Как работает защита от КЗ в блоках питания. Какие бывают схемы защиты. Как сделать защиту от короткого замыкания своими руками. Какие компоненты используются в схемах защиты от КЗ. Какие преимущества дает защита от короткого замыкания.
Принцип работы защиты от короткого замыкания
Защита от короткого замыкания (КЗ) — важный элемент любого блока питания, позволяющий предотвратить выход устройства из строя при возникновении аварийной ситуации. Основной принцип работы такой защиты заключается в следующем:
- Постоянный контроль выходного тока блока питания
- При превышении установленного порогового значения тока происходит быстрое отключение нагрузки
- После устранения причины КЗ защита автоматически восстанавливает подачу питания
Защита от КЗ может быть реализована различными способами — с помощью электронных схем, самовосстанавливающихся предохранителей, реле и других компонентов. Рассмотрим основные варианты реализации такой защиты.
Схемы защиты от КЗ на дискретных компонентах
Простейшие схемы защиты от короткого замыкания можно собрать на дискретных компонентах — транзисторах, резисторах, диодах. Такие схемы отличаются невысокой стоимостью и простотой реализации.
Защита на биполярных транзисторах
Одна из базовых схем защиты от КЗ строится на паре биполярных транзисторов:
- Первый транзистор включен последовательно с нагрузкой и работает как ключ
- Второй транзистор контролирует ток через первый и при превышении порога закрывает его
- При снижении тока схема автоматически восстанавливается
Такая схема обеспечивает быстрое срабатывание защиты, но имеет довольно большое падение напряжения на ключевом транзисторе.
Защита на полевых транзисторах
Более совершенные схемы строятся на мощных полевых транзисторах:
- Полевой транзистор включается последовательно с нагрузкой
- Ток контролируется с помощью шунта небольшого номинала
- При превышении тока КЗ транзистор быстро закрывается
- Схема управления обеспечивает автоматическое восстановление
Преимущества такой схемы — малое падение напряжения на ключе и высокое быстродействие. Недостаток — более высокая стоимость компонентов.
Микросхемные решения для защиты от КЗ
Современные специализированные микросхемы позволяют реализовать эффективную защиту от короткого замыкания с минимальным количеством внешних компонентов. Рассмотрим основные варианты:
Микросхемы защиты с фиксированным порогом
Простейшие микросхемы имеют фиксированный порог срабатывания защиты от КЗ:
- Порог задается внутренними цепями микросхемы
- Минимум внешних компонентов — только шунт и конденсаторы
- Быстрое срабатывание защиты при превышении порога
- Автоматическое восстановление после устранения КЗ
Такие микросхемы удобны для массового применения, но не позволяют регулировать порог срабатывания.
Микросхемы с регулируемым порогом защиты
Более функциональные микросхемы обеспечивают возможность регулировки порога срабатывания защиты:
- Порог задается внешним резистором или потенциометром
- Возможность точной настройки под конкретное применение
- Наличие дополнительных функций — плавный пуск, задержка включения и т.п.
- Высокая точность поддержания заданного порога тока
Такие решения оптимальны для построения универсальных лабораторных блоков питания с защитой от КЗ.
Самовосстанавливающиеся предохранители
Простой и надежный способ защиты от короткого замыкания — применение самовосстанавливающихся предохранителей (позисторов):
- При нормальном токе имеют малое сопротивление
- При превышении тока резко увеличивают сопротивление
- После остывания автоматически восстанавливают проводимость
- Не требуют замены после срабатывания
Недостатки — относительно большое время срабатывания и остаточный ток через нагрузку. Однако простота применения делает позисторы популярным решением.
Релейная защита от короткого замыкания
Для мощных блоков питания эффективным решением является релейная защита от КЗ:
- Ток контролируется с помощью токового трансформатора или шунта
- При превышении порога срабатывает реле, отключая нагрузку
- Возможность точной настройки порога срабатывания
- Полное обесточивание нагрузки при КЗ
Недостаток — относительно большое время срабатывания. Однако для мощных источников питания это часто не критично.
