Электронный предохранитель переменного тока: Электронный предохранитель для переменного тока

Содержание

Электронный предохранитель на 220в

3 544

Электронный предохранитель на 220в

При ремонте импульсных блоков питания, для их защиты приходится ограничивать ток источника. В качестве ограничителя, обычно, используют либо лампу накаливания, либо резистор.

Существуют, так же, схемы на транзисторах. Предлагаемая схема является ещё одним подобным устройством. От аналогичных устройств она отличается способностью работать при высоких напряжениях питания и способом включения. Схема является двухполюсником, а её мощностные характеристики определяются только типом используемого полевого транзистора.
Основа схемы (рис. 1)– источник тока, собранный на элементах VT2, VT3, R3, R4.

Резистор R3 обеспечивает открывание полевого транзистора VT3. Резистор R4 – токозадающий. Когда падение напряжения на нём превысит 0.55В откроется транзистор VT2 и зашунтирует затвор полевого транзистора, заставляя последний закрыться. Уровень ограничения тока можно вычислить по формуле: I=0,55/R4.

При указанном на схеме значении сопротивления резистора R4 (0,39Ом), ток будет ограничен значением, примерно, I=0.55/0.39=1.41А. То есть, при указанных значениях схема будет обеспечивать ток в нагрузке, примерно, до 1,41А на нагрузке постоянного тока и до 1А (действующее значение) в нагрузке переменного тока. При перегрузках или коротком замыкании схема ограничит ток уровнем, примерно, 1.41А.

Схема источника тока особенностей не имеет, но применение, в качестве силового регулирующего элемента, полевого транзистора, позволило увеличить сопротивление резистора R3 до 1МОм. Это уменьшило ток управления и увеличило внутреннее сопротивление источника тока. В результате, ток управления не превышает 0.4мА, соответственно, потери мощности на резисторе R3 не превышают 0.16Вт при максимальном (для транзистора VT3) значении напряжения питания 400В. А высокое внутреннее динамическое сопротивление обеспечило высокий коэффициент стабилизации тока простыми средствами. Так как полевой транзистор имеет, практически, неограниченный коэффициент усиления по постоянному току, то ни что не мешает ещё больше увеличить сопротивление резистора R3, уменьшив тем самым потери мощности в цепи управления и увеличив внутреннее сопротивление источника тока (коэффициент стабилизации тока).

У такого стабилизатора тока на полевом транзисторе есть существенный недостаток – повышенное падение напряжения на открытом транзисторе. Это вызвано высоким пороговым напряжением открывания полевого транзистора. Обычно, оно лежит в пределах 2-4В. К этому напряжению добавляется падение на токозадающем резисторе – 0.5В. В результате, при токах, ниже уровня ограничения, на схеме источника тока падает, примерно, до 6В. При постоянном токе 1А на транзисторе будет выделяться мощность до 6Вт, что потребует применения радиатора. Но, так как этот предохранитель включается кратковременно на время проверки или настройки защищаемого устройства, то с этим недостатком можно мириться.

При значительном снижении сопротивления нагрузки (например, при коротком замыкании в цепях ремонтируемого устройства), ток через неё будет ограничен заданным безопасным уровнем, а напряжение будет значительно меньше напряжения питания. В результате, падение напряжения на транзисторе VT3 увеличится. Увеличится, соответственно, и выделяемая на нём мощность. В пределе (при коротком замыкании в нагрузке) более 300Вт, что не допустимо. Поэтому, в схему был добавлен ещё один узел на элементах VT1, VD1, R1, R2, C1, превращающий источник тока в предохранитель.

Уровень срабатывания определяется делителем R1, R2 и напряжением стабилизации стабилитрона VD1 равным, примерно, 25В. Стабилитрон VD1 обеспечивает ключевой режим включения транзистора VT3, а конденсатор С1 — задержку времени срабатывания, делая схему нечувствительной к помехам и броскам тока при включении питания или помехах со стороны запитываемого устройства (ИБП). От ёмкости конденсатора зависит время срабатывания «предохранителя”.

Указанная на схеме ёмкость выбрана из условия минимальной задержки, но в то же время, нечувствительности к помехам. Без конденсатора С1, «предохранитель” не включается при подаче питания, или срабатывает самопроизвольно. При ёмкости 0,047мкФ время задержки срабатывания составляет, примерно, 2мс.

Это, именно, время задержки срабатывания, а само срабатывание – закрывание транзистора VT3 происходит лавинообразно (за счёт положительной обратной связи через транзистор VT1), и зависит, в основном, от временных характеристик полевого транзистора.

Пока напряжение на схеме не превышает 25В, она работает как источник тока, в противном случае, транзистор VT1 открывается и шунтирует затвор полевого транзистора. В результате, тот закрывается и нагрузка обесточивается. Теперь, ток нагрузки ограничивается только резисторами R1, R3 и током утечки VT3 и в худшем случае не превышает 1мА. В таком состоянии схема может находиться, сколь угодно, долго.

При этом на самой схеме будет рассеиваться мощность не более 0.4Вт – примерно, по 0.16Вт на резисторах R1 и R3, и не боле 0.1Вт на транзисторе VT3. Это при напряжении питания 400В, реально же, при напряжении питания 220В переменного тока (или 310В постоянного), потери мощности будут значительно меньше.

Величина напряжения 25В, при которой срабатывает «предохранитель”, выбрана из следующих соображений.

Если ток нагрузки не превышает установленного значения, падение напряжение на «предохранителе” может меняться от 4.5В при малых токах до 6В при больших. При уменьшении сопротивления нагрузки, ток не может увеличиться свыше заданного значения, по этому, напряжение на нагрузке начнёт уменьшаться. Думаю, снижение напряжения на 25В по сравнению с рабочим, однозначно указывает на перегрузку. В то же время, обеспечивается запас по падению напряжения при переходных режимах в нагрузке.

При этом на самом «предохранителе” напряжение будет увеличиваться. Соответственно, будет расти и рассеиваемая на нём мощность, а величина 25В позволит выбрать относительно небольшой радиатор. К тому же, при питании нагрузок от сети, за счёт ёмкости монтажа, инерционности схемы и её высокого внутреннего сопротивления, напряжение на ней оказывается более 10В, даже при переходе синусоиды через ноль. В результате, схема ведёт себя как предохранитель, даже без конденсатора C2. По этому, выбор порога, величиной 25В, обеспечивает автоматическое восстановление «предохранителя” после устранения короткого замыкания или перегрузки в нагрузке.

Элементы R5, C2, VD3-VD6 нужны только при работе предохранителя в цепи переменного тока. Диоды обеспечивают требуемую полярность напряжения на схеме. Конденсатор С2 – сервисный. Если требуется, что бы после срабатывания, схема сама возвращалась в состояние стабилизации тока, то конденсатор и резистор не нужны. Если же они установлены, то после срабатывания, схема останется выключенной, даже после устранения короткого замыкания (полная имитация предохранителя). Это происходит потому, что после срабатывания схемы, напряжение на конденсаторе остаётся выше уровня срабатывания, что поддерживает транзисторы VT1 в открытом, а VT3 в закрытом состоянии. В этом случае, для восстановления схемы потребуется выключить питание полностью, а затем, снова включить. Постоянная времени цепи разрядки конденсатора С2 равна, примерно, 5-10мс, так что ждать пока он разрядится нет необходимости.

Резистор R5 ограничивает ток нагрузки при включении питания. Так как транзистор VT3 не сразу открывается при подаче питания, то ток нагрузки будет скачком увеличен током зарядки конденсатора С2, а с резистором R5, этого не случится. При этом так же, уменьшаются коммутационные помехи. Величина резистора R5 некритична, и на работу схемы, практически, не влияет. В принципе, его можно не устанавливать вообще. При этом при включении питания, на нагрузке появится короткий импульс полного напряжения питания, после чего оно снизится до величины, определяемой сопротивлением нагрузки и током ограничения «предохранителя”.

Величину резистора R5 можно вычислить по формуле R5=Uп/Iогр, где Uп – напряжение питания, а Iогр – ток ограничения «предохранителя”. В этом случае, на нагрузке не будет ни каких перепадов напряжения.

Стабилитрон VD2 защищает затвор транзистора VT3 от пробоя. Он необходим, несмотря на то, что при анализе работы схемы напряжение на затворе, вроде бы, не увеличивается свыше 5В. При первых экспериментах транзистор VT3 вдруг пробивался (затвор-исток), хотя и не всегда. И происходило это, как бы, случайно и, вроде бы, без причины, но если происходило, то только после срабатывания «предохранителя”.

Дело в том, что сопротивление в цепи затвора транзистора VT3 довольно высокое — R3 на 1МОм, а транзисторы VT1 и VT2 работают в режиме микротоков. Входная ёмкость транзистора VT3 1400пФ, а проходная — 120пФ. Получается ёмкостный делитель с коэффициентом деления, примерно, 1400/120=12. При резком выключении транзистора VT3, когда амплитуда напряжения сети максимальна (например, 300В), на затворе появляется импульс напряжения величиной 300/12=25В. Так как максимальное напряжение затвора транзистора 20В, то затвор пробивается.

Настройка «предохранителя” заключается в установке тока ограничения и напряжения срабатывания.

Так как это предохранитель, то нет необходимости точно устанавливать значение тока ограничения. Например, при максимальном токе нагрузки 1А, ток ограничения можно выбрать на уровне 1.5А. По этому, ток ограничения можно, просто, рассчитать по приведенной выше формуле для расчёта резистора R4, а полученное значение округлить до ближайшего типового значения. Из-за разброса параметров деталей, реальное значение тока ограничения может сильно отличаться, но в данном случае не важно, будет оно на уровне 1.3А, или 1.6А. Если же потребуется более точная установка тока на уровне, именно, 1.5А, то придётся подбирать резистор R4, изготовив его самостоятельно.

Напряжение срабатывания (выключения) зависит от номиналов делителя R1, R2, VD1. Опять же, можно, просто, впаять детали с указанными номиналами, и проверить, при каком реальном напряжении произойдёт выключение. При настройке какого то конкретного значения, сначала резистором R2 нужно добиться срабатывания схемы при напряжении выше 6В с закороченным стабилитроном VD1, а затем, устанавливая различные стабилитроны, добиться требуемого значения напряжения срабатывания.

При выборе этого значения следует иметь в виду, что при низком значении «предохранитель” не будет сам восстанавливаться, а при высоком, на транзисторе VT3 будет рассеиваться большая мощность.

Детали.

От транзистора VT3 зависит максимальный ток ограничения и допустимое напряжение питания.

Ток ограничения и напряжение срабатывания схемы следует выбирать так, что бы их произведение ни превышало значения допустимой мощности рассеяния транзистора VT3.

Например, для данного случая, при токе 1.4А и напряжении выключения 25В, транзистор VT3 должен выдерживать мощность 1,4*25=35Вт (указанный на схеме транзистор выдерживает до 100Вт). Это максимально возможная мощность (обычно, она меньше), когда схема ограничивает ток на заданном уровне, сопротивление нагрузки пониженное, а напряжение ещё не достигло установленного порогового значения. По этому, транзистор VT3 открыт, и на нём рассеивается указанная мощность. Если такой режим возможен в течение длительного времени, то радиатор для транзистора VT3 следует рассчитывать, именно, на эту мощность. Минимальная площадь радиатора рассчитывается из условия работы схемы на номинальную нагрузку при токе, равном току ограничения. При этом падение напряжение на схеме (и транзисторе VT3) не превышает 6В, значит, рассеиваемая мощность будет равна 1,4*6=8,4Вт.

В качестве транзисторов VT1 и VT2 могут быть применены любые транзисторы соответствующей проводимости. Они работают при напряжении не выше 5В и токе не более 0.5мА. Коэффициент усиления транзисторов влияет на напряжение выключения (для VT1) и коэффициент стабилизации тока (для VT2).

Для защиты затвора транзистора VT3 подойдёт любой стабилитрон с напряжением стабилизации не менее 5В и не более 18В.

Выпрямительные диоды VD3-VD6 следует выбирать в соответствии с выбранным током ограничения схемы и напряжением питания. Если диоды выбрать импульсные высокочастотные, например, КД226В(Г, Д) или аналогичные, то «предохранитель” можно будет ставить в цепь первичной обмотки выходного трансформатора ИБП, те есть, в высокочастотные цепи.

Если схема будет использоваться только для работы в цепи постоянного тока, то эти диоды и детали R5, С2 можно исключить.

Быстродействующий электронный предохранитель

Устройство предназначено для быстрого отключения потребителей энергии от сети, если ток в цепи превысит допустимую величину. По сравнению с плавкими и электромеханическими предохранителями электронный имеет значительно большее быстродействие. Кроме того данное устройство можно легко и точно настроить на срабатывание при любом токе в диапазоне 0,1 …10 А.

Приводимая схема, рис. 1.9, по сравнению с аналогичными описанными в литературе [ЛЗ] проще в изготовлении и содержит меньше деталей.

Питается устройство защиты непосредственно от сети по бестрансформаторной схеме. Коммутацию нагрузки выполняет электронный ключ — симистор VS1. Для его открывания на управляющий электрод через трансформатор Т2 поступают короткие импульсы. Эти импульсы в нормальном режиме формируются автогенератором, выполненным на однопереходном транзисторе VT1. Использование автогенератора позволяет обеспечить экономичность работы схемы.

Для открывания симистора необходим ток через управляющий электрод до 100 мА. Этот ток обеспечивается в импульсном режиме. Необходимая энергия в генераторе накапливается на конденсаторе С2 при его заряде от источника питания (через резистор R2). Как только напряжение на нем достигнет порога открывания транзистора VT1 — конденсатор С2 разряжается по цепи переход эмиттер-база VT1-Т2/1. Процесс этот повторяется с частотой, определяемой величиной номиналов элементов R2-C2 (примерно 1,5…2 кГц).

Так как частота следования импульсов автогенератора значительно больше, чем сетевая (50 Гц), то симистор открывается практически в начале каждого полупериода сетевого напряжения.

Датчиком тока в цепи нагрузки является токовый трансформатор Т1. При протекании в нагрузке тока он проходит и через первичную обмотку Т1. Во вторичной обмотке (3-4) выделяется повышенное напряжение, пропорциональное току в нагрузке.

Это напряжение выпрямляется диодным мостом (VD1) и поступает через резистор R5 на управляющий электрод тиристора VS2. Если данное напряжение достигнет уровня, необходимого для срабатывания тиристора VS2, он откроется. В этом случае VS2 через диод VD2 закорачивает цепь заряда конденсатора С2 и автогенератор перестанет работать. Когда импульсы, управляющие коммутатором VS1, пропадут — нагрузка отключится и начнет светиться индикатор (HL1) работы защиты.

В этом состоянии схема может находиться долгое время и чтобы вернуть ее в исходное, необходимо нажать кнопку SB1. А с помощью кнопки SB2 нагрузку можно при необходимости отключить вручную. Общим выключателем является также SA1.

Чувствительность срабатывания схемы можно плавно регулировать при помощи резистора R3. Конденсатор С1 предохраняет от срабатывания защиты при кратковременных помехах в сети.

Токовый трансформатор Т1 потребуется изготовить самостоятельно. Для намотки удобно использовать каркас и магнитопровод от любого трансформатора, применяемого в старых отечественных телефонах. Подойдет магнитопровод из железа или феррита М2000НМ типоразмера Ш5х5 (в месте расположения катушки у него сечение 5×5 мм). При этом обмотка 3-4 выполняется проводом ПЭЛ диаметром 0,08 мм и содержит 3000…3400 витков. Последней наматывается обмотка 1-2 проводом ПЭЛ-2 диаметром 0,82…1,0 мм — 30…46 витков.

Импульсный трансформатор Т2 выполнен внутри броневого магнитопровода типоразмера Б14 из феррита с магнитной проницаемостью М2000НМ. Его конструкция показана на рис. 1.43. В центре сердечника необходимо обеспечить зазор 0,1…0,2 мм, что исключит его намагничивание в процессе работы. Обмотка 1 содержит 80 витков, 2 — 40 витков проводом ПЭЛШО диаметром 0,1…0,12 мм.

В схеме использованы детали: подстроенный резистор R3 типа СПЗ-19а, остальные резисторы любого типа; конденсаторы С1, C3 типа К50-35 на 25 В; С2 и С4 — К73-17В на рабочее напряжение не менее 63 и 400 В соответственно. Кнопки SB1, SB2 и светодиод HL1 подойдут любые миниатюрные.

Настройку схемы лучше начинать с проверки работы автогенератора собранного на транзисторе VT1. Для этого удобно питание подавать не от сети, а использовать внешний источник постоянного напряжения 15…20 В, подключив его в точки а-б.

При работе автогенератора на конденсаторе С2 должно быть напряжение, форма которого показана на рис. 1.10. Если таких импульсов нет, то может потребоваться подбор номинала резистора R2.

 

Срабатывание тиристора VS2 при нажатии на кнопку SB2 должно фиксироваться. Если светодиод HL1 постоянно не светится после отпускания кнопки — надо уменьшить номинал резистора R4 для увеличения тока, необходимого, чтобы удерживать VS2 в открытом состоянии.

Проверить работу устройства можно, подключив к гнездам XS1 лампу и стрелочный вольтметр. Прежде всего необходимо убедиться в том, что симистор VS1 полностью открывается (измерив напряжение на лампе). Если это не так, то нужно поменять местами выводы в любой из обмоток импульсного трансформатора Т2.

Схему электронного предохранителя можно упростить, убрав токовый трансформатор Т1, а вместо его обмотки 1-2 использовать резистор (R10) с маленьким сопротивлением (0,2…0,3 Ом) и диод, рис. 1.11. Величина сопротивления R10 подбирается под нужный ток защиты. Но в этом случае схема защиты будет работать на одной полуволне сетевого напряжения, что, естественно, может снизить быстродействие при отключении нагрузки.

При использовании схемы следует учитывать, что некоторые потребители энергии, например лампы, импульсные источники питания, электромоторы и некоторые другие, в момент включения дают Оросок тока. В этом случае порог срабатывания защиты надо увеличивать или, что будет значительно лучше, принять меры по уменьшению броска тока в нагрузке. Например, для лампы освещения можно обеспечить режим плавного увеличения напряжения при включении. :)то не только продлит ее срок службы, но и уменьшит помехи в сети.

Простейший способ уменьшения броска тока при включении пампы — применение защитных терморезисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. В настоящее время такие резисторы, например из серии ТР-15, выпускает отечественная промышленность. Эти резисторы позволяют сглаживать пусковые броски тока в лампах накаливания, кинескопах, импульсных источниках питания, электромоторах и других устройствах в 5…10 раз. В рабочем режиме терморезисторы нагреваются проходящим через них током до температуры 150…200°С. При этом они уменьшают свое сопротивление более чем в 100 раз.

Так, например, для защиты ламп накаливания мощностью 100…200 Вт подойдет терморезистор типа ТР-15-470-1,6 (номинальное сопротивление при 25°С — 470 Ом, а в прогретом состоянии 4,3 Ом). Для мощности лампы 25…100 Вт — ТР-15-1000-1,6 (номинальное сопротивление при 25°С — 1000 Ом, в прогретом состоянии 9,2 Ом).

Литература:  И.П. Шелестов — Радиолюбителям полезные схемы, книга 3.

6. Электронные предохранители и ограничители постоянного и переменного тока

Ощутимым недостатком плавких предохранителей является их одноразовость, необходимость последующей ручной замены на другой предохранитель, рассчитанный на тот же ток защиты. Зачастую, когда под рукой нет подходящего, используют предохранители на другой ток или более того, ставят самодельные (суррогатные) предохранители или просто массивные перемычки, что крайне негативно отражается на надежности работы аппаратуры и небезопасно в пожарном отношении.
Обеспечить автоматическую многоразовую защиту устройства и одновременно повысить ее быстродействие можно за счет использования электронных предохранителей. Эти устройства можно подразделить на два основных класса: первые из них самовосстанавливают цепь питания после устранения причин аварии, вторые — только после вмешательства человека. Известны также устройства с пассивной защитой — при аварийном режиме они только индицируют световым или звуковым сигналом о наличии опасной ситуации.
Для защиты радиоэлектронных устройств от перегрузок по току обычно используют резистивные или полупроводниковые датчики тока, включенные последовательно в цепь нагрузки. Как только падение напряжения на датчике тока превысит заданный уровень, срабатывает защитное устройство, отключающее нагрузку от источника питания. Преимуществом такого способа защиты является то, что величину тока срабатывания защиты можно легко изменять. Чаще всего этого достигают с помощью датчика тока.
Другим эффективным методом защиты нагрузки является ограничение величины предельного тока через нее. Даже при наличии в цепи нагрузки короткого замыкания ток ни при каких обстоятельствах не сможет превысить заданный уровень и повредить нагрузку. Для ограничения предельного тока нагрузки используют генераторы стабильного тока.
Схемы простой автоматической защиты радиоэлектронных устройств от перегрузок по току представлены на рис. 5.1 и 5.2 [5.1]. Работа устройств такого типа (стабилизатор тока на основе полевого транзистора) подробно рассматривалась ранее в главе 5 (книга 2). Ток нагрузки при использовании такого ограничителя не сможет превысить начального тока стока полевого транзистора. Величину этого тока можно задавать подбором типа транзистора, например, для приведенного на схеме транзистора типа КП302В максимальный ток через нагрузку не превысит значения 30…50 мА. Увеличить значение этого тока можно параллельным включением нескольких транзисторов.

Рис. 5.1. Ограничение предельного тока нагрузки при помощи полевого транзистора


Рис. 5.2. Транзисторный ограничитель предельного тока через нагрузку

В ограничителе тока нагрузки (рис. 5.2) работают обычные биполярные транзисторы с коэффициентом передачи по току не менее 80… 100. Входное напряжение через резистор R1 поступает на базу транзистора VT1 и открывает его. Транзистор работает в режиме насыщения, поэтому большая часть входного напряжения поступает на выход источника питания. При токе меньше порогового транзистор VT2 закрыт, и светодиод HL1 не горит. Резистор R3 выполняет роль датчика тока. Как только падение напряжения на нем превысит порог открывания транзистора VT2, он
откроется, включится светодиод HL1, а транзистор VT1, напротив, начнет закрываться, и ток через нагрузку ограничится.
При указанных на схеме номиналах элементов ток короткого замыкания равен (0,7 В)/(3,6 Ом)=0,2…0,23 А.


Рис. 5.3. Схема электронного предохранителя на полевом транзисторе VT1


Рис. 5.4. Вариант электронного предохранителя на полевом транзисторе

Электронные предохранители [5.2] можно выполнить с использованием мощного полевого транзистора VT1 в качестве ключа (рис. 5.3 и 5.4). Ток срабатывания защиты определяется соотношением резистивных элементов и зависит, в первую очередь, от величины сопротивления датчика тока, включенного последовательно с полевым транзистором.
После срабатывания защиты для повторного подключения нагрузки необходимо нажать кнопку SA1.
Стаиилизатор (рис. 5.5) позволяет получить на выходе регулируемое в пределах от 0 до 17 Б стабильное напряжение [5.3]. Для защиты стабилизатора от короткого замыкания и превышения тока в нагрузке использован тиристор VS1 с датчиком тока на резисторе R2. При увеличении тока в нагрузке включается тиристор, шунтируя цепь управления транзистора VT1, после чего напряжение на выходе падает до нуля. Светодиод HL1 индицирует факт срабатывания защиты. Для повторного запуска стабилизатора после устранения причин перегрузки следует нажать кнопку SB1 и разблокировать тиристор.


