Защита от кз на полевом транзисторе. Защита от короткого замыкания на полевом транзисторе: принципы работы и схемы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работает защита от КЗ на полевом транзисторе. Какие схемы используются для реализации токовой защиты в блоках питания. Какие преимущества дает применение полевых транзисторов в схемах защиты. Какие особенности нужно учитывать при разработке защиты от КЗ.

Содержание

Принцип работы защиты от КЗ на полевом транзисторе

Защита от короткого замыкания (КЗ) на полевом транзисторе основана на быстром отключении нагрузки при превышении допустимого тока. Ключевым элементом такой защиты выступает силовой полевой транзистор, который включается последовательно с нагрузкой.

Основные компоненты схемы защиты:

Полевой транзистор в качестве силового ключа
Датчик тока (обычно низкоомный резистор-шунт)
Схема управления затвором транзистора
Компаратор для сравнения тока с пороговым значением

При нормальной работе полевой транзистор открыт и пропускает ток к нагрузке. Когда ток превышает заданный порог, схема управления быстро закрывает транзистор, отключая нагрузку от источника питания.

Преимущества использования полевых транзисторов для защиты от КЗ

Применение полевых транзисторов в схемах защиты от КЗ имеет ряд важных преимуществ:

Высокое быстродействие — транзистор закрывается за доли микросекунды
Низкие потери во включенном состоянии из-за малого сопротивления канала
Возможность коммутации больших токов
Управление малой мощностью
Отсутствие теплового убегания, характерного для биполярных транзисторов

Благодаря этим свойствам полевые транзисторы позволяют создавать эффективные схемы защиты даже для мощных источников питания.

Базовая схема защиты на полевом транзисторе

Рассмотрим простую схему защиты от КЗ на полевом транзисторе:

«`plaintext +Vcc | R1 | G —|<|--S VT | D--| | R2 (шунт) | +--- выход VT - силовой полевой транзистор R1 - резистор в цепи затвора R2 - токовый шунт ```

Принцип работы этой схемы:

В нормальном режиме транзистор VT открыт и пропускает ток через шунт R2 к нагрузке
При КЗ ток через R2 резко возрастает, создавая на нем падение напряжения
Это напряжение прикладывается к переходу затвор-исток транзистора VT
Когда напряжение превысит пороговое, транзистор начнет закрываться
Ток уменьшится, транзистор снова приоткроется
Устанавливается режим стабилизации тока КЗ

Преимущества такой схемы — простота и надежность. Недостаток — отсутствие четкого порога срабатывания.

Схема защиты с компаратором

Для получения более четкой характеристики срабатывания применяют схемы с компаратором:

«`plaintext +Vcc | R1 | | | —-|<|---+ | VT | | | | | R2 | | | | +---+-----+--- выход | +++ DA - | +++ | GND VT - силовой полевой транзистор R1, R2 - делитель напряжения DA - компаратор ```

Принцип работы:

Напряжение с шунта подается на инвертирующий вход компаратора
На неинвертирующий вход подано опорное напряжение
При превышении тока опорного уровня компаратор переключается
Выход компаратора подключен к затвору VT
Транзистор быстро закрывается, ограничивая ток КЗ

Такая схема обеспечивает более четкое срабатывание защиты по заданному пороговому току.

Защита от перегрузки с плавным ограничением тока

Для защиты от длительных перегрузок применяют схемы с плавным ограничением тока:

«`plaintext +Vcc | R1 | C1 | | | —|<|--+----+ VT | | | R2 | | | | R3 +----+--- выход | GND VT - силовой полевой транзистор R1-R3 - резисторы C1 - конденсатор ```

Принцип работы:

При небольшой перегрузке транзистор плавно прикрывается, ограничивая ток
Конденсатор C1 обеспечивает задержку срабатывания

При длительной перегрузке транзистор закрывается полностью
После устранения перегрузки схема автоматически восстанавливается

Такое решение позволяет выдерживать кратковременные перегрузки, но надежно защищает от длительных.

