная «защелка» VD2VS1VT1 среагирует на несколько порядков быстрее, чем успеет сработать реле К1. В случае переполюсовки напряжение отрицательной полярности также не поступит на трансивер, поскольку реле не сработает благодаря диоду VD1, который будет закрыт обратным напряжением.

После аварийного срабатывания защиты возвращение в исходное состояние осуществляется путем кратковременного снятия входного напряжения.

Было изготовлено два варианта конструктивного исполнения устройства. В первом - детали устройства смонтированы внутри корпуса реле К1, в качестве которого использовано реле КУЦ-1 (паспорт РА.362.900) от цветных телевизоров отечественного производства. Оно имеет сопротивление обмотки 560 Ом и срабатывает при напряжении около 5 В. Габаритные размеры устройства (45х45х15 мм) позволяют поместить его внутри трансивера либо снаружи на крышке.

Очень удобен и другой вариант - в пластиковом цилиндрическом контейнере от фотопленки, имеющим диаметр 30 и длину 50 мм. Готовое изделие заливается эпоксидным компаундом и устанавливается в разрыв шнура питания трансивера (аналогично фильтру от импульсных помех). Здесь использовано более компактное реле РЭС47 (паспорт РФ4.500.409) с сопротивлением обмотки 175 Ом. При этом резистор R1 должен иметь сопротивление 110 Ом. Подойдут также любые другие малогабаритные реле, срабатывающие при напряжении 5…6 В и способные коммутировать ток не менее 3 А (например, реле серии ТRС фирмы TTI).

Транзистор VT1 можно заменить токовыми ключами серий КР1014, КР1064 с индексами А, В или их аналогами ZVN2120, VN2410. Вместо диода VD1 подойдет любой другой с прямым током не менее 0,3 А и обратным напряжением не менее 400 В, например, КД209А. Стабилитрон VD2 можно заменить на Д814 или КС515А. Тиристор VS1 может быть с индексами Е-И, причем желательно использовать экземпляры, отобранные по максимальной чувствительности.

Налаживание устройства начинают с подбора резистора R1, добиваясь срабатывания реле при напряжении 9,5…10 В. Затем, медленно и плавно повышая напряжение, убеждаются, что реле отпускает при 14,5…15,0 В. Если потребуется, то напряжение отсечки можно изменить подбором стабилитрона VD2.

Автор рискнул провести испытания СиБи трансивера Alan 78 Plus, оснащенного устройством защиты. Процедура испытаний имитировала серию наиболее опасных аварийных ситуаций, а именно, комбинацию переполюсовки и перенапряжения. Кроме этого, намеренно вводился фактор усугубления аварии - вместо штатного плавкого предохранителя номиналом 2 А была установлена перемычка из толстого провода. В реальных условиях такой, можно сказать, «беспредел» гарантирует обширное и необратимое разрушение электронных компонентов любого трансивера.

В ходе испытаний аппарат многократно подключался к источникам тока - блоки питания PS-30, Б5-48, Б5-71 и трансформатор ОСМ-220/36, которые имели следующие выходные параметры:

13,8 В (32 А), +16 В (10 А), -16 В (10 А), +30 В (10 А), -30 В (10 А), +50 В (2 А), -50 В (2 А), ~36 В (50 Гц, 5 А).

Подача на трансивер каждого испытательного напряжения осуществлялась автоматически с помощью программного устройства, работающего по циклограмме, отображенной в таблице .

Расширенный режим испытаний позволил моделировать аварийные ситуации различной продолжительности и попутно проверить устойчивость защиты к переходным процессам. Если каждый факт подачи на трансивер аномального напряжения рассматривать как аварийную ситуацию, то нетрудно подсчитать, что их суммарное количество составило 688. Тем не менее, столь сокрушающее воздействие не причинило радиостанции никакого вреда. При контрольной подаче номинального напряжения (+13,2 В) аппарат включился и показал полную работоспособность. Такой результат испытаний свидетельствует о надежности устройства и позволяет отнести его категории «защиты от дурака».

Если несколько усложнить устройство, оно может обеспечить дополнительно защиту по току потребления и от аварийного повышения ВЧ напряжения на коллекторе выходного транзистора передатчика. Такое повышение происходит при рассогласовании антенно-фидерного тракта или возбуждении выходного каскада.

Схема этого варианта изображена на рис. 2 . Защита по тока (перегрузка, КЗ) осуществляется с помощью датчика тока - геркона SF1 с расположенной на нем катушкой L1. При увеличении тока, потребляемого трансивером выше установленного значения, электромагнитное поле катушки становится достаточным для замыкания магнитоуправляемого контакта.

Поскольку геркон включен параллельно стабилитрону VD2, то происходит аварийное отключение устройства аналогично ситуации с перенапряжением. Элементы VT2, C1, R4, VD4 формируют зону временной нечувствительности защиты к броску тока, возникающему в момент включения трансивера. Для Alan 78 Plus это время составляет около 22 мс и может корректироваться подбором конденсатора С1.

При работе с устройством необходимо сначала включить трансивер, а затем тумблер SA1.

Настройка токовой защиты на уровень 2…3 А сводится к подбору числа витков катушки L1, состоящей из 4…8 витков провода ПЭЛ 0,5 (грубо) и перемещению ее по геркону (точно) с последующим фиксированием термоплавким клеем.

При рассогласованной нагрузке (например, обрыве в антенно-фидерном тракте) ВЧ напряжение на коллекторе выходного транзистора передатчика увеличивается, что чревато пробоем его переходов. Однако в этом случае стабилитрон VD5 начинает проводить ток, который открывает транзистор VT3. Положительное напряжение с коллектора транзистора поступает на управляющий электрод тиристора VS1 и устройство отключается аналогично другим аварийным ситуациям.

Резистор R7 подбирают таким образом, чтобы трансивер отключался при работе передатчика на эквивалент антенны 150 Ом, что соответствует КСВ-3.

В первой схеме моего БП-14в пробило транзистор, и защита, сработав, спасла трансивер. После этого я переделал БП по схеме из журнала «Радио» № 4 за 1992 год. В схеме защиты используется 5-контактное автомобильное реле в металлическом или пластиковом корпусе (название точно не помню). В нём достаточно мощная контактная группа из серебра. И реле-регулятор (далее РР) от Жигулей-классики. Размером примерно 6 на 6 см, высотой 1,5 см, белого цвета, со светодиодом и тремя выводами № 15, 31 и 67.

А теперь по пунктам изготовления:

1)По схеме при включённом БП реле защиты постоянно под напряжением. При срабатывании защиты оно обесточивается, отключает 14 в. от трансивера и подаёт питание на тревожную лампу с зуммером «Авария».
2)РР разбирается от корпуса и через изолирующую прокладку за теплоотвод транзистора крепится к корпусу. У меня корпус БП собран из алюминиевых листов толщиной 4 мм и является большим теплоотводом для транзисторов.
3)Также к корпусу крепится реле защиты и распаивается согласно схемы.
4)А так выглядит разобранное РР сзади.
5)И небольшая моя доработка РР (извините за некачественное фото - нужно было снять поближе). Отпаиваем одну ногу стабилитрона порога срабатывания VD и последовательно с ним впаиваем подстроечное сопротивление на 1,5 ком. Теперь мы можем регулировать порог срабатывания защиты. У меня он выставлен на 14,8 в. РР на порог срабатывания настраивается отдельно на регулируемом БП, и уже настроенный устанавливается в БП вашего трансивера.

Вот и всё. Надеюсь, мой опыт Вам пригодится. И спасибо А. Першину за идею!

P.S. Последние 7 снимков иллюстрируют установку защиты в БП, который был переделан из компьютерного БП на 250 вт. Реле-регулятор использовал нового типа, с доработкой порга сработки защиты. Работает.

info - http://ua3pbb.narod.ru