Рис. 5.5. Схема стабилизатора напряжения с защитой

Ток защиты в зависимости от величины сопротивления датика тока — резистора R2 — может быть установлен от 20.. .30 мА о 1…2 А. Например, при R2=36 Ом ток срабатывания — 30 мА; ри R2=4 Ом — 0,5 А.
В качестве транзистора VT1 можно использовать КТ815, Т801, КТ807 и др., VT2 — П702, КТ802 — КТ805 (с радиатором).
Схема источника питания со звуковым сигнализатором пре->!шения потребляемого тока [5.4] показана на рис. 5.6. Выпря-итель на диодах VD1 — VD4 питается от трансформатора, оричная обмотка которого рассчитана на напряжение 18 6 при же нагрузки не менее 1 А. Регулируемый стабилизатор напря-эния выполнен на транзисторах VT2 — VT5 по известной схеме, этенциометром R7 на выходе стабилизатора может быть уставлено напряжение от 0 до +15 В.
Сигнализатор, обозначенный на схеме устройства как ЗГ (звуковой генератор), представляет собой генератор звуковой частоты с подключенным к нему акустическим излучателем, например, динамической головкой. Для управления работой звукового генератора использован ключ на транзисторе VT1.

Рис. 5.6. Схема стабилизатора напряжения со звуковой индикацией перегрузки

При работе стабилизатора ток нагрузки проходит через датчик тока R1, создавая на нем падение напряжения. Пока ток небольшой (при указанной на схеме величине этого резистора не более 0,3 А), транзистор VT1 закрыт. По мере роста тока потребления и, соответственно, увеличения напряжения на резисторе, транзистор приближается к порогу открывания. Когда напряжение между базой и эмиттером транзистора VT1 достигнет 0,7 В, он открывается и при дальнейшем росте тока переходит в состояние насыщения. При открывании транзистора выпрямленное напряжение поступает на акустический сигнализатор и приводит его в действие.
Звуковой сигнализатор перегрузки на транзисторе VT1 может быть встроен в любой другой источник питания.
Электронный предохранитель для цепей постоянного тока и, одновременно, стабилизатор напряжения [5.5] может быть выполнен по схеме, показанной на рис. 5.7. На первых двух транзисторах (VT1 и VT2) собран стабилизатор напряжения по традиционной схеме, однако параллельно стабилитрону VD1
цключен релейный каскад на транзисторах VT3 — VT5 с дат-сом тока на резисторе Rx. При увеличении сверх заданной эмы тока в нагрузке этот каскад сработает и зашунтирует ста-питрон. Напряжение на выходе стабилизатора упадет до не-(чительной величины.


5.7. Схема электронного предохранителя — стабилизатора напряжения постоянного тока

Для разблокировки схемы защиты достаточно кратковре—ю нажать кнопку SB1.
Использование автоматических выключателей нагрузки по-!яет предотвратить разряд элементов питания или защитить чник питания от перегрузки. Выполнять функции таймера и матически отключать нагрузку при коротком замыкании по-яет устройство по схеме на рис. 5.8 [5.6].
Автовыключатель нагрузки работает следующим образом, кратковременном нажатии кнопки SB1 конденсатор С1 заря-ся от источника питания через резистор R1. Одновременно атывает ключ (ключи) /ШО/7-коммутатора (DA1), обеспе-я тем самым включение мощного транзистора VT1. Если ключатель SA1 разомкнут, устройство работает по схеме ера. Конденсатор С1 разряжается через цепочку включен-1араллельно ему резисторов R3 и R2. Когда конденсатор С1 чдится, устройство самостоятельно отключится от источника <ия и отключит нагрузку.
При замкнутом переключателе SA1 таймер не работает. 7-коммутатор блокируется подачей на управляющий вход (входы) напряжения высокого уровня через диод VD2 и резисторы R4, R5. Схема защиты источника питания от короткого замыкания в нагрузке выполнена на транзисторе VT2 и работает следующим образом. При работе устройства в нормальном режиме транзистор VT2 закрыт и не влияет на функционирование других элементов схемы. При коротком замыкании в нагрузке ток через диод VD2 не протекает, транзистор VT2 оказывается подключенным к конденсатору С1, на его базу поступает отпирающее смещение через резисторы R5 и R6. Конденсатор С1 разряжается, и происходит отключение устройства. Резистор R4 ограничивает начальный бросок тока при разряде конденсатора С1.


Рис. 5.8. Схема автовыключателя нагрузки — таймера

При суммарном сопротивлении резисторов R2 и R3 100 кОм таймер обеспечивает выдержку в 1 сек, при суммарном сопротивлении 200 кОм — 2 сек, 300 кОм — 3 сек и т.д. до 33 сек. Увеличить время выдержки на один-два порядка можно увеличением номиналов R2, R3 и С1.
Максимальный ток нагрузки определяется типом используемого транзистора VT1 и наличием у него теплоотвода. Незадействованные ключи коммутатора можно подключить параллельно DA1.1 либо использовать в подобных взаимонезависимых схемах автовыключения нагрузки. Такое включение может быть использовано в схемах резервирования функций для обеспечения повышенной надежности работы устройств: выход из строя одного из сопротивлений нагрузки не вызовет отключения или повреждения других каналов. Переключатель SA2 может быть включен при
малых (до 10 мА на ключ) токах нагрузки. При токах нагрузки до 40 мА можно исключить из схемы транзистор VT1 . В этом случае все ключи /ШО/7-коммутатора DA1 должны быть соединены параллельно.
Устройство работает в диапазоне питающих напряжений 5… 15 В и даже при 4 б. Отключить устройство можно нажатием кнопки SB2. В отключенном состоянии оно потребляет ток до долей-единиц мкА.
Известно, что в последовательно соединенной цепи элементы аккумуляторной батареи, разряженные до напряжения ниже 1,1 В, из источника напряжения превращаются в своего рода дополнительную нагрузку для еще неразрядившихся элементов, вызывая резкое падение напряжения на выводах батареи аккумуляторов. Кроме снижения энергоемкости батареи аккумуляторов в целом, это может привести и к «повреждению отдельных ее элементов.


Рис. 5.9. Схема устройства автоматического отключения аккумуляторной батареи

Устройство [5.7], схема которого показана на рис. 5.9, предотвращает слишком глубокую разрядку элементов в батарее. Оно включается между аккумуляторной батареей и нагрузкой. Принцип действия основан на контроле напряжения на нагрузке. Когда оно снижается до уровня 1,1х пВ (где п — число элементов з аккумуляторной батарее) нагрузка и само устройство отклю-наются контактной группой реле, и ток через аккумуляторные элементы прекращается (если в самой батарее отсутствуют ка-<ие-либо неисправности).
При нажатии кнопки SB1 к источнику тока подключаются и нагрузка, и само контролирующее устройство. Напряжение на
инвертирующем входе микросхемы DA1 (вывод 2) определяется стабилитроном VD1 и составляет 3,9 В, а на неинвертирующем (вывод 3) — делителем напряжения на резисторах R1 и R2, причем при нормальном напряжении источника оно несколько выше, чем на инвертирующем входе. В таком состоянии на выходе микросхемы имеется высокий уровень напряжения — реле К1 включается, и его контакты К1.1 оставляют включенными нагрузку и контролирующее устройство даже при отпускании кнопки включения.
Когда напряжение на батарее упадет настолько, что его величина на неинвертирующем входе станет менее 3,9 6, на выходе микросхемы напряжение станет низким, и реле обесточится, разрывая цепь питания. Момент переключения зависит от напряжения на батарее аккумуляторов и величины сопротивления резистора R1, которое следует выбрать в соответствии с таблицей 5.1. Для ограничения базового тока транзистора между выходом микросхемы и базой следует включить резистор сопротивлением 1…10/Ю/И.

Таблица 5.1. Сопротивление резистора R1 при различном напряжении батареи

Напряжение батареи, В Сопротивление резистора, кОм
6,0
1,6
7,2 2,7
8,4 3,9
4,7
10,8 6,2
12,0 7,5

Данное устройство может давать ложные срабатывания, если к источнику питания подключают слишком мощную нагрузку, при которой напряжение батареи мгновенно «подсаживается». В этом случае отключение нагрузки еще не говорит о том, что элемент (элементы) батареи аккумуляторов разрядился до нижней допустимой границы. Повысить помехозащищенность
/стройства позволит подключение конденсаторов параллельно $ходам компаратора.
Зарядные устройства (ЗУ) обычно снабжены электронной ощитой от короткого замыкания на выходе [5.8]. Однако еще !стречаются простые ЗУ, состоящие из понижающего транс-рорматора и выпрямителя. В этом случае можно применить неложную электромеханическую защиту с использованием реле 1ли автоматических выключателей многократного действия (на-|ример, автоматические предохранители или АВМ в квартирных >лектросчетчиках) [5.8]. Быстродействие релейной защиты со-тавляет примерно 0,1 сек, а с использованием ABM — 1…3 сек.
Когда аккумулятор (или аккумуляторная батарея) соединен выходом устройства, реле К1 срабатывает и своими контактами 11.1 подключает ЗУ (рис. 5.10).


Рис. 5.10. Схема устройства защиты для зарядных устройств

При коротком замыкании выходное напряжение резко уменьится, обмотка реле будет обесточена, что приведет к размыка-ию контактов и отключению аккумулятора от ЗУ. Повторное ключение после устранения неисправности осуществляется кноп-эй SB1. Конденсатор С1, заряженный до выходного напряжения эшрямителя, подключается к обмотке реле. Резистор R1 огранивает импульс тока при ошибочном включении, когда короткое тыкание на выходе еще не устранено.
Резистор R2 ограничивает ток короткого замыкания. Его ожно не устанавливать, если диоды имеют запас по току. Сле-/ет помнить, что в этом случае выходное напряжение ЗУ долж-з быть больше на значение падения напряжения на резисторе 2 при номинальном зарядном токе. АВМ защищает при пере->узках по току, чего 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.
Для ЗУ автомобильных аккумуляторных батарей необходимо выбрать реле на номинальное напряжение 12 Б с допустимым током через контакты не менее 20 А. Этим условиям удовлетворяет реле РЭН-34 ХП4.500.030-01, контакты которого следует включить параллельно. Для ЗУ с номинальным током до 1 А можно применить реле РЭС-22 РФ4.523.023-05.
Тиристорно-транзисторная схема защиты источника питания от короткого замыкания [5.9] показана на рис. 5.11. Схема работает следующим образом. При номинальном режиме тиристор отключен, транзисторы устройства, включенные по схеме Дарлингтона, находятся в состоянии насыщения, падение напряжения на них минимально (обычно единицы вольт). При возникновении короткого замыкания в нагрузке начинает протекать ток через управляющий переход тиристора VS1, происходит его включение. Открытый тиристор шунтирует цепь управления составного транзистора, ток через который снижается до минимума.


Рис. 5.11. Схема защиты источника питания от короткого замыкания

Светодиод HL1 индицирует наличие короткого замыкания в нагрузке.
Схема рассчитана на работу при больших токах, поэтому на самой схеме защиты падает довольно значительная часть напряжения питания и рассеивается, соответственно, большая мощность.
Устройство, описанное ниже, одновременно может выпол-ять роль стабилизатора постоянного и переменного тока боль-юй величины, защищать цепь нагрузки от короткого замыкания, ыполнять роль регулируемой активной нагрузки с предельной ощностью рассеяния сотни бг[5.10, 5.11].
Основой стабилизатора тока является токостабилизирую-(ий двухполюсник, схема которого приведена на рис. 5.12. Он эедставляет собой модифицированный источник тока, описанный работе [5.12]. Ток через канал полевого транзистора VT1 опреде-чется, преимущественно, напряжением U1 (рис. 5.12) и может эггь вычислен из выражения: I=U1/RM. Напряжение U1 является 1стыо напряжения +Е, приложенного к двухполюснику, а посколь-/ резистивный делитель R1/R2 обеспечивает прямо пропорцио-1льную зависимость между величинами U1 и +Е, то такое же ютношение будет наблюдаться между током I и напряжением +Е.


Рис. 5.12. Токостабилизирующий двухполюсник на основе дифференциального усилителя и полевого транзистора

Эквивалентное сопротивление двухполюсника можно пред-авить как: R3=E/l=ExRM/U1. В свою очередь U1=E*RM/(R1+R2).
Отсюда R3=RM+(R1XRM/R2) или R3=R|/,'<(1+R1/R2). Следова-пьно, ток через двухполюсник можно изменять, регулируя либо личину Ри, либо соотношение сопротивлений делителя R1/R2. in R1»R2 выражение для вычисления эквивалентного сопро-вления двухполюсника упростится: R3=RMxR1/R2.
Практическая схема узла активной нагрузки — стабилиза-эа постоянного тока — приведена в статье [5.10], а ниже, на с. 5.13 показана возможность использования этого схемного шения для стабилизации переменного тока [5.1 1].


Рис. 5.13. Стабилизатор переменного (и постоянного) тока с регулируемым током нагрузки от единиц мА до 8 А

Ток в цепи стабилизатора можно плавно регулировать поворотом ручки потенциометра R2 в пределах от нескольких мА до 8 А, причем максимальный ток нагрузки при необходимости можно увеличить еще на порядок, применив вентиляторы, радиаторы, нарастив количество параллельно задействованных полевых транзисторов.

7. Электронные предохранители переменного тока

Схемы защиты радиоэлектронного оборудования, работающие на переменном токе, обычно более сложны и получили меншее распространение. Это обусловлено тем, что большинство полупроводниковых приборов работает на постоянном токе и, <роме того, надежность работы полупроводниковых приборов на повышенных напряжениях сетевого уровня невелика, поскольку пюбой случайный бросок напряжения, например, при переходных процессах, может легко пробить переход даже самого высоковольтного полупроводникового прибора.

Рис. 6.1. Схема полупроводникового биполярного предохранителя на позисторе

Полупроводниковый биполярный «предохранитель» (рис. 6.1) способен защитить электронную схему от перегрузки по току [6.1]. ля уменьшения остаточного тока в отключенном состоянии в схе-ie использован позистор. Когда ток нагрузки меньше допустимого, ранзистор VT1 заперт, a VT2 — открыт и находится в состоянии насыщения. Падение напряжения на участке эмиттер — коллектор ранзистора VT2 мало. При перегрузке это напряжение заметно юзрастает, что вызывает открывание транзистора VT1 и возрастаие его коллекторного тока. При этом транзистор VT2 закрывается, ок через электронный предохранитель уменьшается. К позистору рикладывается значительно большее напряжение, в связи с чем
он разогревается. Сопротивление позистора резко увеличивается на несколько порядков, VT2 закрывается еще больше, и остаточный ток через предохранитель существенно снижается.
«Предохранитель» можно использовать в цепях как постоянного, так и переменного тока, а также для защиты выходных каскадов транзисторных усилителей.
Конденсатор С2 снижает чувствительность устройства к импульсным перегрузкам малой длительности. Диоды VD5 и VD6 защищают транзистор VT2 от импульсов тока большой величины при работе устройства на переменном токе.
Быстрое отключение радиоаппаратуры от питающей сети при изменении ее напряжения более допустимых пределов осуществляет т.н. полуавтомат (рис. 6.2) [6.2]. От подобного устройства [6.3] он отличается тем, что при «скачках» напряжения отключает нагрузку от сети, и повторное его включение возможно только после нажатия на пусковую кнопку SB1.

Рис. 6.2. Схема полуавтомата защиты аппаратуры при изменении напряжения сети

Для питания обмотки электромагнитного реле К1 использован мостовой выпрямитель VD1 — VD4, подключенный к сети через гасящие конденсаторы С1 и С2. Включают устройство фатковременным нажатием на кнопку SB1. Реле К1 срабатыва-эт, его контакты К1.1 блокируют контакты пусковой кнопки. Конденсатор С1 обеспечивает необходимый пусковой ток реле при включении.
При повышении напряжения сети до 240 Б начинают прово-?ить ток стабилитроны VD7 и VD8. Ток через оптрон U1 отпирает ринистор VS1, который блокирует цепь питания обмотки реле (1. Реле отключает нагрузку устройства от сети.
В рабочем режиме реле удерживается током, протекающим !ерез конденсатор С2. При снижении напряжения сети ниже 160 В юле самоотключается.
Налаживают устройство подбором емкости конденсаторов /2 и С1 по срабатыванию устройства при снижении напряжения ети до 160… 170 В и надежному включению его пусковой кнопкой !В1. Подбор емкостей производят путем параллельного подклю-ения конденсаторов малой емкости к конденсаторам большой мкости. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть е ниже 300 В. В цепь анода тиристора VS1 желательно устано-ить ограничительный резистор сопротивлением 10 Ом.
Оптрон можно заменить маломощным импульсным транс-юрматором, например, согласующим трансформатором УЗЧ, об-отки которого содержат по 150…300 витков провода ПЭВ-2 ,15…0,3. Обмотку с меньшим числом витков подключают вместо ютодиода оптрона U1, а обмотку с большим числом витков — место его светодиода; резисторы R3 и R4 удаляют. Реле К1 — на абочее напряжение 12…60 В, его контакты должны быть рассчи-мы на ток 2…3 А при напряжении сети 220 В.
Все элементы устройства гальванически связаны с электро-лъю, что требует повышенной осторожности при работе с ним.
Электронный предохранитель, работающий на переменном же и срабатывающий при токе нагрузки около 10 А разработал Флавицкий (рис. 6.3) [6.4].
В качестве ключевого элемента использован тиристор VS1, (пряженный с элементом управления — оптоэлектронной парой I типа АОУ103А. В свою очередь светодиод оптронной пары лючен в качестве нагрузки в схему контроля тока нагрузки. Дат-IKOM этого тока служит проволочный резистор R11. Как только
напряжение на нем возрастет до 1,3 В, что соответствует току нагрузки 10 А, откроется транзистор VT1 и включит тиристор VS2. Нагрузкой этого тиристора и является светодиод оптрона LJ1, а также индикатор визуального контроля — светодиод HL1.

Рис. 6.3. Схема электронного предохранителя переменного тока

Питание устройство контроля тока получает от простейшего выпрямителя с использованием гасящего конденсатора и параметрического стабилизатора на стабилитроне VD3.
Для принудительного отключения нагрузки и проверки работы устройства, а также для повторного запуска (включения) устройства после устранения причин перегрузки служат кнопки SB1 и SB2.

Низковольтный электронный предохранитель • Питание

Низковольтный электронный предохранитель служит для защиты различных источников питания от перегрузки, например, аккумуляторных батарей, сетевых блоков питания, а также для защиты нагрузки от серьёзных повреждений при её работе в нештатном режиме, можно изготовить несложный электронный предохранитель, который отключит источник питания от нагрузки при превышении потребляемого тока сверх определённого значения.

Принципиальная схема такого низковольтный электронный предохранитель показана на рис.

Изготовленный по представленной схеме низковольтный электронный предохранитель рассчитан на работу при входном напряжении питания 8…42 В постоянного тока, может эксплуатироваться при токе подключенной нагрузки до 10 А. При включении питания устройства, в случае, если со стороны подключенной нагрузки перегрузка или короткое замыкание отсутствует, все маломощные биполярные транзисторы VT1 -VT4 закрыты, в то время, как мощный полевой р-канальный транзистор VT5 будет открыт, на нагрузку поступает напряжение питания, практически равное входному напряжению. В этом режиме работы светит зелёный кристалл светодиода HL1.

В случае если потребляемый нагрузкой ток превысит заданное значение, кратковременно замкнутся контакты К1.1 герконового реле К1. Это приведёт к тому, что транзисторы VT1, VT2, включенные как аналог управляемого тринистора, лавинообразно откроются. Вместе с ними откроются биполярные транзисторы VT3, VT4. Открытый транзистор VT3 зашунтирует выводы затвор-исток VT5, полевой транзистор закроется, нагрузка обесточится. Светодиод HL1 сменит свет свечения с зелёного на красный. В таком состоянии устройство будет находиться, пока не будут кратковременно замкнуты контакты кнопки SA1. Если будет попытка выполнить «сброс» защитного состоянии до момента устранения причины перегрузки, то транзисторы электронного предохранителя, благодаря наличию резистора R2, начнут работать в генераторном режиме со средним током потребления примерно равным току срабатывания защиты.

Конденсатор С2 создаёт небольшую задержку для срабатывания тринисторного узла защиты на транзисторах VT1, VT2, это необходимо для защиты от помех и для того, чтобы защита не срабатывала в момент включения питания из-за зарядки конденсаторов фильтра питания подключенной нагрузки. Стабилитрон VD1 защищает затвор полевого транзистора от пробоя высоким напряжением. Конденсаторы С1, С3 блокировочные по цепям питания, предотвращают самовозбуждение устройства на высоких частотах. Резисторы R8, R10 ограничивают ток через кристаллы светодиода.

Все детали низковольтный электронный предохранитель можно смонтировать на печатной плате размером 70×50 мм, рис.

Резисторы для этой конструкции можно использовать любого типа общего применения соответствующей мощности, например, МЯТ, РПМ, С1-4, С1-14, С2-23. Оксидные конденсаторы типов К50-35, К50-68 или аналоги. Конденсатор С2 керамический К10-17, К10-50, КМ-5, КМ-6. Стабилитрон BZV55C-15 можно заменить на 1N4744A, BZV55C-16, TZMC-15, MZPY15RL, КС215Ж, 2С215Ж или другим маломощным с рабочим напряжением 13… 16 В при токе 1 мА.

Двухкристальный светодиод L-239EGW с общим катодом и с красным и зелёным кристаллами можно заменить на (в порядке убывания яркости свечения) L-119SURKMKWT, L-119SRSGWT/CC, L-119EGW. Также подойдёт двухкристальный светодиод из серий L-59BL, L-799. При отсутствии двухкристального светодиода с общим катодом, можно установить два обычных светодиода, например, из серий АЛ307, КИПД35. Транзистор 2SC945 можно заменить на транзисторы серий ВС547, ВС550, BF422, 2SC1815, КТ6111, КТ6117. Вместо транзисторов 2SA1266 можно установить любые из ВС556, MPSA-93, 2SA709, 2SA954, КТ6116, КТ6112. Перечисленные в вариантах возможных замен биполярные транзисторы могут иметь отличия в цоколёвке выводов и типах корпусов.

Мощный полевой р-канальный транзистор IRF4905 рассчитан на максимальное напряжение исток-сток 55 В, максимальный постоянный ток стока -74 А, максимальная рассеиваемая мощность до 200 Вт, максимальное напряжение затвор исток +/- 20 В, имеет сопротивление открытого канала не более 0,02 Ом при напряжении затвор-исток-10 В. В этой конструкции его можно заменить на IRF4905S. Если потребуется работа устройства при входном напряжении питания от 4 В, то на место VT5 нужно установить любой из транзисторов 2SJ339, 2SJ340, 2SJ348, 2SJ413, 2SJ591LS. Не для каждого случая может потребоваться такой мощный транзистор со сверхмалым сопротивлением открытого канала. При максимальном токе нагрузки до 2 А подойдут, например, IRF5305, IRF5305S.

