Простая защита от кз блока питания: Блоки питания своими руками с защитой от кз. Простая защита от короткого замыкания для блока питания схема своими руками — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Блоки питания своими руками с защитой от кз. Простая защита от короткого замыкания для блока питания схема своими руками

Данная схема представляет собой простейший блок питания на транзисторах, оборудованный защитой от короткого замыкания (КЗ). Его схема представлена на рисунке.

Основные параметры:

Выходное напряжение — 0..12В;
Максимальный выходной ток — 400 мА.

Схема работает следующим образом. Входное напряжение сети 220В преобразуется трансформатором в 16-17В, затем выпрямляется диодами VD1-VD4. Фильтрация пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется конденсатором С1. Далее выпрямленное напряжение поступает на стабилитрон VD6, который стабилизирует напряжение на своих выводах до 12В. Остаток напряжения гасится на резисторе R2. Далее осуществляется регулировка напряжения переменным резистором R3 до требуемого уровня в пределах 0-12В. Затем следует усилитель тока на транзисторах VT2 и VT3, который усиливает ток до уровня 400 мА. Нагрузкой усилителя тока служит резистор R5. Конденсатор С2 дополнительно фильтрует пульсации выходного напряжения.

Защита работает так. При отсутствии КЗ на выходе напряжение на выводах VT1 близко к нулю и транзистор закрыт. Цепь R1-VD5 обеспечивает смещение на его базе на уровне 0,4-0,7 В (падение напряжения на открытом p-n переходе диода). Этого смещения достаточно для открытия транзистора при определённом уровне напряжения коллектор-эмиттер. Как только на выходе происходит короткое замыкание, напряжение коллектор-эмиттер становится отличным от нулевого и равным напряжению на выходе блока. Транзистор VT1 открывается, и сопротивление его коллекторного перехода становится близким к нулю, а, значит, и на стабилитроне. Таким образом, на усилитель тока поступает нулевое входное напряжение, через транзисторы VT2, VT3 будет протекать очень маленький ток, и они не выйдут из строя. Защита отключается сразу же при устранении КЗ.

Детали

Трансформатор может быть любой с площадью сечения сердечника 4 см 2 и более. Первичная обмотка содержит 2200 витков провода ПЭВ-0,18, вторичная — 150-170 витков провода ПЭВ-0,45. Подойдёт и готовый трансформатор кадровой развёртки от старых ламповых телевизоров серии ТВК110Л2 или подобный. Диоды VD1-VD4 могут быть Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л или любые на ток не менее 1 А и обратное напряжение не менее 55 В. Транзисторы VT1, VT2 могут быть любые низкочастотные маломощные, например, МП39-МП42. Можно использовать и кремниевые более современные транзисторы, например, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 и другие. В качестве VT3 — германиевые П213-П215 или более современные кремниевые мощные низкочастотные КТ814, КТ816, КТ818 и другие. При замене VT1 может оказаться, что защита от КЗ не работает. Тогда следует последовательно с VD5 включить ещё один диод (или два, если потребуется). Если VT1 будет кремниевый, то и диоды лучше применять кремниевые, например, КД209(А-В).

В заключение стоит заметить, что вместо указанных на схеме p-n-p транзисторов можно применять и аналогичные по параметрам транзисторы n-p-n (не вместо какого-либо из VT1-VT3, а вместо всех из них). Тогда нужно будет поменять полярности включения диодов, стабилитрона, конденсаторов, диодного моста. На выходе, соответственно, полярность напряжения будет другая.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
VT1, VT2	Биполярный транзистор	МП42Б	2	МП39-МП42, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107	В блокнот
VT3	Биполярный транзистор	П213Б	1	П213-П215, КТ814, КТ816, КТ818	В блокнот
VD1-VD4	Диод	Д242Б	4	Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л	В блокнот
VD5	Диод	КД226Б	1		В блокнот
VD6	Стабилитрон	Д814Д	1		В блокнот
C1		2000 мкФ, 25 В	1		В блокнот
C2	Электролитический конденсатор	500 мкФ. 25 В	1		В блокнот
R1	Резистор	10 кОм	1		В блокнот
R2	Резистор	360 Ом	1		В блокнот
R3	Переменный резистор	4.7 кОм	1		В блокнот
R4, R5	Резистор

Когда мы включаем , напряжения на выходе не сразу достигают нужного значения, а примерно через 0.02 секунды, и чтобы исключить подачу пониженного напряжения на компоненты ПК, существует специальный сигнал «power good», также иногда называемый «PWR_OK» или просто «PG», который подаётся, когда напряжения на выходах +12В, +5В и +3.3В достигают диапазона корректных значений. Для подачи этого сигнала выделена специальная линия на ATX разъёме питания, подключаемого к (№8, серый провод).

Ещё одним потребителем этого сигнала является схема защиты от подачи пониженного напряжения (UVP) внутри БП, о которой ещё пойдёт речь – если она будет активна с момента включения на БП, то она просто не даст компьютеру включиться, сразу отключая БП, поскольку напряжения будут заведомо ниже номинальных. Поэтому эта схема включается только с подачей сигнала Power Good.

Этот сигнал подаётся схемой мониторинга или ШИМ-контроллером (широтно-импульсная модуляция, применяемая во всех современных импульсных БП, из-за чего они и получили своё название, английская аббревиатура – PWM, знакомая по современным кулерам – для управления их частотой вращения подаваемый на них ток модулируется подобным образом.)

Диаграмма подачи сигнала Power Good согласно спецификации ATX12V.
VAC — входящее переменное напряжение, PS_ON# — сигнал «power on», который подаётся при нажатии кнопки включения на системном блоке.»O/P» — сокращение для «operating point», т.е. рабочее значение. И PWR_OK — это и есть сигнал Power Good. T1 меньше чем 500 мс, T2 находится между 0.1 мс и 20 мс, T3 находится между 100 мс and 500 мс, T4 меньше или равно 10 мс, T5 больше или равно 16 мс и T6 больше или равно 1 мс.

Защита в обоих случаях реализована при помощи одной и той же схемы, мониторящей выходные напряжения +12В, +5В и 3.3В и отключающей БП в случае если одно из них окажется выше (OVP — Over Voltage Protection) или ниже (UVP — Under Voltage Protection) определённого значения, которое также называют «точкой срабатывания». Это основные типы защиты, которые в настоящее время присутствуют фактически во всех , более того, стандарт ATX12V требует наличия OVP.

Некоторую проблему составляет то, что и OVP, и UVP обычно сконфигурированы так, что точки срабатывания находятся слишком далеко от номинального значения напряжения и в случае с OVP это является прямым соответствием стандарту ATX12V:

Выход	Минимум	Обычно	Максимум
+12 V	13.4 V	15.0 V	15.6 V
+5 V	5.74 V	6.3 V	7.0 V
+3.3 V	3.76 V	4.2 V	4.3 V

Т.е. можно сделать БП с точкой срабатывания OVP по +12В на 15.6В, или +5В на 7В и он всё ещё будет совместим со стандартом ATX12V.

Такой будет длительное время выдавать, допустим, 15В вместо 12В без срабатывания защиты, что может привести к выходу из строя компонентов ПК.

С другой стороны, стандарт ATX12V чётко оговаривает, что выходные напряжения не должны отклоняться более чем на 5% от номинального значения, но при этом OVP может быть конфигурирована производителем БП на срабатывание при отклонении в 30% по линиям +12В и +3.3В и в 40% — по линии +5В.

Производители выбирают значения точек срабатывания используя ту или иную микросхему мониторинга или ШИМ-контроллера, потому что значения этих точек жёстко заданы спецификациями той или иной конкретной микросхемы.

Как пример возьмём популярную микросхему мониторинга PS223 , которая используется в некоторых , которые до сих присутствуют на рынке. Эта микросхема имеет следующие точки срабатывания для режимов OVP и UVP:

Выход	Минимум	Обычно	Максимум
+12 V	13.1 V	13.8 V	14.5 V
+5 V	5.7 V	6.1 V	6.5 V
+3.3 V	3.7 V	3.9 V	4.1 V

Выход	Минимум	Обычно	Максимум
+12 V	8.5 V	9.0 V	9.5 V
+5 V	3.3 V	3.5 V	3.7 V
+3.3 V	2.0 V	2.2 V	2.4 V

Другие микросхемы предоставляют другой набор точек срабатывания.

И ещё раз напоминаем вам, насколько далеко от нормальных значений напряжения обычно сконфигурированы OVP и UVP. Для того, чтобы они сработали, блок питания должен оказаться в весьма сложной ситуации. На практике, дешёвые БП, не имеющие кроме OVP/UVP других типов защиты, выходят из строя раньше, чем срабатывает OVP/UVP.

В случае с этой технологией (англоязычная аббревиатура OCP — Over Current Protection) есть один вопрос, который следовало бы рассмотреть более подробно. По международному стандарту IEC 60950-1 в компьютерном оборудовании ни по одному проводнику не должно передаваться более 240 Вольт-ампер, что в случае с постоянным током даёт 240 Ватт. Спецификация ATX12V включает в себя требование о защите от превышения по току во всех цепях. В случае с наиболее нагруженной цепью 12Вольт мы получаем максимально допустимый ток в 20Ампер. Естественно, такое ограничение не позволяет изготовить БП мощностью более 300Ватт, и для того, чтобы его обойти, выходную цепь +12В стали разбивать на две или более линий, каждая из которых имела собственную схему защиты от перегрузки по току. Соответственно, все выводы БП, имеющие +12В контакты, разбиваются на несколько групп по количеству линий, в некоторых случая на них даже наносится цветовая маркировка, чтобы адекватно распределять нагрузку по линиям.

Однако во многих дешёвых БП с заявленными двумя линиями +12В на практике используется только одна схема защиты по току, а все +12В провода внутри подключаются к одному выходу. Для того, чтобы реализовать адекватную работу такой схемы, защита от нагрузки по току срабатывает не при 20А, а при, например, 40А, и ограничение максимального тока по одному проводу достигается тем, что в реальной системе нагрузка в +12В всегда распределена по нескольким потребителям и ещё большему количеству проводов.

Более того, иногда разобраться, используется ли в данном конкретном БП отдельная защита по току для каждой линии +12В можно, только разобрав его и посмотрев на количество и подключение шунтов, используемых для измерения силы тока (в некоторых случаях количество шунтов может превышать количество линий, поскольку для измерения силы тока на одной линии могут использоваться несколько шунтов).

Различные типы шунтов для измерения силы тока.

Ещё одним интересным моментом является то, что в отличие от защиты от повышенного/пониженного напряжения допустимый уровень тока регулируется производителем БП, путём подпаивания резисторов того или иного номинала к выходам управляющей микросхемы. А на дешёвых БП, несмотря на требования стандарта ATX12V, эта защита может быть установлена только на линии +3.3В и +5В, либо отсутствовать вовсе.

Как следует из её названия (OTP — Over Temperature Protection), защита от перегрева выключает блок питания, если температура внутри его корпуса достигает определённого значения. Ей оснащены далеко не все блоки питания.

В блоках питания можно увидеть термистор, прикреплённый к радиатору (хотя в некоторых БП он может быть припаян прямо к печатной плате). Этот термистор соединён с цепью управления скоростью вращения вентилятора, он не используется для защиты от перегрева. В БП, оборудованных защитой от перегрева, обычно используется два термистора – один для управления вентилятором, другой, собственно для защиты от перегрева.

Защита от короткого замыкания (SCP — Short Circuit Protection) – вероятно, самая старая из подобных технологий, потому что её очень легко реализовать при помощи пары транзисторов, не задействуя микросхему мониторинга. Эта защита обязательно присутствует в любом БП и отключает его в случае короткого замыкания в любой из выходных цепей, во избежание возможного пожара.

Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания. Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.

В этой статье будет рассмотрено 3 варианта защит от переполюсовки , которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.

Вариант 1

Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в , стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности . В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.

Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.

При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.

Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.

Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.

Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.

А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.

Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.

Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

Итог

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.

Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.

Прикрепленные файлы:

Как сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank

Короткие замыкания происходят в любых электроустановках, вне зависимости от их сложности. Даже если электропроводка новая, светильники и розетки исправны, а электрооборудование выпущено известными на весь мир производителями, от коротких замыканий не застрахован никто. И от них нужно защищаться.

Устройства защиты от аварийных режимов в сети

Предохранители – самые простые устройства защиты. Раньше для ликвидации аварийных режимов в бытовых электропроводках применяли только их. В некоторых устройствах предохранители применяются и по сей день. Причина – они обладают высоким быстродействием и незаменимы для защиты полупроводниковых устройств.

После срабатывания предохранитель либо заменяется на новый, либо внутри него меняется плавкая вставка. Вставки для одного и того же корпуса предохранителя выпускаются на разные номиналы токов. Но необходимость держать на объекте или в квартире запас плавких вставок для оперативной замены является недостатком предохранителей.

Самым распространенным предохранителем в советское время была «пробка».

Предохранитель — «пробка»

На смену им пришли автоматические пробки типа ПАР , выпускавшиеся на токи 10, 16 и 25 А. Они вворачивались на место пробок, были многоразового использования и имели два защитных элемента, называемых расцепителями. Один защищал от коротких замыканий и срабатывал мгновенно, второй – от перегрузок и срабатывал с выдержкой времени.

Такие же расцепители имеют и все автоматические выключатели , пришедшие на смену предохранителям. Мгновенный расцепитель называют электромагнитным , потому что в основу его работу положен принцип втягивания штока катушки при превышении номинального тока. Шток ударяет по защелке и пружина размыкает контактную систему выключателя.

Расцепитель, действующий с выдержкой по времени называют тепловым. Работает он по принципу терморегулятора в утюге или электронагревателе. Биметаллическая пластина при прохождении по ней тока нагревается и медленно изгибается в сторону. Чем больше ток через нее, тем быстрее происходит изгиб. Затем она действует на ту же защелку, и автомат отключается. Если воздействие тока прекратилось, пластина остывает, возвращается в исходное положение, и отключения не происходит.

В старых электрощитах еще сохранились автоматические выключатели в карболитовом корпусе типов А-63, А3161, или более современные АЕ1030. Но все они уже не удовлетворяют современным требованиям.

Они изношены, и их механическая часть либо заржавела, либо утратила быстродействие. И не в каждом из них есть мгновенная защита от короткого замыкания. В некоторых аппаратах устанавливался только тепловой расцепитель. Да и скорость срабатывания электромагнитного расцепителя у автоматов этих серий ниже, чем у модульных.

Поэтому такие защитные устройства нужно менять на современные, пока они своим бездействием не натворили дел.

Принципы построения защиты

В многоквартирных домах автоматы установлены в щитке на лестничной площадке. Для защиты квартир этого достаточно. Но если Вы при замене электропроводки установили у себя персональный щиток, то в нем на каждую группу потребителей лучше установить персональный автомат. Тому есть несколько причин.

При замене розетки вам не понадобится отключать свет в квартире и пользоваться фонариком.
Для защиты некоторых потребителей вы снизите номинальный ток автомата, что сделает их защиту чувствительнее.
При повреждениях в электропроводке можно оперативно отключить аварийный участок и оставить в работе остальное.

В частных домах в качестве вводных используются двухполюсные выключатели. Это необходимо для случая ошибочного переключения на подстанции или линии, в результате которого фаза окажется на месте нуля. Использование двух однополюсных выключателей для этой цели недопустимо, так как может отключится тот, что в нуле, а фаза останется.

Нецелесообразно использование трехполюсного выключателя в качестве эквивалента трех однополюсных. Снятие планки, объединяющей три полюса не поможет. Внутри выключателя есть тяги, отключающие оставшиеся полюса при срабатывании одного из них.

При применении УЗО обязательно защитить эту же линию и автоматическим выключателем. УЗО защищает от токов утечки, но не защищает от коротких замыканий и перегрузок. Функции защиты от утечки и аварийных режимов работы совмещены в дифференциальном автомате.

Выбор автоматических выключателей

При замене старого автоматического выключателя новый устанавливайте на тот же номинальный ток. По требованиям Энергосбыта номинальный ток выключателя принимается, исходя из максимально разрешенной нагрузки.

Распределительная сеть устроена таким образом, что с приближением к источнику электроснабжения номинальные токи аппаратов защиты увеличиваются. Если ваша квартира включена через однофазный автоматический выключатель на 16 А, то все квартиры в подъезде могут быть подключены к трехфазному автомату на 40 А и равномерно распределены по фазам. В случае, если при коротком замыкании ваш автомат не отключится, через некоторое время от перегрузки сработает защита у подъездного. Каждое последующее защитное устройство резервирует предыдущее. Поэтому не стоит завышать значение номинального тока автоматического выключателя. Он может не сработать (не хватит тока) или отключится вместе с группой потребителей.

Современные модульные автоматические выключатели выпускаются с характеристиками «В», «С» и «D» . Отличаются они кратностью токов срабатывания отсечки.

Будьте внимательны с применением автоматов с характеристиками «D» и «В».

И помните: если короткое замыкание не отключить, оно приведет к пожару. Позаботьтесь об исправности защиты, и живите спокойно.

Практически каждый начинающий радиолюбитель стремится вначале своего творчества сконструировать сетевой блок питания, чтобы впоследствии использовать его для питания различных экспериментальных устройств. И конечно, хотелось бы, чтобы этот блок питания «подсказывал» об опасности выхода из строя отдельных узлов при ошибках или неисправностях монтажа.

На сегодняшний день существует множество схем, в том числе и с индикацией короткого замыкания на выходе. Подобным индикатором в большинстве случаев обычно служит лампа накаливания, включенная в разрыв нагрузки. Но подобным включением мы увеличиваем входное сопротивление источника питания или, проще говоря, ограничиваем ток, что в большинстве случаев, конечно, допустимо, но совсем не желательно.

Схема, изображенная на рис.1, не только сигнализирует о коротком замыкании, абсолютно не влияя на выходное сопротивление устройства, но и автоматически отключает нагрузку при закорачивании выхода. Кроме того, светодиод HL1 напоминает, что устройство включено в сеть, a HL2 светится при перегорании плавкого предохранителя FU1, указывая на необходимость его замены.

Электрическая принципиальная схема самодельного блока питания с защитой от коротких замыканий

Рассмотрим работу самодельного блока питания . Переменное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки Т1, выпрямляется диодами VD1…VD4, собранными по мостовой схеме. Конденсатеры С1 и С2 препятствуют проникновению в сети высокочастотных помех, а оксидный конденсатор С3 сглаживает пульсации напряжения, поступающего на вход компенсационного стабилизатора, собранного на VD6, VT2, VT3 и обеспечивающего на выходе стабильное напряжение 9 В.

Напряжение стабилизации можно изменить, подбирая стабилитрон VD6, например, при КС156А оно составит 5 В, при Д814А — 6 В, при ДВ14Б — В В, при ДВ14Г -10 В, при ДВ14Д -12 В. При желании выходное напряжение можно сделать регулируемым, для этого между анодом и катодом VD6 включают переменный резистор сопротивлением 3-5 кОм, а базу VT2 подключают к движку этого резистора.

