Простая защита от короткого замыкания всего на одном реле
Простейшая, надежная защита от короткого замыкания, без логической электроники, транзисторов и всего остального. Светодиоды используются только в качестве индикации.Данное устройство можно применить в низковольтных схемах, где есть опасность замыкания контактов с выходным напряжением 6 — 18 В.
Понадобится
- Реле 12 В.
- Два резистора 10 кОм.
- Два светодиода разного цвета.
- Кнопка без фиксации.
Делаем простую защиту от короткого замыкания
Рассмотрим принципиальную схему устройства:
Работает оно следующим образом: При подаче питания, реле остается в неизменном состоянии, горит только красный светодиод. На выходи нет никакого потенциала. Чтобы запустить работу, необходимо кратковременно нажать на кнопку. После этого реле сменит свое состояние, замкнет паралельно контакты кнопки и будет удерживаться в таком состоянии до КЗ. Красный свет потухнет и загорится зеленый. На выходе появится напряжение для питания нагрузки.
Если случится КЗ, общее напряжение цепи упадет до нуля. Контакты реле отпустятся и отключат нагрузку. Чтобы возобновить подачу напряжения на выходе, необходимо будет опять нажать на кнопку однократным нажатием.
Спаяем устройство на универсальной плате:
Слева вход для источника питания, справа выход для нагрузки.
Работа
Подключаем питание. Светится красный светодиод.
В роли нагрузки используется небольшой электродвигатель на 12В. Нажимаем кнопку однократно: светодиод красный потух, загорелся зеленый.
Если мотор был подключен, то он будет работать. Если сейчас замкнуть выходные контакты, то зеленый светодиод потухнет, загорится красный. Питание на выходе пропадет до тех пор, пока повторно не будет нажата тактовая кнопка.
Вот и все! Невероятно простое и надежное в работе устройство. Оно также выключит нагрузку, если входящие питание от источника кратковременно пропадет. Эта функция тоже может быть весьма полезной.
Смотрите видео
Простой маломощный БП с защитой от КЗ, на старой элементной базе
Блок питания появился на свет как некая гуманитарная помощь знакомому школьнику-семикласснику, для направления его внутренней энергии в хорошее, полезное русло. Таким стабилизированным и регулируемым источником можно запитывать несколько подаренных электро- и радио-конструкторов, первые несложные схемы, которые мы, я надеюсь, соберем. В дальнейшем, при необходимости БП можно будет усовершенствовать – используя корпус, измерители, радиатор, несложно будет собрать более мощный прибор с лучшими параметрами. Пространство внутри вполне это позволяет.
Итак. Блок питания собран по классической схеме, выпрямитель – источник слаботочного стабилизированного напряжения на стабилитроне, эмиттерный повторитель-регулятор на составном транзисторе. Узел защиты от КЗ собран на транзисторе V6, он закрывает регулирующий транзистор при замыкании выходных клемм, в таком состоянии прибор может находиться длительное время. Существует более подробное описание работы схемы, список элементов для замены приведенных.
Блок питания обеспечивает регулируемое стабилизированное напряжение 0,5…12 В с максимальным током 400 мА. Элементная база устройства – сугубо дискретные элементы, германиевые транзисторы старых серий. При определении со схемотехникой блока, все элементы мгновенно и без труда нашлись в коробках и банках, параметры тоже устроили. Решено было не противиться воле провидения.
Главные факторы в конструкции нынешней, применительно к назначению – небольшая мощность, небольшое выходное напряжение, регулируемость, индикация напряжения, защита от КЗ. Кроме того должен быть удобный корпус, безопасное исполнение. Чтобы никаких накрученных проводков на вилку настольной лампы (в пол-голоса) и как только жив остался…
По сравнению с исходной схемой, стрелочный вольтметр заменен на цифровой китайский модуль-измеритель напряжения и тока – не капли не жалко, а ребенку радость. Кроме прочего в голове лучше уложится зависимость потребляемого тока от напряжения, будет видно как напряжение просаживается на относительно мощной нагрузке, напряжение на конкретной нагрузке можно установить с учетом этой просадки (по сравнению со шкалой под ручкой R8) и т.д. Словом, в учебно-наглядных целях. Единственный минус – пришлось озаботиться личным микро-БП для измерителя, впрочем, он допускает широкий диапазон напряжений для питания и удалось легко подобрать ему старый исправный сетевой адаптер-зарядку для мобильного телефона. При этом, индикаторной неоновой лампой с токоограничительным резистором можно смело манкировать – светящиеся цифры измерителя преотлично их заменят.
Что было использовано для работы.
Набор инструмента для электромонтажа, набор некрупного слесарного инструмента.
Первым делом подобрал элементы, привел в порядок их выводы, проверил на тестере элементов. К слову, транзисторы вроде П213 тестер игнорирует, проверять его пришлось старым добрым способом – попереходно, тестером.
В транзисторе П213 металлический, прижимаемый к радиатору корпус соединен с выводом его коллектора – чтобы не изолировать от металлической коробки блока весь радиатор, изолировать пришлось сам транзистор. К счастью, нашлась специальная слюдяная прокладка, к несчастью, не оказалось специальных винтиков с изоляторами, пришлось выкручиваться. Момент удалось разрешить фланцем-изолятором. Выпилил его из нетолстого текстолита ювелирным лобзиком с крупнозубой (№0) пилкой. Как и при использовании всех слоистых пластиков, детали из текстолита следует красить (лакировать) – они весьма пористы и как следствие, гигроскопичны.
Собрал прибор навесным манером для проверки работоспособности. Собственно, элементов в схеме немного, значительная их часть крупные, установочные. Их выводы удобно использовать как контактные площадки. Кроме них конструкция внутренней части блока не предполагает дополнительных точек крепления. Все мелкие элементы сгруппированы в две части так, чтобы между ними было меньше соединительных проводов. Первая часть имеет опору – крупную оксидную емкость (С1), вторая – ножки регулирующего транзистора на радиаторе.
Короткие выводы элементов при соединении пайкой образуют жесткую пространственную конструкцию.