Если возможна нештатная эксплуатация низковольтный электронный предохранитель при напряжении питания ниже 8 В или ниже 4 В в случае применения транзисторов с малым напряжением открывания, то полевой транзистор желательно установить на теплоотвод. Перед монтажом полевого транзистора его выводы закорачивают проволочной перемычкой, которую удаляют после сборки устройства перед первым включением.

Реле К1 самодельное герконовое. Для его изготовления применяется геркон МКА—27101, на колбе которого намотано 28 витков обмоточного провода ПЭВ-2 диаметром 0,56 мм. С таким реле контакты геркона будут замыкаться при токе около 1,3 А. Вместо такого геркона подойдут любые с нормально разомкнутым контактом, диаметром колбы 3…4 мм и длиной 20…50 мм, например КЭМ-6, КЭМ-2, чем больше витков будет содержать катушка самодельного реле, тем при меньшем токе будет срабатывать защита. Кнопка SA1 любая малогабаритная маломощная со свободно разомкнутыми контактами без фиксации положения.

Сопротивления резисторов R2, R8, R10 указаны для диапазона питающих напряжений 8…18 В. При более высоком фиксированном напряжении питания эти резисторы следует установить пропорционально большего сопротивления. В любом случае, например, когда входное напряжение может изменяться в широких пределах, сопротивления резисторов R8, R10 следует выбирать так, чтобы ток через кристаллы светодиода не превышал 10 мА. Сопротивление R2 должно быть таким, чтобы при замкнутых контактах при отсутствии перегрузки можно было бы возобновить питание подключенной к выходу электронного предохранителя нагрузки.

При отсутствии перегрузки, когда светит зелёный кристалл светодиода, и при входном напряжении питания менее напряжения открывания стабилитрона VD1, устройство потребляет только тот ток, который протекает через R10 и светодиод. Если цепь R10 разорвать, то в этих условиях электронный предохранитель не будет потреблять тока при работе в штатном режиме. При срабатывании защиты потребляемый ток определяется входным напряжением питания и сопротивлениями установленных резисторов R3, R6 — R8.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ


   Вам надоело менять предохранители каждый раз, когда они сгорают? Используйте электронный предохранитель постоянного тока, который будет защищать ваши устройства, подключенные к блоку питания. Этот «предохранитель» может быть восстановлен, просто отключив и снова включив его. Такой предохранитель использует N-канальный FET полевой транзистор как датчик тока. Также транзистор осуществляет отключение линии нагрузки по массе, когда ток превысит максимально допустимое значение.

Схема предохранителя

Печатная плата

   Ток отсечки (срабатывания) можно регулировать переменным резистором Р1 от 0 до 5 А. Данная схема может корректно работать с максимальным током нагрузки до 5 ампер. Не перегружайте её, если не хотите сжечь детали. На длительном высоком токе транзистор может становиться горячим, поэтому нужен небольшой радиатор.

   Теперь о конденсаторах в базовой цепи — С1 и С2 транзистора Т2. В зависимости от их ёмкости, меняется скорость срабатывания. Например с С1 будет отключаться медленно (пропуская кратковременные пики нагрузки), а С2 мгновенно. При настройке отрегулируйте резистор Р1 до тех пор, пока предохранитель не «перегорит».

   Сброс предохранителя прост: отключите его питание, и при повторной подаче напряжения схема готова защитить ваши приборы снова. Устройство подходит как приставка для любого источника питания постоянного тока (с переменным схема не заработает) на напряжение выхода до 25 В. При более высоком напряжении потребуется изменить номиналы некоторых резисторов и поставить транзисторы по мощнее. А для защиты самого БП можно сделать вот эту схему.


Поделитесь полезными схемами

СХЕМА ИНВЕРТОРА

   По сути инвертор — это преобразователь постоянного тока в переменный ток. Причем получить на выходе можно любой ток, с практически любыми необходимыми параметрами.


САМОДЕЛЬНАЯ СУШИЛКА

   Сушилка для полотенца своими руками. Многим из нас знакома ситуация, когда идем в туалет или в ванную комнату чтобы помыть руки, а там видим, что из полотенца вода капает и еще не очень то приятно оно паxнет. Влажное полотенце плюс ко всему удобная среда для размножения микробов.


САМОДЕЛЬНЫЙ РЕЗИСТОР

   Нарисуем резистор на бумаге — оригинальный метод изготовления маломощных резисторов высокого сопротивления.


САМОДЕЛЬНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПАЯЛЬНИК

    После нажатия на кнопку, паяльник разогревается в течении 5 секунд, то есть по принципу мы замкнули выводы вторичной обмотки трансформатора, в следствии которого проволока (жало) нагревается.



Иллюстрированный самоучитель по схемотехнике › Электронные предохранители переменного тока [страница — 29] | Самоучители по инженерным программам

Электронные предохранители переменного тока

Для питания обмотки электромагнитного реле К1 использован мостовой выпрямитель VD1 – VD4, подключенный к сети через гасящие конденсаторы С1 и С2. Включают устройство кратковременным нажатием на кнопку SB1. Реле К1 срабатывает, его контакты К1.1 блокируют контакты пусковой кнопки. Конденсатор С1 обеспечивает необходимый пусковой ток реле при включении.

При повышении напряжения сети до 240 В начинают проводить ток стабилитроны VD7 и VD8. Ток через оптрон U1 отпирает тринистор VS1, который блокирует цепь питания обмотки реле (1. Реле отключает нагрузку устройства от сети.

В рабочем режиме реле удерживается током, протекающим через конденсатор С2. При снижении напряжения сети ниже 160 В юле самоотключается.

Налаживают устройство подбором емкости конденсаторов C2 и С1 по срабатыванию устройства при снижении напряжения сети до 160… 170 В и надежному включению его пусковой кнопкой В1. Подбор емкостей производят путем параллельного подключения конденсаторов малой емкости к конденсаторам большой емкости. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть е ниже 300 В. В цепь анода тиристора VS1 желательно установить ограничительный резистор сопротивлением 10 Ом.

Оптрон можно заменить маломощным импульсным трансформатором, например, согласующим трансформатором УЗЧ, обмотки которого содержат по 150…300 витков провода ПЭВ-2.15…0.3. Обмотку с меньшим числом витков подключают вместо светодиода оптрона U1, а обмотку с большим числом витков – место его светодиода; резисторы R3 и R4 удаляют. Реле К1 – на рабочее напряжение 12…60 В, его контакты должны быть рассчитаны на ток 2…3 А при напряжении сети 220 В.

Все элементы устройства гальванически связаны с электросетью, что требует повышенной осторожности при работе с ним.

Электронный предохранитель, работающий на переменном же и срабатывающий при токе нагрузки около 10 А разработал Флавицкий (рис. 6.3) [6.4].

В качестве ключевого элемента использован тиристор VS1, сопряженный с элементом управления – оптоэлектронной парой I типа АОУ103А. В свою очередь светодиод оптронной пары включен в качестве нагрузки в схему контроля тока нагрузки. Дат-IKOM этого тока служит проволочный резистор R11. Как только напряжение на нем возрастет до 1.3 В, что соответствует току нагрузки 10 А, откроется транзистор VT1 и включит тиристор VS2. Нагрузкой этого тиристора и является светодиод оптрона LJ1, а также индикатор визуального контроля – светодиод HL1.


Рис. 6.3. Схема электронного предохранителя переменного тока

Питание устройство контроля тока получает от простейшего выпрямителя с использованием гасящего конденсатора и параметрического стабилизатора на стабилитроне VD3.

Для принудительного отключения нагрузки и проверки работы устройства, а также для повторного запуска (включения) устройства после устранения причин перегрузки служат кнопки SB1 и SB2.

Электронные предохранители

Электронные предохранители
Elliott Sound Products Электронные предохранители

Авторские права на февраль 2020 г., Rod Elliott
Обновлено в октябре 2021 г.

Top
Основной указатель Содержание
Введение

Предохранители использовались для защиты электрических и электронных цепей с самого начала использования электрического оборудования.В основном они делают довольно хорошую работу, но редко бывают достаточно быстрыми, чтобы защитить электронные части, такие как транзисторы или полевые МОП-транзисторы, от серьезной перегрузки. Полупроводник почти всегда выходит из строя задолго до того, как сработает предохранитель, что в значительной степени является прекрасным примером закона Мерфи в действии. Много полезной информации можно найти в статье «Как применять устройства защиты цепей». Эта статья была опубликована еще в 2009 году и показывает большую часть того, что вам нужно знать о предохранителях и миниатюрных автоматических выключателях.

Автоматические выключатели (иногда) являются улучшением по сравнению с простым предохранителем, но обычно только в том случае, если у них есть магнитный отключающий механизм, который очень быстро срабатывает при сильной перегрузке. Все защитные системы вносят некоторые потери в цепь, а сопротивление различных предохранителей показано в статье и в следующем разделе. Сюда входит сопротивление в холодном состоянии (25 ° C) и при номинальном токе. Предохранители ниже 3,15 А рассеивают около 1,6 Вт при полном номинальном токе, а предохранители более высокого номинала рассеивают до 2.5Вт. Это означает, что они довольно сильно нагреваются при постоянном использовании с расчетным номинальным током, но в большинстве схем это случается редко.

Многие цепи потребляют значительный «пусковой» ток (при первом включении питания), когда трансформаторы переходят в установившееся состояние и / или когда конденсаторы фильтра заряжаются до своего рабочего напряжения. Из-за этого часто необходимо использовать плавкий предохранитель с замедленным срабатыванием или задержкой, который рассчитан на то, чтобы выдерживать ток, намного превышающий нормальный, в течение короткого периода времени.Как и у всех предохранителей, если ток лишь незначительно превышает номинал предохранителя, может пройти много времени, прежде чем он «перегорит» из-за размыкания цепи. Нереально ожидать, что предохранитель выйдет из строя, если ток (скажем) всего в 1,1 раза превышает номинальное значение (1,1 А для предохранителя на 1 А). В общем, ожидайте, что любой предохранитель выйдет из строя в течение 1-2 минут при токе, превышающем номинальное значение в 1,5 раза.

Это вполне нормально для оборудования с большой тепловой массой, такого как трансформатор или двигатель, но неадекватно для защиты транзистора, который уже работает на пике мощности (поэтому температура кристалла находится на максимально допустимой или близкой к ней).В результате большая часть электронного оборудования, в котором используется «защита» плавкими предохранителями, на самом деле вообще не защищена. Предохранители только гарантируют, что серьезная неисправность не вызовет дополнительных серьезных повреждений, включая возможность возгорания.

Ввести электронный предохранитель (или е-предохранитель). Их можно настроить на срабатывание при очень специфическом токе, и если он будет превышен (даже на несколько миллиампер), электронный предохранитель отключит нагрузку. В идеале он останется «открытым», даже если питание будет отключено и повторно включено, но для этого требуется резервная батарея, что очень редко.Доступны ИС с электронными предохранителями (часто с множеством дополнительных функций), но большинство из них доступны только в корпусах SMD (устройство для поверхностного монтажа).

Идея этой статьи состоит в том, чтобы показать несколько вариантов, которые можно использовать при (почти) любом напряжении и токе и с довольно хорошо определенным током отключения. Некоторые из них намного лучше других в этом отношении, и использование резистивного «детектора тока» более надежно, чем использование R DS-on полевого МОП-транзистора. Это обычно используется в специализированных ИС «электронных предохранителей», но они имеют температурную компенсацию для обеспечения предсказуемых результатов.

Несмотря на очень точные пороги обнаружения, доступные для электронных предохранителей, «традиционный» проволочный предохранитель далек от «мертвой» технологии. Они по-прежнему являются наиболее экономичным вариантом, когда необходимо снизить риск возгорания (или дальнейшего разрушения электроники), но необходимо понимать их ограничения. Вот почему существуют такие проекты, как схема защиты громкоговорителей ESP Project 33. Хотя пара электронных предохранителей может легко обнаружить неисправность и отключить нагрузку, если ток превышает заданный предел, это непростая альтернатива.

Схемы, показанные здесь, предназначены для предоставления примеров и относятся к , а не к строительным проектам . Существует бесчисленное множество других схем (включая множество специализированных ИС), которые можно использовать, но не все из них полезны для DIY (некоторые из них вообще не полезны, IMO). Электронный предохранитель, который требует, чтобы вы нажали кнопку, чтобы включить цепь, бесполезен, и вдвойне, если у него нет механизма отключения. Существует одна очень распространенная схема (она повсюду в сети), которая использует это, и она была намеренно исключена, потому что это не очень хорошая идея (и многие люди, которые ее создали, обнаружили, что она не работает).Электронный предохранитель должен быть активен при включении питания, а в случае срабатывания он должен оставаться таковым до сброса при включении. Если неисправность все еще существует, он отключится снова.

Электронные предохранители могут быть реальной альтернативой термомагнитному автоматическому выключателю. Они намного быстрее и могут быть установлены на точный верхний предел, который может быть намного ниже любого, предлагаемого автоматическими выключателями. Например, если вашей цепи требуется 100 мА, но даже 120 мА указывает на неисправность, электронный предохранитель (например, установленный на 110 мА) является единственным вариантом.Никакой проволочный предохранитель или автоматический выключатель не обеспечивает такой же уровень точности и скорости.


1.0 Технические характеристики предохранителей для проводов

Поскольку они очень широко используются (и таблица будет упоминаться несколько раз в этой статье), я включил эту таблицу, которая показана в статье «Как применять устройства защиты цепей». Это полезная справочная таблица, и некоторые значения можно напрямую перенести на «эквивалентный» электронный предохранитель.

2,00 .0 м мВ6 м
Номинальный ток
А
Ток прерывания
А (макс.)
Сопротивление, Ом
0A Номинальное значение A
Падение напряжения при номинальном токе
Рассеиваемая мощность
При 150 % Текущие
0.315 35 А при 250 В перем. Тока 880 м 4,13 1,300 В 1,6
0,4 ​​ 277 м 3,00 0,5 1.000 В 1,6
0,63 190 м 1,03 650 мВ 1,6
0,8 120,3 м 300 м6
1,0 96,4 м 200 м 200 мВ 1,6
1,25 70,1 м 160 м 200 мВ 1,6
1,6 9000 119 м 190 мВ 1,6
2,0 ​​ 41,6 м 89,5 м 170 мВ 1,6
2,5 33,4 м 170 мВ 1,6
3,15 22,4 м 47,6 м 150 мВ 2,5
4,0 40A при 250 В перем. мВ 2,5
5,0 50 А при 250 В перем. тока 13,7 м 26,0 м 130 мВ 2,5
6,3 63A при 130 мВ 2,5
Таблица 1 — Технические характеристики предохранителей для типичных электронных приложений

Приведенная выше таблица адаптирована из таблицы данных Littelfuse (Осевые свинцовые и картриджные предохранители 5 × 20 мм> быстродействующие> серия 217) для быстродействующих стеклянных предохранителей. Я показал значения, которые, скорее всего, будут использоваться в типичных электронных проектах, но полная таблица содержит гораздо больше информации и охватывает предохранители от 32 мА до 15 А. Я добавил столбец, который показывает сопротивление при максимальном токе (предполагается, что медный провод), и выяснилось, что температура плавкого провода составляет около 300 ° C при полном номинальном токе.


2.0 Принцип работы E-Fuse

Хотя существует множество различных топологий, основные принципы обычно очень похожи. Нам нужен способ определения фактического протекания тока, и если он превышает заданный порог, нагрузку следует отключать с задержкой, максимально близкой к нулю. Могут быть включены дополнительные схемы, чтобы позволить очень короткие отклонения от заданного значения (аналогично предохранителю с задержкой (медленным срабатыванием)), или в некоторых случаях предохранитель предназначен для ограничения тока до предварительно установленного максимума на несколько миллисекунд.Если состояние перегрузки по току сохраняется дольше запрограммированного максимума, предохранитель отключает нагрузку от источника питания. Это особенность некоторых ИС с электронными предохранителями.

По большей части эта статья будет сосредоточена на дискретных схемах, а не на готовых коммерческих продуктах. Это в основном связано с тем, что внутренняя схема коммерческих ИС очень сложна, и большинство из них не рассчитано на высокое напряжение, хотя бывают и исключения. Поскольку практически все эти микросхемы представляют собой SMD-детали, с ними сложно экспериментировать, поскольку макетные платы и схемы «наращивания» обычно невозможны без использования печатной платы, разработанной для конкретного устройства.Некоторые даже используют корпуса LCC (безвыводные держатели микросхем), и они плохо сочетаются с и любыми методами построения экспериментатора .

Наиболее очевидное требование — способ контролировать ток. Хотя использование резистора кажется плохой идеей, помните, что предохранители тоже имеют сопротивление — иначе провод не смог бы нагреться и расплавиться! (См. Таблицу 1.) Сопротивление должно быть как можно меньшим, но есть ограничения — если оно слишком низкое, напряжение на резисторе будет слишком низким, чтобы быть полезным для чего-либо.Точно так же, если оно слишком велико, падение напряжения может быть чрезмерным. Если мы стремимся к падению напряжения 100 мВ при номинальном токе, это не нарушит большинство цепей, и этого достаточно, чтобы получить надежное обнаружение. На самом деле это меньше, чем у большинства проволочных предохранителей, так что это неплохой компромисс.

Как только напряжение на детекторе (например, трансформатор тока, пояс Роговского (здесь не рассматривается), резистор или сопротивление канала полевого МОП-транзистора) превышает заданное значение, цепь должна отключать нагрузку, и, что не менее важно, , а не повторно подключите его, когда ток нагрузки упадет до нуля.Это происходит, когда нагрузка отключена, поэтому требуется защелка для отключения цепи. К сожалению (и в отличие от традиционного проволочного предохранителя), схема повторно подключит нагрузку, если питание будет отключено (выключите и снова включите). Если неисправность все еще существует, она снова выключится почти мгновенно, но это может привести к дальнейшему повреждению. В отличие от проволочного предохранителя, пользователь не может заменить предохранитель с более высоким номиналом, что обеспечивает защиту, недоступную иным образом. Нетрудно получить время выключения менее 10 мкс при перегрузке всего 10%, чего не может достичь ни один предохранитель на проводе.Однако здесь есть некоторые предостережения! Для стабилизации состояния всей схемы требуется некоторое время, и в некоторых случаях схема может быть не в состоянии выключить вообще , если неисправность возникает до того, как схема будет готова.

Существует бесчисленное множество различных способов настройки предохранителя. В сети показано много схем, и (как всегда) некоторые из них хороши, а некоторые совершенно бесполезны. Если вы не построите (или не смоделируете) результаты, очень сложно понять, будет ли работать конкретная схема или нет.Во всех электронных схемах существует множество взаимозависимостей, и если что-то пойдет не так, это может привести к нежелательным последствиям (обратите внимание на осторожное преуменьшение!). Если ваша схема полагается только на электронный предохранитель без резервного источника питания, вы можете сделать положение намного хуже, чем было бы, если бы вы просто остановились на проволочном предохранителе.

Электронный предохранитель — это не то же самое, что ограничитель тока. Некоторые ИС с электронными предохранителями объединяют в себе две функции, а несколько цепей, которые претендуют на звание электронных предохранителей, являются ограничителями тока, а не предохранителями , а не .Ограничитель тока — это совсем другое применение, и хотя он может уберечь часть электроники от кратковременных проблем, схема ограничения тока часто подвергается очень сильному рассеянию, если в нагрузке возникает короткое замыкание. Ограничение тока здесь не рассматривается, потому что это , а не эквивалент предохранителя (электронного или другого).


3.0 Методы обнаружения

Как указано выше, резистор является надежным и универсальным детектором. Однако есть некоторые методы, которые могут стать неожиданностью, например, герконовый переключатель, показанный ниже.Я наугад выбрал геркон из коробки, которую приобрел за бесценок, и намотал 10 витков телефонного / звонкового провода вокруг его середины. Он срабатывает при почти точно 2А, и результат воспроизводится на 100%. Это имеет то преимущество, что в цепи очень мало сопротивления (для более высокого тока будет использоваться провод более толстого сечения), но есть небольшая задержка, потому что это механический контакт. Поскольку (по крайней мере, с переключателем, который я тестировал) для работы требуется 20 ампер-витков (2 А, 10 витков), его можно настроить практически на любой ток, который вам нравится.Однако все, что больше 20А, будет проблемой, так как это подразумевает менее одного поворота. Размещение катушки вдоль корпуса переключателя обеспечит некоторый контроль над током отключения.


Рисунок 3.1 — Детектор тока язычкового переключателя

Преимущество этого метода состоит в том, что схема электронного предохранителя изолирована от контролируемого источника напряжения, хотя нам все еще необходимо предоставить механизм для отключения питания. После отключения он также должен оставаться выключенным до тех пор, пока цепь не будет сброшена или питание не будет отключено и снова не включено.Методы прерывания питания описаны ниже. Эта информация предоставлена ​​скорее ради интереса, чем какое-либо предположение о том, что геркон является идеальным методом обнаружения. Как всегда, это зависит от приложения, и оптимальный метод обнаружения меняется соответственно. Во время поиска я видел только одну схему, в которой использовалось герконовое реле, но она полностью отличается от схемы, показанной ниже.

Резистор прост, но вам нужно убедиться, что он имеет соответствующий размер, как по значению, так и по рассеиваемой мощности.В идеале резистор должен иметь «нагрузку» (падение напряжения) не более 100 мВ, но это тоже зависит от области применения. Резистор 100 мОм (0,1 Ом) падает на 100 мВ при токе 1 А и рассеивает 100 мВт. Это меньше, чем предохранитель на 1 А при полном токе (нагрузка 200 мВ, рассеиваемая мощность 200 мВт). Резистор подходит для переменного или постоянного тока, но для переменного тока требуется двухполупериодное выпрямление, что является проблемой при очень низких напряжениях. Это также усложняет схему.

Лучшим вариантом для электронных предохранителей переменного тока является трансформатор тока (информацию о них см. В разделе «Трансформаторы»).Поскольку выходной импеданс трансформатора тока очень высок, выпрямление может быть выполнено с помощью четырех слаботочных диодов (например, 1N4148) с очень небольшой потерей точности, что значительно упрощает остальную схему. Отключение нагрузок переменного тока более проблематично, и в идеале вы захотите отключить в момент, когда произойдет перегрузка . Если сетевой выключатель представляет собой TRIAC, он не отключится, пока форма сигнала в сети не пройдет через ноль, что может позволить полупериоду значительно превысить предел.Допускаются сильноточные импульсы очень короткой продолжительности, но если они выходят за пределы используемого симистора, он выйдет из строя — короткое замыкание!

Например, BT139F-600 TRIAC может выдерживать постоянный ток 16A RMS и может выдерживать до 145A за один цикл при 50 Гц. Вы можете (обычно) ожидать, что полное короткое замыкание в сети будет в пределах этого предела, но это зависит от схемы, импеданса сетевой проводки и т. Д. Если вы ожидаете, что длительный (или пиковый) ток будет выше, вы: мне понадобится более мощный TRIAC (например,г. BTA25, 25А, 600В, 250А пик). Также можно использовать реле MOSFET, но это более дорогой вариант. Большинство цепей переменного тока защищены автоматическими выключателями (в идеале термомагнитного типа), а электронный предохранитель будет использоваться только для особо чувствительных цепей (но вам все равно понадобится предохранитель или автоматический выключатель в случае внутреннего отказа).