Особенности разработки защиты от КЗ на полевых транзисторах

При проектировании схем защиты на полевых транзисторах нужно учитывать следующие моменты:

Выбор транзистора с достаточным запасом по току и напряжению
Обеспечение быстрого отвода тепла от кристалла транзистора
Защита затвора от перенапряжений (например, стабилитроном)
Подавление паразитных колебаний в цепи затвора
Учет влияния паразитной индуктивности силовых цепей
Обеспечение плавного включения транзистора после срабатывания защиты

При правильном учете этих факторов можно создать надежную и быстродействующую защиту от КЗ и перегрузок.

Применение защиты на полевых транзисторах в импульсных источниках питания

В современных импульсных источниках питания защита от КЗ на полевых транзисторах часто интегрируется непосредственно в силовую часть преобразователя. Это позволяет обеспечить очень быстрое отключение при авариях.

Основные варианты реализации:

Ограничение максимальной длительности открытого состояния силового ключа
Контроль тока в первичной обмотке трансформатора
Отслеживание напряжения на токовом шунте в выходной цепи
Комбинированные схемы с контролем нескольких параметров

Применение полевых транзисторов позволяет реализовать защиту с минимальными потерями мощности и высоким быстродействием.

Заключение

Использование полевых транзисторов для построения схем защиты от короткого замыкания и перегрузок имеет ряд важных преимуществ:

Высокое быстродействие защиты
Малые потери мощности

Возможность работы с большими токами
Простота управления
Надежность и долговечность

Это делает полевые транзисторы оптимальным выбором для создания эффективных схем защиты в современных источниках питания и силовой электронике. При правильном проектировании такие схемы обеспечивают надежную защиту оборудования от аварийных режимов.

Защита по току на полевом транзисторе – Tokzamer

Схемы защиты от короткого замыкания и перегрузок в блоке питания

Короткое замыкание (и перегрузка, как частный случай), являются самой опасной аварийной ситуацией при эксплуатации блока питания. И дело не только в повышенной вероятности выхода из строя элементов силовой цепи БП. Термическое действие многократно выросшего тока может привести к возгоранию изоляции проводников и дальнейшему развитию пожара.

У мощных БП также могут возникнуть значительные динамические усилия в токоведущих элементах, исходом которых будет смещение проводников и их механическое повреждение. Поэтому защита от КЗ для источников питания – не роскошь, а насущная необходимость.

Принцип работы защиты от короткого замыкания

Большинство схем представляют собой отдельный узел, который можно применить в любом устройству (с поправкой на номинальный ток). Его можно встроить в уже имеющийся блок питания или собрать в отдельном корпусе.

Короткое замыкание сопровождается двумя явлениями:

увеличение тока;
снижение напряжения (чем ближе к месту КЗ, тем больше снижение, а в месте короткого замыкания оно равно нулю).

Большинство устройств защиты используют первый признак. Датчиком тока обычно служит резистор с номиналом от нескольких сотых до единиц Ом. Проходящий ток создает пропорциональное падение напряжение на шунте – чем больше ток, тем больше напряжение. Схема сравнения сравнивает это напряжение с заданным уровнем, и, при достижении порога, дает сигнал на размыкание ключевого элемента, ток прерывается. Узел индикации подает световой или звуковой сигнал о срабатывании защиты. Недостаток такого решения –

КЗ может произойти до места установки измерительного шунта, и тогда защита не сработает.

В импульсных блоках питания с ШИМ-регулированием защита может быть построена несколько по-другому.

Ток измеряется непосредственно в цепи импульсного трансформатора. Напряжение так же сравнивается с заданным значением, при превышении происходит воздействие на ШИМ-регулятор. Генерация либо прекращается полностью, либо напряжение снижается до безопасного уровня. Минусом является ограниченная область (только БП с PWR-регулированием) и привязка к конкретной схемотехнике БП. Зато сверхток контролируется на всех участках силовой цепи.

Примеры схем и их описание

Схемы защиты блока питания от замыкания на выходе или перегрузки строятся на разной элементной базе. Их можно разделить по типу применяемого в качестве ключа элемента.