Убедившись в работоспособности макета, приступил к самому сложному – корпусу. Он был изготовлен из листового металла способом гнутья, частично пайки и состоит из двух П-образных частей. Нижняя – поддон и торцевые стенки сделаны из оцинкованной стали (легко паять), крышка – из тонкого алюминиевого листа (старый кровельный лист). Электрохимический ряд напряжений металлов вполне допускает их механическое соединение.
Нижняя часть (поддон) выгнут из простой прямоугольной заготовки. Торцевые стенки припаиваются к нему и усиливаются (также пайкой) пластинчатыми раскосами. Конструкция несколько сложная, зато дающая возможность без помех орудовать ювелирным лобзиком при изготовлении фигурных проемов под установочные элементы.
Разметку торцевых панелей делал на манер накернивания печатных плат – распечатал вычерченный в КАДе эскиз в формате 1:1, вырезал ему лепестки, обернул вокруг заготовки железки и закрепил (при необходимости) липкой лентой. Разметку прямоугольных проемов перенес слегка накернив их углы, круглых – их центры. Чертилкой или тонко отточенным карандашиком соединил прямоугольники, в центры ставил ножку циркуля-балеринки (для малых окружностей). Дополнительные загогулины вырисовывал по месту, примеряя к детали.
Ряд установочных элементов были разукомплектованы или имели небольшие дефекты, поломки, не лишающие впрочем, их работоспособности. Например, для изолированной клеммы «-» не удалось найти гайку-крепеж с мелкошаговой резьбой, пришлось применить пайку и импровизированный изолятор. Клемму общего провода, а здесь это «+» впаял в стенку насмерть.
Выпилив и подогнав проемы для всех установочных элементов, спаял нижнюю часть корпуса – поддон, торцевые стенки, раскосы (зачистить, нанести «кислоту паяльную» (хлористый цинк), лудить; после пайки хорошо промыть водой со щеткой, в воду можно добавить чуток соды).
Некоторые установочные элементы были не рассчитаны на установку в столь тонкую (0,5 мм) панель, пришлось укрепить их термоклеем. Его адгезия к стали здесь неважна, он работает этаким упором на сжатие. Пластиковые части предварительно покорябал острым ножом.
Колодка предохранителя тоже болталась, здесь пришлось выпилить из алюминия (он чуть толще) еще пару утолщительных шайб.
В качестве сетевого трансформатора применен кадровый ТВК-110ЛМ от старого лампового телевизора. Он положен набок, его внешняя обойма припаяна к площадке из оцинкованной стали. Площадка приклепана к поддону БП вытяжными заклепками.
Адаптер-зарядка от старого телефона (БП измерителя) несколько доработана – удалена штатная сетевая вилка, вместо нее наружу выведена пара проводов. Это безопаснее и уменьшает потребное для узла место.
Для установки С1 с обвесом пришлось сделать деталь-крепление. Для нижней площадки использовал выпиленную из окна для измерителя серединку, обойму согнул из узкой пластинки на трубке подходящего диаметра. Разрезная обойма припаяна только в двух точках. Это достаточно прочно и позволяет свободной ее части плотно обжать цилиндрическую деталь – конденсатор. Фиксировать можно пластиковыми ремешками для электромонтажа или даже стальным червячным хомутом (очень осторожно — большое усилие).
Площадка с закрепленным конденсатором приклепана к поддону вытяжными заклепками.
Радиатор с транзистором крепится при помощи двух коротких винтиков, железку пришлось немного поёрзать на бруске с пришпиленной наждачной шкуркой, чтобы выровнять её нижнюю, соприкасающуюся с поддоном часть. Так она стоит ровнее и плотнее. Под винты подложил кузовные (широкие) шайбы, в резьбу капнул лака для застопоривания.
Размеры для развертки крышки вымерял по месту, начертил на отрихтованом листе, вырезал ножницами по металлу. Согнул, притупил острые кромки, разметил и просверлил массив вентиляционных отверстий. Сделал два ряда отверстий и в поддоне, под радиатором, чтобы организовать воздушный поток вокруг него.
Сверяясь с большим мультиметром подрегулировал показания измерительного блока прибора.
Собрал корпус БП, крышку к нижней части приклепал вытяжными заклепками – часто вскрывать ее нет нужды, но при необходимости, заклепки без труда высверливаются.
На дне блока «Моментом» приклеил резиновые ножки, сделал самые необходимые пояснительные надписи «промышленным» стойким лаковым фломастером.
Babay Mazay, июнь, 2020 г.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.Мощный блок питания с защитой по току
Каждому человеку, собирающему электронные схемы, необходим универсальный источник питания, позволяющий в широких пределах изменять напряжение на выходе, контролировать ток и при необходимости отключать питаемое устройство. В магазинах подобные лабораторные блоки питания стоят весьма недёшево, но зато собрать такой можно самостоятельно из распространённых радиодеталей. Представленный блок питания включает в себя:
- Регулировку напряжения до 24 вольт;
- Максимальный ток, отдаваемый в нагрузку, до 5 ампер;
- Защиту по току с выбором нескольких фиксированных значений;
- Активное охлаждение для работы при больших токах;
- Стрелочные индикаторы тока и напряжения;
Схема регулятора напряжения
Самый простой и доступный вариант регулятора напряжения – схема на специальной микросхеме, называемой стабилизатором напряжения. Наиболее подходящим вариантом является LM338, она обеспечивает максимальный ток в 5 А и минимум пульсаций на выходе. Также сюда подойдут LM350 и LM317, но максимальный ток в этом случае составит 3 А и 1,5 А соответственно. Переменный резистор служит для регулировки напряжения, его номинал зависит от того, какое максимальное напряжение необходимо получить на выходе. Если максимальное выходное требуется 24 вольта – необходим переменный резистор сопротивлением 4,3 кОм. В этом случае нужно взять стандартный потенциометр на 4.7 кОм и соединить параллельно с ним постоянный на 47 кОм, общее сопротивление получится примерно 4.3 кОм. Для питания всей схемы необходим источник постоянного тока с напряжением 24-35 вольт, в моём случае это обычный трансформатор со встроенным выпрямителем. Также можно применять зарядные устройства ноутбуков или другие различные импульсные источники, подходящие по току.