Альтернативная схема обнаружения — использование датчика Холла. Они бывают двух версий, наиболее распространенная из которых чувствительна к магнитному полю, перпендикулярному плоскости корпуса ИС.Существуют также «планарные» версии, которые можно просто разместить над дорожкой на печатной плате, и они чувствительны к магнитному полю, параллельному корпусу ИС. Большинство из них рассчитаны на большие токи, хотя «обычные» датчики с магнитной цепью (железные, ферритовые и т. Д.) Могут использоваться для точного обнаружения малых токов. Пример показан в Проекте 139 (Монитор тока сети). Эти датчики могут использоваться с переменным или постоянным током, в отличие от трансформатора тока, который работает только с переменным током.

Хотя эти датчики являются отличным вариантом для очень высоких токов или там, где допустимо небольшое падение напряжения на предохранителе или его полное отсутствие, здесь мы не будем рассматривать этот вариант.Это связано с тем, что датчики, как правило, довольно специализированы, а некоторые из них слишком дороги. Кроме того, все еще существует потребность в схеме переключения, которая почти всегда вызывает небольшое падение напряжения. Исключением является реле, но это делает систему электромеханической, что едва ли дает ей право называться «электронный предохранитель». В таких случаях лучшим вариантом может быть термомагнитный выключатель.


4.0 Меры предосторожности

В зависимости от используемой цепи могут потребоваться некоторые весьма специфические меры предосторожности.Например, если схема с фиксацией требует сброса при включении (POR), чтобы убедиться, что она находится в надлежащем состоянии для запуска, важно, чтобы питание от сети не могло быть подано до завершения POR. Это критично, потому что схема может быть нестабильной, если ей приказывают выключиться, пока присутствует сигнал POR. Подобные вещи могут привести к тому, что надежная в остальном цепь будет создавать много проблем, и важно рассматривать каждую возможность, какой бы маловероятной она ни казалась. Некоторые потенциальные проблемы нелегко решить с помощью моделирования или стендовых испытаний, если вы сами не знаете о возможности.Например, одна схема, которую я видел в сети, срабатывает только тогда, когда ток впервые превышает пороговое значение. Если этот момент пропущен (по какой-либо причине, включая упомянутую проблему POR), цепь неактивна, и ваша «защищенная» схема сгорает.

Для особо чувствительных приложений может потребоваться вспомогательный «всегда включенный» источник питания для электронного предохранителя. Он выключится, если сетевой шнур отсоединен, но останется включенным, когда устройство будет подключено к сети (независимо от сетевого выключателя).Конечно, используемая схема должна быть защищена сама по себе, чтобы отказ не привел к отказу вспомогательного источника питания. Это почти всегда будет проволочный предохранитель или, возможно, плавкий резистор. Также важно убедиться, что основная цепь не может быть включена, если вспомогательный источник не работает нормально.

Настоятельно рекомендуется использовать проволочный предохранитель в качестве «аварийного резервного питания», потому что всегда существует вероятность того, что неисправность может произойти в самом электронном предохранителе. Коммутационное устройство может выйти из строя и, будучи (обычно) полупроводником, выйдет из строя короткое замыкание.Полагаться на неисправность проводов, соединяющих кристаллы, — не лучший подход, так как это сильно варьируется и в некоторых случаях может потребоваться гораздо больший ток, чем может обеспечить источник напряжения.

К настоящему времени должно быть очевидно, что электронные предохранители не так просты, как кажется. Есть немало таких, которые полагаются на SCR (кремниевые выпрямители) или TRIAC (двунаправленные переключатели переменного тока), но и у них есть проблемы. После включения SCR его можно снова выключить, только уменьшив ток до уровня ниже необходимого для поддержания проводимости (удерживающий ток).У большинства также есть минимальный ток для включения (и оставления включенным), называемый током фиксации. Если они не продуманы должным образом, схема может работать некорректно или вообще не работать.

Хотя использование резистора для измерения тока несколько «старая шляпа», это намного надежнее, чем (например) измерение падения напряжения на полевом МОП-транзисторе, когда он включен. Это может быть нормально внутри ИС, где может применяться температурная компенсация, но в дискретной схеме R DS-on изменяется в зависимости от температуры, которая сама по себе является функцией тока нагрузки.В идеале полевой МОП-транзистор должен иметь минимально возможное значение R DS-на , чтобы минимизировать потери мощности (и нагрев полевого МОП-транзистора), но это значительно усложняет отслеживание крошечного падения напряжения на устройстве, когда оно питает цепь.

Выбор переключателя очень важен. Преимущество реле в том, что они чрезвычайно надежны и обеспечивают полную изоляцию коммутируемой цепи от электроники, но они не подходят для постоянного высокого напряжения. Для большинства это означает что-либо более 30 В постоянного тока с током более пары ампер.При более высоком напряжении или токе существует риск того, что между контактами просто возникнет дуга постоянного тока. Реле также довольно медленные (по сравнению с электронными переключателями). Если вы хотите использовать реле в качестве переключателя, я предлагаю вам также прочитать статьи о реле, выборе и использовании (это статья из двух частей). Для постоянного тока предпочтительнее использовать полевые МОП-транзисторы для постоянного тока до 50 А или около того, но радиатор необходим. SCR и TRIAC хороши для приложений с сильным током переменного тока, но им также нужен радиатор.Все, что требует радиатора, начинает становиться довольно большим (в зависимости от силы тока).

В следующих схемах я указал плавающий источник питания 12 В. Это не всегда важно, но гарантирует отсутствие взаимодействия между защищаемой схемой и источником питания, используемым для схемы электронного предохранителя. В результате любая из цепей постоянного тока может использоваться с любой полярностью основного источника питания при соблюдении полярности переключателя. Беспотенциальный источник питания 12 В гарантирует отсутствие конфликтов полярности, которые при определенных условиях могут вызвать короткое замыкание.Простым решением для плавающего источника питания является миниатюрный изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный. Они описаны далее в следующем разделе.

Поскольку электронные предохранители обычно могут работать на очень высокой скорости, в следующей схеме не должно быть больших конденсаторов, которые необходимо заряжать. Хотя типичное время нарастания постоянного тока составляет около 4-5 мс, если оно обеспечивается трансформатором и выпрямителем на частоте сети, некоторые схемы могут иметь гораздо более быстрое время нарастания. Ток заряда конденсатора определяется емкостью, временем нарастания приложенного напряжения и любым последовательным сопротивлением.К последним относятся динамическое сопротивление диода, сопротивление обмотки трансформатора и даже сопротивление сети (от подключенного устройства до электростанции). В странах с напряжением 230 В ожидается, что сопротивление / импеданс сети будет около 0,8–1 Ом или 0,2–0,25 Ом для розеток на 120 В). Чтобы дать вам представление, конденсатор емкостью 1000 мкФ, заряжаемый от источника с напряжением 50 В, временем нарастания 2,5 мс и импедансом источника 1 Ом, будет давать пик 18 А при зарядке. Это отключит все цепи, показанные ниже, хотя на Рисунке 5.1.2 «Медленная» схема может быть адаптирована для работы с током заряда конденсатора.

Если время нарастания увеличено до 5 мс, пиковый ток составит 10 А. Этого все еще более чем достаточно для отключения показанных цепей. Вы должны либо минимизировать емкость на стороне нагрузки электронного предохранителя, либо увеличить время нарастания, либо использовать систему задержки, чтобы гарантировать, что мгновенные высокие пиковые токи не отключат цепь. Это, скорее, противоречит цели очень быстрого электронного предохранителя. Некоторые схемы более поддаются применению задержки, чем другие.Это легко со схемой на рис. 5.1.1 (см. Рис. 5.1.2), но сложнее (и менее предсказуемо) со схемами, показанными на рис. 5.1.3, 5.1.4 и 5.1.5.


5.0 Примеры схем

В этом разделе я сосредоточился на схемах, которые я смог смоделировать или испытать на стенде, и которым можно доверять, чтобы они работали надежно. Это сократило количество возможных примеров до нескольких. Есть еще кое-что, что может работать и , но без физических частей или моделей симулятора это невозможно узнать наверняка.Если я не могу гарантировать, что схема выполняет то, что от нее ожидается, она не будет опубликована — существует слишком много примеров схем, которые не будут работать так, как заявлено, и я не собираюсь добавлять их числа. Совершенно очевидно, что некоторые схемы, называемые «электронными предохранителями», являются не более чем ограничителями тока — это не одно и то же!

Примечание: Описанные цепи представляют собой предохранители и , а не ограничители тока , а не . Ни один из них не подходит для обеспечения фиксированного ограниченного тока.

Я показываю примеры электронных предохранителей как переменного, так и постоянного тока, но для переменного тока единственным датчиком, который я бы серьезно рассмотрел, является трансформатор тока. Есть ИС, которые могут определять ток, но большинство из них доступно только в SMD-корпусах, и они не рассматриваются подробно. В идеале, если вы создаете электронный предохранитель, у вас должна быть возможность отремонтировать его, если что-то пойдет не так, а у многих деталей SMD очень короткий цикл продаж. ИС, которую вы покупаете сегодня, может быть недоступна всего через несколько лет. Мои статьи охватывают более 20 лет, и я не буду предлагать ничего, что устарело или может стать таковым в обозримом будущем.Есть несколько поставщиков микросхем детекторов тока, но трансформаторы тока существуют уже более 100 лет и сейчас используются чаще, чем когда-либо прежде.

Для примеров я основываю схему на токе отключения около 5А (переменного или постоянного тока). Довольно легко адаптировать любую конструкцию для более высокого или более низкого тока, обычно с заменой резистора. Обратите внимание, что для большинства конструкций требуется отдельный источник питания, поскольку это обеспечивает более стабильную работу. Тем не менее, это также неудобно, хотя хорошим вариантом является Mornsun B1212S-1W или аналогичный (подобные крошечные блоки питания, среди прочего, производятся Murata и Traco Power).Это миниатюрные преобразователи постоянного тока в постоянный с номинальным входом 12 В и изолированным выходом 12 В. Изоляции не обязательно достаточно для сетевого напряжения, но она подходит для любой схемы, питаемой от вторичной обмотки трансформатора. Хотя в спецификациях указано, что напряжение изоляции составляет 1 кВ, это испытательное напряжение — источники питания не должны работать с перепадом напряжения, близким к этому. Я использовал эти принадлежности в некоторых «специальных» проектах и ​​всегда держу несколько под рукой, потому что они очень полезны.Они могут быть всего 12 × 6 × 10 мм (длина × ширина × высота в миллиметрах) и могут быть приобретены всего за 2,20 австралийских доллара за штуку.


Рисунок 5.2 — Принцип действия электронного предохранителя постоянного тока

Основы показаны выше. Вам необходимо контролировать ток, подходящую схему для обнаружения перегрузки по току и выключатель для отключения нагрузки от источника питания. Детектор показан как резистивный шунт, но вы можете использовать датчик Холла, трансформатор тока (только переменного тока) или даже геркон, как показано на рисунке 3.1. Цепь управления должна защелкнуться, чтобы выключатель не замкнулся снова, пока не будет отключено питание. Многие схемы электронных предохранителей, которые вы можете увидеть, имеют кнопку «сброса», но она не включена ни в приведенный выше, ни в какие-либо другие примеры. Иногда это хорошая идея, но в большинстве случаев это не так. Вы также увидите, что в комплекте есть предохранитель — он предназначен для обеспечения отказоустойчивости. Если электронный предохранитель не сработает, у вас все еще есть некоторая защита от катастрофического отказа и / или пожара.

Источник постоянного тока, который питает детектор и схему защелки, обычно должен быть плавающим (не относящимся к земле / земле), поскольку он обычно подключается к защищенному источнику питания, который сам может или не может быть привязан к земле или какому-либо другому напряжению.Путем включения источника постоянного тока его можно подключить к любому другому источнику напряжения, не опасаясь возникновения короткого замыкания или других проблем. Небольшие преобразователи постоянного тока в постоянный доступны по цене менее 10 австралийских долларов каждый, а один «главный» источник питания 12 В может обеспечить питание любого количества преобразователей постоянного тока в постоянный. В большинстве случаев детектору потребуется всего несколько миллиампер, а преобразователь мощностью 1 Вт, 12 В может обеспечить ток 80 мА. Вряд ли когда-нибудь понадобится больше. Во всех следующих примерах показано только плавающее питание — преобразователь постоянного тока в постоянный не входит.

В основном переключающим устройством будет полевой МОП-транзистор для постоянного тока или триак для переменного тока. Могут быть ситуации, когда предпочтительнее использовать IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) или тиристоры, соединенные спина к спине, но это не относится к схемам, в которых ток составляет всего несколько ампер. Даже если электронный предохранитель используется для защиты усилителя мощности (например), средний ток обычно довольно низкий. Обратите внимание, что если в какой-либо цепи используются шины питания с двойной полярностью, должен быть установлен механизм, чтобы при срабатывании одной цепи автоматически отключалась другая.Схемы с двумя рельсами обычно плохо работают, если один источник питания отсутствует, а другой остается.

Это особенно верно для аудиосхем с двойным питанием (предусилители и усилители мощности). Важно , чтобы оба источника питания были отключены одновременно, иначе возникающее смещение постоянного тока может повредить ваши громкоговорители. Читатель должен определить, будет ли выбранная схема делать это надежно, поскольку в этой статье невозможно охватить все возможные варианты.


5.1 Цепи постоянного тока

Вероятно, это наиболее распространенное требование, но они все же могут создавать некоторые «интересные» проблемы.Из них нельзя упускать из виду обеспечение надежного сброса при включении питания (POR). Схемы, которые выглядят хорошо (и моделируют точно так, как ожидалось) могут быть очень обманчивыми, и это область, которой уделяется мало внимания в большинстве схем с фиксацией, которые вы увидите. Как отмечалось ранее, в идеале, само собой разумеется, будет использоваться схема, включающая фиксацию, поскольку схемы, которые могут «автоматически» перезагружаться, могут причинить больший ущерб. Это не обязательно проблема, и это зависит от приложения. Также важно поддерживать как можно более низкую рассеиваемую мощность, так как это снижает потери мощности и (надеюсь) означает, что вам не нужно добавлять радиатор к коммутационному устройству.При высоких токах почти всегда будет необходимость в радиаторе, но он должен быть как можно меньше, иначе схема будет неудобной для включения в конструкцию.


Рисунок 5.1.1 — Электронный предохранитель с фиксацией постоянного тока

На рисунке 5.1.1 показан электронный предохранитель, который имеет все необходимые меры безопасности для надежной работы. U2C и U2D образуют защелку «установка-сброс», которая инициализируется зарядкой C1 при подаче питания (сброс при включении). Беспотенциальный источник питания 12 В должен включаться достаточно быстро (в пределах 5 мс до полного напряжения), чтобы обеспечить срабатывание сброса, в противном случае схема может не включить нагрузку.Пока POR активен, Q1 включен, чтобы гарантировать отсутствие тока нагрузки до тех пор, пока схема не будет готова к работе. Нагрузка может быть как с положительной, так и с отрицательной стороны переключающего полевого МОП-транзистора, и единственное, что важно, — это правильная полярность.

Если ток нагрузки превышает предварительно установленный максимум (установленный с помощью VR1), выходной сигнал U1A превысит порог для U2A, который устанавливает защелку и отключает питание (Q1 закорачивает питание затвора на источник MOSFET). Для нагрузки 5 А R1 (измерение тока) может быть всего 25 мОм, а для срабатывания U2A U1A требуется усиление около 50.LM358 используется потому, что они дешевы, легко доступны, очень устойчивы к проблемам с напряжением питания и могут нормально работать с обоими входами при отрицательном напряжении питания (или даже немного ниже). Они не особенно быстрые, но моделирование показывает, что цепь отключится (отключит питание) в течение 10 мкс — даже если ток меньше чем на 10% превышает пороговое значение.

Схема может выглядеть довольно сложной, но есть только две недорогие ИС и небольшое количество других деталей. MOSFET выбирается в зависимости от напряжения питания, используемого для нагрузки.IRF540N показан только в качестве примера, и поскольку он имеет низкий R DS-на , рассеиваемая мощность составляет всего 1,1 Вт при полном токе (5 А). Существует много полевых МОП-транзисторов, которые могут работать с гораздо более высоким напряжением или током, поэтому их нужно выбирать в соответствии с приложением. Аналогичным образом, для более низких токов R1 должен иметь более высокое значение, чтобы гарантировать, что U1A не требует слишком большого усиления (я бы рекомендовал максимум 50). Ток, потребляемый схемой от плавающего источника питания 12 В, при включенной нагрузке будет составлять около 1 мА или около того, увеличиваясь примерно до 6.5 мА при срабатывании (потому что Q1 должен сбросить напряжение затвора до нуля).


Рисунок 5.1.2 — Электронный предохранитель постоянного тока с фиксацией постоянного тока «Медленного действия»

У приведенной выше конфигурации есть еще одна полезная функция. Если вы включите цепь резистора / конденсатора до U2A, комбинация R9 и конденсатора (C3) обеспечит характеристику «медленного срабатывания». Конденсатор будет интегрировать постоянный ток, поэтому он может выдерживать высокий пиковый ток, при условии, что среднее значение ниже тока срабатывания. С R9 на 10 кОм вы можете использовать 33 мкФ или более, что позволит обеспечить до 10 А в течение одной секунды (менее 100 мс при 10 мкФ).Устойчивая перегрузка в двести миллиампер (на основе отключения на 5 А) отключит питание чуть более чем за одну секунду при 33 мкФ для C3. Никакой предохранитель или автоматический выключатель не могут сравниться с этим. Большинство других показанных схем также не могут соответствовать этому — в большинстве случаев работа в режиме замедленного действия невозможна.

Вы можете регулировать время задержки в широком диапазоне. Значения R9 и C3 можно увеличить, чтобы получить более длительную задержку, но убедитесь, что C3 является конденсатором с малой утечкой и не подвергается воздействию какого-либо источника тепла.Это увеличит утечку и, возможно, отрицательно повлияет на время. Электронный предохранитель, который не может выполнять свою работу, хуже, чем бесполезный.


Рисунок 5.1.3 — Простой электронный предохранитель постоянного тока (не рекомендуется)

Схема, показанная выше, появляется на нескольких веб-сайтах, и ее происхождение неизвестно. Он был изменен, чтобы удалить избыточный светодиодный индикатор (IMO), и он использует резистор считывания, а также сопротивление канала полевого МОП-транзистора для установки тока. Использование R DS-on может сэкономить дополнительную часть (R1), но точка срабатывания изменяется в зависимости от температуры полевого МОП-транзистора.Когда ток приближается к точке срабатывания (около 4,9 А, как показано), рассеиваемая мощность полевого МОП-транзистора начинает увеличиваться из-за падения напряжения на затворе. Поскольку детектор представляет собой всего лишь транзистор, у него нет четко определенного состояния включения / выключения, так как ток нагрузки приближается к максимуму, транзистор начинает включаться, снимая напряжение на затворе. После срабатывания он не перезапустится, если напряжение нагрузки не упадет почти до нуля. D1 используется для «смещения» напряжения база-эмиттер Q1. Некоторые части схемы чувствительны к температуре, а именно Q1, Q2 и D1, поэтому ожидать точного отключения по току в широком диапазоне температур нереально.

Как только ток увеличится достаточно, чтобы включить Q1, Q2 выключится, так что база Q1 получит больше тока, отключив Q2 дальше. Это простой контур положительной обратной связи, который гарантирует, что Q2 полностью отключится, а Q1 получит базовый ток от положительного напряжения источника. Если напряжение слишком высокое, пределы базового тока Q1 могут быть превышены, поэтому может потребоваться увеличение значения R4. Схема сбрасывается простым выключением и повторным включением основного источника питания.

Цепь фиксируется, но простое поддержание питания +12 В не приведет к отключению цепи.Я включил его, потому что он есть на нескольких сайтах, но насколько подробный анализ был проведен, неизвестно. Как и в предыдущей схеме, нагрузка может быть в цепи положительного или отрицательного выхода, и важна только полярность (и напряжение питания). Также, как и в схеме на рис. 5.1.1, полевой МОП-транзистор необходимо выбирать в зависимости от напряжения питания и тока нагрузки. Хотя схема проста, она также имеет высокое рассеивание, особенно при близком к току срабатывания. Если установить около 5А, как показано, это обеспечит очень хорошую защиту для цепи, которая обычно потребляет максимум до 3А.Он очень быстро отключается при неисправности (5 А или более).

Проблемы в схеме на Рисунке 5.1.3 ожидаются. Простая схема часто будет иметь худшие характеристики, если более сложная схема спроектирована правильно. Просто потому, что в схеме используется много деталей, , а не автоматически означает, что она будет работать «лучше» (она может вообще не работать). Самая большая проблема с показанной простой схемой — это рассеяние мощности, которое не только нагревает схему, но и вызывает более высокое, чем обычно, падение напряжения последовательно с нагрузкой.Рассеивание MOSFET увеличивается намного больше, если вы опускаете R1 и полагаетесь только на R DS-on MOSFET (как показано в других версиях в сети). R3 нельзя существенно уменьшить, так как он будет пропускать слишком большой ток на базу Q1 и рассеивать значительную мощность. При питании 100 В R3 рассеивает почти 1,5 Вт и пропускает 14 мА. Они уменьшаются при более низких напряжениях.

Альтернативой, которая решает некоторые из проблем с рис. 5.1.3, является использование SCR для отключения напряжения затвора MOSFET.Хотя существуют тиристоры с очень низким током (например, серия BT169), для срабатывания большинства из них требуется напряжение затвора около 800 мВ. Эту проблему можно решить, используя дискретный тиристор, состоящий из пары маломощных транзисторов (см. Приложение). Однако стандартный слаботочный тиристор по-прежнему будет работать, хотя получить четко определенный ток отсечки непросто.


Рисунок 5.1.4 — Электронный предохранитель постоянного тока SCR

В отличие от версии, показанной на Рисунке 5.1.3, после срабатывания полевой МОП-транзистор остается выключенным до тех пор, пока присутствует вспомогательное питание 12 В.SCR требуется около 6 мА, чтобы он оставался включенным после срабатывания. Схема также не полагается на сопротивление полевого МОП-транзистора, а только на сопротивление токового шунта. Как только SCR срабатывает, ему не требуется напряжение от основного источника питания. Обратите внимание, что полевой МОП-транзистор должен быть «стандартного» типа, а не должен быть совместим с по логике (включен с напряжением 5 В). SCR не может снизить напряжение до уровня ниже 1,7 В, что может обеспечить достаточное напряжение затвора, чтобы вызвать протекание тока в полевом МОП-транзисторе, если это тип с низким порогом (совместимый с логикой).SCR чувствительны к температуре, поэтому, если он станет горячим, ток обнаружения упадет. В большинстве цепей это вряд ли вызовет проблемы.

Детектор герконового переключателя, показанный ниже, также может использоваться с вышеуказанной схемой (только постоянный ток). Необходимо внести еще несколько изменений. Замените резистор считывания катушкой герконового переключателя и включите последовательный резистор затвора 1 кОм.