Рассмотрим работу защитного устройстваблока питания . Узел защиты от КЗ в нагрузке состоит из германиевого п-р-п транзистора VT1, электромагнитного реле К1, резистора R3 и диода VD5. Последний в данном случае выполняет функцию стабистора, поддерживающего на базе VT1 неизменное напряжение около 0,6 — 0,7 В относительно общего.

В обычном режиме работы стабилизатора транзистор узла защиты надежно закрыт, так как напряжение на его базе относительно эмиттера отрицательное. При возникновении короткого замыкания эмиттер VT1, как и эмиттер регулирующего VT3, оказывается соединенным с общим минусовым проводом выпрямителя.

Другими словами, напряжение на его базе относительно эмиттера становится положительным, вследствие чего VT1 открывается, срабатывает К1 и своими контактами отключает нагрузку, светится светодиод HL3. После устранения короткого замыкания напряжение смещения на эмиттерном переходе VT1 снова становится отрицательным и он закрывается, реле К1 обесточивается, подключая нагрузку к выходу стабилизатора.

Детали для изготовления блока питания. Электромагнитное реле любое с возможно меньшим напряжением срабатывания. В любом случае должно соблюдаться одно непременное условие: вторичная обмотка Т1 должна выдавать напряжение, равное сумме напряжений стабилизации и срабатывания реле, т.е. если напряжение стабилизации, как в данном случае 9 В, а U сраб реле 6 В, то на вторичной обмотке должно быть не менее 15 В, но и не превышать допустимое на коллекторе-эмиттере применяемого транзистора. В качестве Т1 на опытном образце автор использовал ТВК-110Л2. Печатная плата устройства изображена на рис.2.

Печатная плата блока питания

Защита регулируемого блока питания — Знай свой компьютер

Надёжная токовая защита для БП и ЗУ на IR2153 и электронном трансформаторе.

Автор: Blaze, [email protected]
Опубликовано 09.02.2016
Создано при помощи КотоРед.

На создание данной статьи меня спровоцировал опыт создания блоков питания и зарядных устройств на основе простых импульсных блоков питания, которыми являются как иип на IR2153, так и переделанный различными способами под блок питания электронный трансформатор. Данные источники питания являются простыми, нестабилизированными импульсными блоками питания без каких-либо защит. Не смотря на данные недостатки, такие источники питания довольно просты в изготовлении,не требуют сложной настройки, времени на создание такого блока питания требуется меньше чем на полный ШИМ БП с узлами стабилизации и защиты.

Обьединив такой блок питания и простейший ШИМ- регулятор на NE555, получам регулируемый блок питания как для экспирементов, так и для зарядки АКБ. Радости нашей нет предела до того момента, пока данный девайс не попробовать на искру, или по ошибке, размышляя над созданием очередного аппарата перепутать полярность заряжаемого АКБ. Окрикивая громким хлопком и орошая едким дымом помещение,в котором произошол данный конфуз, изобретение сообщает нам, что простой импульсный блок питания, который собран по упрощённо-ознакомительной схеме не может быть надёжным.

Тут пришла мысль о том, чтобы найти не просто ввести тот или инной узел защиты в конкретный экземпляр блока питания, а найти или создать универсальную быстродействующую схему, которую можно внедрять в любой вторичный источник питания.

Требования к узлу защиты:

-плата защиты должна занимать мало места

-работоспособной при больших токах нагрузки

-высокая скорость срабатывания

Одним из заинтересовавших вариантов была такая схема, найденная в интерете:

При замыкании выхода данной схемы, разряжается ёмкость затвора VT1 через диод VD1, что приводит к закрытию VT1 и ток через транзистор не протекает, блок питания остаётся целым и невредимым. Но что же произойдёт если на выход данной схемы подключить нагрузку, в 300вт, когда наш иип может выдать всего 200вт? Не смотря на то что у нас присутствует схема защиты, замученный блок питания снова взрывается.

Недостатки данной схемы:

1. Необходимо точно подбирать сопротивление шунта, чтобы максимально допустимый ток блока питания создал такое падение напряжения на выбранном шунте, при котором VT2, открываясь полностью закроет VT1.

2. В данной схеме может наступить момент, когда ток проходящий через шунт, приоткроет VT2, вследствии чего VT1 начнёт закрываться и останется в таком состоянии, что будет недозакрыт, а учитывая что через VT1 протекает немалый ток, то данный линейный режим вызовет его сильный перегрев, врезультате которого VT1 будет пробит.

В блоке питания на IR2153 однажды применял триггерную защиту, остался доволен её работой. Прицепим к схеме триггерной защёлки на комплиментарной паре транзисторов шунт в качестве датчика тока и n-канальный транзистор в роли ключевого элемента получаем такую схему:

После подачи питания на схему, транзистор Q3, через светодиод и R4 открывается, стабилитрон D3 ограничивает напряжение на затворе полевого транзистора. D4 защищает Q3 от выбросов высокого напряжения, при подключении индуктивной нагрузки (электродвигатель). На паре транзисторов Q1, Q2 собран аналог тиристора. Ток, протекающий через шунт R1, вызывает падение напряжения, которое с движка переменного резистора R10, и цепочку R2, С2, поступает на базу транзистора Q2. Величину напряжения с шунта, которое пропорционально току, протекающему через этот шунт можно регулировать прерменным резистором R10. В момент, когда напряжение на базе Q2 станет больше 0.5-0.7в транзистор Q2 начнёт открываться, тем самым открывая Q1, в свою очередь транзистор Q1открываясь, будет открывать Q2. Данный процесс происходит очень быстро, за доли секунды транзисторы откроют друг друга и останутся в таком устойчивом состоянии. Через открытый аналог тиристора затвро Q3, а также резистор R4 окажутся подключены к общему проводнику схемы, что приведёт к закрытию Q3 и свечение светодиода D1 сообщит о том что сработала защита. Снять защиту можно как отключив кратковременно питание, так и кратковременным нажатием на кнопку S1.

Универсальная схема защиты была создана и проверена в работе, шунт R1 был составлен из двух резисторов 0.22 Ом 5Вт. Остался последний шаг – вводим в нвшу схему защиту от переполюсовки клемм АКБ.

Схема с защитой от переполюсовки :

Наша схема дополнилась диодом D2, резисторами R6, R5. Кнопка S1 была убрана из схемы по причине того, что при срабатывании защиты она не выводила схему из защиты, после доработки.

Токовая защита осталась без изменений, снять защиту можно отключив питание на 2-3 секунды. При подключении к выходу схемы АКБ, перепутав полярность, напряжение с АКБ через диод D2, резистор R6 поступает на базу Q2, срабатывает защита Q3 закрывается, светодиод D1 сигнализирует о срабатывании защиты.

На этой волне я заканчиваю поиски защиты для своих простых иип. Работой своих схем доволен, надеюсь они пригодятся и вам.

Такой блок питания будет длительное время выдавать , допустим, 15В вместо 12В без срабатывания защиты, что может привести к выходу из строя компонентов ПК.

Как пример возьмём популярную микросхему мониторинга PS223, которая используется в некоторых блоках питания, которые до сих присутствуют на рынке. Эта микросхема имеет следующие точки срабатывания для режимов OVP и UVP:

Сменить шрифт на обычный	короткая ссылка на новость: ↑ следующая новость \| предыдущая новость ↓
Когда мы включаем блок питания, напряжения на выходе не сразу достигают нужного значения, а примерно через 0.02 секунды, и чтобы исключить подачу пониженного напряжения на компоненты ПК, существует специальный сигнал «power good», также иногда называемый «PWR_OK» или просто «PG», который подаётся, когда напряжения на выходах +12В, +5В и +3.3В достигают диапазона корректных значений. Для подачи этого сигнала выделена специальная линия на ATX разъёме питания, подключаемого к материнской плате (№8, серый провод). Ещё одним потребителем этого сигнала является схема защиты от подачи пониженного напряжения (UVP) внутри БП , о которой ещё пойдёт речь – если она будет активна с момента включения на БП, то она просто не даст компьютеру включиться, сразу отключая БП, поскольку напряжения будут заведомо ниже номинальных. Поэтому эта схема включается только с подачей сигнала Power Good. Этот сигнал подаётся схемой мониторинга или ШИМ-контроллером (широтно-импульсная модуляция, применяемая во всех современных импульсных БП, из-за чего они и получили своё название, английская аббревиатура – PWM, знакомая по современным кулерам – для управления их частотой вращения подаваемый на них ток модулируется подобным образом.) Диаграмма подачи сигнала Power Good согласно спецификации ATX12V. VAC – входящее переменное напряжение, PS_ON# – сигнал «power on», который подаётся при нажатии кнопки включения на системном блоке.»O/P» – сокращение для «operating point», т.е. рабочее значение. И PWR_OK – это и есть сигнал Power Good. T1 меньше чем 500 мс, T2 находится между 0.1 мс и 20 мс, T3 находится между 100 мс and 500 мс, T4 меньше или равно 10 мс, T5 больше или равно 16 мс и T6 больше или равно 1 мс. Защита в обоих случаях реализована при помощи одной и той же схемы, мониторящей выходные напряжения +12В, +5В и 3.3В и отключающей БП в случае если одно из них окажется выше (OVP – Over Voltage Protection) или ниже (UVP – Under Voltage Protection) определённого значения, которое также называют «точкой срабатывания». Это основные типы защиты, которые в настоящее время присутствуют фактически во всех блоках питания, более того, стандарт ATX12V требует наличия OVP. Некоторую проблему составляет то, что и OVP, и UVP обычно сконфигурированы так, что точки срабатывания находятся слишком далеко от номинального значения напряжения и в случае с OVP это является прямым соответствием стандарту ATX12V:
Выход	Минимум	Обычно	Максимум
+12 V	13.4 V	15.0 V	15.6 V
+5 V	5.74 V	6.3 V	7.0 V
+3.3 V	3.76 V	4.2 V	4.3 V

Выход	Минимум	Обычно	Максимум
+12 V	13.1 V	13.8 V	14.5 V
+5 V	5.7 V	6.1 V	6.5 V
+3.3 V	3.7 V	3.9 V	4.1 V

Выход	Минимум	Обычно	Максимум
+12 V	8.5 V	9.0 V	9.5 V
+5 V	3.3 V	3.5 V	3.7 V
+3.3 V	2.0 V	2.2 V	2.4 V

Другие микросхемы предоставляют другой набор точек срабатывания.

В случае с этой технологией (англоязычная аббревиатура OCP – Over Current Protection) есть один вопрос, который следовало бы рассмотреть более подробно. По международному стандарту IEC 60950-1 в компьютерном оборудовании ни по одному проводнику не должно передаваться более 240 Вольт-ампер, что в случае с постоянным током даёт 240 Ватт. Спецификация ATX12V включает в себя требование о защите от превышения по току во всех цепях. В случае с наиболее нагруженной цепью 12Вольт мы получаем максимально допустимый ток в 20Ампер. Естественно, такое ограничение не позволяет изготовить БП мощностью более 300Ватт, и для того, чтобы его обойти, выходную цепь +12В стали разбивать на две или более линий, каждая из которых имела собственную схему защиты от перегрузки по току. Соответственно, все выводы БП, имеющие +12В контакты, разбиваются на несколько групп по количеству линий, в некоторых случая на них даже наносится цветовая маркировка, чтобы адекватно распределять нагрузку по линиям.

Однако во многих дешёвых БП с заявленными двумя линиями +12В на практике используется только одна схема защиты по току, а все +12В провода внутри подключаются к одному выходу. Для того, чтобы реализовать адекватную работу такой схемы, защита от нагрузки по току срабатывает не при 20А , а при, например, 40А, и ограничение максимального тока по одному проводу достигается тем, что в реальной системе нагрузка в +12В всегда распределена по нескольким потребителям и ещё большему количеству проводов.

Различные типы шунтов для измерения силы тока.

Как следует из её названия (OTP – Over Temperature Protection), защита от перегрева выключает блок питания, если температура внутри его корпуса достигает определённого значения. Ей оснащены далеко не все блоки питания.

В качестве англоязычного названия встречаются аббревиатуры OPP – Over Power Protection или OLP – Over Load Protection )Это опциональный вид защиты, реализуемый при помощи PWM-контроллера или микросхемы мониторинга, а на БП с активным PFC – контроллером PFC. В любом случае, мониторингу подвергается количество тока, который БП потребляет из электрической сети. Если его величина превосходит определённое значение, БП отключается.

Защита от короткого замыкания (SCP – Short Circuit Protection) – вероятно, самая старая из подобных технологий, потому что её очень легко реализовать при помощи пары транзисторов, не задействуя микросхему мониторинга. Эта защита обязательно присутствует в любом БП и отключает его в случае короткого замыкания в любой из выходных цепей, во избежание возможного пожара.

Это не совсем «защита» (NLO – No Load Operation), а просто конструктивная особенность, позволяющая БП включаться и работать без нагрузки на его выходах.

Здравствуйте, друзья! Лабораторный блок питания является прибором первой необходимости для начинающего радиолюбителя и по этому я хочу представить вашему вниманию свою новую самоделку. Очень простой и надежный лабораторный блок питания с регулятором напряжения от 1,5 до 30 вольт, максимальной силой тока 5А и защитой от короткого замыкания с звуковой сигнализацией. Источником питания для приведенной ниже схемы может служить любой трансформатор или импульсный блок питания, например от ноутбука с выходным напряжением от 16 до 40 вольт и максимальной силой тока до 5А.

Схема лабораторного блока питания 1,5-30В 5А с защитой от КЗ

Как работает блок питания?

Напряжение от источника питания проходя через диодный мост Br1 выпрямляется и поступает на регулятор напряжения состоящий из транзистора Т1, резистора R1 и переменного резистора Р1. На выходе из регулятора получается 12 вольт. Этим напряжением постоянно питается вентилятор, реле К1 и вольт амперметр V/A1.

В режиме ожидания от диодного моста Br1 через постоянно замкнутые контакты реле К1 подается напряжение на звуковой сигнализатор короткого замыкания в результате чего в бипере SP1 раздается постоянный звуковой сигнал, что свидетельствует о исправной системе защиты от короткого замыкания.

При кратковременном нажатии кнопки START S1 подается напряжение через резистор R2 на базу транзистора Т2 в результате, чего транзистор Т2 открывается и подает питание на обмотку реле К1, контакты реле К1 переключаются и происходит самоблокировка реле К1. В момент срабатывания реле К1 отключается звуковой сигнализатор короткого замыкания, а в место него подключается регулятор напряжения на микросхеме LM338T. Далее напряжение через шунтирующий диод D2 поступает на выход блока питания. Регуляция напряжения на выходе из блока питания выполняется переменным резистором Р2. Контроль напряжения и силы тока осуществляется вольт амперметром V/A1. В случае короткого замыкания происходит падение напряжения на базе транзистора Т2, транзистор закрывается в следствии чего, контакты реле переключаются. Нагрузка отключается, а на звуковой сигнализатор короткого замыкания подается питание и раздается звуковой сигнал. После устранения короткого замыкания следует кратковременно нажать кнопку START S1 и блок питания снова перейдет в рабочий режим. И так может продолжаться до бесконечности.

Список радиодеталей для сборки лабораторного блока питания:

Источник питания любой подходящий трансформатор или импульсный блок питания от 16 до 40 вольт
Транзисторы Т1, Т2 TIP41C, КТ819Г и их аналоги
Микросхема LM338T на 5А или LM350T на 3А, LM317T на 1,5А все зависит от мощности источника питания
Микросхема NE555
Диодный мост Br1 любой не менее 6А можно заменить диодами.
Диоды любые D1 0,5А, D2 от 1,5А до 10А зависит от нагрузки возможно параллельное соединение диодов
Конденсаторы С1, С2, С4 100нф, С3 470мкф 35в, С5 1000мкф 50в
Резисторы R1, R4 1k, R2 5,1k, R3 270, R5 10k, R6 330, R7 150, R8 200
Переменные резисторы Р1 10К, Р2 5К
Реле SRD12VDC-SL-C 12В 10А
Кнопка START S1 без фиксации на замыкание
Вентилятор М1 от компьютера
Бипер SP1 от компьютера или маленький динамик
Вольт амперметр китайский универсальный с Alliexpress

Внимание: При сборке лабораторного блока питания не изменяйте номиналы конденсаторов С1, С4, С5 иначе не будет срабатывать система защиты от короткого замыкания.

Цоколевка применяемых транзисторов

Возможно вам это пригодиться…

Все детали следует разместить на печатной плате изготовленной по лазерно-утюжной технологии.

Печатная плата лабораторного блока питания 1,5-30В 5А с защитой от КЗ

Как настроить блок питания?
Схема лабораторного блока очень простая, но все равно требуется небольшая настройка. Поставьте переменный резистор Р1 в среднее положение. Включите блок питания в сеть, подключите мультиметр параллельно вентилятору, резистором Р1 установите напряжение 12 вольт. Резистором R3 регулируется напряжение питания звукового сигнализатора короткого замыкания, смотрите по схеме напряжение на входе сигнализатора должно быть 12 вольт.

Тональность сигнализатора изменяется резистором R4 и конденсатором С2. Громкость регулируется подбором резистора R6. Порог срабатывания системы защиты от короткого замыкания подбирается резистором R2. Напряжение на выходе из блока питания изменяется переменным резистором Р2 его ручка выведена на лицевую панель блока питания.

В процессе работы транзистор Т1, микросхема LM338T и диодный мост будут сильно нагреваться, поэтому их следует установить на радиатор, перед установкой обязательно изолировать от радиатора. Как это сделать читайте здесь: Как изолировать транзисторы от радиатора?

Для контроля напряжения и силы тока лучше всего установить вот такой универсальный вольт амперметр.

Кстати, его надо откалибровать. С обратной стороны прибора находится два маленьких переменных резистора один отвечает за вольтаж, второй за ампераж. Делаем так, подключаем параллельно к выходу блока питания мультиметр, включаем в режим вольтметра и сравниваем показания приборов, если показания не соответствуют крутим переменный резистор в разные стороны, чтобы добиться наиболее точных показаний прибора. Чтобы откалибровать амперметр переключите мультиметр в режим амперметра. К блоку питания подключите лампочку последовательно с мультиметром и сверьте показания приборов.

Все компоненты лабораторного блока питания легко помещаются в корпусе от компьютерного блока питания.

Так выглядит готовое устройство. Для чего я установил два выключателя и кнопку на крыше блока питания? Красный выключатель сеть, он отключает трансформатор от сети 220В. Синяя кнопка START предназначена для перевода блока питания в рабочий режим.

Черный выключатель линия, чтобы отключать потребители от блока питания без откручивания проводов от разъемов. Справа два разъема типа «Banana» для подключения потребителей. На передней панели находится переменный резистор Р2 для регулировки выходного напряжения. И очень важная деталь это универсальный вольт амперметр.

В своем лабораторном блоке питания я установил трансформатор на 1,5 ампера. Его мощности вполне хватает, чтобы зарядить небольшой 12 вольтовый аккумулятор от бесперебойника емкостью 7А, его я установил на аккумуляторный шуруповерт. Если вы хотите собрать мощное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, тогда надо увеличить мощность лабораторного блока питания до 10 ампер.