Данный регулятор напряжения является линейным, а значит, вся разница между входным и выходным напряжением приходится на одну микросхему и рассеивается на ней в виде тепла. При больших токах это весьма критично, поэтому микросхема должна быть установлена на большом радиаторе, лучше всего для этого подойдёт радиатор от процессора компьютера, работающий в паре с вентилятором. Для того, чтобы вентилятор не вращался всё время зря, а включался только при нагреве радиатора, необходимо собрать небольшой датчик температуры.
Схема управления вентилятором
В его основе лежит NTC термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры — при увеличении температуры сопротивление значительно уменьшается, и наоборот. Операционный усилитель выполняет роль компаратора, регистрируя изменение сопротивление термистора. При достижении порога срабатывания на выходе ОУ появляется напряжение, транзистор отпирается и запускает вентилятор, вместе с которым загорается светодиод. Подстроечный резистор служит для настройки порога срабатывания, его номинал стоит выбирать исходя из сопротивления термистора при комнатной температуре. Допустим, термистор имеет сопротивление 100 кОм, подстроечный резистор в этом случае должен иметь номинал примерно 150-200 кОм. Главное преимущество этой схемы – наличие гистерезиса, т.е. разницы между порогами включения и выключения вентилятора. Благодаря гистерезису не происходит частого включения-выключения вентилятора при температуре, близкой к пороговой. Термистор выводится на проводках непосредственно на радиатор и устанавливается в любое удобное место.
Схема защиты по току
Пожалуй, самая важная часть всего блока питания – защита по току. Работает она следующим образом: падение напряжение на шунте (резистор сопротивлением 0.1 Ом) усиливается до уровня 7-9 вольт и с помощью компаратора сравнивается с эталонным. Эталонное напряжение для сравнения задаётся четырьмя подстроечными резисторами в диапазоне от нуля до 12 вольт, вход операционного усилителя подключается к резисторам через галетный переключатель на 4 положения. Таким образом, меняя положение галетного переключателя мы можем выбирать из 4-х заранее установленных вариантов токов защиты. Например, можно установить следующие значения: 100 мА, 500 мА, 1,5 А, 3 А. При превышении тока, заданного галетным переключателем, сработает защита, напряжение перестанет поступать на выход и загорится светодиод. Для сброса защиты достаточно кратковременно нажать на кнопку, напряжение на выходе появится вновь. Пятый подстроечный резистор необходим для установки коэффициента усиления (чувствительности), его нужно установить так, чтобы при токе через шунт 1 Ампер напряжение на выходе ОУ было примерно 1-2 вольта. Резистор настройки гистерезиса срабатывания защиты отвечает за «чёткость» защёлкивания схемы, его нужно настраивать в том случае, если напряжение на выходе не пропадает полностью.Данная схема хороша тем, что имеет высокую скорость срабатывания, моментально включая защиту при превышении тока.
Блок индикации тока и напряжения
Большинство лабораторных блоков питания оснащено цифровыми вольтметрами и амперметрами, показывающими величины в виде цифр на табло. Такой вариант компактен и обеспечивает неплохую точность показаний, однако совершенно неудобен для восприятия. Именно поэтому для индикации решено использовать стрелочные головки, показания которых легко и приятно воспринимаются. В случае с вольтметром всё просто – он подключается к выходным клеммам блок питания через подстроечный резистор с сопротивлением примерно 1-2 МОм. Для правильной работы амперметра необходим усилитель шунта, схема которого показана ниже.
Подстроечный резистор необходим для настройки коэффициента усиления, в большинстве случаев его достаточно оставить в среднем положении (примерно 20-25 кОм). Стрелочная головка подключается через галетный переключатель, с помощью которого можно выбирать один из трёх подстроечных резисторов, с помощью которых задаётся ток максимального отклонения амперметра. Таким образом, амперметр может работать в трёх диапазонах – до 50 мА, до 500 мА, до 5А, это обеспечивает максимальную точность показаний при любом токе нагрузки.
Сборка платы блока питания
Плата печатная:
Теперь, когда все теоретические аспекты учтены, можно приступать к сборке электронной части конструкции. Все элементы блока питания – регулятор напряжения, датчик температуры радиатора, блок защиты, усилитель шунта для амперметра собираются на одной плате, размеры которой 100х70 мм. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса изготовления.
Силовые дорожки, по которым течёт ток нагрузки, желательно залудить толстым слоем припоя для уменьшения сопротивления. Сперва на плату устанавливаются мелкие детали.
После этого все остальные компоненты. Микросхему 78L12, питающую датчик температуры и кулер, необходимо установить на небольшой радиатор, место для которого предусмотрено на печатной плате. В последнюю очередь на плату запаиваются провода, на которых выводятся вентилятор, термистор, кнопка сброса защиты, галетные переключатели, светодиоды, микросхема LM338, вход и выход напряжения. Вход напряжения удобнее всего подключить через DC разъём, при этом необходимо учитывать, что он должен обеспечивать большой ток. Все силовые провода необходимо использовать соответствующего току сечения, желательно медные. Плюс выхода с печатной платы идёт к выходным клеммам не напрямую, а через тумблер с двумя группами контактов. Вторая группа при этом включает и выключает светодиод, показывающий, подаётся ли на клеммы напряжение.
Сборка корпуса
Корпус можно как найти готовый, так и собрать самостоятельно. Изготовить его можно, например, из фанеры и ДВП, как я и сделал. В первую очередь вырезается прямоугольная передняя панель, на которой будут установлены все органы управления.
Затем изготавливаются стенки и днище ящика, конструкция скрепляется воедино саморезами. Когда готов каркас, можно устанавливать внутрь всю электронику.