Следующая схема очень адаптируема, и вы можете делать вещи, которые в противном случае были бы невозможны или нежелательны. Детектор (геркон и сенсорная катушка) и реле не обязательно должны быть частью одной цепи — геркон может определять постоянный ток, используя реле для отключения переменного тока.Это делает его универсальным. Несмотря на то, что существуют способы, которыми другие показанные схемы могут быть подключены аналогичным образом, следующая версия является самой простой для адаптации.


Рисунок 5.1.5 — Электронный предохранитель постоянного тока с детектором герконового переключателя

В приведенном выше электронном предохранителе используется герконовый переключатель с сенсорной катушкой, что минимизирует падение напряжения на сенсорной цепи. Это не регулируется, кроме как путем изменения количества оборотов вокруг язычкового переключателя. Как отмечалось выше, проверенный мной переключатель реагировал на 20 А / Т (ампер-витки), поэтому десять витков обеспечивали обнаружение при 2 А.Нагрузка и ее питание должны быть постоянным током, чтобы предотвратить вибрацию язычка и возможную усталость металла. При условии, что выводы герконового переключателя находятся на расстоянии , по крайней мере, на 5 мм от катушки, цепь будет безопасна при напряжении, производимом от сети. Переменный ток через измерительную катушку составляет , не рекомендуется , потому что при достаточно высоком токе язычок будет постоянно вибрировать.

Когда подается постоянный ток, реле находится под напряжением, и замыкающие (нормально разомкнутые) контакты подают постоянный ток на нагрузку. Когда ток отключения превышен, реле обесточивается через SCR1 и отключает нагрузку.Как и все реле постоянного тока , убедитесь, что напряжение находится в пределах предельного напряжения постоянного тока реле. Обычно для большинства реле это всего лишь 30 В постоянного тока, но его можно увеличить вдвое, если использовать два набора контактов, соединенных последовательно. Я предлагаю вам прочитать статью Реле, выбор и использование (Часть 1) Реле и (Часть 2), Схемы защиты контактов , чтобы получить представление о проблемах, возникающих при переключении постоянного тока с помощью электромеханических реле.

Использование нормально замкнутого релейного контакта далеко не идеально, но это единственный способ добиться нулевого рассеяния, когда система находится в режиме ожидания.Работа на 24 В вполне нормальная — используйте реле 24 В и увеличьте значение R1 до 1,8 кОм.

Та же самая базовая схема может использоваться с переключателем MOSFET (затвор потребляет нулевой ток покоя), и это может быть предпочтительнее. SCR просто снижает напряжение затвора примерно до 1,8 В, что выключает его. Для затвора требуется питающий резистор от источника + Ve (1,8 кОм достаточно для 12 В) и стабилитрон 15 В для заземления, чтобы защитить его от скачков напряжения. При срабатывании схема потребляет всего 6 мА, чего достаточно для того, чтобы тиристор зафиксировался и оставался включенным.Кнопка тестирования настоятельно рекомендуется, если вы используете полупроводниковый переключатель. Обратите внимание, что если вы используете полевой МОП-транзистор вместо реле, источник питания 12 В постоянного тока должен быть плавающим!

Хотя герконовый переключатель, который я тестировал, требовал 20 А / Т, ваш, скорее всего, будет другим. Как только вы узнаете, сколько ампер-витков необходимо, легко рассчитать количество витков, необходимых для любого заданного тока. Например, переключателю, который я использовал, потребуется 40 витков для ответа на 500 мА, 20 витков на 1 А или 5 витков на 4 А.Герконовый переключатель можно использовать и со многими другими цепями, но он не будет работать с кодом , а не с версией, показанной на рис. 5.1.3, потому что для этой схемы необходимо наличие основного источника питания, чтобы она могла защелкнуться.

Наконец, в этом разделе показана коммерческая ИС, разработанная для приложений «горячей замены», где требуется контроль над всем. Это не конкретная рекомендация, но она включена для демонстрации того, что доступно в настоящее время. Есть много других устройств от разных производителей, но этот привлек мое внимание как одно из самых гениальных и эффективных устройств, с которыми мне приходилось сталкиваться.Это , только доступны в SMD-корпусах.


Рисунок 5.1.6 — Электронный предохранитель постоянного тока TPS2663x IC

TPS2663x имеет практически все навороты, о которых вы не думаете, а затем добавляет несколько дополнительных функций. Он в первую очередь разработан для плат с «горячей заменой» в цифровых системах, а также имеет схему управления для внешнего N-канального MOSFET для защиты от обратной полярности (это не входит в приведенное выше). Каждый параметр можно запрограммировать с помощью резисторов или конденсатора (который контролирует скорость изменения напряжения ΔV / ΔT (dV / dT) во времени).Он работает при напряжении питания от 4,5 В до 60 В, а ограничение по току может быть установлено от 600 мА до 6 А. TI описывает его как «промышленный электронный предохранитель с ограничением мощности на 60 В, 6 А с защитой от перенапряжения». Его можно настроить на автоматический повторный запуск или отключение после обнаружения перегрузки. Также предусмотрена защита от повышенного и пониженного напряжения.

Это было включено, чтобы вы могли видеть, что электронные предохранители теперь являются основным требованием и имеют возможности, выходящие далеко за рамки всего описанного здесь. Однако за это приходится платить.Показанная ИС очень сложна и доступна в LCC (безвыводных держателях микросхем) и в «традиционном» SMD-корпусе. Оба включают радиатор, который необходим, когда он находится в режиме ограничения тока. На момент написания оценочный модуль был доступен за 99 долларов США, а сама ИС стоила немногим более 9,00 австралийских долларов за разовые партии. В таблице данных есть бесчисленное количество формул, позволяющих пользователю программировать различные функции. Если вам нужно узнать больше, посмотрите таблицу (и нет, я не буду отвечать на вопросы по этому поводу — просто чтобы вас не спрашивали).

LTC4249 — еще один пример электронного предохранителя. Подробности здесь не показаны, но это двухканальная ИС в корпусе LQFN , что делает его очень сложным для использования в домашних условиях. С рабочим напряжением от 6 до 65 В (второй канал будет работать до 1,5 В) и до 1,2 А (которое можно удвоить, подключив параллельно два внутренних электронных предохранителя), это очень функциональная ИС. Ток срабатывания легко регулируется с помощью одного резистора (на канал), и он предназначен для выполнения одной работы и делает это хорошо.


5.2 Цепи переменного тока

Электронные предохранители переменного тока встречаются реже, чем версии для постоянного тока. Хотя в сети существует несколько примеров, некоторые из них лучше всего охарактеризовать как непродуманные, а другие просто не будут работать должным образом. Нет никакого смысла публиковать схему, которая не выполняет то, что заявлено. В некоторых случаях небольшое изменение может иметь решающее значение, но большинство людей не знают, что изменить и почему. Цепи переменного тока также сложны, потому что многие обычные нагрузки имеют высокий пусковой ток.Поскольку электронные предохранители работают очень быстро, первая половина цикла может привести к срабатыванию предохранителя и отключению нагрузки, даже если все в порядке.

Это одна из причин, почему предохранители (в оборудовании) и автоматические выключатели (в распределительном щите) остаются популярными — плавкий предохранитель с задержкой срабатывания может легко справиться с пусковым током, но сработает в случае неисправности. Автоматические выключатели (термомагнитного типа) доступны с так называемой «кривой D», которая по сути является задержкой. Истинный ток короткого замыкания отключит выключатель, а нагрузки в профиле D-кривой — нет.Электронные предохранители обычно не дают большой свободы действий, поэтому они сработают в момент, когда ток превысит пороговое значение. Я покажу только несколько типов переменного тока, в одном из которых используется трансформатор тока, а в другом — шунтирующий резистор.

Автоматические выключатели для распределительных щитов почти всегда являются термомагнитными. Небольшая перегрузка заставляет биметаллическую полосу изгибаться при нагревании, и если перегрузка сохраняется, биметаллическая полоса отключает прерыватель, размыкая контакты. При сильной перегрузке магнитная цепь срабатывает почти мгновенно и размыкает контакты.Поскольку ток короткого замыкания может быть очень высоким, на контактах возникает дуга, которая рассеивается с помощью системы гашения дуги — обычно это серия плоских металлических полос, установленных в изоляционном материале, которые разбивают дугу на более мелкие сегменты, которые больше легко гаснет. Это называется дугогасительной камерой. В промышленных автоматических выключателях часто используются альтернативные методы, позволяющие выдерживать более высокое напряжение и ток.

Большинство электронных предохранителей переменного тока рассчитаны на работу, если сила тока лишь незначительно превышает требуемое значение.Поскольку короткое замыкание почти неизбежно приведет к повреждению или отказу, важно убедиться, что электронный предохранитель всегда является только вторичной системой , при этом система в целом защищена от катастрофического повреждения предохранителем или термомагнитным выключателем. Полагаться только на электронные схемы неразумно (в крайнем случае).


Рисунок 5.2.1 — Электронный предохранитель переменного тока с трансформатором тока

Как и в версии для постоянного тока, показанной на рисунке 5.1.1, U2B используется для блокировки выхода до завершения сброса при включении.Если этого не сделать, первый цикл может легко превысить пороговое значение, но не будет обнаружен. Потенциал установки тока (VR1) может позволить сердечнику трансформатора тока насыщаться, но это не повлияет на способность схемы надежно определять ток. MOC3020 — это специальный драйвер TRIAC, обеспечивающий изоляцию около 7,5 кВ между входом (диод) и выходом (фото-TRIAC). Они существуют у нас много-много лет и до сих пор доступны по цене менее 1 австралийского доллара каждая. TRIAC выбирается в зависимости от требуемого напряжения и тока.Распространенным устройством является BT139F-600E (TO-220, полная упаковка — изолятор не требуется). Они рассчитаны на напряжение 600 В при среднеквадратичном значении до 16 А. Вам могут потребоваться дополнительные схемы, если нагрузка сильно индуктивна, и в таблице данных MOC3020 показано, что необходимо.

Эта схема может быть адаптирована для характеристики задержки срабатывания, используя схему задержки времени, показанную на рисунке 5.1.2. Как показано здесь, схема реагирует на пиковый ток, а добавление сети R / C означает, что она реагирует на средний ток. Временная задержка может быть выбрана в соответствии с вашим приложением и требует тщательного тестирования, чтобы убедиться, что она может допускать пусковой ток, но работает должным образом с нормальной нагрузкой переменного тока.

Что касается трансформатора тока, то его сложно превзойти AC-1005, трансформатор 5 А, соотношение 1: 1000. Он способен работать при токе до 60 А, и я использовал их во многих проектах. Конечно, есть и другие, в том числе маленькие (18 x 10 x 18 мм) от eBay, которые так же дешевы, как чипы. Я их протестировал, и они отлично работают. Чувствительность любого трансформатора тока можно повысить, намотав два или более витков через центр. Например, использование двух витков увеличивает чувствительность вдвое.В сочетании с подстроечным регулятором текущей настройки это дает очень широкий диапазон срабатывания.


Рисунок 5.2.2 — Электронный предохранитель переменного тока с переключателем MOSFET

Схема, показанная на рисунке 5.2.2, приведена в первую очередь для демонстрации другого варианта, но абсолютно не рекомендуется для сети , если вы точно не знаете, что требуется для обеспечения безопасности. Все схемы (включая источник питания 12 В) будут находиться под напряжением сети, поэтому цепь может быть смертельной, если прикоснуться к какой-либо части, когда она подключена к сети.Достаточно просто обеспечить изоляцию источника питания 12 В в соответствии с требованиями к полной изоляции сети, поэтому я рекомендую не связываться с этим. Однако его можно безопасно использовать при более низких напряжениях, например, во вторичной обмотке сетевого трансформатора. Диодный мост и MOSFET должны выдерживать полный ток нагрузки и пиковое напряжение.

Нет никаких условий для отложенного действия, поэтому, если ток нагрузки превышает ток отключения, он отключится. Экскурсия должна быть очень короткой (менее 1 миллисекунды более чем достаточно), поэтому она не может справиться с пусковым током при зарядке конденсаторов.Ни один из электронных предохранителей переменного тока не рекомендуется, если у вас нет определенных требований к переключателю, который работает при относительно низком токе, и вы точно знаете, как ведет себя ваша нагрузка при приложении переменного тока.

Наконец, я закончу это другим вариантом детектора, показанным в начале — герконом и силовым реле. Он подходит для низкого напряжения, особенно в автомобильной или морской отрасли. Как только геркон замыкается, запускается SCR1, который соединяет нижнюю часть катушки реле с землей.D1 поглощает противо-ЭДС катушки реле при отключении питания. Разница между этой версией и версией, показанной на рисунке 5.1.5, заключается в том, что реле обычно не находится под напряжением, а для нагрузки используются нормально замкнутые контакты.

Пока есть питание, схема готова к работе. Это может быть полезно для схемы, находящейся в непрерывном режиме ожидания, поскольку схема триггера потребляет нулевую мощность, если не обнаружена неисправность. Это часто особенно важно для оборудования с батарейным питанием, где постоянный разряд приведет к разрядке батареи.После срабатывания он потребляет питание, и в идеале он также должен быть подключен к какой-либо сигнализации, которая предупредит вас о неисправности. К сожалению, у вас нет подтверждения того, что схема работает, потому что она не потребляет питание, если не сработала. Однако это очень простая схема, и в ней мало что может пойти не так. Было бы неплохо добавить кнопку тестирования, если R2 выбран для получения примерно 1,5-кратной нормальной нагрузки. Кнопка должна выдерживать ток!


Рисунок 5.2.3 — Геркон Электромеханический предохранитель с защелкой SCR

Рисунок 5.2.3 является гибридным в том смысле, что он обнаруживает неисправность постоянного тока, но отключает питание переменного тока. Сенсорная катушка просто наматывается на герконовый переключатель снаружи, как показано на рисунке 3.1. Для используемого геркона необходимо определить количество оборотов. Имея только герконовый переключатель, стандартное реле, которое может обрабатывать напряжение и ток, тиристор, конденсатор, резистор и диод, у вас есть электромеханический предохранитель с фиксацией. Это будет намного более предсказуемо, чем проволочный предохранитель, и сработает почти мгновенно, если возникнет проблема.Я ожидал, что такая компоновка будет полезна там, где все может работать от батареи 12 В, но ее можно использовать с сетью при условии, что геркон и контакты реле полностью защищены от прикосновения. Не используйте , а не , используйте переменный ток через измерительную катушку, потому что постоянная вибрация сокращает срок службы геркона.

Нормальная работа начинается при включении источника питания 12 В, который включает реле (RL1), замыкая контакты и обеспечивая питание переменного тока цепи.Если ток нагрузки превышает предел, определяемый числом оборотов геркона, он замыкается, и SCR1 замыкает подачу питания на Q1, выключая его (и реле). Источник питания 12 В не обязательно должен быть плавающим, потому что и вход (детектор), и выход (реле) изолированы друг от друга и от источника питания 12 В.

R1 обеспечивает достаточный ток фиксации и удержания для BT169 SCR, в то время как R2 и R3 образуют делитель напряжения, чтобы гарантировать, что Q1 отключится при включении SCR.R4 обеспечивает ток затвора для тиристора, и его более чем достаточно, чтобы обеспечить его надежное включение. Я включил это, потому что это интересно, и потому что это одна из немногих конфигураций электронных предохранителей, которые могут использовать разные схемы считывания и управления.

Когда ток нагрузки вызывает замыкание геркона, срабатывает SCR1, который подает питание на RL1. Контакты отключают нагрузку. Поскольку герконовое реле срабатывает почти сразу после прекращения протекания тока, требуется SCR1 для обеспечения фиксации RL1.Вы должны тщательно протестировать это, так как важно убедиться, что работа будет на 100% надежной. Предохранитель резервного провода необходим!


6.0 Цепи лома

Хотя технически это не электронный предохранитель, так называемая цепь лома обеспечивает почти мгновенное срабатывание проволочного предохранителя. Эти схемы получили свое название по аналогии с падением лома на пару проводов, что практически полностью закрывает их. Они существуют почти так же давно, как электроника, но стали доступными, как только стали доступны сильноточные тиристоры.Одна из первых схем транзисторных усилителей, которые я построил, имела схему защиты ломом, но первоначальный разработчик (который останется безымянным) не смог провести надлежащие испытания. Когда сработала схема лома, она закоротила (одиночный) источник питания, поэтому конденсатор связи динамика должен был разрядиться через выходной транзистор с обратным смещением. Результаты были предсказуемы — усилитель взорвался, убитый собственной «защитной» схемой.

Хотя мне удалось заставить усилитель работать должным образом, конструкция была небезупречна и в другом месте, и от нее быстро отказались.Именно с этого я начал заниматься дизайном усилителей, и с тех пор я не останавливался. Однако это не умаляет того факта, что схемы с ломом могут быть чрезвычайно полезными. Если вы используете лом, вы должны убедиться, что остальная часть цепи защищена от самого лома. Это не всегда так просто, как может показаться.

Защита ломом часто встречается в источниках питания, которые должны работать со сложной и дорогостоящей схемой, которая не выдерживает значительного перенапряжения.Например, процессор и вспомогательные ИС могут работать при 5 В, но с абсолютным максимумом 7 В (например, типично для TTL). Напряжение срабатывания лома может быть установлено равным 5,5 В, поэтому, если регулятор источника питания выходит из строя и пытается обеспечить более высокое напряжение, цепь лома срабатывает и защищает схему.


Рисунок 6.1 — Выключатель лома

Выше показана базовая система лома с использованием SCR. Схема управления (показанная в виде блока) может срабатывать при любом событии, которое подвергает риску защищенную схему.Это может включать опасное перенапряжение, перегрузку по току или любой другой фактор риска, который может существовать. Схема с ломом жестока и абсолютно неумолима, поэтому эту технику следует использовать только в тех случаях, когда первостепенным требованием является защита нагрузочного оборудования. Одним из примеров этого является защита акустической системы от неисправности усилителя. При случайном срабатывании лом, скорее всего, вызовет дополнительное повреждение усилителя, но это можно считать «тривиальным» по сравнению с защитой акустической системы.Есть один (и только один) проект, который использует эту технику, а именно Project 120.

Резистор, помеченный как R LIM , не является обязательным и может быть необходим для ограничения пикового тока до чего-то, что может быть не особенно разумным, но по крайней мере, не деструктивно. Будет использоваться очень прочный резистор с проволочной обмоткой, который, , должен выдерживать пиковый ток без разрыва цепи. Типичные значения будут находиться в диапазоне от 0,1 Ом до 1 Ом для цепей высокого напряжения.Например, при 1 Ом и питании 100 В пиковый ток ограничен 100 А. Благодаря испытаниям я знаю, что многие резисторы типа «цементный блок» не могут выдерживать такой большой ток (они разрываются, иногда раскалывая керамический корпус!), Поэтому потребуется что-то, предназначенное для этой цели.

SCR должен быть в состоянии выдерживать нормальное рабочее напряжение (с некоторым запасом для учета переходных процессов) и пиковую пропускную способность по току, которая зависит от источника питания и номинала предохранителя. Для сильноточных приложений следует использовать предохранитель типа HRC (высокая разрывная способность), так как может потребоваться прерывание значительного тока.В предохранителях HRC используется керамическая трубка вместо стекла, и они содержат песок или керамический порошок, который гасит дугу намного быстрее, чем обычный стеклянный предохранитель. Может быть поучительно увидеть стеклянный предохранитель, который перегорел в результате короткого замыкания в сети — внутренняя часть стекла покрыта металлической пленкой, которая образуется при испарении проволоки предохранителя при возникновении дуги. Иногда стекло лопается из-за локального нагрева. Предохранители HRC остаются целыми даже после самого серьезного короткого замыкания.

В целом, это не та техника, которую я бы посоветовал для общего использования, потому что она — это настолько жестокая и неумолимая.Однако обсуждение электронных предохранителей не будет полным без его включения. Лом может не быть предохранителем сам по себе, но он предназначен для защиты оборудования от внешних проблем. Они могут включать в себя скачки высокого напряжения в линии переменного тока, которые могут привести к повреждению оборудования, если их не поймать быстро, а лом можно спроектировать так, чтобы он действительно работал очень быстро. SCR, такой как CS45-08, рассчитан на мгновенный ток более 500 А и пиковое значение 800 В с временем включения 1 кВ / мкс. Они стоят менее 10,00 австралийских долларов каждый, так что вы получите отличную защиту за эти деньги.Самая сложная часть находится в безобидной маленькой коробке с надписью «Detection & Control Circuits». Что внутри этого поля, зависит от приложения.

Доступно бесчисленное множество SCR, и обязательно найдется тот, который подходит для вашего приложения. Важно понимать техническое описание и конкретные ограничения, применимые ко всем тиристорам. В частности, ток затвора должен поддерживаться до тех пор, пока не будет достигнут номинальный ток удержания. Это редко является проблемой для цепей с ломом.

Если ваше приложение — AC, вы будете использовать TRIAC, и есть дополнительные соображения. В частности, обратите внимание на полярность запускающего импульса. Рекомендация состоит в том, что если вы можете обеспечить только триггерный импульс одной полярности, он должен быть отрицательным , так как это позволяет избежать потенциально проблемного квадранта «3 + », где MT2 отрицательный, а вентиль положительный. (Терминология TRIAC обозначает «MT1» (на стороне затвора устройства), а MT2 — «MT» означает «главный терминал».Остающийся терминал — ворота. Они показаны на рисунке 5.2.1.) Дальнейшее обсуждение этого выходит за рамки данной статьи. Цепи с ломом переменного тока встречаются относительно редко.


7.0 ± Цепи питания

Когда оборудование питается от двух источников питания, они обычно раздражаются, если одна шина питания исчезает, а другая остается. Это зависит от самой схемы, но обычно схема усилителя мощности «переходит в постоянный ток», если пропадает одна шина питания. DC может легко повредить динамики, отсюда и необходимость в таких проектах, как Project 33.С электронным предохранителем обычно можно организовать схему так, чтобы, если один источник потребляет ток больше номинального и срабатывает, он срабатывает с противоположной полярностью (или даже с другим напряжением той же полярности, если оба необходимы для нормальной работы).


Рисунок 7.1 — Взаимная муфта с двойным питанием

В показанной схеме есть две оптопары, U1 и U2. Выходные стороны каждого подключаются к источнику питания с противоположной полярностью . Если один из тиристоров срабатывает, он активирует оптопару, и выход отключает другой источник питания.Неважно, какой из них сработает первым, оба сработают в течение нескольких миллисекунд друг от друга. Обратите внимание, что отрицательный источник питания не может совместно использовать вспомогательный источник питания 12 В — он должен быть отдельно от источника питания, используемого для цепи положительного электронного предохранителя.

Хотя вышеприведенное показано с использованием схемы на Рисунке 5.1.4, тот же принцип может быть применен к большинству других схем. Отрицательные соединения питания могут выглядеть «странно», но помните, что N-канальный MOSFET не заботится о внешней полярности, а только о том, что его сток должен быть более положительным, чем его исток.При соблюдении полярности напряжения схема работает должным образом.


