Полупроводниковые самовосстанавливающиеся элементы защиты электронных схем
У полупроводниковых ограничителей напряжения ВАХ аналогична стабилитронной. ВАХ ограничителя, как и у стабилитрона, не симметрична. Для ограничения импульсов обоих знаков удобно два ограничителя включить встречно-последовательно (рис. 7.1). Основное отличие полупроводниковых ограничителей от стабилитронов – их способность рассеивать большую импульсную мощность. Современные варисторы, уступая ограничителям по времени срабатывания, конкурируют с ними по стоимости. Однако характеристики варисторов ухудшаются на некоторое время после воздействия каждого импульса помехи. У полупроводниковых ограничителей это явление отсутствует.
Для снижения амплитуды высоковольтных импульсов на пути от сети 220 В до выводов питания микросхем наиболее целесообразно включать ограничители в состав источника питания [7.1]. Если в питающей сети появятся импульсы, энергия которых будет больше допустимой для примененного ограничителя, он, как и стабилитрон при слишком большом токе стабилизации, перегреется и выйдет из строя. С этого момента аппаратура, включенная в сеть, окажется незащищенной.
Поэтому существенным недостатком применения ограничителей считают отсутствие информации об их работоспособности или выходе из строя после воздействия мощных импульсов. Чтобы обеспечить индикацию исправного состояния симметричного ограничителя, его составляют из двух одиночных и подключают к нему цепь из трех светодиодов и двух токоограничивающих резисторов (рис. 7.2).
Рис. 7.1. ВАХ полупроводникового симметричного ограничителя напряжения
Особенность работы такого индикатора исправности – использование светодиодов в нестандартном режиме. При исправных ограничителях VD1 и VD2 и положительном полупериоде напряжения сети (плюс – на верхнем по схеме сетевом проводе) ток беспрепятственно протекает через ограничитель VD1, открытый в прямом направлении, и через светодиод HL1. Ограничитель VD2 в это время закрыт.
В результате почти все сетевое напряжение оказывается приложенным к цепи HL3 и R2, причем к светодиоду – в обратном направлении. Поэтому светодиод HL3 открывается в обратном направлении, а ток через него ограничивает резистор R2. Таким образом, через всю цепь от плюсового провода до минусового протекает ток около 2 мА. Этого достаточно, чтобы обеспечить заметное свечение "зеленого" светодиода HL1. Светодиод HL2 не излучает свет, так как к цепи HL2 и R1 приложено слишком малое напряжение (менее 3 6)..
Рис. 7.2. Типовая схема включения ограничителя напряжения с индикацией отказа
При смене полярности напряжения сети происходят те же процессы, только меняются местами VD1 и VD2, R2 и R1, HL3 и HL2. То есть исправность ограничителей подтверждает зеленый сигнал индикатора. В ряде случаев описанный индикатор может одновременно служить индикатором наличия сетевого напряжения.
При выходе из строя (обрыве) ограничителя VD1 гаснет "зеленый" светодиод HL1 и включается "красный" светодиод HL2, а при порче ограничителя VD2 – "красный" HL3.