Органы управления, стрелочные головки, светодиоды устанавливаются на свои места в передней панели, плата укладывается внутри корпуса, радиатор с вентилятором крепятся на заднюю панель. Для крепления светодиодов используются специальные держатели. Выходные клеммы желательно продублировать, тем более что место позволяет. Размеры корпуса получились 290х200х120 мм, внутри корпуса остаётся ещё много свободного пространства, и туда может уместиться, например, трансформатор для питания всего аппарата.
Настройка
Несмотря на множество подстроечных резисторов, настройка блока питания довольно проста. Первых делом калибруем вольтметр, подключив к выходным клеммам внешний. Вращая подстроечный резистор, включенный последовательно со стрелочной головкой вольтметра добиваемся равенства показаний. Затем подключаем на выход какую-либо нагрузку с амперметром и калибруем усилитель шунта. Вращая каждый и трёх подстрочных резисторов добиваемся совпадений показаний на каждом из трёх диапазонов измерений амперметра – в моём случае это 50 мА, 500 мА и 5А. Далее устанавливаем необходимые токи защиты с помощью четырёх подстроечных резисторов. Сделать это несложно, учитывая, что штатный амперметр уже откалиброван и показывает точный ток. Плавно повышаем напряжение (при этом повышается и ток) и смотрим, при каком токе срабатывает защита. Затем вращаем каждый из резисторов, устанавливая четыре нужных тока защиты, между которыми можно переключаться с помощью галетного переключателя. Теперь осталось лишь установить нужный порог срабатывания датчика температуры радиатора – настройка закончена.
Смотрите видео
Защита блока питания от короткого замыкания
Для питания своих конструкций радиолюбители нередко используют простейшие блоки, состоящие из понижающего трансформатора и выпрямителя с конденсатором фильтра. И, конечно, в таких блоках нет никакой защиты от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке, хотя оно подчас приводит к выходу из строя выпрямителя и даже трансформатора. Применять в таких блоках питания в качестве элемента защиты плавкий предохранитель не всегда удобно, да и, кроме того, быстродействие у него невысокое. Один из вариантов решения проблемы защиты от КЗ — включение последовательно с нагрузкой полевого транзистора средней мощности с встроенным каналом.
Дело в том, что на вольт-амперной характеристике такого транзистора есть участок, на котором ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор работает как стабилизатор (ограничитель) тока. Вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R2 приводятся на рис. 7.1. Работает защита так. Если сопротивление резистора R2 равно нулю (т.е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5 В, и на нагрузке будет практически все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки замыкания ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер.
Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45…0,5 А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе.
Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на «здоровье» деталей блока питания.
Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R2. Нужно подобрать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки. Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром. Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. К примеру, схема включения световой сигнализации показана на рис. 7.2. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания свето-диода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения. Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям. Схема подключения звукового сигнализатора замыкания приведена на рис. 7.3. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор 34, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук. Однопереходный транзистор может быть КТ117А…КТ117Г, теле
фон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности). Остается добавить, что для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток-исток. Полное описание этого устройства приводится в [103].
РЕГУЛИРУЕМЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ
У каждого радиолюбителя, регулярно занимающегося конструированием электронных устройств, думаю, имеется дома регулируемый блок питания. Штука действительно удобная и полезная, без которого, испробовав его в действии, обходиться становится трудно. Действительно, нужно ли нам проверить, например светодиод, то потребуется точно выставлять его рабочее напряжение, так как при значительном превышении подаваемого напряжения на светодиод, последний может просто сгореть. Также и с цифровыми схемами, выставляем выходное напряжение по мультиметру 5 вольт, или любое другое нужное нам и вперед.
Многие начинающие радиолюбители, сначала собирают простой регулируемый блок питания, без регулировки выходного тока и защиты от короткого замыкания. Так было и со мной, лет 5 назад собрал простой БП с регулировкой только выходного напряжения от 0,6 до 11 вольт. Его схема приведена на рисунке ниже:
Но несколько месяцев назад решил провести апгрейд этого блока питания и дополнить его схему небольшой схемкой защиты от короткого замыкания. Эту схему нашел в одном из номеров журнала Радио. При более детальном изучении выяснилось, что схема во многом напоминает приведенную выше принципиальную схему, собранного мной ранее блока питания. При коротком замыкании в питаемой схеме светодиод индикации КЗ гаснет, сигнализируя об этом, и выходной ток становится равен 30 миллиампер. Было решено, взяв часть этой схемы дополнить свою, что и сделал. Оригинал, схему из журнала Радио, в которую входит дополнение, привожу на рисунке ниже:
На следующем рисунке показывается часть этой схемы, которую нужно будет собрать.
Номинал некоторых деталей, в частности резисторов R1 и R2, нужно пересчитать в сторону увеличения. Если у кого-то остались вопросы, куда подсоединять выходящие провода с этой схемы, приведу следующий рисунок:
Еще дополню, что в собираемой схеме, вне зависимости, будет это первая схема, или схема из журнала Радио необходимо поставить на выходе, между плюсом и минусом резистор 1 кОм. На схеме из журнала Радио это резистор R6. Дальше осталось протравить плату и собрать все вместе в корпусе блока питания. Зеркалить платы в программе Sprint Layout не нужно. Рисунок печатной платы защиты от короткого замыкания:
Примерно месяц назад мне попалась на глаза схема приставки регулятора выходного тока, которую можно было использовать совместно с этим блоком питания. Схему взял с этого сайта. Тогда собрал эту приставку в отдельном корпусе и решил подключать её по мере необходимости для зарядки аккумуляторов и тому подобных действий, где важен контроль выходного тока. Привожу схему приставки, транзистор кт3107 в ней заменил на кт361.