Приложение 1 (слаботочные защелки)

Там, где показаны (слаботочные) тиристоры, нет реальной причины, по которой вы не можете использовать «дискретную» версию, используя один NPN и один PNP транзистор и резистор плюс диод ( или два резистора). Схема, показанная ниже, почти идентична «настоящему» SCR. Однако у него есть одна важная (и потенциально полезная) функция — его можно отключить от , подав отрицательное напряжение затвора.Это не работает со стандартными тиристорами — после включения единственный способ выключить их снова — уменьшить ток ниже удерживающего тока тиристора. Импульс выключения должен быть значительно больше, чем импульс включения устройства. Для включения требуется всего около 1 мА, но для выключения с указанными значениями требуется около 5 мА. Более высокий анодный ток означает, что для его выключения требуется больший ток. Хотя это немного интересно, возможность выключить его не особо полезна. Этот тип устройства известен как тиристор GTO (выключение затвора), и он доступен в виде единого компонента (хотя и не особенно распространен).


Рисунок 8.1 — Схемы SCR и дискретных SCR, двухтранзисторные бистабильные

В дискретной схеме SCR D1 используется для преобразования верхнего транзистора в токовое зеркало, что снижает напряжение включения, а также базу ток как в первом, так и во втором квартале. Вы можете использовать другой резистор 1 кОм вместо D1, но схема также не работает, при этом базовый ток на обоих транзисторах намного больше (как минимум в пять раз). Схема работает как регенеративный усилитель с обратной связью.Как только один из транзисторов начинает проводить, он подает базовый ток на другой и очень быстро включается. Как показано на модели, время включения не превышает 200 нс, что довольно быстро по любым стандартам. При тестировании на верстаке это время упало до чуть более 8 нс, а цепь срабатывала от омметра (при проверке его выход был ниже 1 мА).

Дискретный SCR включен по двум причинам. Во-первых, он довольно хорошо демонстрирует внутреннюю структуру SCR, плюс дискретный SCR дает экспериментатору простой способ поиграть со схемой, чтобы увидеть, как она работает.Его также можно использовать, если у вас нет на складе маломощных тиристоров, но это , а не , рассчитанный на работу более нескольких миллиампер. Я бы предположил, что все, что больше 100 мА, является «авантюрным», в основном потому, что оно приближает базовые схемы к их пределам тока. Настоящий SCR и его дискретный аналог аналогичны по характеристикам при низком токе. Оба требуют входного тока на выводе затвора (G), и оба требуют определенного удерживающего тока.

Дискретная версия более чувствительна, но может работать с меньшим напряжением и током, чем показанный BT169A.D1 можно заменить другим резистором 1 кОм, но это заставляет ток базы быть намного выше, чем в показанной версии. Он также будет иметь более высокое напряжение насыщения («включено») примерно на 100 мВ при 12 мА или 750 мВ при 100 мА. Имейте в виду, что дискретный SCR очень чувствителен к , и простое подключение источника питания часто вызывает его срабатывание. Время нарастания приложенного постоянного тока следует контролировать, чтобы предотвратить ложное срабатывание, или использовать конденсатор 10 нФ параллельно с самим «SCR».

Другой альтернативой является схема с двумя транзисторами-защелками (бистабильная).Это полезно везде, где вам нужно зафиксировать условие (например, перегрузку по текущему «событию»). Стандартный подход — подключить конденсатор от источника питания к базе одного транзистора, что вызывает сброс. Это устанавливает схему в известное состояние при подаче питания, и она будет оставаться в этом состоянии до тех пор, пока импульс не будет подан на клемму ‘G’ (фактически ‘триггер’, но я использовал ту же терминологию, что и в других схемах) . К сожалению, конденсатор также снижает скорость переключения, но обычно незначительно.

Эта схема появилась еще до появления транзисторов (с использованием клапанов / вакуумных ламп) и могла быть использована для замены пары перекрестно соединенных вентилей NAND, показанных на рисунках 5.1.1, 5.1.2 и 5.2.1. . Несмотря на свою простоту, он будет занимать больше места на печатной плате, чем микросхема, и, вероятно, также будет стоить дороже. Однако это важный строительный блок в электронике. В логической терминологии это называется защелкой «установить / сбросить» (или просто S / R) (иначе «триггер»). Это одна из «семейства» так называемых схем мультивибратора.Два других — нестабильный (отсутствие стабильных состояний, осциллятор) и моностабильный (одно стабильное состояние, обычно используемое в качестве таймера).


Приложение 2 (Устройства на эффекте Холла)

В некоторых схемах, описанных выше, в качестве датчика тока использовался геркон. Они подходят для постоянного тока, но не для переменного тока, так как язычок будет постоянно вибрировать, и усталость металла в конечном итоге приведет к механическому повреждению. Существуют датчики на эффекте Холла, которые обеспечивают линейный выходной сигнал с приложенным током, и их можно использовать для обнаружения переменного или постоянного тока.У них есть изолированный выход (нет электрического соединения с токоведущим проводом), и они почти всегда используют источник питания 5 В с выходом холостого хода 2,5 В (допускает положительный и отрицательный выход в зависимости от полярности источника питания).

Одним из примеров является Allegro ACS712. Доступны различные модели для определения тока от ± 5А до ± 30А. Версия 5A имеет выходное напряжение (2,5 В) 185 мВ / А, поэтому ток нагрузки 5 А приведет к выходному уровню ± 925 мВ. Версии с более высоким током имеют более низкую чувствительность, чтобы выходное напряжение не превышало ± 2 В, так как оно должно оставаться в пределах 5 В.

Эти устройства эффективны и удобны, с заявленным напряжением изоляции 2,1 кВ (среднеквадратичное значение), поэтому обнаружение сетевого напряжения допускается при низком напряжении схемы обнаружения и запуска. Они сравнительно дороги (вы можете купить трансформаторы тока за меньшие деньги), но гораздо меньше по размеру. К сожалению, они доступны только в SMD-пакетах, и, несмотря на широкую полосу пропускания, также довольно шумны.

Широкая полоса пропускания делает их пригодными для мгновенного мониторинга импульсных источников питания, работающих на частоте менее 80 кГц.Поскольку выходной сигнал требует дальнейшей обработки (усиления и выпрямления переменного тока), их сложнее реализовать, и я не включил в эту статью никаких примеров схем. В таблице данных показано несколько схем применения, которые можно использовать для создания полного решения с электронными предохранителями.


Выводы

В схемах, показанных выше, совершенно сознательно указаны детали со сквозным отверстием, где это возможно, и используются хорошо зарекомендовавшие себя детали, которые существуют уже давно.Как большой сторонник создания вещей, которые можно отремонтировать, если что-то пойдет не так, я избегаю деталей SMD, потому что большинство людей находят их очень трудными для работы, и они усложняют работу над конечным продуктом в будущем, если он когда-либо понадобится починить. Идея «выбросить это и получить новое» мне не нравится, и я твердо верю, что если что-то еще способно выполнять свою работу, это следует исправить, если когда-нибудь что-то выйдет из строя.

Все показанные схемы будут работать так, как заявлено, даже если они не предназначены для использования в качестве набора проектов.Идея состоит в том, чтобы показать начинающим конструкторам их варианты и стимулировать размышления о том, как функционирует схема. Не все схемы были построены и протестированы, но все они были успешно смоделированы и функционируют так, как задумано в симуляторе. Конечно, «реальная жизнь» может вызвать некоторые потенциальные сбои, но они были устранены там, где возможно неправильное поведение.

В каждой показанной схеме есть детали, которые можно смешивать и подбирать для соответствия применению. Например, трансформатор тока может управлять операционным усилителем с выходом, используемым для запуска небольшого тиристора.Точно так же вы можете использовать операционный усилитель и схему защелки CMOS 4093 (рисунки 5.1.4, 5.1.5 и 5.2.2), где показан SCR. Когда операционные усилители используются с одним источником питания, я предлагаю LM358, потому что он доступен практически везде, имеет малую мощность, он может работать с входами при отрицательном напряжении питания, а выходное напряжение может достигать (почти) нуля вольт. Большинство операционных усилителей не могут. Есть и другие альтернативы LM358, но, скорее всего, они будут менее доступными и более дорогими.

В большинстве случаев электронные предохранители не требуются.Хотя это метод, который может быть применен к особенно чувствительным системам, в области аудио он редко необходим. Электронный предохранитель, использующий герконовое реле или трансформатор тока, может показаться простым способом обнаружения избыточного выходного тока усилителя мощности (указывающего на короткое замыкание или импеданс нагрузки ниже оптимального), но герконовое реле не будет реагировать на высокие частоты, и трансформатор тока не реагирует на неисправность постоянного тока. Конечно, вы можете использовать и то, и другое, и дополнительное сопротивление на выходе динамика не повлияет на выходное сопротивление усилителя.

Однако музыка динамична, и сопротивление громкоговорителя редко бывает «простой» нагрузкой. Цепи защиты усилителя (например, ограничители VI) с большей вероятностью защитят усилитель от недружественной нагрузки, но и у них есть свои проблемы.

Очевидно, что если вам нужен действительно хороший электронный предохранитель, это непростая задача. Существует множество различных ИС с электронными предохранителями, предназначенных для защиты чувствительного оборудования, хотя я показал только один пример.Я не могу охватить их все, так как их очень много. Показанный вариант дает вам представление о возможностях, которых ожидают пользователи.

Показанные схемы «сделай сам» также являются лишь примерами. Я показал полевые МОП-транзисторы в большинстве случаев, но вы также можете использовать IGBT или биполярные транзисторы для переключения постоянного тока. В большинстве случаев TRIAC — это самый простой способ переключить переменный ток, но они не отключаются в середине полупериода, только , когда ток падает ниже удерживающего тока. Хотя это может привести к очень высокому пиковому току короткого замыкания, оно кратковременное и (вероятно) не вызовет дальнейшего повреждения.Для коммутации переменного тока хорошим вариантом может быть MOSFET-реле (см. Проект 198), но я, , не рекомендую использовать его с сетевым напряжением.

Во всех случаях переключающее устройство должно выбираться в зависимости от напряжения и тока, которыми необходимо управлять. Подходящие устройства легко доступны, многие из которых способны работать с очень высоким напряжением или током. Ожидание высокого напряжения и высокого тока обычно означает, что коммутационное устройство будет дорогим, но это не часто является требованием для проектов DIY.Хорошая особенность электронных предохранителей (помимо четко определенного тока отсечки) заключается в том, что они намного быстрее, чем проволочные предохранители, и могут работать даже при очень низких токах. Хотя предохранитель на 10 мА не является обычным требованием, это легко сделать с электроникой, но гораздо сложнее с предохранителем на проводе (попробуйте купить предохранитель на 10 мА — они существуют, но цена, вероятно, вас отпугнет).

Преимущества электронных предохранителей в том, что они намного быстрее, чем проволочные предохранители, и их можно заставить быстро сработать даже при небольшой перегрузке.Недостатки — большая стоимость и сложность, поэтому они не будут экономичным предложением для чего-либо, кроме наиболее требовательных приложений. Хотя уровень защиты намного выше, чем может обеспечить проволочный предохранитель, в большинстве случаев проволочный предохранитель по-прежнему важен просто потому, что в электронном предохранителе используются электронные компоненты, которые могут выйти из строя. Все цепи (кроме рисунка 5.1.6) показаны с проволочными предохранителями, которые действуют как последний резерв на случай возникновения неисправности в электронном предохранителе. Было бы (ИМО) крайне неразумно упускать их, потому что вы можете вообще остаться без защиты.


Ссылки

Я не ссылался ни на одну из схем, которые нашел в сети. Хотя есть пара, кажущаяся хорошо продуманной, большинство из них представляет собой пеструю смесь постоянно срыгиваемых цепей неизвестного происхождения, а в некоторых случаях просто не работают вообще.



Основной указатель Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и © 2020.Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: страница опубликована в феврале 2020 г. / Обновлено в октябре 2021 г. — рисунки 7 и 11 поменяны местами для согласованности./ Ноябрь 2021 — перенумерованные цифры для совместимости разделов, добавлено Приложение 2.


Электронные предохранители предлагают улучшенную защиту цепи

Плавкие предохранители

успешно используются более 150 лет в качестве основного устройства защиты цепей. Они эффективны, надежны, просты в использовании и имеют ряд значений и вариаций для достижения различных целей проектирования. Однако у них есть неизбежные недостатки для разработчиков, которым требуется чрезвычайно быстрое отключение тока, возможность самовосстановления, а также способность работать при относительно низких значениях тока.Для этих разработчиков электронные предохранители, часто обозначаемые как eFuse или e-Fuse, являются отличным решением, иногда заменяя, но обычно дополняя тепловой предохранитель.

Электронные предохранители

основаны на простой концепции измерения тока путем измерения напряжения на известном резисторе и последующего отключения тока через полевой транзистор (FET), когда он превышает расчетный предел. EFuse предлагает функции, гибкость и функции, которые не могут обеспечить термические предохранители.

В этой статье описывается, как работают электронные предохранители.Затем будут рассмотрены особенности, дополнительные функции и эффективное использование этих предохранителей активной цепи. Попутно будут представлены примеры решений от Texas Instruments, Toshiba Electronic Devices and Storage и STMicroelectronics, а также будет описано их эффективное использование.

Как работают электронные предохранители?

Принцип действия обычного плавкого предохранителя прост, хорошо известен и надежен: когда ток, проходящий через плавкую вставку, превышает расчетное значение, этот элемент нагревается достаточно, чтобы расплавиться.Это прерывает текущий путь, и ток стремится к нулю. В зависимости от номинала и типа предохранителя, а также величины перегрузки по току тепловой предохранитель может среагировать и открыть путь тока от нескольких сотен миллисекунд до нескольких секунд. Конечно, как и в случае со всеми активными и пассивными компонентами, существует множество вариаций, тонкостей и оттенков работы, доступных для этого полностью пассивного устройства, которое в принципе является простым.

Напротив, электронные предохранители работают по совершенно иному принципу.Они предоставляют некоторые из тех же функций, но также добавляют новые, другие функции и возможности. Базовая концепция eFuse также проста: ток в нагрузку проходит через полевой транзистор и чувствительный резистор и контролируется с помощью напряжения на этом чувствительном резисторе. Когда оно превышает заданное значение, управляющая логика отключает полевой транзистор и прерывает прохождение тока (рисунок 1). Полевой транзистор, который включен последовательно с линией питания и нагрузкой, должен иметь очень низкое сопротивление в открытом состоянии, чтобы не вызывать чрезмерного падения сопротивления по току (IR) или потери мощности.

Рис. 1. В eFuse, когда ток от источника питания к нагрузке проходит через измерительный резистор, он контролируется с помощью напряжения на этом резисторе; когда оно превышает установленное значение, управляющая логика отключает полевой транзистор, блокируя прохождение тока к нагрузке. (Источник изображения: Texas Instruments)

Может показаться, что eFuse — это просто более сложная активная версия классического пассивного теплового предохранителя. Хотя это правда, eFuse также предлагает некоторые уникальные атрибуты:

Скорость: Это быстродействующие устройства с временем отклика порядка микросекунд, некоторые из которых предназначены для обеспечения отклика наносекунд.Это важно для современных схем с относительно чувствительными ИС и пассивными компонентами.

Слаботочный режим: Электронные предохранители не только могут быть разработаны для работы при малых токах (порядка 100 миллиампер (мА) или меньше), но они также хорошо работают при низких напряжениях с однозначным числом. На этих уровнях термические предохранители часто не могут быть снабжены достаточным током самонагрева, чтобы вызвать плавление их плавкой вставки.

Сбрасываемый: В зависимости от конкретной модели eFuse предлагает выбор: оставаться выключенным после активации (так называемый режим фиксации) или возобновить нормальную работу, если текущая неисправность исчезнет (режим автоповтора).Последняя настройка особенно полезна в переходных ситуациях, связанных с пусковым током, когда нет «жесткого» отказа, например, когда плата подключена к шине с питанием. Это также полезно, когда замена предохранителя будет сложной или дорогостоящей.

Защита от обратного тока: eFuse может также обеспечивать защиту от обратного тока, чего не может сделать тепловой предохранитель. Обратные токи могут возникать, когда напряжение на выходе системы выше, чем на ее входе. Это может происходить, например, с набором резервных источников питания, подключенных параллельно.

Защита от перенапряжения: С некоторыми дополнительными схемами eFuse может также обеспечивать защиту от перенапряжения от скачков или индуктивных ударов, отключая полевой транзистор, когда входное напряжение превышает установленную точку срабатывания перенапряжения, и оставаясь в состоянии ВЫКЛ до тех пор, пока это перенапряжение состояние сохраняется.

Защита от обратной полярности: eFuse может также обеспечить защиту от обратной полярности, быстро отключая ток, если источник подключен обратно.Примером может служить автомобильный аккумулятор, который на короткое время подключается обратно из-за случайного контакта кабеля.

Линейное изменение скорости нарастания: Некоторые усовершенствованные предохранители eFuse могут также обеспечивать заданное линейное нарастание скорости нарастания тока при понижении / включении питания путем управления переключением включения / выключения полевого транзистора проходного элемента, с помощью внешнего управления или с помощью фиксированных компонентов.

По этим причинам электронные предохранители представляют собой привлекательное решение для управления током. Хотя в некоторых случаях они могут использоваться вместо тепловых предохранителей, они часто работают попарно.В такой конфигурации eFuse используется для локальной защиты с быстрым откликом для подсхемы или печатной платы, например, в системах с горячей заменой (горячей заменой), автомобильных приложениях, программируемых логических контроллерах (ПЛК) и управлении зарядкой / разрядкой аккумуляторов. ; дополнительный плавкий предохранитель обеспечивает защиту на уровне системы от серьезных отказов, когда требуется жесткое и постоянное отключение.

Таким образом, разработчик получает лучшее из обоих миров, со всеми возможностями eFuses плюс четкое и однозначное срабатывание теплового предохранителя.Это достигается без технических компромиссов или недостатков. Конечно, есть некоторые компромиссы, как и с любым дизайнерским решением. В данном случае это постепенное увеличение стоимости недвижимости и немного больший перечень материалов (BOM).

Выбор eFuse: функции и приложения

При выборе eFuse следует учитывать несколько основных параметров. Неудивительно, что главное внимание уделяется текущему уровню срабатывания предохранителя. Обычно это значение может варьироваться от менее 1 ампера (А) до примерно 10 А, а также максимальное напряжение, которое предохранитель может выдержать на своих выводах.Для некоторых электронных предохранителей этот уровень тока является фиксированным, в то время как для других он может быть установлен пользователем с помощью внешнего резистора. Другие факторы выбора включают скорость отклика, ток покоя, размер (занимаемую площадь), а также количество и тип необходимых внешних вспомогательных компонентов, если таковые имеются. Кроме того, проектировщики должны учитывать любые дополнительные функции и возможности, которые могут предлагать различные модели eFuse.

Например, ПЛК — это приложение, в котором электронные предохранители полезны в разных подсхемах, которые могут быть подвержены ошибкам ввода-вывода датчиков и неправильному подключению питания.Также наблюдаются скачки тока при подключении проводов или горячей замене плат. В этих 24-вольтовых приложениях часто используется электронный предохранитель, такой как Texas Instruments TPS26620. На Рисунке 2 показано, что он установлен для предела 500 мА. Он работает от 4,5 до 60 В при токе до 80 мА, с программируемым ограничением тока, перенапряжением, пониженным напряжением и защитой от обратной полярности. Микросхема также может контролировать пусковой ток и обеспечивать надежную защиту от обратного тока и неправильного подключения в полевых условиях как для модулей ввода-вывода ПЛК, так и для источников питания датчиков.

Рис. 2: Электронный предохранитель Texas Instruments TPS26620 показан настроенным на срабатывание при токе 500 мА в этом приложении ПЛК на 24 В постоянного тока. (Источник изображения: Texas Instruments)

Временные диаграммы на Рисунке 3 для Toshiba TCKE805, 18-вольтного, 5 А электронного предохранителя, показывают, как один поставщик реализовал автоматический повтор попытки по сравнению с режимами с фиксацией. В режиме автоповтора (устанавливается выводом корпуса EN / UVLO) функция максимальной токовой защиты предотвращает повреждение eFuse и его нагрузки за счет снижения энергопотребления в случае неисправности.

Рис. 3. Toshiba TCKE805 18 В, 5 А eFuse использует последовательность циклов тестирования и повторения, чтобы оценить, безопасно ли восстановить ток. (Источник изображения: Toshiba)

Если выходной ток, установленный внешним резистором (R LIM ), превышает значение предельного тока (I LIM ) из-за ошибки нагрузки или короткого замыкания, выходной ток и выходное напряжение уменьшаются, тем самым ограничивая потребляемую мощность ИС и нагрузкой. Когда выходной ток достигает заданного предельного значения и обнаруживается перегрузка по току, выходной ток ограничивается, так что протекает не больше тока, чем I LIM .Если на этом этапе ситуация перегрузки по току не устранена, это фиксированное состояние сохраняется, и температура электронного предохранителя продолжает повышаться.

Когда температура eFuse достигает рабочей температуры функции теплового отключения, полевой МОП-транзистор eFuse выключается, полностью прекращая прохождение тока. Операция автоповтора пытается восстановить ток, останавливая ток, что снижает температуру и запускает тепловое отключение. Если температура снова повышается, цикл повторяется и останавливает работу до тех пор, пока не будет устранена ситуация перегрузки по току.

В отличие от этого, режим защелки фиксирует выход до тех пор, пока eFuse не будет сброшен через вывод Enable (EN / UVLO) на ИС (рисунок 4).

Рис. 4. В режиме фиксации, в отличие от режима автоповтора, Toshiba eFuse не сбрасывается до тех пор, пока не будет направлен на это через контакт включения IC. (Источник изображения: Toshiba)

Некоторые предохранители eFuse могут быть сконфигурированы для решения проблем, связанных с измерением тока через резистор, таких как связанное падение IR, которое снижает напряжение шины на выходной стороне.Например, STEF033AJR на 3,3 В от STMicroelectronics имеет номинальный максимальный ток и значения сопротивления полевого транзистора в открытом состоянии 3,6 А и 40 миллиом (мОм), соответственно, для корпуса DFN; 2,5 А и 25 мОм для корпуса flip-chip. В обычном соединении, показанном на рисунке 5, при более высоких значениях тока даже небольшое падение ИК-излучения около 15 милливольт (мВ) в шине питания из-за сопротивления включения может быть значительным и тревожным.

Рис. 5. При обычном подключении STEF033AJR резистор, который устанавливает предельное значение, R-lim, помещается между двумя обозначенными клеммами.(Источник изображения: STMicroelectronics)

Модификация обычного подключения путем установки резистора между положительным концевым соединением и соединением выходного напряжения (V OUT / Source), реализует схему измерения Кельвина, которая компенсирует падение ИК-излучения (Рисунок 6).

Рис. 6: Чтобы уменьшить влияние падения ИК-излучения с датчиком тока, отрицательная сторона ограничительного резистора подключена к выходу напряжения (V OUT / Source). (Источник изображения: STMicroelectronics)

Обратите внимание, что хотя электронные предохранители являются полупроводниками и могут работать до однозначных напряжений, они не ограничиваются этой низкой областью.Например, предохранители семейства Texas Instruments TPS2662x рассчитаны на работу от 4,5 до 57 вольт.

eFuse: Сделать или купить?

В принципе, можно построить базовый электронный предохранитель из дискретных компонентов, используя пару полевых транзисторов, резистор и катушку индуктивности. Самые ранние предохранители eFuse были построены таким образом, при этом индуктивность служила двум целям: фильтрации выходного постоянного тока, а также действовала как чувствительный резистор, используя сопротивление постоянного тока его обмоток.