На биполярном транзисторе

Несложную защиту от КЗ можно собрать на биполярном транзисторе. В качестве измерительного шунта применено сопротивление на 0,5 Ом.

В исходном положении транзистор T1 открыт (через резистор R1). Транзистор T2 закрыт. При увеличении тока через шунт и достижения на нем напряжения, достаточного для открывания транзистора T2, на базе T1 напряжение падает почти до нуля, он закрывается, прерывая ток. При этом загорается светодиод, сигнализируя о КЗ. При уменьшении тока ниже предела, схема возвращается в исходное положение.

При напряжении БП выше 25 и ниже 8 вольт, возможно, придется подобрать резистор R1 так, чтобы ключевой транзистор был надежно открыт. Резистор

R3 можно применить готовый керамический или сделать из нихрома.

Ток срабатывания устанавливается подбором сопротивления шунта – чем оно выше, тем при меньшем токе сработает защита. Также на ток срабатывания влияет сопротивление резистора R2 и коэффициент усиления транзистора T2, в качестве которого может быть применен любой маломощный прибор структуры n-p-n. Рабочий ток ограничен наибольшим током коллектора ключа, в качестве которого может быть применен мощный транзистор n-p-n.

Тип транзистора	Максимальный ток коллектора, А
КТ819	10
КТ729А(Б)	30(20)
2N5490	7
2N6129	7
2N6288	7
BD291	6
BD709	6

Врожденный недостаток подобного схемотехнического решения – через ключ течет полный ток нагрузки (и ток КЗ до момента закрывания транзистора).

Поэтому ключевой элемент надо устанавливать на радиатор соответствующих размеров.

На полевом транзисторе

Этот недостаток можно несколько сгладить применением в качестве ключа полевого транзистора. Его сопротивление в открытом состоянии заметно ниже, значит, и рассеиваемая на нем мощность также меньше. Да и ток нагрузки ограничивается в меньшей степени.

Здесь ключ находится в отрицательной шине выходного напряжения. В исходном положении полевой транзистор открыт напряжением, поступающим через светодиод. Ток в этой цепи очень мал, светодиод не светится. Транзистор Т2 закрыт. При увеличении тока потребления напряжение на шунте R1 начинает расти, когда оно увеличится до уровня открывания Т2, ключ

T1 закроется, а ток через светодиод увеличится, индицируя об активации защиты. Уровень срабатывания регулируется выбором сопротивления шунта.

Ток защиты можно настраивать и изменением сопротивления R4. Если вместо него установить потенциометр, можно сделать регулируемую защиту по току. Использовать в качестве R1 переменный или подстроечный элемент нельзя.

Транзистор T2 любой маломощный. Т1 должен быть рассчитан на полный ток нагрузки. Можно применить транзисторы из таблицы или другие подходящие по току и напряжению.

Тип транзистора	Максимальный ток стока, А
IRFZ40	50
IRFZ44	41-55 (в зависимости от исполнения)
IRFZ46	46-55 (в зависимости от исполнения)
IRFZ48	61-72 (в зависимости от исполнения)

Если рабочий ток превышает 8..10 ампер, ключ надо установить на радиатор.

На тиристоре

Если нет мощного транзистора, защиту можно собрать и на тиристоре. Особенности данной схемы:

используется второй признак короткого замыкания – снижение напряжения;
защита работает в цепи выпрямленного (пульсирующего) напряжения (без сглаживающих конденсаторов).

Вторая особенность обусловлена тем, что тиристор выключается во время очередного снижения напряжения до нуля в конце полупериода. При постоянном напряжении он не закроется, пока не будет отключена нагрузка (или не выключится блок питания). Поэтому сфера применения этой схемы ограничена трансформаторными зарядными устройствами (аккумуляторам сглаживание напряжения не нужно).