Но впоследствии пришла в голову мысль соединить, для удобства, все это в одном корпусе. Открыл корпус блока питания и посмотрел, места осталось маловато, переменный резистор не поместится. В схеме регулятора тока используется мощный переменный резистор, имеющий довольно большие габариты. Вот как он выглядит:
Тогда решил просто соединить оба корпуса на винты, сделав соединение между платами проводами. Также поставил тумблер на два положения: выход с регулируемым током и нерегулируемым. В первом случае, выход с основной платы блока питания соединялся с входом регулятора тока, а выход регулятора тока шел на зажимы на корпусе блока питания, а во втором случае, зажимы соединялись напрямую с выходом с основной платы блока питания. Коммутировалось все это шести контактным тумблером на 2 положения. Привожу рисунок печатной платы регулятора тока:
На рисунке печатной платы, R3.1 и R3.3 обозначены выводы переменного резистора первый и третий, считая слева. Если кто-то захочет повторить, привожу схему подключения тумблера для коммутации:
Печатные платы блока питания, схемы защиты и схемы регулировки тока прикрепил в архиве. Материал подготовил AKV.
Блок питания 1…20 В с защитой по току
При наладке различных электронных устройств необходим блок питания (БП), в котором имеется регулировка выходного напряжения и возможность регулирования уровня срабатывания защиты от превышения по току в широких пределах. При срабатывании защиты, нагрузка (подключенное устройство) должна автоматически отключаться.
Поиск в интернете дал несколько подходящих схем блоков питания. Остановился на одной из них. Схема проста в изготовлении и наладке, состоит из доступных деталей, выполняет заявленные требования.
Предлагаемый к изготовлению блок питания выполнен на базе операционного усилителя LM358 и имеет следующие характеристики:
Входное напряжение, В — 24…29
Выходное стабилизированное напряжение, В — 1…20 (27)
Ток срабатывания защиты, А — 0,03…2,0
Фото 2. Схема БП
Описание работы БП
Регулируемый стабилизатор напряжения собран на операционном усилителе DA1.1. На вход усилителя (вывод 3) поступает образцовое напряжение с движка переменного резистора R2, за стабильность которого отвечает стабилитрон VD1, а на инвертирующий вход (вывод 2) напряжение поступает с эмиттера транзистора VT1 через делитель напряжения R10R7. С помощью переменного резистора R2, можно изменять выходное напряжение БП.
Блок защиты от перегрузок по току выполнен на операционном усилителе DA1.2, он сравнивает напряжения на входах ОУ. На вход 5 через резистор R14 поступает напряжение с датчика тока нагрузки — резистора R13. На инвертирующий вход (вывод 6) поступает образцовое напряжение, за стабильность которого отвечает диод VD2 с напряжением стабилизации около 0,6 в.
Пока падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R13, меньше образцового, напряжение на выходе (вывод 7) ОУ DA1.2 близко к нулю. В том случае, если ток нагрузки превысит допустимый установленный уровень, увеличится напряжение на датчике тока и напряжение на выходе ОУ DA1.2 возрастет практически до напряжения питания. При этом включится светодиод HL1, сигнализируя о превышении, откроется транзистор VT2, шунтируя стабилитрон VD1 резистором R12. Вследствие чего, транзистор VT1 закроется, выходное напряжение БП уменьшится практически до нуля и нагрузка отключится. Для включения нагрузки нужно нажать на кнопку SА1. Регулировка уровня защиты выполняется с помощью переменного резистора R5.
Изготовление БП
1. Основу блока питания, его выходные характеристики определяет источник тока – применяемый трансформатор. В моем случае нашел применение тороидальный трансформатор от стиральной машины. Трансформатор имеет две выходные обмотки на 8в и 15в. Соединив обе обмотки последовательно и добавив выпрямительный мост на имеющихся под рукой диодах средней мощности КД202М, получил источник постоянного напряжения 23в, 2а для БП.
Фото 3. Трансформатор и выпрямительный мост.
2. Другой определяющей частью БП является корпус прибора. В данном случае нашел применение детский диапроектор мешающийся в гараже. Удалив лишнее и обработав в передней части отверстия для установки показывающего микроамперметра, получилась заготовка корпуса БП.
Фото 4. Заготовка корпуса БП
3. Монтаж электронной схемы выполнен на универсальной монтажной плате размером 45 х 65 мм. Компоновка деталей на плате зависит от размеров, найденных в хозяйстве компонентов. Вместо резисторов R6 (настройка тока срабатывания) и R10 (ограничение максимального напряжения на выходе) на плате установлены подстроечные резисторы с увеличенным в 1,5 раза номиналом. По окончании настройки БП их можно заменить на постоянные.
Фото 5. Монтажная плата
4. Сборка платы и выносных элементов электронной схемы в полном объеме для испытания, настройки и регулировки выходных параметров.
Фото 6. Узел управления БП
5. Изготовление и подгонка шунта и дополнительного сопротивления для использования микроамперметра в качестве амперметра или вольтметра БП. Дополнительное сопротивление состоит из последовательно соединенных постоянного и подстроечного резисторов (на фото сверху). Шунт (на фото ниже) включается в основную цепь тока и состоит из провода с малым сопротивлением. Сечение провода определяется максимальным выходным током. При измерении силы тока, прибор подключается параллельно шунту.
Фото 7. Микроамперметр, шунт и дополнительное сопротивление
Подгонка длины шунта и величины дополнительного сопротивления производится при соответствующем подключении к прибору с контролем на соответствие по мультиметру. Переключение прибора в режим Амперметр/Вольтметр выполняется тумблером в соответствии со схемой:
Фото 8. Схема переключения режима контроля
6. Разметка и обработка лицевой панели БП, монтаж выносных деталей. В данном варианте на лицевую панель вынесен микроамперметр (тумблер переключения режима контроля A/V справа от прибора), выходные клеммы, регуляторы напряжения и тока, индикаторы режима работы. Для уменьшения потерь и в связи с частым использованием, дополнительно выведен отдельный стабилизированный выход 5 в. Для чего напряжение, от обмотки трансформатора на 8в, подается на второй выпрямительный мост и типовую схему на 7805 имеющую встроенную защиту.
Фото 9. Лицевая панель
7. Сборка БП. Все элементы БП устанавливаются в корпус. В данном варианте, радиатором управляющего транзистора VT1 служит алюминиевая пластина толщиной 5 мм, закрепленная в верхней части крышки корпуса, служащего дополнительным радиатором. Транзистор закреплен на радиаторе через электроизолирующую прокладку.