Однако для улучшенного электронного предохранителя с более стабильными характеристиками, учитывающего характеристики его компонентов, а также реальные эксплуатационные соображения, требуется больше, чем несколько отдельных компонентов.Даже с дополнительными компонентами он может обеспечивать только базовую функциональность eFuse (рисунок 7).

Рис. 7. eFuse с базовой функциональностью, использующей дискретные компоненты, должен предвидеть и преодолевать присущие им ограничения. (Источник изображения: Texas Instruments)

Реальность такова, что накопление активных и пассивных дискретных компонентов вскоре становится громоздким, подвержено колебаниям производительности от блока к блоку и имеет проблемы, связанные с начальным допуском, старением компонентов и дрейфом, вызванным температурой.Короче говоря, дискретное решение «сделай сам» имеет множество ограничений:

  • Дискретные схемы обычно используют полевой МОП-транзистор с P-каналом в качестве проходного элемента, который дороже, чем полевой МОП-транзистор с N-каналом, с точки зрения достижения того же значения сопротивления во включенном состоянии (R DS (ON) ).
  • Дискретные решения неэффективны, поскольку они включают рассеивание мощности на диоде с соответствующим повышением температуры платы.
  • В дискретных схемах сложно обеспечить адекватную тепловую защиту полевого транзистора проходного элемента.В результате это критическое улучшение должно быть исключено, или проект должен быть существенно завышен, чтобы обеспечить подходящую безопасную рабочую область (SOA).
  • Комплексная дискретная схема требует множества компонентов и значительного места на плате, а потребность в устойчивости и надежности схемы защиты добавляет дополнительные компоненты.
  • Хотя скорость нарастания выходного напряжения в дискретных схемах регулируется с помощью компонентов резистора и конденсатора (RC), размеры этих компонентов необходимо подбирать с учетом характеристик затвора проходного полевого транзистора.

Даже если бы решение с дискретными компонентами было приемлемым, оно было бы ограничено в своих функциях по сравнению с решением IC. Последние могут включать в себя некоторые или все из множества дополнительных функций, упомянутых ранее, как показано на блок-схеме eFuse на Рисунке 8. Кроме того, решение IC меньше по размеру, имеет более стабильную и полностью охарактеризованную производительность и предлагает «душевное спокойствие», которое не может предложить многокомпонентное решение, и делает это по более низкой цене. Обратите внимание, что в таблице данных TPS26620 есть несколько десятков графиков производительности и временных диаграмм, охватывающих множество рабочих условий, и все из которых было бы сложно создать при дискретном подходе к «изготовлению».

Рис. 8. Внешняя простота и внешний вид полнофункционального электронного предохранителя eFuse скрывают его внутреннюю сложность, которую было бы очень трудно воспроизвести с использованием дискретных компонентов. (Источник изображения: Texas Instruments)

Есть еще одна важная причина для покупки стандартной микросхемы eFuse вместо того, чтобы идти по отдельному пути: одобрение регулирующих органов. Многие предохранители — термические и электронные предохранители — используются для функций, связанных с безопасностью, чтобы предотвратить условия, при которых чрезмерный ток может вызвать перегрев компонентов и, возможно, возгорание или причинить вред пользователям.

Все обычные плавкие предохранители одобрены различными регулирующими органами и стандартами для обеспечения надежного отключения тока при надлежащем использовании. Однако было бы очень сложно и долго и, вероятно, даже невозможно получить такие же разрешения для дискретного решения.

Напротив, многие микросхемы eFuse уже одобрены. Например, предохранители серии TPS2662x признаны UL 2367 («Специальная полупроводниковая защита от сверхтоков») и сертифицированы по IEC 62368-1 (аудио / видео, информационное и коммуникационное оборудование — Часть 1: Требования безопасности).Они также соответствуют стандарту IEC 61000-4-5 («Электромагнитная совместимость (ЭМС) — Часть 4-5: Методы испытаний и измерений — Испытание на устойчивость к скачкам напряжения»). Чтобы получить такую ​​сертификацию, эти электронные предохранители проходят испытания на работоспособность в своей основной роли, а также в условиях, включающих минимальные и максимальные рабочие температуры, минимальные и максимальные температуры хранения и транспортировки, обширные испытания на ненормальные и долговечные испытания, а также термоциклирование.

Заключение

Электронные предохранители

, в которых для отключения тока используется активная схема, а не плавкая перемычка, помогают разработчикам выполнять требования, которые включают быстрое отключение, самосброс и надежную работу в условиях низкого тока.Они также имеют различные функции защиты и регулируемую скорость нарастания. По сути, они являются ценным дополнением к инженерному набору компонентов защиты цепей и системы.

Как уже говорилось, электронные предохранители могут заменить обычные плавкие предохранители, хотя во многих случаях они обеспечивают локальную защиту и дополняются плавкими предохранителями. Как и почтенный термопредохранитель, многие из eFuse также сертифицированы для использования в функциях, связанных с безопасностью, что расширяет их универсальность и применимость.

Дополнительная литература

  1. «МЭК 62368-1 в пути: новый стандарт безопасности для ИКТ и AV-оборудования»
  2. «Правильный источник питания имеет решающее значение для соответствия новому стандарту IEC / UL IEC-62368 по безопасности потребительских товаров»
  3. «Учебное пособие по предохранителям»
  4. «Как выбрать и применить интеллектуальные технологии измерения и контроля тока (вместо предохранителей)»

Заявление об ограничении ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Электронные предохранители Интернет-магазин | Future Electronics

Что такое электронный предохранитель?

Электронный предохранитель — это резистор с низким сопротивлением, обеспечивающий защиту в случае перегрузки по току нагрузки. Короткое замыкание, отказ устройства или перегрузка могут вызвать перегрузку по току. В электронном предохранителе металлический провод плавится в случае перегрузки по току, вызывая прерывание цепи.

Типы электронных предохранителей

Существует много различных типов электронных предохранителей, и в Future Electronics мы храним многие из наиболее распространенных типов, классифицируемых по максимальному рабочему напряжению, диапазону рабочих температур, размеру, номинальному току, типу упаковки и характеристикам срабатывания. .Параметрические фильтры на нашем веб-сайте могут помочь уточнить результаты поиска в зависимости от требуемых характеристик.

Наиболее распространенные размеры для максимального рабочего напряжения: 32 В, 125 В, 250 В и 600 В. Мы также предлагаем электронные предохранители с максимальным рабочим напряжением до 250000 В. Номинальный ток может быть от 0,01 до 500 А, с наиболее распространенные электронные предохранители с номинальным током 0,5 A, 1 A, 3 A, 4 A или 5 A.

Электронные предохранители от Future Electronics

Future Electronics предлагает полный выбор электронных предохранителей всех типов и размеров при поиске промышленных электрических предохранителей, плавких предохранителей с задержкой срабатывания, электрических высоковольтных предохранителей или предохранителей для электронных схем.Просто выберите одну из технических характеристик электронных предохранителей ниже, и результаты поиска будут быстро сужены в соответствии с вашими конкретными потребностями в области применения электронных предохранителей.

Вы можете легко уточнить результаты поиска по электронным предохранителям, щелкнув нужную марку электронных предохранителей ниже в нашем списке производителей.

Приложения для электронных предохранителей:

Электронные предохранители могут использоваться во всех типах электронных устройств, включая:

  • Ноутбуки
  • Мобильные телефоны
  • Игровые системы
  • Принтеры
  • Цифровые камеры
  • DVD-плееры
  • Портативные электроника
  • ЖК-мониторы
  • Сканеры
  • Аккумуляторы
  • Жесткие диски

Выбор правильного электронного предохранителя:

Если вы ищете правильные электронные предохранители, используйте FutureElectronics.com параметрического поиска, вы можете фильтровать результаты по различным атрибутам: по максимальному рабочему напряжению (5 В, 32 В, 125 В, 250 В, 600 В,…), характеристикам отклика (быстрое действие, задержка по времени, задержка по времени, медленное Blow,…) и номинальный ток (от 0,01 A до 500 A) и многие другие. Вы сможете найти подходящие промышленные электрические предохранители различных размеров и типов, когда будете искать электрический высоковольтный предохранитель, плавкий предохранитель с задержкой срабатывания или предохранители для электроники для любого типа электронных цепей предохранителей.

Электронные предохранители в готовой к производству упаковке или в количествах для НИОКР.Мы предлагаем покупателям многие из наших продуктов в количествах, позволяющих избежать излишков.

Кроме того, Future Electronics предлагает клиентам уникальную программу таможенных складских запасов, которая предназначена для устранения потенциальных проблем, которые могут возникнуть из-за непредсказуемых поставок продуктов, содержащих необработанные металлы, и продуктов с нестабильным или длительным сроком поставки. Поговорите с ближайшим к вам отделением Future Electronics и узнайте больше о том, как вы и ваша компания можете избежать возможного дефицита.

Узнайте больше о том, как избежать возможной нехватки.

Вот что делать, если в вашем переменном токе перегорел предохранитель

Когда ваш кондиционер регулярно перегорает, это, мягко говоря, может вызывать беспокойство.

Удар электрическим током может не только навсегда повредить ваш кондиционер, но и привести к материальному ущербу, а в худшем случае — к гибели людей.

Поэтому мы хотели бы посоветовать вам всегда быть в курсе проблем с электричеством переменного тока (особенно если вашей системе и проводке несколько лет).Вы никогда не узнаете, как долго ваши кондиционеры служат в Аризоне, поэтому важно как можно скорее проверить их.

Итак, что делать, если в вашем кондиционере перегорел предохранитель?

Первое, что вы должны признать, это тот факт, что ваш кондиционер не может перегореть самостоятельно. Должна быть причина.

Таким образом, вы должны не только заменить перегоревший предохранитель, но и отремонтировать, чтобы убедиться, что это больше не повторится.

Мы имели дело со многими клиентами, которые все время задавались вопросом, почему их предохранители переменного тока продолжают перегорать.Мало ли они знают, что перегоревшие предохранители переменного тока обычно являются признаком основных проблем.

Не волнуйтесь, перегоревшие предохранители — довольно частая проблема кондиционеров.

Сейчас, конечно, некоторые дома современные, и вместо предохранителей установлены автоматические выключатели. Однако результат все тот же.

Прерыватель панели будет продолжать срабатывать, пока вы не устраните электрические неисправности кондиционера.

Прежде чем мы начнем, вам нужно знать, что такое предохранитель и как он работает в кондиционере.

Что такое предохранитель переменного тока?

Предохранитель — это провод внутри стеклянного кожуха, находящийся в коробке отключения, подключенной к вашей сети переменного тока.

Предохранитель — это защитная мера, предназначенная для защиты вашего кондиционера от поражения электрическим током.

В случае электрической перегрузки предохранитель срабатывает и взрывается, чтобы разорвать цепь и защитить ваш кондиционер.

Почему возникла электрическая перегрузка? Обычно это происходит очень жарким летом, когда ваш кондиционер работает на пределе своих возможностей.Чтобы охладить больше воздуха, кондиционер потребляет больше энергии, чем может выдержать.

Скачки напряжения также могут вызвать электрическую перегрузку.

Как проверить, не перегорел ли предохранитель переменного тока

Как узнать, перегорел ли предохранитель переменного тока?

Вы можете начать с прислушивания к любым странным звукам кондиционера — всем необычным, что может заставить вас приподнять бровь.

В частности, обратите внимание на жужжание, гудение или щелчки.

Вы можете спросить: «Почему и как возникает гудение, если предохранитель перегорел?»

Жужжание издает работающая печь, которая все еще пытается убедить ваш кондиционер включиться.

Помимо звука, вы можете дополнительно исследовать и подтвердить, перегорел ли предохранитель переменного тока.

Итак, мы не советуем вам быть авантюрными. Вам следует продолжить исследование только в том случае, если у вас есть базовые знания о схемах кондиционеров.

Если нет (а многие из вас этого не делают), вам лучше обратиться к специалисту по HVAC, который сделает эту работу за вас. Помните, что достаточно одной ошибки (доли секунды), чтобы вызвать электрическую катастрофу.

Мы вас прикрыли.Мы лучшие специалисты по кондиционерам в Фениксе.

Проверить с помощью вольтметра предохранители

Ниже приведены шаги, которым вы должны следовать.

  • Сначала найдите предохранитель кондиционера. Как упоминалось ранее, он находится в поле отключения. Коробка обычно серая и находится рядом с вашим наружным блоком.
  • Откройте разъединительную коробку, чтобы открыть кабели внутри. Будьте осторожны — мы сейчас на территории «высокого напряжения».
  • Включите вольтметр и убедитесь, что показание равно нулю.
  • Начните с проверки линий, подводящих электроэнергию к переменному току (в линиях). Показание должно быть от 220 до 240 В. Это доказывает, что с источником питания нет проблем.
  • Далее протестируем исходящие линии. Если показание равно нулю, значит, у вас перегорел предохранитель переменного тока.

Если у вас нет вольтметра, единственный способ проверить, не перегорел ли предохранитель переменного тока, — это заменить его новым такой же емкости. Если новый работает, значит старый взорвался.

Как снять и заменить предохранители переменного тока

Вы подтвердили, что предохранитель вашего кондиционера перегорел и требует замены. Честно говоря, мы бы посоветовали вам пригласить профессионала, который сделает за вас грязную работу.

Однако, если вы все еще настаиваете, ниже приведены шаги, которые необходимо выполнить.

  • Во-первых, для максимальной безопасности отключите прерыватель, чтобы отключить питание вашего кондиционера.
  • Затем найдите коробку отключения. Возможно, предохранитель находится в коробке отключения вместе с проводами.В некоторых случаях он находится в Т-образной ручке.
  • Потяните за ручку, чтобы ток не протекал через предохранитель.
  • Для извлечения предохранителя используйте плоскогубцы с пластиковой изоляцией.
  • Вставьте новый предохранитель и соберите разъединительную коробку. Не забудьте оставить его таким, каким вы его нашли.

Предохранитель какого типа мне следует использовать для переменного тока?

Будьте очень осторожны при покупке нового предохранителя для кондиционера. Новый предохранитель должен соответствовать требованиям к питанию вашего устройства.

Как узнать, какой предохранитель выбрать?

Для начала посмотрите на перегоревший предохранитель — номинал обычно указывается на предохранителе.

Если нет, то вы можете найти его на панели доступа вашего устройства (эта пластиковая крышка с моделью вашего устройства и многими другими деталями) или в руководстве производителя.

Если вы не можете найти номинал предохранителя на панели доступа или в руководстве производителя, мы советуем вам прекратить то, что вы делаете, и вызвать специалиста по кондиционерам.

Вы можете необратимо повредить кондиционер, если в конечном итоге используете неправильный предохранитель.

Предохранитель

А с более высоким номиналом позволит большому току достигать вашего устройства. Слишком сильный ток поджарит ваш кондиционер. Поверьте, мы уже видели такое раньше.

Почему мой кондиционер продолжает перегорать предохранители? — 5 причин, почему

1. Забитый мотор

Забитый двигатель означает, что вся система не работает так плавно, как должна. И в результате переменному току придется потреблять больше энергии. Это, в свою очередь, повреждает конденсаторы переменного тока, и в цепь пропускается больший ток.

Предохранитель перегорает в крайнем случае, чтобы спасти ваш кондиционер.

2. Засоренные фильтры

Засоренные фильтры означают, что поток воздуха в вашем кондиционере ограничен. В результате потребуется больше мощности, что приведет к поджариванию предохранителя.

3. Загрязнение змеевиков конденсатора

Грязные или «изолированные» змеевики конденсатора означает, что они не могут терять тепло так эффективно, как обычно. И снова ваш кондиционер вынужден потреблять избыточную мощность, чтобы иметь возможность «вытеснить» больше тепла.

4. Опалубка конденсатора

Иногда, особенно в очень жаркую погоду, компрессор кондиционера может работать со сбоями и постоянно включаться и выключаться. Колебания мощности приведут к износу предохранителя и, в конечном итоге, к его взрыву.

5. Общие проблемы схемы

Вы заметили, что даже после решения всех вышеперечисленных проблем предохранитель вашего переменного тока продолжает перегорать.

Пришло время вызвать специалиста по HVAC, чтобы тщательно проверить электрическую цепь и проводку вашего кондиционера.

Заключение

Нет ничего более раздражающего, чем предохранитель кондиционера, который перегорает раз в две недели. К счастью, теперь вы знаете, что его вызывает и что с этим делать. Для получения дополнительной информации вы можете прочитать следующие статьи «Различные типы резервуаров для горячей воды» и «Как удалить нитраты из колодезной воды».

Маленький электронный предохранитель

— Codrey Electronics

Недавно после нескольких успешных экспериментов я убедился, что измерять ток с помощью датчика тока серии WCS легко и просто.Это легкая прогулка — после подключения контактов датчика тока WCS последовательно к пути тока, который мы планируем измерить, и подачи питания на датчик с помощью соответствующего постоянного напряжения, мы можем легко отслеживать / измерять ток, будь то постоянный или переменный ток.

Настоящая цель этой статьи — познакомить вас с одним датчиком тока серии WCS с помощью простого самостоятельного проекта. На этот раз я выбрал датчик тока WCS2702, а предлагаемый проект — это создание небольшого электронного предохранителя.Что ж, приступим!

Это схема маленького электронного предохранителя:

Держите схему в руке на некоторое время, так как я хотел бы сказать несколько слов о датчике тока WCS2702, который используется в основе этой конструкции.

Датчик линейного тока AC / DC WCS2702 состоит из прецизионного линейного датчика Холла с низким температурным дрейфом, схемы температурной компенсации и электрически изолированного пути тока с типичным чрезвычайно низким внутренним сопротивлением проводника 98 мОм.

Приложенный ток, протекающий по токопроводящей дорожке 98 мОм, создает магнитное поле, которое воспринимается встроенной ИС датчика Холла и преобразуется в пропорциональное напряжение (1,0 мВ / мА). WCS2702 имеет широкий диапазон рабочего напряжения (3–12 В) и приемлемую полосу пропускания (10 кГц). Минимальный ток считывания составляет 0–2 А при напряжении питания 5 В.

Прочтите его техническое описание http://www.winson.com.tw/uploads/images/WCS2702.pdf

Я уверен, что теперь вы имеете представление о том, как работает данная схема.Замечательно! Теперь давайте рассмотрим остальную часть дизайна.

Следующая часть представляет собой не что иное, как грубый компаратор напряжения, построенный на довольно популярной микросхеме компаратора двойного напряжения LM393. Выходной контакт (VOUT) WSC2702 подключен к неинвертирующему входу (Контакт 3) первого компаратора LM393 (IC1A). И инвертирующий вход (контакт 2) IC1A подключен к дворнику многооборотного подстроечного резистора 100K (P1), который помогает установить желаемый уровень срабатывания.

Выход IC1A — контакт 1 — используется для управления маленьким тиристором BT169 (T1), чтобы он мог управлять электромагнитным реле (K1), используемым для включения и выключения конечной нагрузки.Это реле не запитано во время нормальной (не сработавшей) работы. Если ток нагрузки превышает предварительно установленный порог питания, система отключится и заблокирует реле под напряжением, чтобы прервать прохождение тока через подключенную нагрузку. Состояние отключения отображается красным индикатором LED1.

Выключатель мгновенного действия (S1) в цепи должен быть нажат, чтобы сработал электронный предохранитель. Зеленый LED1 — это только индикатор состояния питания, используемый для уведомления о том, что система электронных предохранителей активна.Дополнительный конденсатор C3 рекомендуется для уменьшения выходного шума датчика тока WCS. Аналогичным образом, следующий дополнительный конденсатор C4 может быть добавлен, если требуется, чтобы «стабилизировать» чувствительный затвор тиристора BT169.

Откровенно говоря, это небольшая цепь электронного предохранителя с максимальным постоянным током отключения, близким всего к 2А. Обратите внимание, что типичное «нулевое» напряжение V OUT для WCS2702 составляет ½ Vcc, что означает здесь 2,5 В, таким образом ограничивая установку порогового уровня посредственно!

Но для большинства проектов на уровне хобби эта «детская» схема была бы разумным выбором для добавления защиты от перегрузки по току / короткого замыкания.Этот электронный предохранитель может быть настроен на срабатывание при очень определенном токе, и если он будет превышен, реле отключит нагрузку. В идеале «предохранитель» должен оставаться разомкнутым и, что важно, не замкнутым снова, когда ток нагрузки упадет до нуля. Предохранитель сбрасывается простым нажатием переключателя сброса. Обратите внимание, что для электронного предохранителя требуется вспомогательный источник питания (5 В постоянного тока), и, пока есть питание, предохранитель готов к работе!

Этот электронный предохранитель, конечно, можно просто подключить между источником питания нагрузки и нагрузкой — см. Общий указатель проводки, представленный ниже.

Ниже мои снимки макета. Как обычно, макетная плата была тщательно протестирована и прошла успешно!

Следующий шаг…

Эта небольшая дизайнерская идея, возможно, также имеет еще несколько недостатков, таких как наличие большего количества клемм и необходимость вспомогательного питания для работы. Итак, я планирую спроектировать и построить следующую версию этого электронного предохранителя, возможно, с некоторыми дополнительными функциями, включая:

  • Более точная установка ограничения тока
  • Регулируемая задержка и время отклика
  • Автосброс (автоповтор) и самозащита
  • Включить ввод для включения / выключения устройства
  • Ограничитель пускового тока и зажим напряжения

На этом пока все.Этот проект вызывает у вас интерес? Дай мне знать. Кроме того, если у вас есть какие-либо вопросы, комментарии или опасения, оставьте их в комментариях ниже.

Выбор предохранителей: простые процедуры для получения правильной защиты от перегрузки по току для преобразователей постоянного тока в постоянный

Найдите загружаемую версию этого рассказа в формате pdf в конце рассказа.

Хотя особенности и функциональность привлекают наибольшее внимание в новых электронных продуктах, будь то потребительские, промышленные или медицинские, их надежность зависит от защиты их систем питания от перегрузок по току.Внутренние, внешние и нежелательные угрозы могут повлиять на надежность цепей и системы. За счет правильного выбора предохранителей вы можете свести к минимуму риски и отказы, так что электронное изделие сохранит свое конкурентное преимущество.

Предохранители — это устройства перегрузки по току, которые защищают электрические и электронные устройства путем плавления и размыкания цепи, чтобы предотвратить повреждение или возгорание чрезмерным током. Предохранители служат двум основным целям:

1. Для защиты компонентов, оборудования и людей от риска возгорания и поражения электрическим током
2.Чтобы изолировать подсистемы от основной системы.

Действие предохранителя начинается, когда ток в цепи становится достаточно высоким, чтобы нагреть плавкий элемент, и начинает его плавление. Как только начинается плавление, создается зазор, через который будет проходить «дуга» тока. Плавление продолжается, и зазор увеличивается до тех пор, пока он не станет слишком широким для поддержания дуги. В этот момент ток перестает течь, и событие перегрузки по току «сбрасывается», размыкая и делая цепь безопасной.

1. Существует два типа событий перегрузки по току:
1) Перегрузка — просто потребление чрезмерного тока сверх проектной мощности цепи,
2) Короткое замыкание или ток короткого замыкания.

