Przekaźnik zasilany szerokim zakresem napięcia

Schemat źródła prądowego przeznaczonego do zasilania cewki przekaźnika prądem o stałym, kontrolowanym natężeniu pokazano na rysunku 1. Cewkę przekaźnika włączono szeregowo z drenem tranzystora T1. Kiedy tranzystor zacznie przewodzić, przez cewkę popłynie prąd i styki przełączą się. Równolegle do cewki dołączono szybką diodę D2, która chroni tranzystor przed przepięciem w chwili wyłączania przekaźnika.

Tranzystory T1 i T2 tworzą układ źródła prądowego. Prąd źródła tranzystora T1 przepływa przez rezystor R2, na którym odkłada się napięcie. To napięcie polaryzuje złącze baza-emiter tranzystor T2. Jeżeli przepływający przez rezystor R2 prąd ma dostatecznie duże natężenie, tranzystor T2 otworzy się, przez co jego kolektor pobierze nieco prądu z rezystora R1. To spowoduje spadek potencjału bramki T1, a w efekcie zmniejszenie natężenia płynącego prądu.

Między tranzystorami zachodzi typowe ujemne sprzężenie zwrotne: tranzystor T2 tak steruje tranzystorem T1, aby przez polaryzujący jego bazę rezystor R2 płynął prąd o określonym natężeniu. Ten układ może pracować w bardzo szerokim zakresie napięcia zasilającego, który jest ograniczony wyłącznie napięciem przebicia rezystora R1 i tranzystora T1. Ponadto, charakteryzuje się małym minimalnym spadkiem napięcia – ok. 1,4 V, czyli tyle, co suma napięcia baza-emiter otwartego tranzystora T2 oraz napięcie przewodzenia diody D1. Spadek napięcia dren-źródło w tranzystorze T1 można zaniedbać, gdyż w pełni otwarty przedstawia sobą rezystancję rzędu kilku omów.

Dioda Zenera D3 zapobiega przebiciu izolacji bramka-źródło tranzystora T1, ponieważ układ można zasilać napięciem znacznie wyższym od dopuszczalnej dla niego wartości 20 V. Ogranicza również napięcie kolektor-emiter T2 do 15 V, przez co nie musi to być tranzystor wysokonapięciowy. Jednocześnie, jest to napięcie na tyle duże, że można w pełni otworzyć tranzystor T1, jeżeli zaszłaby taka potrzeba. Rezystor R3 polaryzuje diodę Zenera prądem o niewielkim natężeniu. Jego wartość nie ma większego znaczenia, musi być jedynie znacząco większy od zerowego prądu kolektora tranzystora T2. Wielką zaletą tego układu, w porównaniu do użycia w jego miejsce przetwornicy impulsowej typu step-down, jest brak emisji zaburzeń EMI oraz bezzwłoczne działanie. W układzie nie ma znaczących pojemności, więc czas reakcji elektroniki jest wielokrotnie szybszy od czasu reakcji przekaźnika.

Płytka drukowana ma wymiary 25 mm×62 mm. Przewidziano na niej miejsce dla przekaźnika JQC, który może przewodzić prąd o natężeniu do 12 A oraz solidne złącze ARK3/7,5 mm. Widok schematu montażowego przedstawia rysunek 2.

Poprawnie zmontowany układ nie wymaga dodatkowych czynności uruchomieniowych i jest od razu gotowy do pracy. Gdyby moc tracona na tranzystorze T1 okazała się zbyt duża, należy dodać do niego radiator. Jeżeli minimalne napięcie zasilające będzie zbliżone do znamionowego napięcia pracy przekaźnika, można usunąć diodę D1 zastępując ją zworą, co zmniejszy minimalny spadek napięcia do ok. 0,7 V. Ścieżki łączące wyprowadzenia styków przekaźnika ze złączem mają szerokość 4,5 mm. Gdyby zaszła konieczność przewodzenia prądu o natężeniu powyżej ok. 8 A, można je dodatkowo pogrubić. Dla ułatwienia usunięto z nich maskę lutowniczą.

Urządzenie prototypowe współpracuje z przekaźnikiem na napięcie 24 V DC, który pobiera prąd ok. 15 mA. Można zastosować inny, lecz należy dobrać rezystor R2 zgodnie ze wzorem R2= 0,65 [V]/I_cewki [A].

Michał Kurzela, EP