Схема защищает выходы усилителя от перенапряжения

Автомобильная схема защиты спасает схему от продолжительного короткого замыкания с полным напряжением бортовой сети.

Стандартным требованием, предъявляемым к автомобильной электронике, является способность любого устройства, с непосредственным подключением к жгутам проводов, выдерживать короткое замыкание с напряжением бортовой сети. Несмотря на жесткость, данное требование необходимо для обеспечения надежности и безопасности. Одним из примеров схемы, требующей такой защиты, является аудиоусилитель, выдающий предупреждающие сигналы в автомобильном салоне. Так как он работает от напряжения 3,3…5В, что меньше напряжения бортовой сети, усилитель должен сохранять работоспособность при попадании на него полного напряжения бортовой сети.

Можно использовать цепи защиты, приведенные для этого усилителя, в других автомобильных схемах (рис.1). Сдвоенный N - канальный MOSFET-транзистор отключает выход усилителя от жгута проводов при появлении высокого напряжения на любом из его выходов. MOSFET-транзисторы, Q1A и Q1B, в нормальных условиях открыты; стабилитрон и его элементы определяющие его рабочую точку формируют на затворах MOSFET-транзисторов напряжение около 11В. Сдвоенный диод D3 образует схему диодного ИЛИ для постоянного напряжения на каждом выходе, формируя, таким образом, напряжение, которое управляет выходом параллельного стабилизатора IC2. Схема защищает IC1, 1,4Вт усилитель класса АВ для звуковых предупреждений и указаний в автомобильной электронике.

В нормальном режиме работы, постоянная составляющая на выходе усилителя составляет половину напряжения питания VCC — 2,5В в этом примере при VCC равном 5В. Напряжение 11В на затворах полностью открывает MOSFET-транзисторы, а выход параллельного стабилизатора отключен, так как напряжение на его входе обратной связи, выводе 5, меньше внутреннего порогового напряжения 0,6В. Если напряжение на любом из выходов превысит 5В, ток протекающий через D3 через делитель R5/R6, поднимет напряжение на выводе обратной связи выше пороговой величины. Выход параллельного стабилизатора открывается и уменьшает напряжение на затворах транзисторов с 11В до напряжения близкого к земляному потенциалу, что изолирует высокое напряжение от усилителя благодаря закрытию MOSFET-транзисторов. MOSFET-транзисторы легко выдерживают выходное напряжение и схема возвращается к нормальному функционированию как только вы устраните короткое замыкание. Так как схема срабатывает не мгновенно, стабилитроны D1 и D2 обеспечивают защиту схемы в первый момент времени.

Осциллограммы на рис.2 отражают работу схемы. Сигнал одного из выходов усилителя (Trace 1) это 1кГц синусоида с постоянной составляющей 2,5В. Trace 2 отражает сигнал в жгуте проводов, он так же содержит 1кГц синусоиду, но через 200мкс замыкается на 18В напряжение питания. Trace 3 - сигнал на выходе параллельного стабилизатора, первоначально смещенный на 11В, но при появлении перенапряжения, притянутый к земле. Trace 4 - ток в жгуте проводов. Первоначально он имеет синусоидальную форму, но при перенапряжении на выходе становится равным нолю.

Компоненты на рис. 1 оптимизированы для работы схемы от 5В напряжения питания. Для работы от другого напряжения, необходимо изменить номиналы резисторов R5/R6. Параллельный стабилизатор должен работать в режиме насыщения и требует, таким образом, подачи напряжения питания на отдельный вывод, кроме шунтирующего выхода. Схема выдерживает без повреждения долговременную подачу на выход напряжения до 28В.

Терраэлектроника