Во время работы схемы, в начале каждого полупериода напряжение на делителе P1R4 возрастает, транзистор Т1 открывается, подавая напряжение на управляющий электрод тиристора. VS1 тоже открывается, пропуская полуволну синусоиды в нагрузку. Когда напряжение спадает, транзистор закрывается. Закрывается и тиристор, ведь в момент перехода через ноль ток через него падает до уровня, меньшего тока удержания. В новом полупериоде все повторяется снова. Если в результате КЗ напряжение на выходе снизится, транзистор не сможет открыться, не откроется и тиристор. Когда ток упадет номинального уровня, напряжение на выходе восстановится, и тиристор вновь откроется. Ток (точнее, напряжение) срабатывания устанавливается потенциометром Р1.

К недостаткам схемы можно отнести низкое быстродействие – если замыкание произойдет в начале полупериода, до отключения придется ждать его окончания – это 0,01 секунды (плюс время срабатывания тиристора), что достаточно много. Другая проблема – если замыкание произойдет в электрически удаленной точке и мощность источника будет высокой, необходимого снижения напряжения может и не произойти. Кроме того, снижение напряжения может произойти и не по причине сверхтока, и произойдет ложное срабатывание.

На реле

Несложную защиту моно выполнить на одном электромагнитном реле. Ее особенность в том, что реле является измерительным органом, пороговой схемой и ключевым элементом одновременно.

В исходном положении контакты реле находятся в положении, указанном на схеме. Положительная шина разомкнута, напряжения на выходе нет. При нажатии на кнопку S1 реле срабатывает, перекидной контакт переключается и обмотка реле самоблокируется во включенном положении. Загорится зеленый светодиод.

При возникновении короткого замыкания или перегрузки, достаточной для просадки выходного напряжения, напряжение снизится до уровня ниже напряжения удержания реле (оно всегда ниже напряжения срабатывания), реле отпустит, напряжение на потребителе исчезнет, зеленый светодиод погаснет, а красный загорится. Схема вернется в исходное положение, а для подачи напряжения на выход потребуется вновь нажать кнопку.

Кроме недостатков, характерных для всех схем, отслеживающих падение напряжение в результате сверхтока, данное решение имеет свои минусы. Ток срабатывания невозможно настроить — только подбором реле. Для выбора надо иметь запас элементов. Второе – точность настройки уровня отключения будет низкой. Ток срабатывания зависит от состояния механической части реле – упругости пружины, трения в поворотном механизме якоря и т. п. А оно может меняться при воздействии окружающей среды или просто со временем. Также следует учитывать механический износ и подгорание контактов реле при многократных срабатываниях.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Приведенные схемы не являются исчерпывающими. В литературе и интернете можно найти и другие узлы, но рассмотренные принципы построения являются базовыми, и понимание их работы позволит разобраться и в работе других, более сложных схем.

Защита по току на полевом транзисторе

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

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

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

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

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

Требования к узлу защиты:

-плата защиты должна занимать мало места

-работоспособной при больших токах нагрузки

-высокая скорость срабатывания

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

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

Недостатки данной схемы:

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

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

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

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

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

Схема с защитой от переполюсовки :

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

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

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

Защита от КЗ на полевом транзисторе

Например, транзистор IRL2505 имеет сопротивление сток-исток, при напряжении исток-затвор 10В, всего 0,008 Ом. При токе 10А на кристалле такого транзистора будет выделяться мощность P=I² •R; P = 10 • 10 • 0,008 = 0,8Вт. Это говорит о том, что при данном токе транзистор можно устанавливать без применения радиатора. Хотя я всегда стараюсь ставить хотя бы небольшие теплоотводы. Это во многих случаях позволяет защитить транзистор от теплового пробоя при внештатных ситуациях. Этот транзистор применен в схеме защиты описанной в статье «Защита для зарядных устройств автоаккумуляторов». При необходимости можно применить радиоэлементы для поверхностного монтажа и сделать устройство виде небольшого модуля. Схема устройства представлена на рисунке 1. Она рассчитывалась на ток до 4А.

Схема электронного предохранителя

В данной схеме в качестве ключа использован полевой транзистор с р каналом IRF4905, имеющий сопротивление в открытом состоянии 0,02 Ом, при напряжении на затворе = 10В.