Фото 10. Сборка БП без крышки
Фото 11. Общий вид БП.
Детали:
Операционный усилитель LM358N имеет в своем составе два ОУ.
Транзистор VT1 можно заменить на любой из серий КТ827, КТ829. Транзистор VT2 любой из серии КТ315. Стабилитрон VD1 можно использовать любой, с напряжением стабилизации 6,8…8,0в и током 3…8 мА. Диоды VD2-VD4 из серии КД521 или КД522Б. Конденсаторы С3, C4 — пленочные или керамические. Оксидные конденсаторы: C1 — К50-18 или аналогичный импортный, остальные — из серии К50-35. Постоянные резисторы серии МЛТ, переменные — СП3-9а.
Налаживание блока питания — движок переменного резистора R2 перемещают в верхнее по схеме положение и измеряют максимальное выходное напряжение, устанавливают его равным 20 В, подбирая резистор R10. После этого подключают к выходу нагрузку и производят замеры тока срабатывания защиты. Для уменьшения уровня срабатывания защиты, уменьшить сопротивление резистора R6. Для увеличения максимального уровня срабатывания защиты — уменьшить сопротивление резистора R13 — датчика тока нагрузки.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.Защита в блоках питания ATX для компьютеров
Опубликовано 12.11.2018 автор Андрей Андреев — 0 комментариев
Приветствую вас, друзья! При работе любого электронного устройства могут возникнуть «завихрения», которые при отсутствии страховки, способны вывести его из строя, а в случае с БП в ПК – еще и несколько компонентов в придачу. Тема сегодняшней публикации – защита в блоках питания, с описанием всех необходимых опций. И так начнем.
Power Good
Из-за специфики конструкции устройства, при включении, напряжение на выходе достигает необходимой величины не мгновенно, а по истечении 0,02 секунд.
Для того, чтобы исключить подачу пониженного напряжения к потребителям энергии, что может негативно сказаться на их работе, и обеспечить необходимые номиналы в 3,3, 5 и 12 Вольт, в блоках ATX выделена специальная линия, которая подает сигнал о нормальной работе БП.
Маркируется такой кабель серым цветом и, как и остальные, подключается к материнской плате. При отсутствии сигнала на линии, компьютер попросту не включится.
Защита от перепадов напряжения
От перенапряжения и его недостатка, компьютер защищает одна и та же схема, отключающая девайс, если напряжение на любой из линий не соответствует номинальному. Обозначается функция английской аббревиатурой UVP / OVP.
Некоторое неудобство в том, что контрольные точки, при достижении которых срабатывает защита, могут находиться на некотором удалении от номинального напряжения, но при этом устройство будет соответствовать спецификации ATX.
Например, допускается подача напряжения до 15 Вольт, однако при длительной работе в таком режиме, комплектующие могут попросту перегореть.
Защита от перегрузки по току
Как мы помним, сила тока – еще одна, не менее важная его характеристика. Согласно международным стандартам оргтехники, один проводник не может передавать более 240 Вольт-Ампер, то есть 240 Ватт, в случае с постоянным током.
Максимально нагруженная цепь с напряжением 12 Вольт передаст не более 20 Ампер. При таком раскладе создать БП мощностью более 300 Ватт, не получится.
Для обхода этого ограничения, выводы 12 Вольт разбиваются на несколько групп с отдельной защитой по току (OCP) для каждой. При этом некоторые производители откровенно халтурят, используя только одну защитную схему, к которой подключаются все выводы, а срабатывает защита уже при 40 Амперах.
Определить «на глаз», какой именно подход использован, возможно только при разборке устройства и проверке его электрических цепей. Поэтому советую покупать комплектующие только тех брендов, в качестве продукции которых, вы уверены.
Защита от короткого замыкания
От КЗ блок питания защищает простая схема SCP, которая используется уже пару десятков лет. Для активации, достаточно пары транзисторов, при этом вовсе необязательно задействовать систему мониторинга рабочих параметров устройства.
Защита от перегрева
OTP выключает девайс, когда его температура достигает заданного значения. Схема присутствует только в качественных устройствах и базируется на паре термисторов, прикрепленных к радиатору или печатной плате.
Более сложный вариант – когда при превышении температуры, термистор заставляет быстрее вращаться кулер, регулируя рабочие параметры.
Защита по питанию
OPP или OPL – опциональный вид защиты, реализованный, с помощью специального контроллера или мониторинговой микросхемы. Схема контролирует количество тока, потребляемого из сети, и отключает БП при превышении определенного порога.
Найти любые по мощности и прочим характеристикам блоки питания для компьютера, а также все остальные комплектующие, вы можете в этом интернет-магазине.
Также советую ознакомиться с публикациями «Что значит PFC в блоке питания» и «Сертификаты БП для ПК». Рейтинг лучших устройств вы найдете здесь.
Спасибо за внимание и до следующих встреч на страницах моего блога! Подпишитесь на новостную рассылку, чтобы быть в курсе последних обновлений.
С уважением, автор блога Андрей Андреев
Повышенное напряжение источника питания »Примечания по электронике
Защита от перенапряжения блока питания действительно полезна — некоторые сбои блока питания могут вызвать повреждение оборудования большим напряжением. Защита от перенапряжения предотвращает это как на линейных регуляторах, так и на импульсных источниках питания.
Пособие по схемам источника питания и руководство Включает:
Обзор электроники источника питания
Линейный источник питания
Импульсный источник питания Защита от перенапряжения
Характеристики блока питания
Цифровая мощность
Шина управления питанием: PMbus
Бесперебойный источник питания
Хотя современные блоки питания сейчас очень надежны, всегда есть небольшая, но реальная вероятность того, что они могут выйти из строя.
Они могут выйти из строя по-разному, и одна особенно тревожная возможность заключается в том, что элемент последовательного прохода, то есть транзистор главного прохода или полевой транзистор, может выйти из строя таким образом, что произойдет короткое замыкание. Если это произойдет, в цепи, на которую подается питание, может появиться очень высокое напряжение, часто называемое перенапряжением, что приведет к катастрофическому повреждению всего оборудования.