Независимо от случая перегрузки по току предохранители спроектированы и определены как «самое слабое звено» цепи. Эти «термически управляемые» устройства обычно используют в своей конструкции металлическую проволоку или полосовой элемент.

Типы предохранителей

Быстродействующие предохранители очень быстро срабатывают при превышении их номинального тока. Это действие необходимо, когда скорость важна для чувствительной электроники и для многих приложений питания постоянного тока. Обычно они используются в резистивных нагрузках с низким уровнем пускового тока.

Предохранители с выдержкой времени имеют механизм задержки времени. Они предназначены для размыкания только при чрезмерном потреблении тока в течение определенного периода времени и обычно используются для защиты индуктивных и емкостных нагрузок, которые испытывают сильное потребление тока при первоначальном включении. Действие временной задержки предотвращает бесполезное сгорание предохранителя во время временного перенапряжения или перенапряжения. Предохранители с выдержкой времени выдерживают более высокие пусковые токи, чем быстродействующие предохранители, и часто идеально подходят для защиты входа преобразователя постоянного в постоянный ток, поскольку большинство преобразователей имеют входной конденсатор, который потребляет большой ток при первоначальной зарядке.

Выбор правильного предохранителя имеет решающее значение при проектировании всех электронных и электрических систем. Катастрофический отказ системы можно предотвратить с помощью соответствующего предохранителя на входе преобразователя постоянного тока. Если внутренняя схема преобразователя больше не может выдерживать состояние перегрузки, предохранитель предотвратит возгорание или дальнейшее повреждение платы, преобразователя или соседних компонентов. Большинство преобразователей постоянного / постоянного тока защищены от коротких замыканий на своих выходах либо с помощью цепи ограничения тока, либо цепей тепловой перегрузки.Предохранители необходимы для защиты от катастрофического отказа компонента (например, отказа MOSFET) или если отказ компонента вызывает короткое замыкание на входной стороне преобразователя постоянного тока.

Правильный выбор входного предохранителя для преобразователя постоянного тока требует понимания и учета следующих факторов:
1. Номинальное напряжение
2. Номинальный ток
3. Номинальное значение прерывания
4. Температурное снижение параметров
5. Интегральное плавление (I 2 т)
6. Максимальный ток повреждения в цепи
7.Требуемые разрешения агентства
8. Механические аспекты

Перейти на следующую страницу

Номинальное напряжение

Плавкие предохранители

сначала рассчитываются по напряжению цепи переменного и / или постоянного тока, в котором они могут быть безопасно применены. Предохранитель, установленный в цепи переменного тока, работает иначе, чем при установке в цепи постоянного тока. В цепях переменного тока ток пересекает нулевой потенциал со скоростью 60 или 50 циклов в секунду. Это помогает прервать дугу, которая образуется при плавлении плавкого элемента и создает зазор.В цепях постоянного тока напряжение не достигает нулевого потенциала, что затрудняет подавление дуги в зазоре плавкого элемента.

Обычно номинальное напряжение переменного тока предохранителя совпадает с напряжением электросети, например, 110 В, 240 В, 415 В и т. Д. Это означает, что предохранитель подходит для использования с этими номинальными напряжениями и испытан на уровни напряжения как минимум на 15% выше номинального. рейтинг. Это не относится к номинальным значениям постоянного напряжения, которые обычно являются максимальными и не должны превышаться.В частности, номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или превышать максимальное напряжение, ожидаемое в приложении.

Предохранители

нечувствительны к изменениям напряжения в пределах своих номиналов, поэтому выбор правильного номинального напряжения является строго вопросом безопасности. Предохранители могут работать при любом напряжении ниже или равном их номинальному напряжению.

Текущий рейтинг

Несмотря на то, что некоторые источники питания предназначены для регулирования выходного постоянного тока, большинство типичных преобразователей постоянного тока спроектированы как устройства постоянной мощности.Это означает, что по мере падения входного напряжения входной ток должен увеличиваться, чтобы поддерживать постоянное соотношение выходной мощности P = V * I.

Минимальный номинальный ток предохранителя определяется максимальным входным током преобразователя постоянного тока в постоянный. Обычно максимальное потребление тока происходит при максимальной выходной нагрузке и минимальном входном напряжении. Величину входного тока можно определить по формуле:

Где:

P OUT (MAX) = Максимальная выходная мощность преобразователя постоянного / постоянного тока.

V IN (MIN) = Минимальное входное напряжение на входе преобразователя постоянного / постоянного тока.

КПД = КПД преобразователя постоянного / постоянного тока при P OUT (MAX) и V IN (MIN) ; можно определить из таблицы данных преобразователя постоянного тока.

Чтобы предотвратить повреждение компонентов преобразователя, номинальный ток предохранителя выбирается с достаточно большой допустимой токовой нагрузкой, чтобы предохранитель не срабатывал в установившемся режиме, но срабатывал при ненормальной (чрезмерной) перегрузке или коротком замыкании.Обычно это приводит к выбору предохранителя, который составляет от 150% до 200% процентов максимального входного тока в установившемся режиме при максимальной нагрузке и минимальном входном линейном напряжении.

Рейтинг прерывания

Номинал срабатывания предохранителя — это максимальная сила тока при номинальном напряжении, которую предохранитель может безопасно отключить. Этот номинал должен превышать максимальный ток короткого замыкания, который может создать цепь. Номинальные характеристики отключения для переменного и постоянного тока различаются, и перед выбором следует ознакомиться с техническими данными предохранителя.

Снижение температуры

Если предохранитель применяется при температуре окружающей среды, превышающей стандартные 23 ° C, номинальный ток предохранителя должен быть снижен (более высокий номинальный ток при более высоких температурах). И наоборот, работа при температуре окружающей среды ниже стандартной 23 ° C позволяет использовать предохранитель с более низким номинальным током. На рис. 1 показана типичная кривая снижения характеристик предохранителя. Номинал предохранителя определяется по:

Где:

I ВХОД (МАКС.) = Ток, определяемый по формуле (1) или из таблицы данных преобразователя постоянного тока в постоянный

K TEMP = Температурный коэффициент снижения номинальных характеристик определяется из Рис.1 .

Наименьший подходящий номинал предохранителя получается округлением расчетного значения до следующего более высокого номинального тока, указанного в таблице данных предохранителя.

Плавление Интеграл

Пиковый пусковой ток преобразователя постоянного тока обычно значительно превышает ток установившегося состояния. Кроме того, периодические пусковые токи могут быть достаточно сильными, чтобы нагреть плавкий элемент. Несмотря на то, что он недостаточно большой, чтобы расплавить элемент, он все же может вызвать значительную тепловую нагрузку на элемент.Циклические расширения и сжатия элемента предохранителя могут привести к механической усталости и преждевременному выходу из строя.

Выбор подходящего предохранителя включает выбор соответствующего интеграла плавления. Интеграл плавления плавкого предохранителя, называемый плавлением I2t, представляет собой тепловую энергию, необходимую для плавления определенного элемента плавкого предохранителя. Это значение будет зависеть от конструкции элемента предохранителя, материалов и площади поперечного сечения.

Задача разработчика системы — выбрать предохранитель с минимальным I2t, превышающим энергию импульса пускового тока.Такой рейтинг гарантирует, что предохранитель не вызовет нежелательного размыкания в переходных условиях. Для надежной работы системы в течение необходимого количества циклов включения необходимо соблюдение следующего условия:

I 2 т (ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ) = I 2 т (ИМПУЛЬС) × F p (3)

Где:

I 2 t (ИМПУЛЬС) = Энергия импульса тока

I 2 t (ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ) = Состав плавкого предохранителя

F p = коэффициент импульса (зависит от конструкции плавкого элемента в Таблица 1 )

I 2 t (FUSE) можно найти в паспортах предохранителей.Не используйте максимальный интеграл плавления предохранителя в уравнении (3), а используйте минимальный или номинальный интеграл плавления плавкого предохранителя.

Максимальный ток повреждения цепи

Другие соображения по выбору включают пусковые (пусковые) токи и переходные условия нагрузки. При первоначальном питании преобразователя постоянного тока в постоянный необходимо заряжать входные конденсаторы большой емкости постоянного тока. Ток, протекающий на входных клеммах преобразователя постоянного тока, составляет приблизительно I = V / R для типичных источников питания со временем зарядки менее 10 миллисекунд.Когда V — это изменение входного напряжения, а R — это комбинация сопротивления проводки, сопротивления источника при запуске и эквивалентного последовательного номинала (ESR) входных конденсаторов большой емкости преобразователя.

В более крупных преобразователях постоянного тока часто используется большой конденсатор с очень низким ESR внутри преобразователя. Этот пусковой ток может существенно повлиять на срок службы предохранителя. Подбирайте предохранитель должным образом, чтобы позволить этим импульсам пускового тока проходить без ложных отверстий или повреждения плавкого элемента, как описано в разделе «Интеграл плавления».

Для расчета энергии импульса тока необходимо сначала определить величину и длительность импульса тока. Самый точный способ определения параметров импульса тока — это измерение этого тока в приложении при минимальном и максимальном напряжении.

Обратите внимание, что значения I2t плавления предохранителя должны быть рассчитаны при условии, что произведение квадрата пикового тока на время возникновения пика является максимальным. Например, ток в установившемся режиме максимален на линии низкого уровня, поэтому скачок нагрузки при переходных процессах необходимо добавить к току низкой линии, чтобы установить максимальный пиковый ток для рабочего состояния.Но пусковой ток обычно максимален при самом высоком входном напряжении. I2t плавления предохранителя необходимо оценивать в условиях с наивысшим расчетным I2t, чтобы гарантировать, что предохранитель не сработает во время этих «нормальных» рабочих условий.

Коэффициент импульса зависит от конструкции элемента плавкого предохранителя (см. Таблицы коэффициентов импульса в разделе «Интеграл плавления»).

Запатентованная конструкция с твердой матрицей, используемая в предохранителях Cooper Bussmann® серий 0603FA, 3216FF, CC12H и CC06, обеспечивает отличные циклические и температурные характеристики, при этом значительно сокращая ложные отверстия из-за высоких пусковых токов.Он также обеспечивает защиту от непредвиденных скачков тока в системе. Небольшой физический размер обеспечивает максимальную защиту без завышения номинала предохранителя. Конструкция с твердой матрицей снижает нагрев от повторяющихся скачков напряжения, которые обычно вызывают срабатывание предохранителя при более низких уровнях тока.

Перейти на следующую страницу

Конструкция типа «провод в воздухе», как в 3216TD и новой серии S505H, а также многих традиционных предохранителей с наконечниками, обеспечивает высокую устойчивость к пусковым токам. Технология Wire-in-Air позволяет использовать предохранитель меньшего размера без ущерба для I2t, температуры или диапазона рабочего напряжения.Использование предохранителя с высокой устойчивостью к импульсным перенапряжениям означает меньшее количество открытых предохранителей во время кратковременных перегрузок.

Агентские предложения

Североамериканские стандарты UL / CSA и IEC для устройств защиты от перегрузки по току требуют существенно разных временных характеристик. Предохранители с рейтингом UL проходят испытания на размыкание при 135% номинального тока, в то время как номиналы предохранителей IEC проверяются на пропускание 150% номинального тока. Помните об этих различиях, поскольку предохранители тестируются и имеют разную спецификацию в соответствии с этими стандартами для продуктов, продаваемых в разных частях мира.

Физические размеры и материалы предохранителей UL и IEC аналогичны. Однако предохранители, изготовленные по разным стандартам, не являются взаимозаменяемыми. Время плавления и открытия их элементов будет отличаться при воздействии на них тока одинаковой величины. Разработчик схем должен учитывать, что на разных мировых рынках могут потребоваться разные стандарты агентства по предохранителям.

Чтобы выбрать предохранитель, который обеспечивает соответствие системы и агентства, должны быть соблюдены следующие условия:
• Номинальный ток предохранителя не превышает номинальный ток предохранителя, используемого для проверки безопасности преобразователя постоянного тока в постоянный, который он предназначен для защиты.
• Предохранитель устанавливается на незаземленной стороне цепи для обеспечения бесперебойного заземления в случае срабатывания предохранителя.
• Входные дорожки и дорожка заземления шасси (если используется) способны проводить ток, в 1,5 раза превышающий номинальный ток предохранителя.

Механические аспекты

Существует множество предохранителей для электроники, включая сверхминиатюрные предохранители. Наиболее распространены конструкции наконечников 5×15 мм, 5×20 мм и 6,3×32 мм (¼ дюйма x 1¼ дюйма). Предохранители с наконечниками обычно устанавливаются в зажимы или держатели предохранителей, а некоторые из них имеют осевые выводы для пайки непосредственно на печатную плату.Сверхминиатюрные предохранители часто используются, когда пространство на плате ограничено. Для приложений этого типа доступны устройства для монтажа в сквозные отверстия и на поверхность. Стандартные размеры корпуса предохранителей для поверхностного монтажа: 0402 (1005), 0603 (1608), 1206 (3216), 6125 и 1025.

Эти размеры являются стандартными для всей электронной промышленности. Осевые и радиальные выводы со сквозными отверстиями позволяют устанавливать предохранители на печатную плату. Например, Cooper Bussmann предлагает электронные предохранители от 32 В до 450 В. Номинальные значения напряжения могут изменяться и меняются внутри семейства или серии предохранителей, а также номиналы прерывания, I2t и утверждения агентств.Всегда сверяйтесь с техническими данными для определения номинальных значений, которые относятся к желаемому напряжению и номинальному току для приложения.

Типичное расположение предохранителей в источниках питания

Стандарты безопасности продукции

требуют предохранителей для первичной защиты переменного тока и вторичной защиты от любых катастрофических отказов конденсаторов входного фильтра, модуля повышения коэффициента мощности (PFC), выходных конденсаторов или внутри преобразователей постоянного / постоянного тока, где предохранитель F1 в Рис. 2 — это типичное расположение предохранителя переменного тока.Предохранитель расположен рядом с входным разъемом, так что все остальные компоненты находятся ниже по потоку и защищены.

Модуль повышения PFC обычно не содержит защиты от перегрузки по току. В случае короткого замыкания выходных клемм PFC отсутствует внутреннее устройство размыкания цепи для безопасного отключения питания. Предохранитель во входной линии переменного тока (предохранитель F1 на рис. 2 ) защищает повышающий преобразователь PFC.

Несмотря на то, что предохранитель первичной входной линии в конечном итоге сработает, предохранители постоянного тока, расположенные прямо на входе преобразователей постоянного тока в постоянный, ограничивают энергию, подаваемую задерживающими конденсаторами, и предотвращают выход из строя модуля повышения PFC.Предохранители постоянного тока между PFC и преобразователями постоянного тока защищают от катастрофического отказа преобразователя постоянного тока (предохранители F2 и F3 на рисунке 2). Плавление каждого преобразователя постоянного / постоянного тока позволит преобразователю, не подверженному неисправности, продолжить работу, изолировав неисправный преобразователь.

Предохранители F2 и F3 имеют дополнительное преимущество при разработке продукта. Путем выборочного удаления этих предохранителей различные преобразователи можно запитать отдельно или PFC работать с внешней нагрузкой. Помимо облегчения тестирования различных силовых секций во время разработки продукта, предохранители могут помочь в поиске и устранении неисправностей в процессе производства и в случае необходимости ремонта продукта.

Предохранители, применяемые к точкам максимальной токовой защиты Рис. 2 включают F1, обеспечивающий первичную максимальную токовую защиту. Используйте предохранители с номинальным напряжением сети переменного тока, расположенные на первичной стороне трансформатора (обычно напряжение сети 125/250 В переменного тока)

• Радиальные предохранители SR-5 / SS-5
• Быстродействующий предохранитель S501-2-R
• Серия C310T (скоро) 3,6х10 мм, аксиальные выводы, выдержка времени, керамический трубчатый предохранитель ( Рис. 3 )
• Предохранители с наконечником 5 мм или ¼ дюйма

Предохранители F2 и F3, обеспечивающие вторичную максимальную токовую защиту.Используйте предохранители на 400 В постоянного тока или выше на вторичной обмотке трансформатора или в приложениях с питанием от батарей (переменного или постоянного тока, обычно с более низким напряжением, но не всегда).

• PC-Tron® (до 2,5 А) ( Рис. 4 )
• Серия S505H (скоро) 400 В постоянного тока / 500-600 В переменного тока, с выдержкой времени, 5×20 мм ( Рис. 5 )

Скачайте историю в формате pdf здесь.

Почему у вашего кондиционера перегорает предохранитель

Из почти бесчисленного множества проблем, с которыми может столкнуться ваша система охлаждения Raleigh, проблемы, связанные с электричеством, часто являются самыми тяжелыми.Все мы хорошо знаем, что проблемы с электричеством могут быть довольно опасными при неправильном обращении, поэтому неудивительно, если вы просто немного напуганы или нервничаете! Но не волнуйтесь — специалисты Air Experts Heating & Cooling много раз сталкивались с этой проблемой, и мы можем помочь вам точно определить, что может происходить с вашими отключающими выключателями.

Обладая более чем тридцатилетним опытом обслуживания наших клиентов из Северной Каролины, наша команда может предложить все советы и услуги, необходимые для того, чтобы ваш дом оставался прохладным и безопасным в это летнее время.Следуйте инструкциям, чтобы узнать, почему ваша система охлаждения может отключать автоматические выключатели в вашем доме!

У вас дома в Роли, штат Северная Каролина, возникла авария в системе охлаждения? Свяжитесь со специалистами Air Experts по отоплению и охлаждению сейчас онлайн, чтобы получить быстрое обслуживание, или позвоните в нашу службу экстренной помощи по телефону 919-480-2727!

Почему проблемы с электричеством представляют собой угрозу

Проблемы с электричеством такие же, как и другие проблемы? Едва ли! Проблемы с электричеством опасны, потому что могут иметь довольно много долгосрочных последствий.Проблемы с домашней электросетью, как правило, вызывают перегрузку и короткое замыкание, которые могут необратимо повредить бытовую технику с постоянным скачком напряжения, вызывая как минимум значительный материальный ущерб.

И еще есть риски для здоровья. Если ваша проводка немного старше, существует невидимое повреждение проводов или ваши розетки немного неисправны, тогда подобные проблемы могут привести к потенциальному возгоранию электрического тока. Вот почему мы называем электрические проблемы неотложной помощью , которая требует немедленного профессионального вмешательства.

Причины, по которым ваш кондиционер перегорает или отключает выключатель

  • Грязный фильтр. Да; это кажется слишком простым, не так ли? Когда у вас такие жаркие дни, и ваш кондиционер находится под давлением, чтобы охладить ваш дом, засоренный воздушный фильтр может вызвать перегорание предохранителя. Причина этого в том, что дополнительное давление, оказываемое на вашу систему, чтобы протолкнуть воздух через грязный фильтр, окажет слишком большое давление на вашу электрическую систему. Затем электрическая система сработает или перегорит предохранитель, чтобы защитить себя.
  • Ослабленные электрические соединения. Соединения внутри блока выключателя могут ослабнуть из-за изменений температуры. Эти изменения температуры могут привести к расширению и сжатию проводов, что затем ослабит их.
  • Низкий уровень хладагента. Как и в случае с грязным фильтром, когда в вашем кондиционере мало хладагента, система должна работать намного тяжелее. Эта дополнительная работа может привести к сбоям в работе вашей системы. У вас может быть утечка хладагента, и это может быть причиной низкого уровня хладагента.Если вы думаете, что проблема в этом, лучше взглянуть на вашу систему экспертом.
  • Неисправный конденсатор. Конденсатор — это небольшая деталь внутри вашей системы охлаждения, которая помогает регулировать электрический поток. Конденсатор, который не работает должным образом, перегорит предохранители слева, справа и по центру.
  • Неисправный вентилятор конденсатора. Вентилятор конденсатора работает, обдувая воздухом змеевик конденсатора вашей системы. Когда этот вентилятор неисправен, ваша система не сможет эффективно охлаждаться.Поскольку охлаждение дома становится сложнее, вы можете столкнуться с перегоранием предохранителей и проблемами с электричеством.

Как видите, некоторые из этих проблем — небольшие исправления, например, замена воздушного фильтра. Важно, чтобы любые электрические проблемы диагностировал профессиональный подрядчик по ОВК. Попытки устранить проблемы с электричеством самостоятельно могут привести к повреждению вашего дома, дорогостоящему ремонту или замене системы кондиционирования воздуха. Это может даже разрушить электрическую систему вашего дома. Если вы ищете профессионального подрядчика по охлаждению в Роли, рассчитывайте на Air Experts Heating & Cooling.

Проблемы, при которых возможно самостоятельное исправление

В то время как проблемы с электричеством почти всегда лучше доверить обученным профессионалам, есть несколько очень простых причин срабатывания выключателя, связанных с переменным током, которые можно решить без особых проблем:

  • Грязные фильтры HVAC. Фильтр в вашей системе отвечает за максимально возможную оптимизацию воздушного потока. Когда он забивается или блокируется, это может привести к тому, что ваша система охлаждения Raleigh будет изо всех сил работать, заставляя ее работать больше, чем обычно, и, таким образом, потреблять больше энергии.Когда это происходит, обычным исходом становится поездка.
  • Забитый наружный блок. Проблема, аналогичная рассуждениям, о которых мы говорили выше, наружный блок может быть забит скошенной травой или листьями, падающими с близлежащих деревьев. Если наружный блок загрязнен, это сужает поток и снижает эффективность теплопередачи, что приводит к перегрузке переменного тока.
  • Простая поездка. Одно срабатывание выключателя редко вызывает больше, чем незначительное раздражение.Если ваш выключатель сработает один раз, вам нужно только повторно включить его. Когда проблема повторяется снова и снова, она становится большой проблемой.

Проблемы, требующие вмешательства специалиста в Роли

Чаще всего возникают следующие проблемы, для решения которых требуется обученная бригада по ремонту переменного тока:

  • Утечка хладагента. Недостаток хладагента приводит к тем же результатам, что и проблема с грязным фильтром, из-за чего ваша система работает слишком тяжело. Но ремонт утечки хладагента — это , безусловно, работа профессионала.
  • Прерыватель поврежден или старый. Проблема также может заключаться не в системе охлаждения, а в самой панели прерывателя. Когда панель становится слишком старой или слишком слабой для домашних нужд, она начинает слишком часто срабатывать. Хотя, если это проблема, вполне вероятно, что выключатель переменного тока не , а только одно срабатывание .
  • Короткое замыкание электродвигателя. Электродвигатели работают много и очень долго. Если вентилятор начинает перегреваться, это часто может привести к повторному срабатыванию выключателя до тех пор, пока двигатель не будет отремонтирован.

Вызов специалистов по воздуху для устранения проблем с кондиционером

Если в вашей системе кондиционирования перегорают предохранители или происходит короткое замыкание в электрической системе вашего дома, обратитесь в команду Air Experts Heating & Cooling. Мы предлагаем полный спектр услуг по отоплению и охлаждению, включая круглосуточный аварийный ремонт без выходных.

Более 30 лет мы предоставляем экспертные услуги по кондиционированию воздуха в районе Треугольника Роли, Северная Каролина. Мы можем помочь диагностировать причину электрических проблем вашей системы переменного тока, сделав правильный ремонт вашей системы переменного тока.Позвоните нам сегодня, чтобы запланировать обслуживание кондиционеров в районе Роли-Дарем!

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *