Borin predlog brzog elektronskog osigurača

[HomeMadeAudioProject]

Jedna od velikih "boljki" kod snaznih audio stepena je i zastita skupih izlaznih tranzistora ili MOSFET-ova od pregorevanja usled prevelike struje, a sto moze nastati iz mnogo razlicitih razloga. Nebrojeno puta cete cuti da su izlazni elementi "najbrzi i najskuplji osiguraci" sto ce reci - kakav god osigurac da stavite, u momentu kvara ce MNOGO pre njih vec pregoreti izlazni tranzistori ili FET-ovi. Dakle, dobra zastita je podjednako vazna i kod dugotrajnog rada pojacala stiteci ga u toku njegovog radnog veka ali je takodje vazna i vrlo korisna za samograditelja u fazi testiranja novih tek zavrsenih projekata jer je tada nemoguce znati hoce li kod prvog ukljucenja sve biti kako treba ili ne.

Dakle, treba nam nesto sto ce biti pouzdanije i, sto je najvaznije, mnogo brze od klasicnih osiguraca da bi na tom mestu imalo neku svrhu i stvarno bilo sposobno da zastiti sklopove koje napaja. Ovo resenje nije originalno moje a za njega znam vec vise od 30 godina i cesto sam ga koristio ali dugo nisam mogao da ponovo pronadjem semu medju svojom dokumentacijom da bih je preneo na PC i tako omogucio da se pojavi na sajtu. To je sada odradjeno i na donjoj slici imate dvostruki elektronski osigurac koji je moguce kontinualno podesiti da "iskljucuje" pri strujama od nekih 100mA pa do 4...6A.

Za potrebe ugradnje u samo pojacalo treba koristiti trimere od 25k, a za potrebe eksperimenata je bolje umesto trimera predvideti na tom mestu klasican potenciometar (i to tandem tj. stereo) da bi se cesto podesavanje moglo komfornije i jednostavnije obavljati jednim "dugmetom".

NEKOLIKO NAPOMENA:

Kao i klasicni osigurac i ovaj ima samo dva kontakta, ali za razliku od klasicnog, kod njega nije svejedno kako se okrene!!! Mora uvek biti vezan bas ovako kao na semi!
Ako se u toku rada ovakav osigurac aktivira, treba na minut-dva iskljuciti pojacalo pa onda ponovo ukljuciti. Ako je sve OK sa pojacalom tj. ako se osigurac aktivirao zbog nekog pika signala a ne zbog pokusaja pregorevanja neke komponente, pojacalo ce nastaviti sa normalnim radom jer se ovaj osigurac sam resetuje kada se isprazne glavni elektroliti u ispravljacu.
Komponente se gotovo ne greju u toku rada osim glavnih rednih tranzistora TIP35C/36C, i otpornika od 0,3oma i 2k7, ali i to je vrlo umereno. Ipak redni tranzistori bi trebali da budu na omanjim hladnjacima ili pricvrsceni negde na limu kutije ali tada svakako pazeci da su od kutije dobro izolovani jer im se na kolektorima nalazi pun napon napajanja!
Iza ovih osiguraca NE TREBA da se u izlaznim stepenima nalaze nikakvi kondenzatori jer moze izazvati nestabilnosti.
U radu se elektronski osigurac ponasa vrlo slicno klasicnom tj. sve do granicne struje na koju je podesen on ce bez veceg slabljenja (pad napona od ulaza do izlaza nije veci od 1,6V i dosta je stalan) propustati ulazni napon a pri prekoracenju ce vrlo naglo prekinuti provodjenje bas kao i kad pregori osigurac, samo sto ce to uraditi toliko brzo kako to samo poluprovodnici mogu a ne sporo kao klasican osigurac. To je pozeljna osobina ali imajte na umu da kod snaznih pojacala moze praviti probleme za iznenadnim vrhovima struje kod jakih impulsa jer ovakvi sklopovi ne "umeju" da "prepoznaju" da se radi samo o trenutnoj struji dok je neka srednja-prosecna ispod njihovog praga reagovanja. Zato se moze dogadjati da ovi osiguraci cesce "izbacuju" kod izrazenih pikova signala na vecim snagama. Tu se ne moze nista uciniti jer se bas i trazilo da osigurac bude barem tako "brz" kao i komponente koje stiti. Ako ga usporimo da bi "zazmurio" na povremene visoke pikove signala, onda ga vracamo na osobine klasicnih osiguraca po pitanju brzine reagovanja, pa prakticno nista nismo dobili?! Jedino resenje je ili da bude podesen na nesto vecu struju nego sto ocekujemo kao vrsnu vrednost za nominalnu snagu tog pojacala ili da se uvek suzdrzavamo od "srafljenja do daske"!
Ako se koristi kao zastita na stolu za testiranje novih samogradnji, zgodno mu je dodati mogucnost rucnog momentalnog resetovanja da ne bi svaki put kad "izbaci" morali sve da gasimo i cekamo da se sam resetuje. Da bi to postigli treba ubaciti izmedju tacaka A i B kao i A' i B' onaj mali dodatak nacrtan u gornjem desnom uglu seme.