Добавив небольшую дополнительную схему защиты в виде защиты от перенапряжения, можно защититься от этой маловероятной, но катастрофической возможности.
Большинство источников питания, предназначенных для очень надежной работы дорогостоящего оборудования, включают в себя некоторую защиту от перенапряжения, чтобы гарантировать, что любой отказ источника питания не приведет к повреждению оборудования, на которое подается питание. Это относится как к линейным источникам питания, так и к импульсным источникам питания.
Некоторые источники питания могут не иметь защиты от перенапряжения, и они не должны использоваться для питания дорогостоящего оборудования — можно немного спроектировать электронную схему и разработать небольшую схему защиты от перенапряжения и добавить ее в качестве дополнительного элемента. .
Основы защиты от перенапряжения
Есть много причин, по которым блок питания может выйти из строя. Однако, чтобы понять немного больше о защите от перенапряжения и проблемах схемы, легко взять простой пример линейного регулятора напряжения, использующего очень простой стабилитрон и транзистор с последовательным проходом.
Стабилизатор серии
Basic, использующий стабилитрон и эмиттерный повторитель.Хотя более сложные блоки питания обеспечивают лучшую производительность, они также используют последовательный транзистор для передачи выходного тока.Основное отличие заключается в способе подачи напряжения регулятора на базу транзистора.
Обычно входное напряжение таково, что на элементе последовательного регулятора напряжения падает несколько вольт. Это позволяет последовательному транзистору адекватно регулировать выходное напряжение. Часто падение напряжения на последовательном транзисторе является относительно высоким — для источника питания 12 вольт входное напряжение может составлять 18 вольт и даже больше, чтобы обеспечить необходимое регулирование и подавление пульсаций и т. Д.
Это означает, что в элементе регулятора напряжения может быть значительное количество тепла, рассеиваемого в сочетании с любыми переходными выбросами, которые могут появиться на входе, это означает, что всегда существует вероятность отказа.
Устройство последовательного прохода транзистора чаще всего выходит из строя в состоянии разомкнутой цепи, но при некоторых обстоятельствах в транзисторе может возникнуть короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Если это произойдет, то на выходе регулятора напряжения появится полное нерегулируемое входное напряжение.
Если на выходе появится полное напряжение, это может привести к повреждению многих микросхем в цепи питания. В этом случае ремонт схемы вполне может оказаться невозможным.
Принцип работы импульсных регуляторов сильно различается, но есть обстоятельства, при которых полный выходной сигнал может появиться на выходе источника питания.
Как для источников питания с линейным стабилизатором, так и для импульсных источников питания всегда рекомендуется какая-либо защита от перенапряжения.
Виды защиты от перенапряжения
Как и во многих электронных технологиях, существует несколько способов реализации той или иной возможности. Это верно для защиты от перенапряжения.
Можно использовать несколько различных техник, каждая со своими характеристиками. При определении того, какой метод использовать на этапе проектирования электронных схем, необходимо взвесить производительность, стоимость, сложность и режим работы.
SCR лом: Как следует из названия, цепь лома вызывает короткое замыкание на выходе источника питания, если возникает состояние перенапряжения.Обычно для этого используются тиристоры, то есть тиристоры, поскольку они могут переключать большие токи и оставаться включенными до тех пор, пока не рассеется какой-либо заряд. Тиристор может быть снова подключен к предохранителю, который перегорает и изолирует регулятор от дальнейшего воздействия на него напряжения.
Схема защиты тиристорного лома от перенапряженияВ этой схеме стабилитрон выбран так, чтобы его напряжение было выше нормального рабочего напряжения на выходе, но ниже напряжения, при котором может произойти повреждение. При такой проводимости через стабилитрон не протекает ток, потому что его напряжение пробоя не было достигнуто, и ток не течет на затвор тиристора, и он остается выключенным.Блок питания будет работать нормально.
Если последовательный транзистор в источнике питания выходит из строя, напряжение начинает расти — развязка в блоке гарантирует, что оно не поднимется мгновенно. Когда он поднимается, он поднимается выше точки, в которой стабилитрон начинает проводить, и ток течет в затвор тиристора, вызывая его срабатывание.
Когда тиристор срабатывает, он замыкает выход источника питания на землю, предотвращая повреждение схемы, которую он питает.Это короткое замыкание также можно использовать для перегорания предохранителя или другого элемента, отключая питание регулятора напряжения и изолируя устройство от дальнейшего повреждения.
Часто развязка в виде небольшого конденсатора помещается от затвора тиристора к земле, чтобы предотвратить резкие переходные процессы или высокочастотные помехи от источника питания от устройства, которые попадают на соединение затвора и вызывают ложный запуск. Однако его не следует делать слишком большим, так как это может замедлить срабатывание цепи в реальном случае отказа, а защита может сработать слишком медленно.
Примечание по защите от перенапряжения тиристорного лома:
Тиристор или SCR, выпрямитель с кремниевым управлением, может использоваться для защиты от перенапряжения в цепи питания. Обнаружив высокое напряжение, схема может запустить тиристор, чтобы поместить короткое замыкание или лом на шину напряжения, чтобы гарантировать, что оно не поднимется до высокого напряжения.
Подробнее о Схема защиты тиристорного лома от перенапряжения.
Фиксация напряжения: Другая очень простая форма защиты от перенапряжения использует подход, называемый фиксацией напряжения. В простейшей форме это может быть обеспечено с помощью стабилитрона, установленного на выходе регулируемого источника питания. Если напряжение на стабилитроне выбрано немного выше максимального напряжения шины, в нормальных условиях он не будет проводить. Если напряжение поднимется слишком высоко, оно начнет проводить, ограничивая напряжение на значении, немного превышающем напряжение шины.
