Foldback current limiter - ограничитель тока с наклонной характеристикой

[UR5FFR]

Рассмотрим схему простого стабилизатора напряжения

foldback-1.png (7.31 KiB) Viewed 8915 times

Добавим в нее простейшую защиту по току

foldback-2.png (9.57 KiB) Viewed 8915 times

Как только падение напряжения на резисторе Rsc превысит пороговое напряжение открывания транзистора Q2 равное 0,65в он откроется, что приведет к закрыванию транзистора Q1 и, соответственно, ограничению выходного тока.
Схема эта общеизвестна и часто применяется на практике.

Например, пусть у нас стабилизатор выдает 24в при входном напряжении 30в. При Rsc=0,2ом ограничение наступит при выходном токе превышающем примерно 3А. В штатном режиме на транзисторе Q1 рассеивается мощность (30-24)*3=18Вт. На эту мощность мы и расчитаем теплоотвод, ведь больше 3А через транзистор протекать не будет.
Посмотрим как будет себя вести стабилизатор при коротком замыкании на выходе. Ток короткого замыкания равен 3А. При этом на транзисторе Q1 рассеивается мощность 30*3=90Вт! Что произойдет? Транзистор сгорит, потому что скорее всего мы превысим паспортную рассеиваемую мощность.

Поправить ситуацию можно введя два резистора R1 и R2 следующим образом

foldback-3.png (11.16 KiB) Viewed 8915 times

Поведение схемы при коротком замыкании на выходе кардинально меняется - ток короткого замыкания при правильно выбранных номиналах резисторов RscR1R2 становится в несколько раз меньше чем максимальный ток при котором начинается ограничение. Графически это выглядит следующим образом

foldback-4.png (12.38 KiB) Viewed 8915 times

Слева - характеристика обычного ограничителя тока, справа - ограничителя с наклонной характеристикой.
Работа такого ограничителя описывается следующими формулами

foldback limiter_eq.png (12.27 KiB) Viewed 8915 times

При номиналах Rsc=1,5ом, R1=1к5, R2 =10к ограничение наступает при токе 2,9А, при этом ток короткого замыкания составит всего 500мА. Мощность, рассеиваемая на Q1 при этом составит 30*0,5=15Вт, что даже меньше чем при работе с максимальной нагрузкой при токе 3А.

Порльзоваться этими формулами напрямую неудобно. Сделал небольшой калькулятор для расчета Foldback current limiter