---

ja sam uradio nacrt jedne pločice i to u slici i lay-u izgleda ovako:

  elektronski osigurac.lay6 (Size: 72,63 KB / Downloads: 2)

molim svakoga ko ima vremena da pogleda veze unutar pločice - da li odgovaraju šemi.

ovo mi je posebno važno jer sam napravio jednu pločicu-aparat sistemom tačka-tačka ali mi ne radi kako se očekuje. iako sam koristio 2SA1942 / 2SC5200 umjesto TIP35/36 i BD241/242 umjesto BD441/442 ne vjerujem da je do toga,jednostavno uređaj troši nekih 20 i kusur mA struje i to je sve,ne uključuje potrošač koji je u kolu pa mi je pretpostavka da konstantno ne vidim istu grešku. i ova pločica nastala je na osnovu te tačka-tačka...

---

[TDA]

Odlična stvar!

Uradiću pregled...

[Jevrem]

Da bi osigurac startovao treba bC639 i Bc640 da provedu tako sto ima baza dobije napon napajanja preko 2W-nog otpronika. Emiter je u trenutku paljenja na nultom potencijalu jer je potrosac bez napona na sebi. U tom trenutku provede BD441 i 442 i otpornik od 10oma dobije na sebe napon napajanja umanjen za baza emiter spoj i colektor emiter u saturaciji. Sto znaci da ce ovaj otpornik verovatno da crkne ako nije dovoljne snage.

2N5401 i 5551 sluze da zakoce ceo sklop kada napon usled pada napona na 0,3 oma poraste toliko da provedu 5401 i 5551 i zakoce 639 i 640. Element koji usporava gasenje je integrator 10k 10uF pa je pitanje brzine iskljucivanja. kod danasnjih brzih regulatora elektrolit se obicno stavlja izmedju napajanja i baze da bi i najmanja promena u napajanju uticala na struju baze. neki to cak resavaju sa brzim naponskim referentnim kolima kao LM336 i slicni.

U svakom slucaju zbog pocetne struje u trenutku paljenja vredi proveriti baza emiter BD441, 442, 10 oma otpornik i kolektor emiter BC639, 640

[HomeMadeAudioProject]

gledam šemu negativne grane jer sam nju precrtao,i ako dobro kontam - da bi osigurač provodio struju BC640 je direktno polarisan (provodan) jer mu bazu pobuđuje struja kroz 2k7. emitorska struja se iz kolektora BC640 prebacuje na bazu BD441 preko tog 10R otpornika. BD441 je sad direktno polarisan i direktno polariše TIP36. osigurač provodi.

možda griješim - a možda koristimo i različite izraze a zapravo govorimo istu stvar.

kad 2N5401 padom napona na 0,3R 5W otporniku dobije pobudu baze i direktno se polariše,tad zatvara napon Ube BC640 i on postaje neprovodan,nestaje struja kroz BD441 pa i kroz TIP36. 2N5401 ostaje direktno polarisan uslijed velikog napona ali ovaj put ne zbog velike struje kroz 0,3R 5W nego zbog napona koji se pojavio između ulaza i izlaza osigurača i to osigurač drži otvorenim(neprovodnim) i sva struja koja nastavlja da teče je kroz 10k,2N5401 tranzistor,25k trimer i 3k9,i zavisi od visine napona kola u kojem je osigurač.