Если для регулируемого источника питания требуется более высокий ток, можно использовать стабилитрон с транзисторным буфером. Это увеличит пропускную способность по току по сравнению с простой схемой на стабилитроне в коэффициент, равный коэффициенту усиления по току транзистора. Поскольку для этой схемы требуется силовой транзистор, вероятные уровни усиления по току будут низкими — возможно, 20-50.
Фиксатор перенапряжения на стабилитроне
(а) — простой стабилитрон, (б) — повышенный ток с транзисторным буферомОграничение напряжения: Когда для импульсных источников питания требуется защита от перенапряжения, методы SMPS с зажимом и ломом используются менее широко из-за требований к рассеиваемой мощности, а также из-за возможных размеров и стоимости компонентов.
К счастью, большинство импульсных регуляторов выходят из строя из-за низкого напряжения. Однако часто бывает целесообразно использовать возможности ограничения напряжения в случае возникновения перенапряжения.
Часто этого можно достичь, определив состояние повышенного напряжения и отключив преобразователь. Это особенно применимо в случае преобразователей постоянного тока в постоянный. При реализации этого необходимо включить измерительную петлю, которая находится за пределами основного регулятора IC — многие регуляторы режима переключения и преобразователи постоянного тока используют микросхему для создания большей части схемы.Очень важно использовать внешний контур считывания, потому что, если микросхема регулятора режима переключения повреждена, вызывая состояние перенапряжения, механизм считывания также может быть поврежден.
Очевидно, что для этой формы защиты от перенапряжения требуются схемы, специфичные для конкретной схемы и используемых микросхем импульсного источника питания.
Схема защиты тиристорного лома от перенапряжения
Фиксатор перенапряжения на стабилитроне Используются все три метода, которые могут обеспечить эффективную защиту источника питания от перенапряжения. У каждого есть свои преимущества и недостатки, и выбор техники должен зависеть от конкретной ситуации.
Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем
Возврат в меню проектирования схем. . .
Достижение координации реле и выборочной защиты от короткого замыкания в передающих сетях
Координация реле и селективная защита
Выбранный принцип защиты влияет на скорость работы защиты, что оказывает значительное влияние на ущерб, причиненный короткими замыканиями. Чем быстрее срабатывает защита, тем меньше опасности, повреждения и тепловые нагрузки.
Координация реле и избирательная защита от короткого замыкания в сетях передачиКроме того, продолжительность провала напряжения, вызванного коротким замыканием, будет тем короче, чем быстрее срабатывает защита.Таким образом, недостаток для других частей сети из-за пониженного напряжения будет сведен к минимуму. Быстрое срабатывание защиты также снижает пики нагрузки после аварии, которые в сочетании с провалом напряжения увеличивают риск распространения помех на исправные части сети.
В сетях передачи любое увеличение скорости работы защиты позволит увеличить нагрузку на линии, не увеличивая риск потери стабильности сети.
Хорошая и надежная селективность защиты важна для того, чтобы ограничить прерывание питания до минимально возможной области и дать четкую индикацию неисправной части сети. Это позволяет направить корректирующие действия на неисправный участок сети и восстановить подачу питания как можно быстрее.
Таким образом, следует обращать внимание на скорость срабатывания защиты, на которую может повлиять правильный выбор применяемого принципа защиты.
Селективная защита от короткого замыкания может быть достигнута различными способами, например:
- Градиентная защита по времени
- Временная и токовая защита
- Градуированная по времени и направлению
- Ток и полное сопротивление повышенная защита
- Блокировочная защита
- Дифференциальная защита
1. Градуированная по времени защита
Простой способ получения выборочной защиты — использовать временную градацию.Принцип состоит в том, чтобы классифицировать время срабатывания реле таким образом, чтобы реле, ближайшее к месту повреждения, сработало первым. Градуированная по времени защита реализуется с помощью реле максимального тока с независимой выдержкой времени или инверсной временной характеристикой .
Время срабатывания реле с независимой выдержкой времени не зависит от величины тока повреждения, в то время как время срабатывания реле с обратнозависимой выдержкой времени тем меньше, чем выше величина тока повреждения.Градуированная по времени защита лучше всего подходит для радиальных сетей.
Принцип защиты от обратнозависимой выдержки времени особенно подходит для радиальных сетей , где изменения мощности короткого замыкания из-за изменений в конфигурации сети невелики или где величина тока короткого замыкания в начале и конце фидера значительно отличается . В этих случаях использование реле с обратнозависимой выдержкой времени вместо реле с независимой выдержкой времени обычно может сократить время срабатывания защиты при высоких значениях тока короткого замыкания.Градуировку времени с помощью предохранителей также легче получить с помощью реле с обратнозависимой выдержкой времени.
Принимая во внимание приведенные выше аргументы, а также принимая во внимание, например, способность выдерживать ток короткого замыкания компонентов сети, применение реле с обратнозависимой выдержкой времени для защиты сети от короткого замыкания может быть оправдано.
Стандарты IEC 60255-151 и BS 142 определяют четыре набора характеристических кривых время-ток для реле с обратным временем:
- Нормальный обратный
- Длительный обратный
- Очень обратный
- Чрезвычайно обратный
Для обратного реле времени время срабатывания (с) можно рассчитать по уравнению (1):
где:
- k — регулируемый множитель времени
- I — измеренное значение фазного тока
- I> — установленное значение пускового (срабатывания) тока
- α, β — параметры, связанные с набором кривой
В соответствии со стандартами реле должно запускаться, когда ток включения превышает 1.3-кратный установленный пусковой ток , когда используется нормальная, очень или очень обратнозависимая временная характеристика. Когда используется долговременная обратная характеристика, реле должно запускать , когда ток включения превышает в 1,1 раза установленный пусковой ток .
Таблица 1 Параметры α и β определяют крутизну кривых время-ток следующим образом:
Рисунок 1 — Максимальная токовая защита радиальной сети и соответствующая диаграмма селективности
В двух словах о трансформаторах тока
Рисунок 1 — Эквивалентная схема трансформатора
Рисунок 2 — Расчет эквивалентной схемы трансформатора тока
Рисунок 3 — Векторная диаграмма трансформатора тока (относительно вторичной обмотки)