Как увеличить мощность лабораторного блока питания до 10 ампер?

Чтобы увеличить мощность лабораторного блока питания достаточно параллельно микросхеме LM388T подключить мощный 12 амперный транзистор MJE13009. И соответственно заменить источник питания на более мощный трансформатор или импульсный блок питания. Схема будет выглядеть так.

Схема лабораторного блока питания 1,5-30В 10А с защитой от КЗ

Печатная плата будет выглядеть так.

Печатная плата лабораторного блока питания 1,5-30В 10А с защитой от КЗ

А для любителей чего либо измерять, я решил снять пару осциллограмм в разных режимах работы блока питания.

На этой осциллограмме напряжение на выходе из блока питания снижено до 12 вольт.

Осциллограмма трансформаторного лабораторного блока питания. Напряжение на выходе 12 вольт.

А здесь максимальное напряжение на выходе из блока питания 25 вольт.

Осциллограмма трансформаторного лабораторного блока питания. Напряжение на выходе 25 вольт.

P. S. Все схемы и печатные платы в этой статье я разработал самостоятельно. И прежде чем написать я убедился в 100% работоспособности лабораторного блока питания во всех режимах. Если у вас, что то не получилось, проверьте все ли вы сделали правильно…

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как работает лабораторный блок питания.

Простая схема регулируемого блока питания на транзисторах с защитой от перегрузки по току и КЗ. Пояснение принципа действия и работы данной схемы.

В этой статье предлагаю рассмотреть достаточно простую схему, классический вариант, блока питания с регулировкой выходного напряжения и тока срабатывания защиты от токовой перегрузки и короткого замыкания. Новичкам, которые первый раз видят данную схему наверняка будет не совсем понятен сам принцип действия и работа этого устройства. А что касается надежности этой схемы, то она уже проверена многими годами и многими радиолюбителями, электронщиками, которые в свое время обязательно должны были собирать этот регулируемый блок питания для своих различных электронных устройств. Так что схема проста, работоспособна и вполне надежна.

Давайте разберем эту схему. Вначале стоит обычный трансформаторный блок питания подходящей мощности. Поскольку в самой схеме регулятора напряжения стоит силовой транзистор КТ817, который может через свой переход коллектор-эмиттер пропустить до 3х ампер, то этим током пока и ограничимся. Итак, наш регулируемый блок питания будет выдавать на своем выходе постоянное напряжение от 0 до 12 вольт, с максимальной силой тока до 3 А. Следовательно максимальная рабочая мощность блока питания будет около 36 Вт (мы 12 В умножаем на 3 А). Поскольку трансформаторы такой мощности имеют КПД примерно равный 80%, то этот трансформатор у нас должен быть мощностью где-то 50 Вт.

Чтобы мы на выходе данного блока питания получили свои максимальные 12 вольт, то нужно чтобы наш трансформатор на вторичной обмотке выдавал переменное напряжение не менее 13,5 вольт. Почему так. Просто небольшая часть напряжения, а именно где-то 1,2 вольта потеряется на схеме стабилизатора напряжения. Ну об этом чуть позже. В итоге, нужно найти трансформатор мощностью около 45-60 Вт, вторичная обмотка которого может обеспечить ток до 3 ампер и напряжение 13,5-15 вольт. Ну, и желательно чтобы размеры этого трансформатора были подходящими, компактными, а это значит что лучше приобретать тор (круглая форма магнитного сердечника). В таких трансформаторах и размеры меньше и КПД выше. На входе первичной обмотке желательно предусмотреть плавкий предохранитель (на схеме обозначен как Z1), который в случае чего обезопасит схему блока питания от выгорания трансформатора.

Далее пониженное переменное напряжение, что выходит со вторичной обмотки трансформатора, поступает на диодный выпрямительный мост. Задача моста проста, сделать из переменного тока постоянный, то есть его выпрямить. На схеме я указал, что эти диоды в мосте D1 должны быть типа 1n4007, но изначально схема была нарисована на выходной тока до 1ого ампера. Именно этот ток (до 1 А) могут обеспечить данный тип диода. Поскольку мы уже делаем блок питания на 3 ампера, то либо нужен соответствующий диодный мост типа BR310 (можно и даже нужно делать запас по току и брать мосты ампер так на 5 или 6) либо же соединить параллельно 3 или 4 моста с диодами 1n4007. Обратное напряжение диодов моста должно быть, естественно, больше, чем напряжение, что на них подается.

Но как известно после диодного моста выходит пульсирующее напряжение, хотя оно уже и не меняет свою полярность. Чтобы эти пульсации убрать, или по крайней мере их свести к минимуму, то обычно для этого ставиться обычный фильтрующий конденсатор электролит. В схеме он обозначен как C1 и его емкость 500 микрофарад, хотя можно поставить и побольше, микрофарад так на 5000, будет только лучше. Учтите, что напряжение конденсаторов должно быть чуть больше того, которое на них подается в схеме при работе. Поскольку в противном случае возникает опасность выхода из строя данного конденсатора. Даже может бабахнуть.

Далее в регулируемом блоке питания, с защитой по току от КЗ и перегрузок, стоит сама схема, которая выполняет функцию регулируемого стабилизатора напряжения, и токовой защиты. В начале этой схемы стоит обычный параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из стабилитрона VD1 и резистора R1.

На стабилитроне оседает опорное напряжение, то на какое рассчитан сам стабилитрон. В этой схеме нужен стабилитрон с напряжением стабилизации 13,5 вольт (14 В). Причем стоит заметить, выходное напряжение будет равно напряжению стабилитрона плюс 1,2 вольта, что потеряются на составном транзисторе, состоящем из VT1 и VT2 (на их базо-эмиттерном переходе).

Напряжение питание должно быть больше хотя бы на 0,5-2 вольта, чем напряжение стабилитрона. Именно эта добавленное напряжение и нужно для нормальной, стабильной работы стабилитрона (параметрического стабилизатора). Сам стабилитрон можно поставить например Д814Д, либо поставить несколько параллельно соединенных стабилитронов и диодов, общее напряжение стабилизации чтобы было равно 14 вольтам.

Параллельно стабилитрону подключен переменный резистор R2. Именно им осуществляется регулировка величины выходного напряжения. Со среднего вывода этого резистора, относительно минуса, напряжение снимается и подается на базу первого транзистора VT1 (составного). Этот составной транзистор состоит из VT1 и VT2 и включен по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель). А как известно, при таком подключении транзисторов усиление происходит только по току, напряжение же остается практически неизменным, и даже чуть меньше. И получается, что какое напряжение будет выставлено на переменном резисторе, то такое напряжение (с вычетом 1,2 В) и будет на выходе регулируемого блока питания. Но при этом через составной транзистор будет проходит максимально возможный ток, ограничивается только величиной нагрузки и максимально допустимым током самих силовых транзисторов (напомню, что КТ817 может выдерживать до 3 ампера). Этот транзистор следует установить на радиатор для лучшего охлаждения.

Ну и теперь что касается функции защиты по току от короткого замыкания и чрезмерной перегрузки. Как видно на схеме коллекторно-эмиттерный переход транзистора VT3 подключен параллельно выводам переменного резистора, с которых снимается регулируемое напряжение. Следовательно, если этот транзистор защиты по току будет открываться, то тем самым он будет способствовать снижению выходного напряжения. А это, естественно, приведет и к снижению величины силы тока в нагрузке. Ну, а чтобы транзистор защиты начал открываться, нужно появление напряжения на его базо-эмиттерном переходе, который подключен к еще одному переменному резистору R3. Именно этим резистором можно регулировать силу тока перегрузки и КЗ. Этот переменный резистор подключен к еще одному резистору R4, который и выполняет роль датчика величины тока в цепи нагрузки.

Работа этого датчика тока проста. На рисунке под схемой (в нижнем, правом углу) можно увидеть три последовательно соединенных резистора, что соответствует сопротивлениям силового транзистора (коллекторно-эмиттерный переход), сопротивления самой нагрузки и сопротивления резистора R4. Если мы увеличим нагрузку, уменьшив ее сопротивления, то напряжение будет перераспределяется между другими сопротивлениями в этой цепи. Следовательно на резисторе R4 при перегрузке или коротком замыкании увеличится напряжение, что и приведет к открытию защитный транзистор VT3. Сопротивления датчика тока R4 можно подбирать под нужный диапазон тока перегрузки и его величина может быть от 0,1 до 10 Ом. При этом мощность этого сопротивления должна быть не менее 1 Ватта.

Ну и на выходе нашего блока питания стоит еще один конденсатор электролит, который еще лучше фильтрует возможные пульсации, делая выходное постоянное напряжении более стабильным и ровным. Его емкость может быть от 500 мкф до 2200 мкф и напряжением 16 или 25 вольт.

Видео по этой теме:

P.S. Эта схема проверена десятилетиями, и она собиралась и успешно использовалась многими электронщиками и радиолюбителями. Так что если Вы начинающий электронщик, обязательно попробуйте собрать эту схему. При чем она начинает работать сразу после сборки, ну а если что-то не получается, сначала попытайтесь понять сам принцип действия этой схемы, который я описал в данной статье. Ну, а на этом пожалуй и все, удачи и благополучия в делах.

Простая защита БП от КЗ нагрузки

Простая защита БП от КЗ нагрузки

Зарядные устройства (ЗУ), как правило, снабжены электронной системой защиты от короткого замыкания на выходе. Однако в радиолюбительской практике еще встречаются простые ЗУ, состоящие из понижающего трансформатора и выпрямителя. Необходимые же компоненты для того, чтобы собрать электронную защиту, не всегда доступны. В этом случае можно применить несложную электромеханическую защиту с использованием реле или автоматических выключателей многократного действия (например, автоматические предохранители или АВМ в квартирных электросчетчиках). Достоинства предлагаемой защиты: простота и отсутствие дорогих полупроводниковых приборов. Недостаток ее — высокая инерционность. Быстродействие релейной защиты составляет примерно 0,1 с, с использованием АВМ- 1…3с.

Когда аккумулятор (или аккумуляторная батарея) соединен с выходом устройства, реле К1 срабатывает и своими контактами К1.1 подключает ЗУ (см. схему). При коротком замыкании выходное напряжение резко уменьшится, обмотка реле будет обесточена, что приведет к размыканию контактов и отключению аккумулятора от ЗУ. Повторное включение после устранения неисправности осуществляется кнопкой SB1. Конденсатор С1, заряженный до выходного напряжения выпрямителя, подключается к обмотке реле. Резистор R1 ограничивает импульс тока при ошибочном включении, когда короткое замыкание на выходе не устранено. Резистор R2 ограничивает ток короткого замыкания выпрямительных диодов. Его можно не включать в цепь, если диоды рассчитаны на импульсные токи такого значения. В противном случае — резистор R2 обязателен. Однако следует помнить, что выходное напряжение ЗУ должно быть в этом случае больше на значение падения напряжения на резисторе R2 при номинальном зарядном токе. АВМ защищает при перегрузках по току, что релейная защита выполнить не может. Автоматический предохранитель (или выключатель) подключают последовательно с контактами реле. Сопротивление АВМ — около 0,4 Ом. В этом случае резистор R2 можно не включать.

Параметры элементов конструкции зависят от типа ЗУ. Например, для ЗУ автомобильных аккумуляторных батарей необходимо выбрать реле на номинальное напряжение 12 В с допустимым током не менее 20 А. Этим условиям удовлетворяет реле РЭН34 (паспорт ХП4.500.030-01), замыкающие контакты которого следует включить параллельно. Для ЗУ с номинальным током до 1 А можно применить реле РЭС22 (паспорт РФ4.523.023-05). Конденсатор С1 — оксидный (К50-12,К50-16 и т.д.).

Д. АТАЕВ, г. Стерлитамак
РАДИО №8, 1998, c.65
Источник: shems.h2.ru

Простой бп с защитой от кз. Несколько защитных устройств блоков питания

Вариант 1

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Итог

Прикрепленные файлы:

Схема подключения транзистора к блоку питания приведена на рис.1, а вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 — на рис.2. Работает защита так. Если сопротивление резистора 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 практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ 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.

Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1. Нужно выбирать 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 — тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (такой пример показан на рис. 3).
Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации — рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.

Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. 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 ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
Однопереходный транзистор может быть КТ117А- КТ117Г, телефон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).

Рис. 4

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.
Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

Незаменимой частью множественных радиоустройств является стабилизированный блок питания , собранный, как правило, на транзисторах. В процессе работы таких устройств может случится перегрузка блока питания . Особенно частенько это случается с лабораторными блоками, предназначенными для отработки и налаживания самых различных конструкций.

Такие нарушения нормального режима работы устройства нередко приводят к повреждениям его элементов, чаще всего — регулирующего транзистора стабилизатора. При пробое этого транзистора к нагрузке окажется приложенным полное выходное напряжение выпрямителя, часто небезопасное и для нее.

Плавкие предохранители мало спасают от повреждения блока питания и нагрузки, так как нередко регулирующий транзистор стабилизатора выходит из строя раньше, чем перегорит предохранитель. Надежную защиту в этих случаях можно обеспечить с помощью специального электронного защитного устройства.

В помещенной ниже подборке заметок описаны различные по сложности устройства, предложенные радиолюбителями-читателями. Выпрямителям и стабилизаторам в заметках уделено минимум внимания.

Защитные устройства разделяются на две группы: встроенные в стабилизатор и воздействующие на его регулирующий транзистор (например, устройство В. Захарченко) и автономные, содержащие отдельный ключевой элемент (устройство В. Мельникова). Устройства второй группы чаще называют электронными предохранителями. Защитное устройство Н. Цесарука занимает промежуточное положение между этими группами.

Некоторые виды нагрузки имеют свойство сильно перегружать блок питания в момент включения в сеть, вызывая ложное срабатывание защитного устройства. Отмечены также случаи, когда в момент включения усилителя НЧ из-за резкого всплеска тока через громкоговоритель усилителя выходили из строя динамические головки громкоговорителей (разрушались их звуковые катушки). Защитное устройство Л. Выскубова и В. Макарова позволяет устранить эти недостатки.

Кажущаяся сложность защитного устройства Н. Цесарука окупается высокими эксплуатационными характеристиками, в частности быстродействием и надежностью защиты.

Нередко радиолюбители оснащают блоки питания только лампами накаливания или электронно-оптическими индикаторами, сигнализирующими о перегрузке. Подобные устройства целесообразны в большинстве случаев, иногда же индикатора вообще бывает достаточно, чтобы вовремя зафиксировать перегрузку блока питания и отключить его от сети. Поэтому редакция сочла возможным включить в подборку описания и этих индикаторов.

Защитное устройство стабилизатора блока питания, схема которого показана на рис. 1, обладает высоким быстродействием и хорошей «релейностью”, то есть малым влиянием на характеристики блока в рабочем режиме и надежным закрыванием регулирующего транзистора Т2 в режиме перегрузки. Защитное устройство состоит из тринистора Д1, диодов Д2 и Д3 и резисторов R2 и R3. Оно работает следующим образом. В рабочем режиме тринистор Д1 закрыт и напряжение на базе транзистора Т1 равно напряжению стабилизации цепочки стабилитронов Д4, Д5. При перегрузке ток через резистор R2 и падение напряжения на нем достигают величины, достаточной для открывания тринистора Д1 по цепи управляющего электрода. Открывшийся тринистор замыкает цепочку стабилитронов Д4, Д5. что приводит к закрыванию транзисторов Т1 и Т2.

Для того чтобы восстановить рабочий режим после устранения причины перегрузки, нужно нажать и отпустить кнопку Кн1. При этом тринистор закроется, а транзисторы Т1 и Т2 вновь откроются. Резистор R3 и диоды Д2, Д3 защищают управляющий переход тринистора Д1 от перегрузок по току и напряжению соответственно.

Стабилизатор обладает следующими основными параметрами: входное напряжение 28-38 В, выходное стабилизированное напряжение — 24 В; коэффициент стабилизации — около 30; ток срабатывания защиты — 2 А. быстродействие — несколько микросекунд.

Транзистор Т2 можно заменить на КТ802А, КТ805Б, а Т1 — на П307- П309. КТ601, КТ602 с любым буквенным индексом. Тринистор Д1 может быть любым из серии КУ201, кроме КУ201А и КУ201Б.

В. Захарченко г. Киев

* * *

Стабилизатор блока питания , схема которого представлена на рис. 2, может быть защищен от перегрузок и коротких замыканий нагрузки введением всего двух деталей — тринистора Д2 и резистора R5. Защитное устройство срабатывает, когда ток нагрузки превысит определенное пороговое значение, определяемое сопротивлением резистора R5. В этот момент падение напряжения на этом резисторе достигает напряжения открывания тринистора Д2 (около 1 В), он открывается и напряжение на базе транзистора Т1 уменьшается почти до нуля. Поэтому транзистор Т1, а вслед за ним и Т2 закрываются, отключая цепь нагрузки.

Для возвращения стабилизатора в исходный режим нужно кратковременно нажать на кнопку Кн1. Резистор R3 служит для ограничения тока базы транзистора Т2. Резистор R5 наматывают медным проводом.

Номинальное входное напряжение стабилизатора — 40 В, выходное можно регулировать от 27 В почти до нуля. Максимальный ток нагрузки — 2 А.

Вместо транзистора П701А можно использовать КТ801А, КТ801Б. Транзистор Т2 можно заменить на КТ803А, КТ805А, КТ805Б, П702, П702А.

А. Бизер г. Херсон

Примечание редакции. Выходное сопротивление стабилизатора можно уменьшить на величину сопротивления резистора R5, если изменить место его включения (как показано на рис. 2 штриховыми линиями). Чтобы избежать случаев ложного срабатывания защиты от зарядного тока конденсатора С2 при включении блока питания в сеть, этот конденсатор лучше изъять из устройства.

* * *

Особенностью электронного предохранителя стабилизатора, схема которого изображена на рис. 3, является возможность регулирования тока срабатывания. Предохранитель собран на транзисторах Т1 и Т2 (в его состав входят также резисторы R1-R4, стабилитрон Д1, переключатель В1 и лампа накаливания Л1). Устанавливают требуемое значение тока срабатывания переключателем В1. Работает устройство следующим образом. В рабочем режиме за счет базового тока, протекающего через резистор R1 (R2 или R3), транзистор Т1 открыт и падение напряжения на нем невелико. Поэтому ток в базовой цепи транзистора Т2 очень мал, стабилитрон Д1, включенный в прямом направлении, и транзистор Т2 закрыты.

С увеличением тока нагрузки стабилизатора падение напряжения на транзисторе Т1 увеличивается. В некоторый момент стабилитрон Д1 открывается, вслед за ним открывается транзистор Т2, что приводит к закрыванию транзистора Т1. Теперь на этом транзисторе падает почти все входное напряжение и ток через нагрузку резко уменьшается до нескольких десятков миллиампер. Лампа Л1 загорается, указывая на срабатывание предохранителя. Возврат его в исходный режим производят кратковременным отключением от сети.