IRF4905 Datasheet PDF

В принципе этой величиной ограничивается и минимальное напряжение питания данной схемы. При токе стока, равном 10А, на нем будет выделяться мощность 2 Вт, что повлечет за собой необходимость установки небольшого теплоотвода. Максимальное напряжение затвор-исток у этого транзистора равно 20В, поэтому для предотвращения пробоя структуры затвор-исток, в схему введен стабилитрон VD1, в качестве которого можно применить любой стабилитрон с напряжение стабилизации 12 вольт. Если напряжение на входе схемы будет менее 20В, то стабилитрон из схемы можно удалить. В случае установки стабилитрона, возможно, потребуется коррекция величины резистора R8. R8 = (Uпит — Uст)/Iст; Где Uпит – напряжение на входе схемы, Uст – напряжение стабилизации стабилитрона, Iст – ток стабилитрона. Например, Uпит = 35В, Uст = 12В, Iст = 0,005А. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ом.

Преобразователь ток — напряжения

В качестве датчика тока в схеме применен резистор R2, чтобы уменьшить мощность, выделяющуюся на этом резисторе, его номинал выбран всего в одну сотую Ома. При использовании SMD элементов его можно составить из 10 резисторов по 0,1 Ом типоразмера 1206, имеющих мощность 0,25Вт. Применение датчика тока с таким малым сопротивление повлекло за собой применение усилителя сигнала с этого датчика. В качестве усилителя применен ОУ DA1.1 микросхемы LM358N.

LM358 Datasheet PDF

Коэффициент усиления этого усилителя равен (R3 + R4)/R1 = 100. Таким образом, с датчиком тока, имеющим сопротивление 0,01 Ом, коэффициент преобразования данного преобразователя ток – напряжения равен единице, т. е. одному амперу тока нагрузки равно напряжение величиной 1В на выходе 7 DA1.1. Корректировать Кус можно резистором R3. При указанных номиналах резисторов R5 и R6, максимальный ток защиты можно установить в пределах… . Сейчас посчитаем. R5 + R6 = 1 + 10 = 11кОм. Найдем ток, протекающий через этот делитель: I = U/R = 5А/11000Ом = 0,00045А. Отсюда, максимальное напряжение, которое можно выставить на выводе 2 DA1, будет равно U = I x R = 0,00045А x 10000Ом = 4,5 B. Таким образом, максимальный ток защиты будет равен примерно 4,5А.

Компаратор напряжения

На втором ОУ, входящем в состав данной МС, собран компаратор напряжения. На инвертирующий вход этого компаратора подано регулируемое резистором R6 опорное напряжение со стабилизатора DA2. На неинвертирующий вход 3 DA1.2 подается усиленное напряжение с датчика тока. Нагрузкой компаратора служит последовательная цепь, светодиод оптрона и гасящий регулировочный резистор R7. Резистором R7 выставляют ток, проходящий через эту цепь, порядка 15 мА.

Работа схемы

Работает схема следующим образом. Например, при токе нагрузки в 3А, на датчике тока выделится напряжение 0,01 х 3 = 0,03В. На выходе усилителя DA1.1 будет напряжение, равное 0,03В х 100 = 3В. Если в данном случае на входе 2 DA1.2 присутствует опорное напряжение выставленное резистором R6, меньше трех вольт, то на выходе компаратора 1 появится напряжение близкое к напряжению питания ОУ, т.е. пять вольт. В результате засветятся светодиод оптрона. Откроется тиристор оптрона и зашунтирует затвор полевого транзистора с его истоком. Транзистор закроется и отключит нагрузку. Вернуть схему в исходное состояние можно кнопкой SB1 или выключением и повторным включением БП.

Недостатком схемы является однополярное питание операционного усилителя, в связи с этим при малых значениях падения напряжения на датчике тока, возникает большая нелинейность коэффициента усиления ОУ DA1.1.