[Jevrem]

Upravo tako funkcionise ali je problem samo u startu kad je na potrosacu nula napon dok TIP ne provede. A da bi on proveo prvo treba da potekne struja kroz BD tako sto ce BC da provede kroz baza emiter spoj od bd-a i otpornik od 10 oma. U tom trenutku je ceo napon iz napajanja rasporedjen na baza emiter spoj koji je 0,6V, jos jedan kolektor emiter spoj koji bi trebao u saturaciji da ima 0,2V i otpornik 10 oma koji preuzima skoro ceo napon. Kada se uspostavi struja kroz ovu granu BD ima uslov ad pocne da provodi i puni bazu TIP-a da bi je polarisao i ukljucio TIP. Iako ovo sve izgleda da se sve desava u trenutku u stvarnosti mnogo uslova treba da bude zadovoljeno a pri tom moze stosta da podje po zlu. Ja bih tipovao na 10 oma otpornik da je crkao ili je spaljen baza emiter od bd i on vise nema funkciju

[mikikg]

Verujem da ovaj sklop zavrsava posao i vrlo je jednostavan ali iskreno mislim da bi to moglo malo bolje da se napravi a i dodatno tu imamo neke suprostavljene zahteve i vrlo su "nezahvalni" za projektovanje ovakvi sklopovi.

Glavnu smetnju koju ja tu vidm je redni otpronik za detekciju struje.
Prvo on nam obara drasticno impedancu izvora napajanja (a mi stavili zicu dva-tri kvadrata za povezivanje ).
Dalje bice na njemu fine discipacije pri vecem opterecenju.
Predlog 1: strujni HAL senzori!
Predlog 2: meriti pad napona (struju) na samim provodnicima koji povezuju ispavljac sa amp
Predlog 3: smanjiti otpronik za merenje struje za jednu dekadu (~ 10 - 20mOhm, ili cak deo PCB voda umesto otpornika) i koristiti specificne OP-ove za te namene, Current Shunt Monitors http://www.ti.com/lit/ml/slyb194a/slyb194a.pdf

Drugi problem sa ovakvom vrstom zastite je taj sto moze "lazno" da okine / iskljuci ako se pojavi neki malo jaci bass-kick u audio signalu.
Dalje imamo problem sa elektrolitima koji su na samoj plocici pojacavaca (a u interesu nam je da budu sto manjeg ESR), obicno par stotina ili hiljda uF koji mogu da "cimnu" struju prilikom ukljucivanja i opet lazno da aktiviraju ovaj sklop.
Ovde se vide ti suporstavljeni zahtevi, hocemo da imamo vecu toleranciju na strujne pikove ali tako onda rizikujemo da nam izlazni tranzistori budu duze vremena pod preopterecenjem.

Ljudi da se razumemo, klasicni topljivi osiguraci nisu tu da bi spasili izlazne tranzistore (ako ih spasu tim bolje) nego da sprece da se ne zapali uredjaj!!!

Tehnicki, tranzistore ne spaljuje preterana struja vec temperatura koja se na njima stvori zbog discipacije. I klasican BC-jac bi mogao desetine ili stotine ampera da izdrzi ako bi mogli da ga hladimo na 0K

Zato se izmislja "rupa na saksiji" i na sve moguce nacine gledaju da te senzing metode sto je moguce fizicki vise priblize samom izvrsnom elementu tj izlaznom tranzistoru.

O tome je Macola jako puno pisao oko LM3886 i njegove SPIKe zastite koja na nivou silikonskog chipa meri struju i temperaturu. Tu se radi o mikrosekundama vremenu reagovanja zastite!!!