Входное напряжение устройства, собранного по схеме на рис. 3, равно 50±5 В, выходное стабилизированное можно регулировать в пределах примерно от 1 до 27 В. Коэффициент стабилизации — около 20. Для повышения температурной стабильности выходного напряжения последовательно со стабилитроном Д3 включен еще один стабилитрон Д2 в прямом направлении.

Каскад на транзисторе Т1 сравнивает напряжение на резисторе R2, пропорциональное току нагрузки стабилизатора, с напряжением на стабилитроне Д2. включенном в прямом направлении. При перегрузке стабилизатора напряжение на резисторе R2 становится больше напряжения на стабилитроне и транзистор Т1 открывается. Благодаря действию положительной обратной связи между цепями коллектора и базы этого транзистора в системе транзистор Т1 — реле Р1 развивается блокинг-процесс.

Длительность импульса — около 30 мс (в случае применения реле РМУ, паспорт РС4.533.360СП). Во время импульса напряжение на коллекторе транзистора Т1 резко уменьшается. Это падение напряжения через диод Т3 передается на базу регулирующего транзистора Т2 стабилизатора (напряжение на базе транзистора становится положительным относительно эмиттера), транзистор закрывается и ток через цепь нагрузки резко уменьшается.

Одновременно с открыванием транзистора Т1 начинает увеличиваться ток через коллекторную обмотку реле Р1, и примерно через 10 мс оно срабатывает, самоблокируется и отключает цепь нагрузки контактами P1/1. По окончании блокинг-процесса транзистор Т1 закрывается, реле Р1 остается включенным, а стабилизатор — обесточенным. Для восстановления исходного режима на короткое время отключают блок питания от сети. Быстродействие электронной защиты зависит от частотных свойств транзисторов Т1 и Т2 и скорости нарастания тока через коллекторную обмотку реле P1 (то есть от собственной емкости и индуктивности рассеяния обмоток реле) и не превышает нескольких десятков микросекунд. Защитное устройство срабатывает при токе нагрузки, равном 0,4 А.

Стабилизатор блока обладает коэффициентом стабилизации около 50. Номинальное входное напряжение 20 В, выходное — 15 В. Порог срабатывания защиты можно сделать регулируемым, для чего параллельно резистору R2 включают переменный резистор сопротивлением 10-20 Ом, к среднему выводу которого и подключают провод от вывода к базовой обмотки реле Р1.

Как только ток нагрузки достигает порогового значения, падение напряжения на резисторах R5 и R6 увеличивается настолько, что яркость свечения светодиода оптрона становится достаточной для открывания фототиристора. Его сопротивление становится очень малым, и на базу транзистора Т1 поступает положительное напряжение, закрывающее электронный ключ. При этом напряжение на нагрузке резко уменьшается, лампа Л1 гаснет. Ток, протекающий через фототиристор и резисторы R4 и R1, достаточен для удержания оптрона во включенном состоянии

Для того чтобы вернуть устройство в исходное состояние, нужно на короткое время нажать на кнопку Кн1. При этом фототиристор оптрона оказывается замкнутым накоротко и закрывается, электронный ключ поддерживается закрытым, а конденсатор С1 разряжается. В первый момент после отпускания кнопки электронный ключ остается закрытым и плавно открывается по мере заряда конденсатора С1 через резистор R1 Напряжение на нагрузке плавно увеличивается до номинального (описанный процесс происходит и при включении блока питания в сеть). Этим полностью устраняется опасность первоначального броска тока через нагрузку, который нередко является причиной выхода из строя элементов нагрузки и блока питания. Отсутствие броска тока, кроме этого, позволяет избежать ложных срабатываний защитного устройства.

Диоды Д1 и Д2 ускоряют процесс перехода транзисторов электронного ключа от режима насыщения к закрыванию при возникновении перегрузки. Порог срабатывания ключа устанавливают переменным резистором R5. Лампу Л1 выбирают исходя из требуемого номинального напряжения на нагрузке. Транзисторы Т2 и Т3 следует устанавливать на теплоотвод площадью не менее 100-120 см2.

Максимальное входное напряжение, при котором возможно использование описываемого устройства, — 50 В; максимальный ток нагрузки — 5 А; минимальный ток срабатывания — 0.4 А. Паление напряжения на защитном устройстве при открытом электронном ключе не превышает 1,5 В. Устройство может применяться для защиты выпрямителей, стабилизаторов напряжения, транзисторов мощных каскадов усилителей НЧ.

В. Макаров, Л. Выскубов, г. Ленинград

Добрый день. В этой заметке я хочу предложить вашему вниманию блок питания дополнительного усилителя мощности для портативной радиостанции «Веда-ЧМ» . Выходное напряжение блока питания 24В, номинальный ток нагрузки – 3,5А, порог тока срабатывания защиты от короткого замыкания – 5,5А, ток короткого замыкания – 0,06А.

Общий вид комплекта показан на фото 1.

Схема блока питания представлена на рисунке 1.

Силовой трансформатор блока – перемотанный сетевой трансформатор от старого телевизора ТС-90-1, в качестве первичной обмотки — используются все витки сетевой обмотки трансформатора. Новая вторичная обмотка содержит 2×65 витков провода ПЭТВ-2 диаметром 1,25мм. При отсутствии провода данного диаметра, можно на каждой из катушек намотать по 130 витков проводом диаметром 0,9мм. При этом катушки потом соединяют синфазно параллельно при сохранении схемы мостового выпрямителя. Если эти катушки соединить последовательно, то от двух диодов можно избавиться (Рис.2).

Схема стабилизатора собрана навесным монтажом (1 на фото 2). Конденсаторы С3 и С4 у меня находятся в корпусе усилителя мощности. Цифрой два обозначен дополнительный регулируемый стабилизатор напряжения для питания «Веда-ЧМ», собранного на микросхеме КРЕН12А. Меняя напряжение питания самой радиостанции, можно менять в некоторых пределах выходную мощность излучения усилителя. Схему этого стабилизатора можно найти в рубрике «Блоки питания» — «Стабилизатор напряжения на КР142ЕН12А». Индикатор перегрузки работает следующим образом. Напряжение на конденсаторах фильтра выпрямителя С1и С2 примерно равно 37 вольт, учитывая, что выходное напряжение – 24В, напряжение между точками 1 и 2 будет находиться в районе13 вольт, которого не хватит для пробоя стабилитронов VD5, VD6, так как их суммарное напряжение стабилизации равно 15В. При «коротыше» напряжение между этими точками возрастет, через стабилитроны потечет ток и светодиод HL1 загорится, а светодиод HL2 – погаснет. Обратите внимание на то, что на «земле» находятся коллектора мощных транзисторов, что, ну просто очень удобно, размещая транзисторы непосредственно на корпусе изделия. Блок питания и усилитель мощности висят на стене чердака под антенной, что значительно уменьшает потери мощности в кабеле. До свидания. К.В.Ю.

Основные параметры:

Выходное напряжение — 0..12В;
Максимальный выходной ток — 400 мА.

Детали

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VT1, VT2	Биполярный транзистор	МП42Б	2	МП39-МП42, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107	Поиск в Fivel	В блокнот
VT3	Биполярный транзистор	П213Б	1	П213-П215, КТ814, КТ816, КТ818	Поиск в Fivel	В блокнот
VD1-VD4	Диод	Д242Б	4	Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л	Поиск в Fivel	В блокнот
VD5	Диод	КД226Б	1		Поиск в Fivel	В блокнот
VD6	Стабилитрон	Д814Д	1

Защиты от короткого замыкания для любого бп. Защита от короткого замыкания схема

Требования к узлу защиты:

Минмиум деталей

Плата защиты должна занимать мало места

Работоспособной при больших токах нагрузки

Отсутствие реле

Высокая скорость срабатывания

Одним из заинтересовавших вариантов была такая схема, найденная в интерете:

Недостатки данной схемы:

Универсальная схема защиты была создана и проверена в работе, шунт R1 был составлен из двух резисторов 0.22 Ом 5Вт. Остался последний шаг — вводим в нвшу схему защиту от переполюсовки клемм АКБ.

Схема с защитой от переполюсовки:

Приятных вам экспирементов!

ID: 2237

Как вам эта статья?

В качестве устройства электронной защиты источников питания можно использовать предлагаемый электронный предохранитель, включаемый между источниками и нагрузкой. Схема работает следующим образом. Когда ток нагрузки не превышает заранее установленного тока срабатывания, транзистор VT2 открыт, и падение напряжения на нем минимально. При увеличении тока нагрузки свыше заданного, увеличивается падение напряжения на транзисторе VT2, в связи с чем увеличивается напряжение, поступающее через R4 на базу VT1. Транзистор VT1 начинает открываться.

Процесс происходит лавинообразно благодаря наличию положительной обратной связи через резистор R4. В результате VT2 закрывается, и через нагрузку ток не протекает. Одновременно загорается сигнал о перегрузке. Приведенные на схеме номиналы резисторов соответствуют напряжению 9 В и току срабатывания 1 А. При необходимости изменить параметры предохранителя необходимо пересчитать величины сопротивлений R3 и R4.

Для питания собираемых 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.

Рис.1

О. СИДОРОВИЧ, г. Львов, Украина

Отличительная особенность предлагаемого устройства — малое падение напряжения в номинальном режиме. Кроме того, после устранения аварийной ситуации оно автоматически восстанавливает свою работоспособность.

Устройство предназначено для защиты от замыкания в нагрузке и перегрузки по току. Его включают между источником питания и нагрузкой. Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с описанным, например, в — малое падение напряжения в номинальном режиме, а также автоматический возврат в рабочее состояние после устранения причины аварии. Последнее особенно важно при кратковременных перегрузках.

Основные технические параметры

Напряжение питания, В……….12

Номинальный ток, А…………..1

Ток срабатывания защиты, А……1,2

Падение напряжения при номинальном токе, не более, В………………….0,6

Устройство содержит транзисторный коммутатор, узлы защиты и запуска. Основной элемент — коммутатор, выполненный на транзисторе VT5 (рис. 1).

Л. МОРОХИН, с. Макарова Московской обл.

Предлагаемое устройство целесообразно использовать совместно с регулируемым стабилизатором напряжения, не имеющим специальных узлов защиты.

Устройство предназначено для защиты регулирующего элемента стабилизатора напряжения от токовой и температурной перегрузок. Защита срабатывает при:

Превышении током нагрузки допустимого (установленного) значения;

Замыкании на выходе стабилизатора;

Превышении допустимой рассеиваемой мощности регулирующим элементом (нагрева его корпуса выше 50…70″С).

Датчик температуры — терморезистор RK1 (рис. 1), смонтированный непосредственно на регулирующем элементе стабилизатора. При увеличении напряжения на нем открывает транзистор, который, в свою очередь, включает тринистор VS1.

Кнопки SB1 и SB2 позволяют отключать и подключать нагрузку к источнику питания, что необходимо в процессе налаживания питаемого устройства. Если защита срабатывает в результате перегрева регулирующего элемента, нагрузка не будет подключена до тех пор, пока не уменьшится его температура, о чем судят по выключению светодиода HL1.

И. АЛЕКСАНДРОВ, г. Курск

При налаживании различной радиоэлектронной аппаратуры желательно пользоваться блоком питания с встроенной и регулируемой электронной защитой по току нагрузки. Если имеющийся в вашем распоряжении блок не имеет такой защиты, ее можно выполнить в виде приставки, включаемой между выходными гнездами блока и нагрузкой. Таким образом, приставка-предохранитель в случае превышения заданного максимального тока нагрузки мгновенно отключит ее от блока питания.

Электронный предохранитель (см. рисунок) содержит мощный транзистор VT2, который включен в минусовый провод питания, два стабилизатора тока на полевых транзисторах — один регулируемый (на VT1), в другой — нерегулируемый (на VT3), и чувствительный элемент — тринистор VS1. Управляющее напряжение на тринистор поступает с датчика тока, в роли которого выступает резистор R1 весьма малого сопротивления (0,1 Ома), и с резистора R2. Данный тип тринистора включается при напряжении на управляющем электроде (относительно катода) 0,5…0,6 В.

Ток нагрузки создает падение напряжения на резисторе R1, которое для тринистора является открывающим. Кроме того, ток, протекающий через транзистор VT1 (его можно изменять переменным резистором R3), создает падение напряжения на резисторе R2, которое также будет открывающим для тринистора. Когда сумма этих напряжений достигнет определенного значения, тринистор откроется, напряжение на нем уменьшится до 0,7…0,8 В. Зажжется светодиод HL1 и просигнализирует об аварии. В то же время напряжение на светодиоде HL2 уменьшится настолько, что он погаснет. Транзистор VT2 закроется, и нагрузка окажется отключенной от блока питания.

Для защиты электродвигателей от перегрузок до последнего времени обычно применяют предохранители в сочетании с магнитными пускателями. Предохранители надежно защищают устройство от перегрузки по току, но нередко являются первопричиной другого вида повреждений — обрыва фазы.
Защиту от чрезмерно большого тока обеспечивают и тепловые реле магнитных пускателей, которые включают в цепь питания электродвигателя. Однако такое защитное устройство требует подстройки при изменении внешней температуры и подбора нагревательных элементов в соответствии с мощностью защищаемого электродвигателя.

Описываемое ниже автоматическое устройство позволяет защитить электродвигатель как от перегрузки по току, так и от обрыва фазы. Оно регистрирует ток в каждом фазном проводнике и сравнивает наибольшее из измеренных значений с установленным порогом срабатывания.

Схема защиты от переполюсовки. Схема предназначена для защиты от переполюсовки различных электронных устройств. Напряжение срабатывания реле должно быть меньше или равно рабочему напряжению устройства.

Общий вид комплекта показан на фото 1.

Схема блока питания представлена на рисунке 1.

Основные параметры:

Выходное напряжение — 0..12В;
Максимальный выходной ток — 400 мА.

Детали

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VT1, VT2	Биполярный транзистор	МП42Б	2	МП39-МП42, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107	Поиск в Fivel	В блокнот
VT3	Биполярный транзистор	П213Б	1	П213-П215, КТ814, КТ816, КТ818	Поиск в Fivel	В блокнот
VD1-VD4	Диод	Д242Б	4	Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л	Поиск в Fivel	В блокнот
VD5	Диод	КД226Б	1		Поиск в Fivel	В блокнот
VD6	Стабилитрон	Д814Д	1

Вариант 1

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Итог

Прикрепленные файлы:

Как сделать защиту от короткого замыкания. Защита блока питания от кз

Представлена конструкция защиты для блока питания любого типа. Данная схема защиты может совместно работать с любыми блоками питания — сетевыми, импульсными и аккумуляторами постоянного тока. Схематическая развязка такого блока защиты относительна проста и состоит из нескольких компонентов.

Схема защиты блока питания

Силовая часть — мощный полевой транзистор — в ходе работы не перегревается, следовательно в теплоотводе тоже не нуждается. Схема одновременно является защитой от переплюсовки питания, перегруза и КЗ на выходе, ток срабатывания защиты можно подобрать подбором сопротивления резистора шунта, в моем случае ток составляет 8 Ампер, использовано 6 резисторов 5 ватт 0,1 Ом параллельно подключенных. Шунт можно сделать также из резисторов с мощностью 1-3 ватт.

Более точно защиту можно настроить путем подбора сопротивления подстроечного резистора. Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока

~~~При КЗ и перегрузе выхода блока, защита мгновенно сработает, отключив источник питания. О срабатывании защиты осведомит светодиодный индикатор. Даже при КЗ выхода на пару десятков секунд, полевой транзистор остается холодным

~~~Полевой транзистор не критичен, подойдут любые ключи с током 15-20 и выше Ампер и с рабочим напряжением 20-60 Вольт. Отлично подходят ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные — IRF3205, IRL3705, IRL2505 и им подобные.

~~~Данная схема также отлично подходит в качестве защиты зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, если вдруг перепутали полярность подключения, то с зарядным устройством ничего страшного не произойдет, защита спасет устройство в таких ситуациях.

~~~Благодаря быстрой работе защиты, ее можно с успехом применить для импульсных схем, при КЗ защита сработает быстрее, чем успеют сгореть силовые ключи импульсного блока питания. Схематика подойдет также для импульсных инверторов, в качестве защиты по току. При перегрузе или кз во вторичной цепи инвертора, мигом вылетают силовые транзисторы инвертора, а такая защита не даст этому произойти.

Комментарии
Защита от короткого замыкания , переплюсовки полярноси и перегруза собрана на отдельной плате. Силовой транзистор использован серии IRFZ44, но при желании можно заменить на более мощный IRF3205 или на любой другой силовой ключ, который имеет близкие параметры. Можно использовать ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и другие ключи с током более 20 Ампер. В ходе работы полевой транзистор остается ледяным,. поэтому в теплоотводе не нуждается.

Второй транзистор тоже не критичен, в моем случае использован высоковольтный биполярный транзистор серии MJE13003, но выбор большой. Ток защиты подбирается исходя из сопротивления шунта — в моем случае 6 резисторов по 0,1Ом параллельно, защита срабатывает при нагрузке 6-7 Ампер. Более точно можно настроить вращением переменного резистора, таким образом я настроил ток срабатывания в районе 5 Ампер.

Мощность блока питания довольно приличная, выходной ток доходит до 6-7 Ампер, что вполне достаточно для зарядки автомобильного аккумулятора.
Резисторы шунта выбрал с мощностью 5 ватт, но можно и на 2-3 ватт.

Если все сделано правильно, то блок начинает работать сразу, замыкайте выход, должен загореться светодиодный индикатор защиты, который будет гореть до тех пор, пока выходные провода находятся в режиме КЗ.
Если все работает как нужно, то приступаем дальше. Собираем схему индикатора.

Схема срисована из зарядника аккумуляторной отвертки. Красный индикатор свидетельствует о том, что имеется выходное напряжение на выходе БП, зеленый индикатор показывает процесс заряда. С таким раскладом компонентов, зеленый индикатор будет постепенно потухат и окончательно потухнет, когда напряжение на аккумуляторе будет 12,2-12,4 Вольт, когда аккумулятор отключен, индикатор гореть не будет.

Простейшая защита от короткого замыкания актуальна как для опытного, так и для начинающего радиолюбителя, так как от ошибок не застрахован никто. В этой статье приведено простую, но весьма оригинальную схему, которая поможет вам уберечь ваше устройство от не желательного выхода из строя. Самовосстанавливающийся предохранитель обесточивает схему, а светодиоды сигнализируют об аварийной ситуации, быстро, надёжно и просто.

Схема защиты от КЗ:

Схема, приведённая на рисунке №1, является весьма простой в настройке защитой для радиолюбительского блока питания или любой другой схемы.

Рисунок №1 – Схема защиты от коротко замыкания.

Работа схемы защиты от короткого замыкания:

Схема весьма простая, и понятная. Так как ток течёт по пути наименьшего сопротивления пока предохранитель FU1 цел, то подключена выходная нагрузка Rн рисунок №2 и через неё протекает ток. При этом постоянно горит светодиод VD4 (желательно зелёного цвета свечения).

Рисунок №2 – Работа схемы при целом предохранителе

Если же ток нагрузки, превышает максимальный ток допустимый для предохранителя, он срабатывает тем самым разрывая (шунтируя) цепь нагрузки рисунок №3. При этом загорается светодиод VD3 (красного цвета свечения) а VD4 гаснет. При этом не страдает и ваша нагрузка ни схема (конечно при условии своевременно срабатывания предохранителя).

Рисунок №3 – Сработал предохранитель

Диоды VD1,VD5 и стабилитрон VD2, защищают светодиоды от обратных токов. Резисторы R1,R2 ограничивают ток в схеме защиты. В качестве предохранителя FU1 я рекомендую использовать самовосстанавливающийся предохранитель. А номиналы всех элементов схемы вы подбираете в зависимости от ваших потребностей.

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Сегодня моя статья будет носить исключительно теоретический характер, вернее в ней не будет «железа» как в предыдущих статьях, но не расстраивайтесь — менее полезной она не стала. Дело в том, что проблема защиты электронных узлов напрямую влияет на надежность устройств, их ресурс, а значит и на ваше важное конкурентное преимущество — возможность давать длительную гарантию на продукцию . Реализация защиты касается не только моей излюбленной силовой электроники, но и любого устройства в принципе, поэтому даже если вы проектируете IoT-поделки и у вас скромные 100 мА — вам все равно нужно понимать как обеспечить безотказную работу своего устройства.

Защита по току или защита от короткого замыкания (КЗ) — наверное самый распространенный вид защиты потому, что пренебрежение в данном вопросе вызывает разрушительные последствия в прямом смысле. Для примера предлагаю посмотреть на стабилизатор напряжения, которому стало грустно от возникшего КЗ:

Диагноз тут простой — в стабилизаторе возникла ошибка и в цепи начали протекать сверхвысокие токи, по хорошему защита должна была отключить устройство, но что-то пошло не так. После ознакомления со статьей мне кажется вы и сами сможете предположить в чем могла быть проблема.

Что касается самой нагрузки… Если у вас электронное устройство размером со спичечный коробок, нет таких токов, то не думайте, что вам не может стать так же грустно, как стабилизатору. Наверняка вам не хочется сжигать пачками микросхемы по 10-1000$? Если так, то приглашаю к ознакомлению с принципами и методами борьбы с короткими замыканиями!

Цель статьи

Свою статью я ориентирую на людей для которых электроника это хобби и начинающих разработчиков, поэтому все будет рассказываться «на пальцах» для более осмысленного понимания происходящего. Для тех, кому хочется академичности — идем и читаем любой ВУЗовский учебники по электротехники + «классику» Хоровица, Хилла «Искусство схемотехники».

Отдельно хотелось сказать о том, что все решения будут аппаратными, то есть без микроконтроллеров и прочих извращений. В последние годы стало совсем модно программировать там где надо и не надо. Часто наблюдаю «защиту» по току, которая реализуется банальным измерением напряжения АЦП какой-нибудь arduino или микроконтроллером, а потом устройства все равно выходят из строя. Я настоятельно не советую вам делать так же! Про эту проблему я еще дальше расскажу более подробно.

Немного о токах короткого замыкания

Для того, чтобы начать придумывать методы защиты, нужно сначала понять с чем мы вообще боремся. Что же такое «короткое замыкание»? Тут нам поможет любимый закон Ома, рассмотрим идеальный случай:

Просто? Собственно данная схема является эквивалентной схемой практически любого электронного устройства, то есть есть источник энергии, который отдает ее в нагрузку, а та греется и что-то еще делает или не делает.

Условимся, что мощность источника позволяет напряжению быть постоянным, то есть «не проседать» под любой нагрузкой. При нормальной работе ток, действующий в цепи, будет равен:

Теперь представим, что дядя Вася уронил гаечный ключ на провода идущие к лампочке и наша нагрузка уменьшилась в 100 раз, то есть вместо R она стала 0,01*R и с помощью нехитрых вычислений мы получаем ток в 100 раз больше. Если лампочка потребляла 5А, то теперь ток от нагрузки будет отбираться около 500А, чего вполне хватит чтобы расплавить ключ дяди Васи. Теперь небольшой вывод…

Короткое замыкание — значительное уменьшение сопротивления нагрузки, которое ведет к значительному увеличению тока в цепи.

Стоит понимать, что токи КЗ обычно в сотни и тысячи раз больше, чем ток номинальный и даже короткого промежутка времени хватает, чтобы устройство вышло из строя. Тут наверняка многие вспомнят о электромеханических устройствах защиты («автоматы» и прочие), но тут все весьма прозаично… Обычно розетка бытовая защищена автоматом с номинальным током 16А, то есть отключение произойдет при 6-7 кратном токе, что уже около 100А. Блок питания ноутбука имеет мощность около 100 Вт, то есть ток нем менее 1А. Даже если произойдет КЗ, то автомат долго будет этого не замечать и отключит нагрузку, только когда все уже сгорит. Это скорее защита от пожара, а не защита техники.

Теперь давайте рассмотрим еще один, часто встречающийся случай — сквозной ток . Покажу я его на примере dc/dc преобразователя с топологией синхронный buck, все MPPT контроллеры, многие LED-драйвера и мощные DC/DC преобразователи на платах построены именно по ней. Смотрим на схему преобразователя:

На схеме обозначены два варианта превышения тока: зеленый путь для «классического» КЗ, когда произошло уменьшение сопротивления нагрузки («сопля» между дорог после пайки, например) и оранжевый путь . Когда ток может протекать по оранжевому пути? Я думаю многие знают, что сопротивление открытого канала полевого транзистора очень небольшое, у современных низковольтных транзисторов оно составляет 1-10 мОм. Теперь представим, что на ключи одновременно пришел ШИМ с высоким уровнем, то есть оба ключа открылись, для источника «VCCIN — GND» это равносильно подключению нагрузки сопротивлением около 2-20 мОм! Применим великий и могучий закон Ома и получим даже при питании 5В значение тока более 250А! Хотя не переживайте, такого тока не будет — компоненты и проводники на печатной плате сгорят раньше и разорвут цепь.

Данная ошибка очень часто возникает в системе питания и особенно в силовой электронике. Она может возникать по разным причинам, например, из-за ошибки управления или длительных переходных процессах. В последнем случае не спасет даже «мертвое время» (deadtime) в вашем преобразователе.

Думаю проблема понятна и многим из вас знакома, теперь понятно с чем нужно бороться и осталось лишь придумать КАК. Об этом и пойдет дальнейший рассказ.

Принцип работы защиты по току

Тут необходимо применить обычную логику и увидеть причинно-следственную связь:
1) Основная проблема — большое значения тока в цепи;
2) Как понять какое значение тока? -> Измерить его;
3) Измерили и получили значение -> Сравниваем его с заданным допустимым значением;
4) Если превысили значение -> Отключаем нагрузку от источника тока.

Измерить ток -> Узнать превысили ли допустимый ток -> Отключить нагрузку

Абсолютно любая защита, не только по току, строится именно так. В зависимости от физической величины по которой строится защита, будут возникать на пути реализации разные технические проблемы и методы их решения, но суть неизменна.

Теперь предлагаю по порядку пройти по всей цепочки построения защиты и решить все возникающие технические проблемы. Хорошая защита — это защита, которую предусмотрели заранее и она работает. Значит без моделирования нам не обойтись, я буду использовать популярный и бесплатный MultiSIM Blue , который активно продвигается Mouser-ом. Скачать его можно там же — ссылка . Также заранее скажу, что в рамках данной статьи я не буду углубляться в схемотехнические изыски и забивать вам голову лишними на данном этапе вещами, просто знайте, что все немного сложнее в реальном железе будет.

Измерение тока

Это первый пункт в нашей цепочке и наверное самый простой для понимания. Измерить ток в цепи можно несколькими способами и у каждого есть свои достоинства и недостатки, какой из них применить конкретно в вашей задаче — решать только вам. Я же расскажу, опираясь на свой опыт, о этих самых достоинствах и недостатках. Часть из них «общепринятые», а часть мои мироощущения, прошу заметить, что как какую-то истину даже не пытаюсь претендовать.

1) Токовый шунт . Основа основ, «работает» все на том же великом и могучем законе Ома. Самый простой, самый дешевый, самый быстрый и вообще самый самый способ, но с рядом недостатков:

А) Отсутствие гальванической развязки . Ее вам придется реализовывать отдельно, например, с помощью быстродействующего оптрона. Реализовать это не сложно, но требует дополнительного места на плате, развязанного dc/dc и прочие компоненты, которые стоят денег и добавляют габаритных размеров. Хотя гальваническая развязка нужна далеко не всегда, разумеется.

Б) На больших токах ускоряет глобальное потепление . Как я ранее писал, «работает» это все на законе Ома, а значит греется и греет атмосферу. Это приводит к уменьшению КПД и необходимости охлаждать шунт. Есть способ минимизировать этот недостаток — уменьшить сопротивления шунта. К сожалению бесконечно уменьшать его нельзя и вообще я бы не рекомендовал уменьшать его менее 1 мОм , если у вас пока еще мало опыта, ибо возникает необходимость борьбы с помехами и повышаются требования к этапу конструирования печатной платы.

В своих устройствах я люблю использовать вот такие шунты PA2512FKF7W0R002E:

Измерение тока происходит путем измерения падения напряжения на шунте, например, при протекании тока 30А на шунте будет падение:

То есть, когда мы получим на шунте падение 60 мВ — это будет означать, что мы достигли предела и если падение увеличится еще, то нужно будет отключать наше устройство или нагрузку. Теперь давайте посчитаем сколько тепла выделится на нашем шунте:

Не мало, правда? Этот момент надо учитывать, т.к. предельная мощность моего шунта составляет 2 Вт и превышать ее нельзя, так же не стоит припаивать шунты легкоплавким припоем — отпаяться может, видел и такое.

Используйте шунты, когда у вас большое напряжение и не сильно большие токи
Следите за количеством выделяемого на шунте тепла
Используйте шунты там, где нужно максимальное быстродействие
Используйте шунты только из специальным материалов: константана, манганина и подобных

2) Датчики тока на эффекте Холла . Тут я допущу себе собственную классификацию, которая вполне себе отражает суть различных решений на данном эффекте, а именно: дешевые и дорогие .

А) Дешевые , например, ACS712 и подобные. Из плюсов могу отметить простоту использования и наличия гальванической развязки, на этом плюсы кончаются. Основным недостатком является крайне нестабильное поведение под воздействием ВЧ помех. Любой dc/dc или мощная реактивная нагрузка — это помехи, то есть в 90% случаев данные датчики бесполезны, ибо «сходят с ума» и показывают скорее погоду на Марсе. Но не зря же их делают?

Они имеют гальваническую развязку и могут измерять большие токи? Да. Не любят помехи? Тоже да. Куда же их поставить? Правильно, в систему мониторинга с низкой ответственностью и для измерения тока потребления с аккумуляторов. У меня они стоят в инверторах для СЭС и ВЭС для качественной оценки тока потребления с АКБ, что позволяет продлить жизненный цикл аккумуляторов. Выглядят данные датчики вот так:

Б) Дорогие . Имеют все плюсы дешевых, но не имеют их минусов. Пример такого датчика LEM LTS 15-NP :

Что мы имеем в итоге:
1) Высокое быстродействие;
2) Гальваническую развязку;
3) Удобство использования;
4) Большие измеряемые токи независимо от напряжения;
5) Высокая точность измерения;
6) Даже «злые» ЭМИ не мешают работе и не; влияют на точность.

Но в чем тогда минус? Те, кто открывали ссылку выше однозначно его увидели — это цена. 18$, Карл! И даже на серии 1000+ штук цена не упадет ниже 10$, а реальная закупка будет по 12-13$. В БП за пару баксов такое не поставить, а как хотелось бы… Подведем итог:

А) Это лучшее решение в принципе для измерения тока, но дорогое;
б) Применяйте данные датчики в тяжелых условиях эксплуатации;
в) Применяете эти датчики в ответственных узлах;
г) Применяйте их если ваше устройство стоит очень много денег, например, ИБП на 5-10 кВт, там он себя однозначно оправдает, ведь цена устройства будет несколько тысяч $.

3) Трансформатор тока . Стандартное решение во многих устройствах. Минуса два — не работают с постоянным током и имеют нелинейные характеристики. Плюсы — дешево, надежно и можно измерять просто огромнейшие токи. Именно на трансформаторах тока построены системы автоматики и защиты в РУ-0.4, 6, 10, 35 кВ на предприятиях, а там тысячи ампер вполне себе нормальное явление.

Честно говоря, я стараюсь их не использовать, ибо не люблю, но в различных шкафах управления и прочих системах на переменном токе все таки ставлю, т.к. стоят они пару $ и дают гальваническую развязку, а не 15-20$ как LEM-ы и свою задачу в сети 50 Гц отлично выполняют. Выглядят обычно вот так, но бывают и на всяких EFD сердечниках:

Пожалуй с методами измерения тока можно закончить. Я рассказал об основных, но разумеется не обо всех. Для расширения собственного кругозора и знаний, советую дополнительно хотя бы погуглить да посмотреть различные датчики на том же digikey.

Усиление измеренного падения напряжения

Дальнейшее построение системы защиты пойдет на базе шунта в роли датчика тока. Давайте строить систему с ранее озвученным значением тока в 30А. На шунте мы получаем падение 60 мВ и тут возникают 2 технические проблемы:

А) Измерять и сравнивать сигнал с амплитудой 60 мВ неудобно. АЦП имеют обычно диапазон измерений 3.3В, то есть при 12 битах разрядности мы получаем шаг квантования:

Это означает, что на диапазон 0-60 мВ, который соответствует 0-30А мы получим небольшое количество шагов:

Получаем, что разрядность измерения будет всего лишь:

Стоит понимать, что это идеализированная цифра и в реальности они будет в разы хуже, т.к. АЦП сам по себе имеет погрешность, особенно в районе нуля. Конечно АЦП для защиты мы использовать не будем, но измерять ток с этого же шунта для построения системы управления придется. Тут задача была наглядно объяснить, но это так же актуально и для компараторов, которые в районе потенциала земли (0В обычно) работают весьма нестабильно, даже rail-to-rail.

Б) Если мы захотим протащить по плате сигнал с амплитудой 60 мВ, то через 5-10 см от него ничего не останется из-за помех, а в момент КЗ рассчитывать на него точно не придется, т.к. ЭМИ дополнительно возрастут. Конечно можно схему защиты повесить прямо на ногу шунта, но от первой проблемы мы не избавимся.

Для решения данных проблем нам понадобится операционный усилитель (ОУ). Рассказывать о том, как он работает не буду — тема отлично гуглится, а вот о критичных параметрах и выборе ОУ мы поговорим. Для начала давайте определимся со схемой. Я говорил, что особых изяществ тут не будет, поэтому охватим ОУ отрицательной обратной связью (ООС) и получим усилитель с известным коэффициентов усиления. Данное действия я смоделирую в MultiSIM (картинка кликабельна):

Скачать файл для симуляции у себя можно — .

Источник напряжения V2 выполняет роль нашего шунта, вернее он симулирует падение напряжения на нем. Для наглядности я выбрал значение падения равное 100 мВ, теперь нам нужно усилить сигнал так, чтобы перенести его в более удобное напряжение, обычно между 1/2 и 2/3 V ref . Это позволит получить большое количество шагов квантования в диапазон токов + оставить запас на измерения, чтобы оценить насколько все плохо и посчитать время нарастания тока, это важно в сложных системах управления реактивной нагрузкой. Коэффициент усиления в данном случае равен:

Таким образом мы имеем возможность усилить сигнал наш сигнал до требуемого уровня. Теперь рассмотрим на какие параметры стоит обратить внимание:

ОУ должен быть rail-to-rail, чтобы адекватно работать с сигналами около потенциала земли (GND)
Стоит выбирать ОУ с высокой скоростью нарастания выходного сигнала. У моего любимого OPA376 этот параметр равен 2В/мкс, что позволяет достигать максимальное выходное значение ОУ равное VCC 3.3В всего за 2 мкс. Этого быстродействия вполне достаточно, чтобы спасти любой преобразователь или нагрузку с частотами до 200 кГц. Данные параметры стоит понимать и включать голову при выборе ОУ, иначе есть шанс поставить ОУ за 10$ там, где хватило бы и усилителя за 1$
Полоса пропускания, выбираемого ОУ, должна быть как минимум в 10 раз больше, чем максимальная частота коммутации нагрузки. Опять же ищите «золотую середину» в соотношение «цена/ТТХ», все хорошо в меру

В большинстве своих проектов я использую ОУ от Texas Instruments — OPA376, его ТТХ хватает для реализации защиты в большинстве задач и ценник в 1$ вполне себе хорош. Если вам необходимо дешевле, то смотрите на решения от ST, а если еще дешевле, то на Microchip и Micrel. Я по религиозным соображениям использую только TI и Linear, ибо оно мне нравится и сплю так спокойнее.

Добавляем реализм в систему защиты

Давайте теперь в симуляторе добавим шунт, нагрузку, источник питания и прочие атрибуты, которые приблизят нашу модель к реальности. Полученный результат выглядит следующим образом (картинка кликабельная):

Скачать файл симуляции для MultiSIM можно — .

Тут уже мы видим наш шунт R1 с сопротивлением все те же 2 мОм, источник питания я выбрал 310В (выпрямленная сеть) и нагрузкой для него является резистор 10.2 Ом, что опять по закону Ома дает нам ток:

На шунте как видите падают, ранее посчитанные, 60 мВ и их мы усиливаем с коэффициентом усиления:

На выходе мы получаем усиленный сигнал с амплитудой 3.1В. Согласитесь, его уже и на АЦП можно подать, и на компаратор и протащить по плате 20-40 мм без каких либо опасений и ухудшения стабильности работы. С этим сигналом мы и будем далее работать.

Сравнение сигналов с помощью компаратора

Компаратор — это схема, которая принимает на вход 2 сигнала и в случае если амплитуда сигнала на прямом входе (+) больше, чем на инверсном (-), то на выходе появляется лог. 1 (VCC). В противном случае лог. 0 (GND).

Формально любой ОУ можно включить как компаратор, но такое решение по ТТХ будет уступать компаратору по быстродействию и соотношению «цена/результат». В нашем случае, чем выше быстродействие, тем выше вероятность, что защита успеет отработать и спасти устройство. Я люблю применять компаратор, опять же от Texas Instrumets — LMV7271 . На что стоит обратить внимание:

Задержка срабатывания, по факту это основной ограничитель быстродействия. У указанного выше компаратора это время около 880 нс, что достаточно быстро и во многих задачах несколько избыточно по цене в 2$ и вы можете подобрать более оптимальный компаратор
Опять же — советую использовать rail-to-rail компаратор, иначе на выходе у вас будет не 5В, а меньше. Убедиться в этом вам поможет симулятор, выберите что-то не rail-to-rail и поэкспериментируйте. Сигнал с компаратора обычно подается на вход аварии драйверов (SD) и хорошо бы иметь там устойчивый TTL сигнал
Выбирайте компаратор с выходом push-pull, а не open-drain и другие. Это удобно и имеем прогнозируемые ТТХ по выходу

Теперь давайте добавим компаратор в наш проект в симуляторе и посмотрим на его работу в режиме, когда защита не сработала и ток не превышает аварийный (кликабельная картинка):

Скачать файл для симуляции в MultiSIM можно — .