Защита затвора полевого транзистора

Не будет преувеличением назвать изолированный затвор полевого транзистора довольно чувствительной его частью, которая нуждается в индивидуальной защите. Пробой затвора — явление довольно нехитрое. Оно может произойти по нескольким причинам: электростатическая наводка, паразитные колебания в цепях управления, и конечно эффект Миллера, когда возникающее на коллекторе перенапряжение через емкостную связь оказывает вредоносное действие на затвор.

Так или иначе, данные причины можно предотвратить, надежно обеспечив соблюдение правил эксплуатации транзистора: не превышать предельно допустимое напряжение затвор-исток, обеспечить надежное и своевременное запирание во избежание сквозных токов, сделать соединительные проводники цепей управления как можно более короткими (для достижения наименьшей паразитной индуктивности), а также максимально защитить сами цепи управления от помех. В таких условиях ни одна из перечисленных причин просто не сможет проявить себя и нанести вред ключу.

Итак, что касается непосредственно затвора, то для его защиты полезно применять специальные цепи, особенно если соединение драйвера с затвором и истоком невозможно выполнить вплотную в силу конструктивных особенностей разрабатываемого устройства. В любом случае, когда речь заходит о защите затвора, выбор падает на одну из четырех основных схем, каждая из которых идеально подходит для тех или иных условий, о которых будет сказано ниже.

Одиночный резистор

Элементарную защиту затвора от статического электричества способен обеспечить одиночный резистор номиналом в 200 кОм, будучи установлен вплотную между стоком и истоком транзистора. В некоторой мере такой резистор способен помешать и перезаряду затвора, если по какой-то причине негативную роль сыграет импеданс цепей драйвера.

Решение с одиночным резистором как нельзя идеально подойдет для защиты транзистора в низкочастотном устройстве, где он непосредственно коммутирует чисто активную нагрузку, то есть где в цепь коллектора включена не индуктивность дросселя или обмотки трансформатора, а нагрузка типа лампы накаливания или светодиода, когда об эффекте Миллера не может быть и речи.

Стабилитрон с диодом Шоттки или супрессор (TVS)

Классика жанра для защиты затворов транзисторов в сетевых импульсных преобразователях — стабилитрон в паре с диодом Шоттки или супрессор. Данная мера позволит защитить цепь затвор-исток от разрушительного влияния эффекта Миллера.

В зависимости от режима работы ключа, выбирается стабилитрон на 13 вольт (при напряжении драйвера 12 вольт) или супрессор с аналогичным типовым рабочим напряжением. При желании можно добавь сюда и резистор на 200 кОм.

Назначение супрессора — быстро поглотить импульсную помеху. Поэтому, если сразу известно, что режим работы ключа будет жестким, соответственно и условия защиты потребуют от ограничителя рассеивать высокие импульсные мощности и очень быстрой реакции — в этом случае лучше выбрать супрессор. Для режимов же более мягких — подойдет стабилитрон с диодом Шоттки.

Диод Шоттки на цепь питания драйвера

Когда низковольтный драйвер установлен на плате вплотную к управляемому транзистору, можно использовать для защиты одиночный диод Шоттки, подключенный между затвором транзистора и цепью низковольтного питания драйвера. И даже если по какой-то причине напряжение на затворе и окажется превышено (станет выше, чем напряжение питания драйвера плюс падение напряжения на диоде Шоттки), лишний заряд просто уйдет в цепь питания драйвера.

Профессиональные разработчики силовой электроники рекомендуют использовать данное решение только в том случае, если расстояние от ключа до драйвера не превышает 5 см. Не помешает здесь и защитный резистор от статики, о котором было сказано выше.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Как сделать защиту от переполюсовки, от КЗ для блока питания своими руками

Содержание

1 Вариант 1
2 Вариант 2
3 Вариант 3
4 Итог

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

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

Вариант 1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вариант 2

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

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

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

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

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

Вариант 3

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

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

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

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

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

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

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

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

Автор: Эдуард Орлов –

Защита блока питания от КЗ — схемы на транзисторах и реле для регулируемого БП

Содержание

Принцип работы защиты от короткого замыкания
Примеры схем и их описание
На биполярном транзисторе
На полевом транзисторе
На тиристоре
На реле