The performance of the LM3886, utilizing its Self Peak Instantaneous Temperature (°Ke) (SPiKe™) protection circuitry, puts it in a class above discrete and hybrid amplifiers by providing an inherently, dynamically protected Safe Operating Area (SOA). SPiKe protection means that these parts are completely safeguarded at the output against overvoltage, undervoltage, overloads, including shorts to the supplies, thermal runaway, and instantaneous temperature peaks.

Drugi vrlo dobar pristup su oni tranzistori sa integrisanom senzorskom diodom koji isto mogu ekstremno brzo da odreaguju na nenormalne uslove izlaznih tranzistora i dalje da preko kontrolnih sklopova odreaguju da se crkavanje istih izbegne.

Sto smo "dalje" sa senzorima od izlaznih tranzistora (sporija zastita) to moramo vise da pravimo kompromis i da degradiramo neke druge karakteristike!
Ako hocemo "lep i tvrd bass" da ima nas amp pa nakrcamo brdo decoupling elektrolita na plocici to ce reagovanje spoljnjih zastita biti sporije i tu nazalost nema pomoci!
Zato je izmedju ostalog SMPS napajanje mnogo bolji pristup po pitanu zastite jer je vreme reagovanja daleko brze, brza je FB (naravno kada se to sve ispojektuje i napravi kako treba), npr za "Nas LLC", projekat koji je u izradi, to je nekoliko desetina hiljada puta brze nego klasican mrezni trafo + osigurac!

[HomeMadeAudioProject]

mikikg sve stoji što si napisao,ali ovde je riječ o uređaju koji se koristi pri testiranju tek sklopljenog uređaja. stoji da ima određeni pad napona na njemu ali opet je daleko manji/bolji od rednih otpornika po granama napajanja i daće realniju sliku prilikom testiranja sa veštačkim opterećenjem na ton generatoru nego sa zaštitnim otpornicima. nije plan imati ga stalno u kutiji pojačala već kao instrument zaštite na radnom stolu.

[mikikg]

Ako je samo za probu onda OK

[HomeMadeAudioProject]

probao,radi a kako ovih dana snimiću video čim skontam kako ga vještački promjenjivo opteretiti. sa izmjenom što koristim 20k trimer-potenciometar umjesto 25k i 0,47R umjesto 0,3R ,BD241‚/2 umjesto BD441/2 i 2SA1943/2SC5200 umjesto TIP35/6(to sam imao pri ruci), na 20V i 40W/230V sijalicu ne gasi uopšte dok sa druge strane izdržava oko 5A struje na vještačkom opterećenju. toga sam se nabrzaka sjetio i nisam išao dalje jer su komarci prišli k sijalici i meni pa sam morao da gasim.

skontao sam da se ovo može napraviti i sa skroz jednobraznim tipom šeme za obe grane jer zapravo u pitanju je samo smijer struja.
ako bi dio šeme za pozitivnu granu htjeli koristiti u negativnoj grani simetričnog napajanja samo bi ulaz i izlaz osigurača zamjenili mjesta i stvar radi jednako kao da je u pozitivnoj grani,tj ulaz u osigurač bio bi spojen za minus sa pojačala a izlaz iz osigurača na minus napajanja.

sutra kupujem dupli prekidač za resetovanje.

---

skontao sam usput i par stvari koje bi bilo zgodno izmjeniti na pločici prvenstveno zbog eventualne ugradnje negdje u neki uređaj tipa "stabilisano podesivo napajanje sa zaštitom",to ću izmjeniti pa postaviti na forumu (postavio na http://forum.yu3ma.net/showthread.php?tid=512&pid=24062#pid24062 --->veza dodata naknadno).

takođe,nacrtaću i pločicu za TO3 tranzistore pa će to biti još univerzalniji aparatić.

[TDA]

Odlično si ovo skockao!

[HomeMadeAudioProject]

dok se ne ugradi u budući stabilisani podesiv ispravljač - izgledaće i koristiće se ovakav:

namjerno sam stavio prekidač a ne taster , ako poželim da testiram bez strujnog ograničenja a da ne isključujem osigurač iz kola.

[HomeMadeAudioProject]

prošireno produženo sa dodatim LED indikacijama:

  elektronski osigurac.lay6 (Size: 92,79 KB / Downloads: 5)