Что нам нужно… Нужно в случае превышения тока более 30А, чтобы на выходе компаратора был лог. 0 (GND), этот сигнал будет подавать на вход SD или EN драйвера и выключать его. В нормальном состоянии на выходе должна быть лог. 1 (5В TTL) и включать работу драйвера силового ключа (например, «народный» IR2110 и менее древние).

Возвращаемся к нашей логике:
1) Измерили ток на шунте и получили 56.4 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 2.88В;
3) На прямой вход компаратора подаем опорный сигнал с которым будем сравнивать. Его задаем с помощью делителя на R2 и выставляет 3.1В — это соответствует току примерно в 30А. Данным резистором регулируется порог срабатывания защиты!
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В > 2.88В. На прямом входу (+) напряжение выше, чем на инверсном входе (-), значит ток не превышен и на выходе лог. 1 — драйвера работают, а наш светодиод LED1 не горит.

Теперь увеличиваем ток до значения >30А (крутим R8 и уменьшаем сопротивление) и смотрим на результат (кликабельная картинка):

Давайте пересмотри пункты из нашей «логики»:
1) Измерили ток на шунте и получили 68.9 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 3.4В;
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В

Почему аппаратная?

Ответ на этот вопрос простой — любое программируемое решение на МК, с внешним АЦП и прочее, могут попросту «зависнуть» и даже если вы достаточно грамотный софтописатель и включили сторожевой таймер и прочие защиты от зависания — пока оно все обработается ваше устройство сгорит.

Аппаратная защита позволяет реализовать систему с быстродействием в пределах нескольких микросекунд, а если бюджет позволяет, то в пределах 100-200 нс, чего достаточно вообще для любой задачи. Также аппаратная защита не сможет «зависнуть» и спасет устройство, даже если по каким-то причинам ваш управляющий микроконтроллер или DSP «зависли». Защита отключит драйвер, ваша управляющая схема спокойно перезапустится, протестирует аппаратную часть и либо подаст ошибку, например, в Modbus или запустится если все хорошо.

Тут стоит отметить, что в специализированных контроллерах для построения силовых преобразователей есть специальные входы, которые позволяют аппаратно отключить генерацию ШИМ сигнала. Например, у всеми любимого STM32 для этого есть вход BKIN.

Отдельно стоит сказать еще про такую вещь как CPLD. По сути это набор высокоскоростной логики и по надежности оно сопоставимо с аппаратным решением. Вполне здравым смыслом будет поставить на плату мелкую CPLD и реализовать в ней и аппаратные защиты, и deadtime и прочие прелести, если мы говорим о dc/dc или каких-то шкафах управления. CPLD позволяет сделать такое решение очень гибким и удобным.

Эпилог

На этом пожалуй и все. Надеюсь вам было интересно читать данную статью и она даст вам какие-то новые знания или освежит старые. Всегда старайтесь заранее думать какие модули в вашем устройстве стоит реализовать аппаратно, а какие программно. Часто реализация аппаратная на порядки проще реализации программной, а это ведет с экономии времени на разработке и соответственно ее стоимости.

Формат статьи без «железа» для меня новый и попрошу высказать ваше мнение в опросе.

Начиниющие радиолюбители, которых большинство, для сборки регулированного блока питания выбирают схемы попроще. Такую схемку решил сделать и я, так как возможностей достать дорогие детали и настроить сложный БП вряд-ли получится.

Самое основное для любой конструкции корпус. Тут мне повезло досать нерабочий БП ATX от компьютера, куда и будет помещён будущий блок питания.

Разъёмы сзади для сети 220В оставил, а на место кулера прикрутил обычную розетку, так как их постоянно не хватает для массы моих электронных устройств. Короче лишней она не будет.

Печатная плата блока питания простейшая и изготовить её будет легко даже начинающим. В крайнем случае можно вырезать дорожки резаком, а не травить. Для защиты по максимальному току — а это обязательно должно быть в радиолюбительском блоке питания, выбрал схему электронного предохранителя с индикацией перегрузки на светодиоде.

Передняя панель блока питания изготавливается из пластика, текстолита или даже фанеры — кто на что богат. На ней будут крепиться стрелочные индикаторы — вольтметр и амперметр (как впоследствии стало понятно, что это намного лучше и удобней цифровой индикации), регулятор напряжения и кнопки включения и переключения режимов защиты. Я выбрал 0,1 и 1А, но можно расчитать резистор токовой защиты на любое значение.

Ещё на передней панели блока питания будут две клеммы для подключения проводов выхода БП.

Получается вот что-то уже похожее на блок питания. Трансформатор выбираем такой, чтоб он поместился в корпус. Так что если вы идёте его покупать на радиобазаре — сначала замеряйте габариты коробки.

Корпус обклеиваем самоклеющейся плёнкой или красим лаком.

Зелёный светодиод будет светиться при включении БП в сеть, а красный сигнализирует о срабатывании защиты от токовой перегрузки.

Здесь написано как рассчитать шунт для стрелочных индикаторов. А чтоб нанести на шкалу новые значения вольт и ампер, придётся раскрыть их корпуса и аккуратно наклеить бумажки с новыми значениями поверх старых.

Вот и всё. Отличный простой блок питания из подручных материалов полностью готов. Работа с ним в течении нескольких месяцев показала его высокую надёжность и простоту эксплуатации. Материал предоставил in_sane.

Обсудить статью ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ

Защита от короткого замыкания источника питания

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 176 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange

0
+0
Авторизоваться Зарегистрироваться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил 9 лет, 10 мес назад

Просмотрено 20к раз

\ $ \ begingroup \ $

Эта схема выглядит относительно простой в сборке.Я не собираюсь возиться с трансформатором, так как у меня есть адаптер постоянного тока. Мне было интересно, как мне адаптировать эту схему для использования lm317 вместо 7805. Максимальный выход составляет 1,5 А. Полагаю, мне понадобятся более мощные транзисторы. Однако я не уверен, что формулы внизу я никогда в жизни не видел. Не могли бы вы указать мне правильное направление для понимания этих формул? Это блок питания 3,3 В / 5 В, выбираемый с помощью переключателя SPDT.

Изображение с сайта: http://apowersupply.com/short-circuit-protection-in-dc-low-voltage-systems-380.html

Причина, по которой я использую эту схему, в том, что в ней есть светодиод короткого замыкания. Полезно иметь.

Я на самом деле слежу за схемой искры для макетной платы 5В. Однако мне нужен светодиод короткого замыкания, а также светодиод питания.

эндолит

27.1k2020 золотых знаков107107 серебряных знаков166166 бронзовых знаков

Создан 10 июл.

AgeisAgeis

3,1131313 золотых знаков3838 серебряных знаков6161 бронзовый знак

\ $ \ endgroup \ $ 4 \ $ \ begingroup \ $

Если вы хотите, чтобы светодиод загорался при коротком замыкании, вы можете разместить светодиод на входе 7805 и управлять им с помощью выходного напряжения 7805.Используйте транзистор PNP для переключения светодиода и управляйте им с выхода 5 В. Поскольку входное напряжение на несколько вольт выше, вам понадобится делитель напряжения на базе, чтобы светодиод не загорался при выходе 5 В. Размещение светодиода между эмиттером и входным напряжением также помогает, хотя делитель по-прежнему необходим, если входное напряжение на несколько вольт выше 5 В.
Если выход закорочен, он перейдет в 0 В, и транзистор PNP будет включен.

Создан 11 апр.

Stevenvhstevenvh

11k2020 золотых знаков440440 серебряных знаков656656 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ \ $ \ begingroup \ $

падает с 5 В до 4.5 В или более при номинальном токе кажется большим компромиссом для наличия светодиода с датчиком короткого замыкания. Лучшим способом может быть выбор PTC резистора защиты от перегрузки по току, который управляет входом 7805, выбранным чуть выше необходимого тока, а затем подключить светодиод к этому устройству с ограничением последовательного тока R для светодиода. Таким образом, выход по-прежнему регулируется, добавляется светодиодный индикатор и защита от OVC.

Создан 11 апр.

Тони Стюарт EE75 Тони Стюарт EE75

1,900 33 золотых знака4141 серебряный знак149149 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ 1 Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie Настроить параметры

Замыкание источника питания постоянного тока

Судя по предоставленной информации, вероятно, но не факт, что он защищен от короткого замыкания.
Сайт, указанный ниже, говорит, что это так.
Caveat Emptor (и загляните внутрь — см. Ниже)

Вполне вероятно, исходя из стоимости и общепринятой практики, что он использует версию регулятора LM317 с защитой от короткого замыкания. Ваше выходное напряжение питания имеет нижний предел 1,5 В, тогда как LM317 допускает выходное напряжение 1,25 В и выше. (Учитывая выход аналогового измерителя и минимальное значение выходного сигнала 1,3 В в худшем случае, заявленное минимальное значение 1,5 В соответствует LM317). Есть в наличии стабилизатор LM350 «старший брат», но сила тока выше 2А.

SO — если вам удобно заглядывать внутрь вашего источника питания * и есть видимый LM317, то источник питания защищен от короткого замыкания. * — Вероятно, 4 винта под корпусом — в этом корпусе они, вероятно, находятся рядом с резиновыми ножками и, возможно, также удерживают ножки.

Блок питания рекламируется на некоторых сайтах как подходящий для использования с татуировочными машинами — вероятно, потому, что напряжение и ток соответствуют используемым двигателям. То, как они используются, вероятно, управляет питанием в ограниченном по току режиме, что также предполагает безопасное короткое замыкание.

Если он не содержит LM317, он МОЖЕТ быть защищенным от короткого замыкания — и на сайте ниже указано, что это так.

На этом сайте говорится, что источник питания HY152A защищен от короткого замыкания. Они заявляют —

Защита: защита от обратной полярности, защита от короткого замыкания.

Нагрузка / напряжение / ток:

Совершенно очевидно (надеюсь), если источник питания ограничивает ток до 2 А, когда нагрузка становится чрезмерной, то подаваемое напряжение ДОЛЖНО падать.Если этого не сделать, это нарушит закон Ома и по совпадению нарушит большинство законов физики. т.е.

Для данного тока, если вы уменьшите R (= более тяжелая нагрузка), тогда напряжение должно уменьшиться пропорционально. Если вы увеличите нагрузку (уменьшите R), а напряжение и ток останутся прежними, Скотти расстроится («Да, нельзя нарушать законы физики!»)

Если вам нужно ограничение тока, а ваша нагрузка по какой-то причине не может выдерживать низкое напряжение без повреждений, тогда вам понадобится аварийное отключение или полное отключение, независимо от того, насколько хорошо у вас источник питания.

LM317: LM317 сначала ограничивает естественный ток, просто «выдыхая пар» — он может пропускать только такой большой ток.Тогда в большинстве случаев падение напряжения на регуляторе x сила тока вызовет нагрев и повышение температуры. Если радиатор не может ограничить повышение температуры до приемлемого уровня, IC имеет внутреннюю схему, которая дополнительно ограничивает ток, так что ток будет падать, чтобы поддерживать температуру на приемлемом уровне. Это обычно приводит к току намного ниже 2А, пока короткое замыкание не будет устранено.

Что защищает ваш блок питания?

Убедитесь, что ваша система защищена от сбоев источника питания, а также от дополнительных сценариев.

Неопытные инженеры-электронщики часто предполагают, что хорошая шина питания просто «случается», в то время как более опытные знают, что надежная, бесшумная шина не дается легко, но необходима для стабильной, стабильной работы. -свободная производительность системы. Но источник питания — это нечто большее, чем просто его способность обеспечивать стабильное напряжение постоянного тока, несмотря на изменения нагрузки и линии, переходные процессы в системе, шум и другие отклонения.

Как так? Хороший источник питания не просто обеспечивает, он также защищен от временных и постоянных сбоев, которые могут возникнуть внутри или снаружи, и защищает от причинения непоправимого ущерба системе, которая является ее нагрузкой.

Прежде чем мы рассмотрим различные типы защиты, стоит кратко рассмотреть четыре класса источников питания постоянного тока, также называемых регуляторами или преобразователями постоянного тока в постоянный; обратите внимание, что указанные рейтинги текущей мощности являются приблизительными и не имеют жестких или официальных границ:

1) для больших нагрузок, порядка 20 А и выше, имеется множество готовых к использованию открытых или полностью металлических источников питания для приложений AC-DC и DC-DC.

2) для умеренных нагрузок от 10 до 20 А есть модульные блоки питания; они часто залиты эпоксидной смолой для физической защиты

3) при токе менее 10 А существует множество доступных ИС, которым требуется несколько внешних пассивных и активных компонентов для работы в качестве полных источников питания

4) наконец, вы можете построить базовый источник питания из отдельных компонентов, таких как диоды и конденсаторы, часто в сочетании с небольшим LDO или контроллером переключения, необходимым

Итак, каковы различные типы защиты?

a) Защита от перегрузки (перегрузки по току / короткого замыкания) (OP), включая классический плавкий предохранитель, защищает источник питания в случае короткого замыкания в цепи нагрузки или начала потребления слишком большого тока.Многие поставляют «самоограничение» в том смысле, что они могут подавать только до определенного количества тока, и поэтому предохранитель не нужен. Стандартный предохранитель, который «перегорает» (размыкает цепь) и прекращает прохождение тока, необходимо заменить вручную; В одних ситуациях это проблема, в других — достоинство. Также есть электронные предохранители с автоматическим самовозвратом.

b) Ограничение по току и обратная связь по току являются расширениями защиты от перегрузки. Если ток, из которого нагрузка получает питание, превышает расчетный предел, функция обратного преобразования тока снижает как выходной ток, так и соответствующее напряжение до значений ниже нормальных рабочих пределов.В крайнем случае, если нагрузка переходит в короткое замыкание, ток ограничивается небольшой долей максимального значения, в то время как выходное напряжение, очевидно, стремится к нулю.

c) Блокировка минимального напряжения (UVLO) гарантирует, что преобразователь постоянного тока в постоянный не будет пытаться работать, когда входное напряжение, которое он видит на своем входе, слишком низкое, Рисунок 1 . Почему это может быть проблемой? Во-первых, выход источника питания может быть неопределенным, если его напряжение постоянного тока слишком низкое, что может вызвать проблемы в системе. Во-вторых, он предотвращает «вампирское» истощение энергии из источника даже при низком напряжении; это может привести к разрядке аккумулятора, который система пытается зарядить.UVLO также помогает правильному функционированию последовательности включения питания (если таковая имеется). В-третьих, сам преобразователь постоянного тока в постоянный может быть поврежден, если он попытается повернуться, когда его собственный вход слишком низкий для правильного функционирования.

Во время различных режимов источника питания, когда он переключается из выключенного состояния в полностью включенное и обратно в выключенное, UVLO следит за тем, чтобы блок питания не пытался включиться и обеспечивать выход, если его входное напряжение ниже минимума, необходимого для правильной работы. . (Источник: Texas Instruments)

d) Защита от перенапряжения (OVP) срабатывает, если внутренний сбой в источнике питания вызывает повышение выходного напряжения выше указанного максимума с вероятным повреждением нагрузки.OVP отключает питание или ограничивает выход, когда напряжение превышает заданный уровень. Цепь OVP часто называют «ломом», предположительно потому, что она имеет тот же эффект, что и металлический лом на выходе источника питания. Правильно спроектированный лом работает независимо от самого источника питания.

Один тип лома будет сброшен (после срабатывания) только при отключении питания; в другом типе он сам сбросится после устранения неисправности выходного напряжения. Последний полезен, когда состояние, при котором сработал лом, является временным, а не серьезным отказом в питании.В то время как большинство расходных материалов теперь поставляется со встроенным ломом, многие поставщики предлагают небольшую отдельную цепь лома, которую при необходимости можно добавить к существующей поставке.

e) Тепловая перегрузка возникнет, если система охлаждения источника питания неправильно спроектирована или не используется (вентилятор останавливается, поток воздуха блокируется). В этом случае источник питания, вероятно, превысит допустимую температуру, что значительно сократит срок его службы и может даже вызвать немедленную неисправность. Решение простое: цепь измерения температуры внутри или рядом с источником питания переводит источник питания в режим покоя или отключения, если он превышает заданный предел.Некоторые термические отсечки автоматически позволяют возобновить работу источника питания при падении температуры, а другие — нет.

f) Защита от обратного подключения блокирует прохождение тока и обнуляет напряжение, если нагрузка подключена в обратном направлении (положительный выход питания к отрицательной нагрузочной шине и наоборот). Это особенно популярно в приложениях, где аккумулятор отсоединяется, а затем снова подключается, например, в автомобиле или где аккумулятор не запирается.

Итак, какие типы защиты вам нужно добавить в свой запас? Это, конечно, частично определяется приложением, но также зависит от конструкции поставки (пункты с 1 по 4 выше).Для источников питания в металлическом корпусе или модульных (типы питания 1 и 2) большинство этих режимов защиты обычно являются стандартными и включены (за исключением предохранителя). Для типа 3 микросхемы питания могут предлагать некоторые или все функции защиты, но они также могут быть отключены (что необходимо в некоторых особых случаях, но также рискованно). Обратное соединение — это особый случай, и добавляется только там, где это имеет смысл. Его можно реализовать с помощью простого диода, но это увеличивает потери на падение напряжения, поэтому необходима идеальная диодная схема.

Относитесь к источнику питания с должным уважением: убедитесь, что он защищен, а также защищает вашу электрическую цепь.Ваш дизайн и система будут вам благодарны.

Номер ссылки

Texas Instruments, Отчет по применению SLVA769A, «Понимание блокировки при пониженном напряжении в силовых устройствах»

Как сделать защиту от короткого замыкания

В этом учебном пособии «Сделай сам» мы собираемся продемонстрировать краткий и простой проект «Устройство защиты от короткого замыкания». Возможно, вы знаете, что «Короткое замыкание» обычно происходит, когда ток внутри цепи превышает предполагаемый существующий ток.Кроме того, это вызывает ненужный нагрев и риск возгорания. Это также может повредить оборудование и нанести потенциальные травмы рабочим.

Более того, зачем нужна соответствующая защита цепи. Правильные методики могут помочь защитить рабочих, которые имеют дело с работой схемы, а также защитить оборудование от повреждений. Однако этот учебный проект «Защита от короткого замыкания» может значительно помочь в защите от сильных токов.При обнаружении чрезмерного тока устройство отключается и разрывает цепь.

[спонсор_1]

Аппаратные компоненты [inaritcle_1]

Конструкция схемы

Шаг № 01

На первом этапе нам нужно припаять зуммер к реле. Убедитесь, что положительный вывод подключен к нормально разомкнутому контакту. Однако отрицательный вывод подключен к выводу катушки реле.

Шаг № 02

Затем на следующем этапе мы должны подключить эту схему к источнику питания. Для этого мы должны сделать разрез между отрицательным проводом питания и последовательно соединить контакты катушки реле с источником питания. Также вам необходимо соединить общий контакт реле и контакт катушки.

Теперь ваша схема готова к тестированию.

Работа цепи

В этом разделе мы обсудим работу схемы защиты.Для создания этой схемы мы использовали несколько компонентов. Когда происходит короткое замыкание, это приводит к чрезмерному протеканию тока в источнике питания и даже может привести к его разрушению. Итак, мы сделали предохранитель от короткого замыкания. Эта схема предотвратит короткое замыкание и защитит блок питания от повреждения. Подключив источник питания к цепи, вы увидите, что светодиодный индикатор источника питания не мигает даже при коротком замыкании, это означает, что наш источник питания теперь полностью защищен.

Приложения и способы использования

Этот конкретный предохранитель от короткого замыкания используется для защиты источника питания, но эти цепи также используются в различных электронных устройствах, где чрезмерный ток вызывает повреждение.

SMPS — ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

1 ВВЕДЕНИЕ

В компьютерных и профессиональных источниках питания это нормальная практика. для обеспечения полной защиты от перегрузки.Сюда входит защита от короткого замыкания. и ограничения тока на всех выходах.

Методы защиты принимают разные формы, но во всех случаях основная функция предназначен для защиты источника питания независимо от значения или продолжительности от перегрузки, даже в условиях длительного короткого замыкания.

В идеале нагрузка также должна быть защищена. С этой целью текущий лимит значения не должны превышать указанный номинальный ток нагрузки на более 20%, и пользователь должен выбрать рейтинг питания, соответствующий заявление.Обычно это гарантирует, что блок питания, разъемы, кабели, печатные дорожки и нагрузки полностью защищены от неисправностей условия.

Полная защита относительно дорога и для небольших маломощных устройств. (особенно расходные материалы с обратным ходом) полная защита не всегда важна. Такие блоки могут использовать простое ограничение первичной мощности и иметь некоторые области уязвимости для необычных условий частичной перегрузки.

2 ВИДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Обычно используются четыре типа защиты от перегрузки:

1.Ограничение мощности

2. Ограничение постоянного тока на выходе

3. Предохранители или расцепители

4. Ограничение выходного обратного (возвратного) тока

3 ТИП 1, ОГРАНИЧЕНИЕ ПРЕВОСХОДНОЙ МОЩНОСТИ

Первый тип — это метод защиты с ограничением мощности, часто используемый в устройства обратного хода или поставщики с одним выходом. Это прежде всего сила Поставка техники защиты от короткого замыкания.

Этот и методы, используемые в типах 2 и 4, являются электронными и зависят от о том, что блок питания остается в исправном состоянии.Поставки может быть спроектирован так, чтобы отключаться или перезагружаться, если перегрузка устранена.

В этом типе защиты мощность (обычно на первичной стороне преобразователь трансформатора) находится под постоянным контролем. Если эта мощность превышает заданный предел, затем блок питания отключается или переходит в режим работы с ограничением мощности. В модуле с несколькими выходами мощность будет суммой отдельных выходов.

Действие по ограничению мощности обычно принимает одну из пяти форм:

А.Ограничение первичной мощности; B. Отложенное отключение избыточной мощности; C. Поимпульсный ограничение мощности / перегрузки по току; D. Ограничение постоянной мощности; E. Foldback (возвратное) ограничение мощности

4 ТИП 1, ФОРМА A, ПЕРВИЧНОЕ ОГРАНИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ

В этой форме ограничения мощности постоянно контролируется первичная мощность. Если нагрузка пытается превысить определенный максимум, входная мощность ограничивается. чтобы предотвратить дальнейшее увеличение.

Обычно характеристика отключения выходного тока имеет следующий вид: плохо определяется, когда ограничение первичной мощности используется само по себе.Тем не мение, из-за его низкой стоимости ограничение первичной мощности стало принимается в маломощных и недорогих агрегатах (особенно в многопоточных моделях). обратноходовые источники питания).

Следует отметить, что при возникновении неисправности нагрузки в системе с несколькими выходами система, линия, которая была разработана, чтобы обеспечить только небольшую долю от общей мощности можно ожидать, чтобы поддерживать полную выходную мощность, если это единственная линия, которая перегружена.

Часто эти простые системы ограничения первичной мощности обеспечивают полную защиту только для условий короткого замыкания.Область уязвимости может существовать когда применяются частичные перегрузки, особенно когда они применяются к одному выходу системы с несколькими выходами. В этих условиях частичные перегрузки могут привести к возможному отказу источника питания если они сохраняются длительное время; следовательно, лучше снять это напряжение как можно скорее, выключив питание. По этой причине задержка Рекомендуется форма B для техники отключения при повышенной мощности.

5 ТИП 1, ФОРМА B, ЗАЩИТА ОТ ОТКЛЮЧЕНИЯ С ЗАДЕРЖКОЙ ПОВЫШЕННОЙ МОЩНОСТИ

Один из самых эффективных методов защиты от перегрузки для маломощных, недорогие расходные материалы — это метод отложенного отключения по мощности.Это работает таким образом, что если мощность нагрузки превышает заранее установленный максимум на время, превышающее установленный короткий безопасный период, источник питания будет выключить, и потребуется цикл выключения входного питания для его сброса к нормальной работе.

Этот метод не только обеспечивает максимальную защиту обоих силовых поставки и нагрузки, но он также является наиболее экономичным для небольших устройств. Хотя этот метод кажется в целом непопулярным среди большинства пользователей, он должен не стоит пренебрегать, так как имеет смысл отключить питание при возникновении перегрузок.Постоянная перегрузка по питанию обычно указывает на неисправность в оборудовании, а метод отключения обеспечит полное защита как нагрузки, так и питания.

К сожалению, многие спецификации исключают возможность использования простой тип защиты, требующий автоматического восстановления состояние перегрузки. Возможно, что пользователь указал автоматический восстановление из-за предыдущего неудачного опыта (например, «блокировка» или ложные отключения) с возвратными системами или системами отключения, которые не иметь достаточный запас по току или отложенное отключение.Блок питания дизайнер должен подвергнуть сомнению такие характеристики. Современные импульсные расходные материалы способны передавать токи, значительно превышающие их постоянные номинальное значение на короткие периоды времени, а при отсроченном отключении они не будет «блокироваться», даже если использовалась система отключения.

В системе с задержкой отключения требования к кратковременному переходному току приспособлены, и подача отключится только в том случае, если напряжение превысит безопасные амплитуды на длительные периоды.

Кратковременные переходные токи могут быть обеспечены без ущерба для надежность источника питания или оказывающее очень значительное влияние от стоимости агрегата. Это долгосрочные непрерывные текущие требования которые влияют на стоимость и размер. Обычно в производительность устройства во время сильноточного переходного процесса. Указано допуски по напряжению и значения пульсации могут быть превышены. Типичные примеры нагрузок, подверженных большим, но коротким переходным процессам, будут дискеты и драйверы соленоидов.

6 ТИП 1, ФОРМА C, ИМПУЛЬСНАЯ ПРЕВЫШАЮЩАЯ МОЩНОСТЬ / ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКА

Это особенно полезный метод защиты, который часто используется в дополнение к любой вторичной предельной защите по току.

Входной ток в первичных коммутационных устройствах контролируется в реальном времени.

Если ток превышает определенный предел, включается импульс. прекращено. В устройствах с прерывистым обратным ходом пиковый первичный ток определяет мощность, и, следовательно, этот тип защиты становится настоящей силой предел для таких единиц.

В прямом преобразователе входная мощность зависит от входного тока. и напряжение; следовательно, этот тип защиты обеспечивает первичный ток предел в этом типе схемы.

Однако этот метод по-прежнему обеспечивает полезную меру ограничения мощности. защита при постоянном входном напряжении.

Основным преимуществом ограничения по быстрому пошаговому току является то, что он обеспечивает защиту первичных коммутационных устройств при необычных переходных процессах. напряжения, например, эффекты насыщения лестницы трансформатора.

Управление в токовом режиме обеспечивает это первичное ограничение тока от импульса к импульсу. как обычная функция техники управления, одно из ее основных преимуществ. (См. Часть 3, раздел 10.)

7 ТИП 1, ФОРМА D, ОГРАНИЧЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ

Постоянное ограничение входной мощности защитит первичную цепь путем ограничения максимальная передаваемая мощность. Однако в случае обратного преобразователя этот метод мало что делает для защиты вторичных выходных компонентов.Например, рассмотрим прерывистый обратноходовой преобразователь, для которого максимальный первичный ток был ограничен, что привело к ограниченной передаваемой мощности.

Когда нагрузка превышает этот предел (снижение сопротивления нагрузки), выход напряжение начинает падать. Однако, поскольку это вход (и, следовательно, выход) произведение вольт-ампер, которое было определено при запуске выходного напряжения чтобы упасть, выходной ток увеличится. (При коротком замыкании вторичный ток будет большим, и общая мощность должна рассеиваться внутри источник питания.) Следовательно, эта форма ограничения мощности обычно используется для дополнять некоторые другие формы ограничения, такие как ограничения вторичного тока.

8 ТИП 1, ФОРМА E, ОТКРЫТЫЙ (REENTRANT) ОГРАНИЧЕНИЕ ПРЕВОСХОДНОЙ МОЩНОСТИ

Этот метод является расширением формы d, в котором цепь контролирует первичный ток и вторичное напряжение и снижает мощность на выходе напряжение падает. Таким образом, выходной ток может быть уменьшен как сопротивление нагрузки падает, предотвращая чрезмерную нагрузку на вторичные компоненты.Имеет возможный недостаток «локаута» с нелинейным нагрузки.

9 ТИП 2, ОГРАНИЧЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ВЫХОДЕ

Источники питания и нагрузки могут быть очень эффективно защищены ограничением максимальный ток, разрешенный для протекания в условиях неисправности. Два типа ограничения тока широко используются, постоянный ток и обратная связь ограничение тока. Первый тип, ограничение постоянного тока, как название подразумевает, ограничивает выходной ток постоянным значением, если ток нагрузки пытается превысить определенный максимум.Показана типовая характеристика на фиг. 1.

РИС. 1 Типичные вольт-амперные характеристики мощности с ограничением по постоянному току питания, показывая линейные (резистивные) линии нагрузки.

Из этой диаграммы видно, что по мере увеличения тока нагрузки от низкого значения (R1, высокое сопротивление) до максимального нормального тока значение (R3, среднее сопротивление), ток будет увеличиваться при постоянном напряжение по характеристике P1-P2-P3, которые все токи и напряжения в пределах нормального рабочего диапазона источника питания.

При достижении предельного тока на P3, ток не допускается. для дальнейшего увеличения. Следовательно, поскольку сопротивление нагрузки продолжает падать к нулю, ток остается почти постоянным, а напряжение должно падают к нулю, характеристика P3-P4. Ограниченная по току область часто не точно указано, и рабочая точка будет где-то в диапазоне P4 — P4 при сопротивлении нагрузки R4.

Так как ограничение тока обычно используется в качестве защитного механизма для источника питания характеристика в ограниченном по току диапазоне не может быть четко определен.Диапазон предельного тока P4-P4 может изменяться на до 20%, пока сопротивление нагрузки будет сведено к нулю (короткое замыкание). Если требуется четко определенный диапазон постоянного тока, «постоянный источник питания по току ».

Ограничение тока обычно применяется ко вторичной обмотке источника питания. конвертер. В системе с несколькими выходами каждый выход будет иметь свой собственный индивидуальное ограничение тока. Текущие пределы обычно устанавливаются при некотором независимом максимальном значении для каждой выходной линии, независимо от номинальной мощности источника питания.Если все выходы полностью загружены одновременно, общая нагрузка может превышать максимальную номинальную мощность источника питания. Следовательно, ограничение первичной мощности часто предоставляется для дополнения ограничения вторичного тока. В условиях неисправности как первичный, так и вторичный компоненты полностью защищены, и все нагрузки будут иметь ограниченный ток всегда в пределах своих проектных максимумов.

Этот метод ограничения тока несомненно дает пользователю и источнику лучшая защита.Не только токи ограничены значениями, согласованными с проектными оценками для каждой линии, но минимальные проблемы возникают с нелинейные или перекрестно связанные нагрузки. Проблемы с локаутом, часто связанные с с системой ограничения фолдбэка полностью исключены. Также автомат восстановление обеспечивается при снятии перегрузки. Более того, такие агрегаты могут работать параллельно, с той лишь оговоркой, что текущий предел должен быть установлен на некоторое значение в пределах непрерывного рабочего диапазона.Этот метод защиты рекомендуется для расходных материалов профессионального уровня, хотя и дороже.

10 ТИП 3, ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ, ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКА ИЛИ ОТКЛЮЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА

Тип 3 использует устройства механической или электромеханической токовой защиты, и для их сброса обычно требуется вмешательство оператора. В современные электронные импульсные блоки питания, этот вид защиты обычно используется только в качестве резервной копии для электронной защиты самовосстановления. методы.Следовательно, это метод защиты «последней канавы». это требуется для работы только в случае отказа нормальной электронной защиты. В в некоторых случаях может использоваться комбинация методов.

Методы защиты типа 3 включают предохранители, плавкие вставки, плавкие вставки. резисторы, резисторы, термовыключатели, автоматические выключатели, термисторы PTC, и так далее. У всех этих устройств есть свое место, и их следует учитывать. для конкретных приложений.

При использовании предохранителей следует помнить, что токи в превышение номинала предохранителя может быть извлечено через предохранитель на значительную периоды до отключения предохранителя.

Кроме того, предохранители, работающие при номинальном значении или близком к нему, имеют ограниченный срок службы. и должны периодически заменяться. Помните также, что предохранители рассеиваются мощность и обладают значительным сопротивлением; при использовании в выходных цепях, они часто имеют значения сопротивления намного выше нормального выходного сопротивления. поставки.

Однако предохранители находят хорошее применение. Например, когда небольшой требуется количество логического тока (скажем, несколько сотен миллиампер) от сильноточного выхода, это может быть хорошим применением предохранителя.Ясно, что было бы неразумно разрабатывать печатную плату и соединения, чтобы выдерживать высокий ток, который может протекать по этому маломощному материнская плата в случае короткого замыкания и предохранитель может быть использован в этом приложении, обеспечивая защиту без чрезмерного падения напряжения. Более сложные методы защиты не могут быть оправданы в этом ситуация.

Предохранители или автоматические выключатели также будут использоваться для резервирования электронных защита от перегрузки, такая как защита «ломом» SCR в линейном источники питания во многих приложениях.В таких приложениях производительность предохранителя имеет решающее значение, и тип и номинал предохранителя должны быть тщательно считается.

11 ВИКТОРИНА

1. Каков нормальный критерий защиты от перегрузки для профессионального уровня? источники питания?

2. Предоставьте четыре наиболее часто используемых типа защиты от перегрузки.

3. Назовите основные преимущества и ограничения каждого из четырех типов. защиты.

См. Также: Другая наша мощность переключения Руководство по снабжению

Control Engineering | Обеспечение защиты цепи для безопасности

У большинства инженеров, техников и заводских рабочих есть истории о производственных травмах, таких как удар током или ожоги, которые произошли в производственном цехе.Хотя большинство инцидентов случаются во время строительства, технического обслуживания или испытаний, они могут произойти и во время нормальной эксплуатации. Существует множество сценариев поражения электрическим током или ожогов, но большинство из них можно предотвратить, используя передовые методы проектирования и соблюдая безопасные рабочие процедуры.

Существует множество причин электрических пожаров и других происшествий с различными методами предотвращения для каждого типа проблемы, описанными в документе Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA), NFPA 70-2017: Национальный электротехнический кодекс (NEC).Большая часть электробезопасности связана с надлежащей защитой цепи, которая может смягчить проблемы и уменьшить их влияние.

Электрозащита во всех формах имеет решающее значение для защиты персонала, но ее часто упускают из виду. Надлежащая защита системы или оборудования — ключевой шаг в сокращении дорогостоящих простоев и повреждений оборудования. В этой статье рассматриваются распространенные сценарии электробезопасности, а также способы защиты персонала и машин (см. Рисунок 1).

Сценарии проблем

Для защиты от повреждений электрической системы требуется соответствующая защита от тока короткого замыкания и перегрузки.Во время строительства перегрузка может привести к отключению электроэнергии. Во время технического обслуживания неправильная проводка или неправильно установленный инструмент могут привести к срабатыванию этих токоограничивающих устройств.

Например, во время строительства большой автоматический выключатель на заводе сработал во время работы. Прерыватель выполнил свою работу, быстро устранив короткое замыкание, но полностью отключил питание всего здания. В то время не было известно, какая из многих строительных нагрузок вызвала срабатывание выключателя, поэтому было трудно найти источник проблемы.

В конце концов, основная причина была обнаружена в коротком замыкании тормоза на большом двигателе. Что затрудняло обнаружение проблемы, так это выключатели для сброса нагрузки, используемые для безопасного ограничения нагрузки генератора за счет снижения некоторой части нагрузки. Эти выключатели сброса нагрузки снова включаются с задержкой, что усложняет устранение неисправности.

Несмотря на то, что он способствовал отключению, этот выключатель продолжал работать и защищал людей и оборудование в процессе поиска и устранения неисправностей и диагностики. После того, как закороченный тормоз был обнаружен и отремонтирован, долгосрочным решением было скоординировать работу всех выключателей, чтобы выключатели, находящиеся ниже по потоку, срабатывали раньше, чем выключатели выше по потоку, во время коротких замыканий низкого уровня.

Другой инцидент произошел ближе к концу недельного простоя в масштабах всего предприятия для проведения профилактического обслуживания распределительного устройства. В рамках процедуры повторного включения было проведено окончательное тестирование безопасности, чтобы подтвердить, что все шины и фидерные линии электрически изолированы, а не заземлены или закорочены. Выключатели также необходимо было испытать, чтобы подтвердить целостность изоляции.

Даже при всех этих испытаниях, когда главный выключатель на объекте был включен, он закоротил распределительное устройство.Позднее тестирование показало, что кто-то случайно оставил инструмент в месте, где он вибрировал на основном отбойном молотке и не был виден. К счастью, сработал быстрый токоограничивающий выключатель, который предотвратил инцидент с незначительными повреждениями. Без токоограничивающего выключателя короткое замыкание, вероятно, привело бы к взрывной дуге внутри распределительного устройства и, возможно, к травмам персонала в результате пожара или вспышки дуги.

Защита от ударов и пожара

Для смягчения инцидентов, подобных двум, описанным выше, и другим, NFPA 70E-2018: Стандарт электробезопасности на рабочем месте предоставляет подробную информацию об электробезопасности и многих других правилах для электропроводки и защиты от перегрузки по току.Кроме того, NFPA 79-2018: Электрический стандарт для промышленного оборудования также обсуждает защиту оборудования.

Существует множество требований и руководств, которым необходимо следовать для защиты персонала и оборудования от ударов, пожара и других разрушительных событий, связанных с наличием электрической энергии или сбоями в электроснабжении. Обзор некоторых из многих электрических защитных устройств включает:

Предусмотреть блокируемые средства отключения
Блокировка дверей для отключения питания
Включить знаки безопасности
Обеспечивает максимальную токовую защиту
Обеспечьте защиту от перенапряжения.

Эта статья представляет собой общее обсуждение безопасности, и важно отметить, что есть исключения из многих требований, при этом некоторые важные детали не рассматриваются из-за нехватки места.

Хотя часто упускаются из виду, разъединители промышленных систем управления выполняют важную функцию обеспечения полного обесточивания цепи электропитания машины или системы для защиты обслуживающего и эксплуатационного персонала от поражения электрическим током. Правила требуют, чтобы все питание оборудования было отключено, заблокировано и помечено перед обслуживанием.Disconnects обеспечивают эту функцию.

NFPA 79 требует средства отключения для отключения подачи питания на машину. Хотя это может быть просто заглушка и знак безопасности, в большинстве машин используются другие методы. Типичными методами отключения являются выключатели с предохранителями / без предохранителей с номиналом UL 98 или автоматический выключатель UL 489. Обычно имеется только одна электрическая цепь питания машины, и все питание должно быть отключено путем размыкания разъединителя для этого источника питания. Это должно быть обозначено как «Отключение питания машины».«При наличии нескольких источников питания знаки должны четко указывать исключения и надлежащую процедуру отключения питания от машины.

Этот разъединитель должен быть установлен в корпусе главной системы управления или рядом с ним. Если в корпусе основной системы управления присутствует обычное переменное напряжение, такое как 120 или 480 В переменного тока, или если присутствует какое-либо напряжение, превышающее или равное 50 В переменного тока или 60 В постоянного тока, дверь должна быть заблокирована для отключения. Чтобы снизить риск поражения электрическим током, дверь не должна открываться при включенном разъединении, если только квалифицированный персонал не отключит ее с помощью специального инструмента.

В то время как отключение с помощью дверной блокировки является наилучшим способом отключения электропитания от панели управления, разрешены другие методы, такие как дверные замки и ключи, а также средства защиты персонала от прямого контакта с опасным напряжением. Независимо от метода, используемого для отключения питания или защиты персонала, знаки безопасности на корпусе должны определять надлежащие процедуры отключения питания.

Ответвительная цепь в сравнении с дополнительной защитой

Защита цепи имеет решающее значение для защиты машины от токов, превышающих допустимую нагрузку на машину или устройство.Надлежащая электрическая защита является ключом к безопасному устранению последствий опасной перегрузки по току из-за короткого замыкания, перегрузок, замыканий на землю, переходных процессов напряжения от импульсных перенапряжений и других ненормальных условий (см. Рисунок 2).

Для обеспечения этой защиты важно понимать защиту параллельных цепей по сравнению с дополнительной защитой. Как правило, устройства с номинальной нагрузкой защищают провода, а дополнительные устройства обеспечивают дополнительную защиту, но их недостаточно для защиты исключительно оборудования или нагрузки.Дополнительные устройства часто используются для оборудования с меньшей нагрузкой, внутренних нагрузок или в качестве простых дополнительных средств отключения.

Существует множество общих требований, методов подключения, а также методов заземления и соединения для защиты машин и персонала. Для обеспечения максимальной токовой защиты, защиты от короткого замыкания в параллельной цепи и защиты от замыкания на землю необходимы дополнительные устройства максимальной токовой защиты.

В целом, устройства с маркировкой UL 489 обеспечивают защиту параллельных цепей, а устройства с маркировкой UL 1077 обеспечивают дополнительную защиту, а разделы 100, 430 и 409 NEC содержат подробные определения (см. Рисунок 3).За пределами США существуют другие, но связанные стандарты.

Большинство электрических цепей начинаются с устройств параллельной цепи, таких как прерыватель цепи или предохранитель с соответствующей маркировкой. Эти устройства защищают от пожара и поражения электрическим током, ограничивая ток, протекающий по проводам, и предоставляют средства для отключения электроэнергии во время обслуживания оборудования.

Защита параллельных цепей не обязательно защищает нагрузку, такую как источник питания, ПК или программируемый логический контроллер (ПЛК).Для обеспечения этой защиты используются дополнительные предохранители и автоматические выключатели. Дополнительная защита обеспечивает дополнительную защиту оборудования там, где защита параллельных цепей уже предусмотрена или не требуется.

Выключатели и предохранители

Автоматические выключатели класса UL 489 и автоматические выключатели в литом корпусе часто используются для защиты параллельных цепей фидерных цепей после главного разъединителя или для цепей двигателей. Они доступны в размерах от дробных до примерно 800 ампер, часто с миниатюрными форм-факторами, и бывают разных размеров корпуса с 1–3-полюсными конфигурациями.

В этих устройствах используются тепловые и магнитные расцепители для отключения / отключения выключателя при обнаружении перегрузки или короткого замыкания. Перегрузки вызваны чрезмерным током, который медленно нагревает провода и оборудование. Выключатели защищают электрические цепи от этих опасных событий, определяя тепловые эффекты в условиях перегрузки с помощью тепловых элементов расцепителя. С другой стороны, массивное повреждение короткого замыкания произойдет за доли секунды. В этом случае расцепитель выключателя определяет это быстрое изменение тока с помощью датчиков магнитного поля и запускает защитную функцию.

Некоторые выключатели включают в себя токоограничивающие конструкции для обеспечения быстрого срабатывания при коротких замыканиях. Это снижает пропускаемую энергию, которая может повредить оборудование или проводку. Они могут иметь номиналы прерывания тока короткого замыкания в диапазоне от 10 до 100 кА. Также доступны различные характеристики кривой отключения для цепей с низким пусковым током, таких как резистивные нагрузки, а также для индуктивных и других нагрузок с высоким пусковым током. Выключатели с такими особыми характеристиками кривой обеспечивают лучшую защиту, а также уменьшают количество нюансов срабатывания.

Предохранители

обычно являются более экономичным методом защиты от сверхтоков. Они хорошо работают в приложениях, где существует высокий ток короткого замыкания, и обычно используются для защиты трансформаторов, источников питания и двигателей. Многие предохранители для защиты параллельных цепей являются токоограничивающими и доступны с высокими отключающими характеристиками до 200 кА. Доступны предохранители, соответствующие требованиям стандартов UL и NEC, включая типы с выдержкой времени и быстродействующие. Эти предохранители не изнашиваются, поскольку в них нет движущихся частей, как в автоматическом выключателе, и загрязнение пылью или маслом маловероятно.

Самым большим недостатком предохранителя

A является необходимость его замены после срабатывания, в отличие от автоматического выключателя, который обычно можно сбросить. Кроме того, предохранители по своей сути увеличивают вероятность однофазного включения. Таким образом, в то время как предохранитель защищает систему от неисправности, оборудование может быть повреждено из-за однофазного состояния, поэтому основное оборудование должно быть оборудовано устройствами контроля фазы обнаружения перегорания предохранителя.

В то время как выключатели становятся более экономичными, а их технологии защиты улучшаются, предохранители всегда были золотым стандартом для быстрого отключения очень большого тока.Однако многие пользователи готовы платить больше за возможности, которые предоставляют автоматические выключатели, особенно за электронное отключение и ограничение тока, из-за времени простоя, необходимого для замены предохранителей. В таких случаях очень важна логистика хранения, поиска и замены перегоревшего предохранителя.

Дополнительные устройства защиты соответствуют стандарту UL 1077. Они не производятся, не тестируются и не сертифицированы для защиты параллельных цепей. Эти устройства дополняют уже существующую защиту параллельной цепи. Эти дополнительные защитные устройства предназначены для защиты цепей управления, ввода / вывода ПЛК, катушек контакторов, внутренних реле панели или элемента оборудования и т. Д.У них гораздо более узкий интервал, чем у устройств UL 489, и они также имеют более низкие номиналы прерывания, обычно менее или равные 10 кА.

Будь то автоматический выключатель или предохранитель, параллельная цепь или дополнительная защита, пользователи должны обращать внимание на рабочие условия, такие как высокий пусковой ток, максимальная сила тока и напряжение, максимальные токи короткого замыкания и другие факторы. Предохранители обычно обеспечивают лучшую защиту из-за лучшего ограничения тока, но их необходимо заменять после работы, что может увеличить время простоя.Автоматические выключатели можно быстро и легко восстановить, но даже токоограничивающий автоматический выключатель не будет работать так быстро, как правильно подобранный предохранитель.

Обеспечение защиты от скачков напряжения

Когда дело доходит до защиты от ударов или пожара, подавление скачков напряжения часто упускается из виду, но скачки напряжения обходятся американским компаниям более чем в 80 миллиардов долларов в год. Устройства защиты от перенапряжения (SPD) могут помочь предотвратить эти потери за счет защиты от небольших скачков мощности, которые со временем повреждают оборудование, а также могут обеспечить защиту от менее частых, но более серьезных серьезных скачков напряжения.

Примерно 20% скачков напряжения происходит от ударов молнии, в то время как остальные 80% обычно происходят внутри завода или объекта в результате запуска и остановки двигателей, а также от других высокоиндуктивных нагрузок.

Хотя всегда было хорошей практикой проектирования включать защиту от перенапряжения, NEC добавляла области, где требуется защита от перенапряжения. УЗИП все чаще рассматриваются как решающие средства защиты аварийных систем и оборудования. Неполный список областей, в которых NEC 2017 теперь требует использования устройств защиты от перенапряжения, включает:

Статья 670.6: В промышленном оборудовании со схемами защитной блокировки должна быть установлена защита от перенапряжения
Статья 695.15: Перечисленное устройство защиты от перенапряжения должно быть установлено в контроллере пожарного насоса
Статья 700.8: Перечисленные УЗИП должны быть установлены на всех распределительных щитах и щитах аварийных систем.
Статья 708.20: Устройства защиты от перенапряжения должны быть предусмотрены на всех уровнях распределения напряжения объекта.

Подавитель перенапряжения типа 1 обычно устанавливается на линии разъединителя, защищая оборудование от молнии, но может использоваться в любом месте электрической цепи.Ограничитель перенапряжения типа 2 устанавливается на стороне нагрузки, защищая от пусков и остановов двигателя и подобных скачков. Ограничитель перенапряжения типа 3 устанавливается на уровне устройства, например, в удлинителях.

Эти устройства защиты от перенапряжения выбираются на основе напряжения питания, ожидаемой величины и частоты возникновения скачков напряжения, а также количества фаз в силовой цепи. Они предоставляют недорогую страховку от повреждения оборудования.

Выходы ПЛК

также должны быть защищены от скачков и перегрузок.Некоторые выходы могут иметь встроенное подавление перенапряжения, которое защищает выход от индуктивных нагрузок, но этого не всегда достаточно для многих нагрузок, таких как соленоиды или контакторы, поэтому рекомендуется добавлять подавление перенапряжения на нагрузку, так как это продлит срок службы. выходов ПЛК.

Индуктивные нагрузки могут вызвать скачок напряжения в сотни вольт, и эти высокие напряжения могут повредить или разрушить релейные и транзисторные выходы ПЛК. Чтобы обеспечить защиту, на выходной катушке может быть установлен диод, чтобы обеспечить путь для тока, протекающего обратно через катушку, пока магнитное поле схлопывается, что устраняет скачки напряжения.Хотя простой диод, вероятно, является лучшим вариантом для подавления перенапряжения через катушку постоянного тока, доступны различные устройства для защиты от перенапряжения от нагрузок переменного / постоянного тока, включая варисторы, комбинации резистор / конденсатор (R / C) и специальные переходные процессы. диоды подавления напряжения.

В NEC более 800 страниц, поэтому в этой статье дается только обзор требований по защите персонала от поражения электрическим током и предотвращению электрического пожара. Используя эту информацию в качестве отправной точки и схемы, можно ввести дополнительные сведения из NEC и других источников, чтобы обеспечить защиту цепи, необходимую для обеспечения безопасности на промышленном предприятии или предприятии.

Брент Пурди — менеджер по продукции для защиты питания и цепей на сайте www.AutomationDirect.com. До своей нынешней должности он был инженером по продукту. До прихода в AutomationDirect в 2013 году он работал ведущим электриком и старшим инженером в Polytron, а также системным инженером в Westinghouse Anniston. Он имеет степень BSEE Технологического института Джорджии.

Эта статья появляется в приложении Applied Automation для Control Engineering и Plant Engineering .

— См. Другие статьи из приложения ниже.

Источник питания с защитой от короткого замыкания | Мини-проекты | Учебник по электронике |

На главную> мини проекты> блок питания с защитой от короткого замыкания

Источник питания с защитой от короткого замыкания

Аннотация -Защита от короткого замыкания очень важна для работы заинтересован в любой области, так как есть много шансов для небольших или если защита не предусмотрена, может произойти серьезный ущерб.Главный Целью является разработка источника питания с защитой от короткого замыкания, который также имеет возможность регулировать напряжение с помощью биполярного переходные транзисторы, резисторы и конденсаторы последовательное сопротивление. Его функция состоит в том, чтобы подавать стабильное напряжение, чтобы цепь или устройство, которые должны работать в пределах определенной мощности лимиты предложения. Он широко используется, поскольку требования к напряжению легко доступны в домашних условиях.

1. ВВЕДЕНИЕ

Электронные схемы состоят из множества мелких и хрупких компонентов, которые очень чувствительны к любым изменениям тока или напряжения.Нестабильные источники питания повышают риск для цепи.

Другая проблема, которая возникает, связана с размером печатных плат и размер электрических компонентов, существует повышенная вероятность короткое замыкание. Повреждение этих компонентов приводит к необходимости замены всего компонента, что приводит к увеличению стоимости схема, которая нежелательна.

Следовательно, возникает необходимость в регулируемом источнике питания для защиты источник питания очень важен, поскольку он обеспечивает работу схемы правильно и что повреждений тоже не возникнет.

Доступно множество типов регулируемых источников питания, начиная от трансформаторов, используемых на входе, и заканчивая двухполупериодным мостом выпрямитель, оба имеют источник переменного тока. Регулирующий компоненты варьируются от интегрированных микросхем или транзисторов с

Использование регулируемого источника питания:

Практически использовались различные места:

â— Адаптеры питания для мобильных телефонов

â— Различная бытовая техника

â — Для ряда усилителей и генераторов требуется регулируемый источник питания.

Принципиальная схема:
2.Компоненты:
В короткометражке есть четыре важных части.
цепь защищенного источника питания. Они есть:
â — Исправление
â— Фильтрация
â— Регулирование
â— Загрузить
3. Блок-схема цепи:

4.Работает:
1.Подтверждение :
Эта схема состоит из двухполупериодного мостового выпрямителя, который преобразует нестабильный переменный ток в постоянный однонаправленный пульсирующий постоянный ток, который находится в определенных пределах, указанных в схема.Мостовая схема состоит из четырех диодов с PN переходом, как показано ниже. Во время положительного полупериода переменного тока диоды D2 и D3 имеют обратное смещение. Когда диоды смещены в обратном направлении, из-за падение напряжения, диоды действуют как разомкнутый переключатель. Таким образом, ток не будет поток между этими двумя диодами. Противоположные диоды D4 и D1 будут прямое смещение, которое, таким образом, действует как замкнутые переключатели и позволяет току поток. Благодаря этому выходной сигнал будет выпрямленным.
2.Фильтрация:
Выпрямленный пульсирующий постоянный ток имеет постоянное значение, но может содержат рябь. Это нежелательно, поэтому, чтобы удалить это, мы используем емкостной фильтр в качестве нагрузки. Фильтр подключен к выпрямителю. выход. С повышением напряжения конденсатор заряжается до достигнуто максимальное значение.
При уменьшении мгновенного значения и разрядке конденсатора начинается. Имеется экспоненциальное убывание, которое проходит через емкостный фильтр и значение постоянного тока без пульсаций.
3. Регламент:
Это четвертая и последняя часть регулируемого источника питания. В отфильтрованный выходной сигнал проходит через регулятор, чтобы гарантировать отсутствие изменений. наблюдается на выходе в случае любого изменения источника питания или других такие факторы, как колебания температуры. Затем регулируемый выход отправляется в нагрузку, где не будет беспокоиться о скачках напряжения, таким образом отсутствие повреждений компонентов. В этой схеме мы используем стабилитрон
Во время отрицательного полупериода смещения четырех диодов меняются и ток затем течет через D2 и D3.Аналогичная форма волны наблюдается в течение этого полупериода.
управляемый транзисторный регулятор напряжения серии, или также известный как регулятор напряжения эмиттерного повторителя. Используемый транзистор является последовательным. транзистор.
4. Нагрузка:
Выходное напряжение, полученное от последовательного транзистора, подается на в нагрузку, которая состоит из сопротивления и операционного усилителя. Конденсатор подключается параллельно нагрузке, чтобы избежать возможные колебания.Чтобы не повредить транзистор закорочен, еще один параллельный резистор и транзистор закорочены. подключен к лестничному транзистору.
.

Блоки питания своими руками с защитой от кз. Простая защита от короткого замыкания для блока питания схема своими руками

Список радиоэлементов

Вариант 1

Итог

Устройства защиты от аварийных режимов в сети

Принципы построения защиты

Выбор автоматических выключателей

Защита регулируемого блока питания — Знай свой компьютер

Простая схема регулируемого блока питания на транзисторах с защитой от перегрузки по току и КЗ. Пояснение принципа действия и работы данной схемы.

Простая защита БП от КЗ нагрузки

Простой бп с защитой от кз. Несколько защитных устройств блоков питания

Вариант 1

Итог

Список радиоэлементов

Защиты от короткого замыкания для любого бп. Защита от короткого замыкания схема

Список радиоэлементов

Вариант 1

Итог

Как сделать защиту от короткого замыкания. Защита блока питания от кз

Схема защиты от КЗ:

Работа схемы защиты от короткого замыкания:

Цель статьи

Немного о токах короткого замыкания

Принцип работы защиты по току

Измерение тока

Усиление измеренного падения напряжения

Добавляем реализм в систему защиты

Сравнение сигналов с помощью компаратора

Почему аппаратная?

Эпилог

Защита от короткого замыкания источника питания

Сеть обмена стеков

Замыкание источника питания постоянного тока

Что защищает ваш блок питания?

Как сделать защиту от короткого замыкания

Конструкция схемы

SMPS — ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Control Engineering | Обеспечение защиты цепи для безопасности

Источник питания с защитой от короткого замыкания | Мини-проекты | Учебник по электронике |

Похожие записи

Простой регулятор мощности на симисторе: принцип работы, варианты схем, как сделать своими руками

Простой регулятор мощности: Регулятор напряжения 220 В своими руками: схемы и способы сборки

Простейший импульсный блок питания: Простой импульсный блок питания на 15 Вт

Добавить комментарий Отменить ответ