Как сделать защиту от КЗ своими руками
Для самостоятельной реализации защиты от короткого замыкания можно рекомендовать следующий алгоритм:
- Выбрать подходящую схему защиты исходя из требований к блоку питания
- Подобрать необходимые компоненты — транзисторы, микросхемы, резисторы и т.д.
- Собрать схему на макетной плате и проверить ее работоспособность
- При необходимости скорректировать номиналы компонентов
- Изготовить печатную плату и выполнить монтаж
- Настроить порог срабатывания защиты
- Провести комплексное тестирование работы защиты
При самостоятельном изготовлении важно тщательно проверить работу схемы защиты в различных режимах, чтобы гарантировать ее надежность.
Преимущества использования защиты от КЗ
Применение защиты от короткого замыкания в блоках питания дает ряд важных преимуществ:
- Предотвращение выхода из строя блока питания при авариях
- Защита подключенной нагрузки от повреждения
- Повышение общей надежности и безопасности устройства
- Возможность быстрого восстановления работы после устранения КЗ
- Снижение риска возникновения пожара при авариях
Поэтому защита от КЗ является обязательным элементом любого качественного источника питания.
Выбор оптимального решения для защиты от короткого замыкания
При выборе схемы защиты от КЗ для конкретного применения следует учитывать следующие факторы:
- Выходные параметры блока питания — напряжение и ток
- Требования к быстродействию срабатывания защиты
- Необходимость регулировки порога срабатывания
- Допустимое падение напряжения на элементах защиты
- Стоимость и доступность компонентов
- Сложность реализации и настройки схемы
Правильный выбор схемы защиты позволит обеспечить надежную работу блока питания в любых условиях эксплуатации.
Защита от КЗ для блока питания своими руками
Иногда при наладке самодельных электронных устройств получается короткое замыкание, из за которого может выйти из строя блок питания. Поэтому у блока питания должна быть надежная защита от короткого замыкания, способная в нужный момент быстро отключить замкнувшую нагрузку и уберечь блок питания от поломки.
На этом рисунке изображена схема простого устройства предназначенного для надежной защиты блока питания от короткого замыкания.
Схема защиты блока питания от короткого замыканияСкачать схему защиты блока питания от короткого замыкания 
Принцип работы релейной защиты довольно простой. При подаче напряжения на схему в режиме ожидания загорается красный светодиод. После нажатии кнопки S1 ток поступает на обмотку реле, контакты переключаются и блокируют обмотку реле, таким образом схема переходит в рабочий режим, об этом сигнализирует загоревшийся зеленый светодиод, ток поступает на нагрузку. При возникновении короткого замыкания пропадает напряжение на обмотке реле, контакты его размыкаются, нагрузка автоматически отключается, загорается красный светодиод сигнализируя о срабатывании релейной защиты.
Схема предназначена для работы с постоянным выходным напряжением от 8 до 15 вольт, поэтому будет отлично работать с зарядным устройством из компьютерного блока питания, а также с любыми другими трансформаторными или импульсными блоками питания имеющими выходное напряжение в указанном диапазоне.
Данную схему можно считать универсальной, потому что её легко переделать под любое напряжение, достаточно всего лишь заменить реле под нужное вам напряжение, ну и конечно при необходимости подобрать резисторы R1 и R2 под установленные в схему светодиоды.
Печатная плата устройства защиты блока питания от короткого замыкания.
Скачать печатную плату устройства защиты блока питания от короткого замыкания
Посмотрим, как работает готовое устройство защиты блока питания от короткого замыкания. В дежурном состоянии после подачи питания, горит красный светодиод, нагрузка отключена.
Нажимаем кнопку и устройство перейдет в рабочий режим.
Загорелся зеленый светодиод, сигнализируя о подаче питания на нагрузку, в качестве нагрузки я использую обыкновенную 12 вольтовую лампочку.
С помощью отвертки замыкаю между собой центральный контакт с цоколем лампочки, получается короткое замыкание, мгновенно срабатывает защита от КЗ, нагрузка отключается, загорается красный светодиод своим светом сообщая о коротком замыкании.
Радиодетали для сборки
- Реле SRD-12VDC-SL-C, можно использовать аналогичное на другое напряжение
- Резисторы R1, R2 1K сопротивление подбирайте для каждого светодиода
- Светодиоды 5 мм 2 шт. красный и зеленый
- Кнопка любая без фиксации с нормально разомкнутыми контактами
Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!
Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать защиту от короткого замыкания для блока питания
Схема защиты блока питания и зарядных устройств
Представлена конструкция защиты для блока питания любого типа. Данная схема защиты может совместно работать с любыми блоками питания — сетевыми, импульсными и аккумуляторами постоянного тока.
Схематическая развязка такого блока защиты относительна проста и состоит из нескольких компонентов.
Силовая часть — мощный полевой транзистор — в ходе работы не перегревается, следовательно в теплоотводе тоже не нуждается.
Схема одновременно является защитой от переполюсовки питания, перегруза и КЗ на выходе, ток срабатывания защиты можно подобрать подбором сопротивления резистора шунта, в моем случае ток составляет 8Ампер, использовано 6 резисторов 5 ватт 0,1 Ом параллельно подключенных.
Шунт можно сделать также из резисторов с мощностью 1-3 ватт.
Более точно защиту можно настроить путем подбора сопротивления подстроечного резистора.
При КЗ и перегрузе выхода блока, защита мгновенно сработает, отключив источник питания. О срабатывании защиты осведомит светодиодный индикатор. Даже при КЗ выхода на пару десятков секунд, полевой транзистор остается холодным.
Полевой транзистор не критичен, подойдут любые ключи с током 15-20 и выше Ампер и с рабочим напряжением 20-60 Вольт. Отлично подходят ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные — IRF3205, IRL3705, IRL2505 и им подобные.
Данная схема также отлично подходит в качестве защиты зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, если вдруг перепутали полярность подключения, то с зарядным устройством ничего страшного не произойдет, защита спасет устройство в таких ситуациях.
Благодаря быстрой работе защиты, ее можно с успехом применить для импульсных схем, при КЗ защита сработает быстрее, чем успеют сгореть силовые ключи импульсного блока питания. Схематика подойдет также для импульсных инверторов, в качестве защиты по току. При перегрузе или кз во вторичной цепи инвертора, мигом вылетают силовые транзисторы инвертора, а такая защита не даст этому произойти.
С уважением — АКА КАСЬЯН
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.
Итог
С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.
Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.
Автор: Эдуард Орлов –
Прикрепленные файлы: СКАЧАТЬ.
Лабораторный блок питания с защитой от КЗ
Здравствуйте, друзья! Лабораторный блок питания является прибором первой необходимости для начинающего радиолюбителя и по этому я хочу представить вашему вниманию свою новую самоделку. Очень простой и надежный лабораторный блок питания с регулятором напряжения от 1,5 до 30 вольт, максимальной силой тока 5А и защитой от короткого замыкания с звуковой сигнализацией. Источником питания для приведенной ниже схемы может служить любой трансформатор или импульсный блок питания, например от ноутбука с выходным напряжением от 16 до 40 вольт и максимальной силой тока до 5А.
Схема лабораторного блока питания 1,5-30В 5А с защитой от КЗ
Скачать схему лабораторного блока питания 5А
Как работает блок питания?
Напряжение от источника питания проходя через диодный мост Br1 выпрямляется и поступает на регулятор напряжения состоящий из транзистора Т1, резистора R1 и переменного резистора Р1. На выходе из регулятора получается 12 вольт. Этим напряжением постоянно питается вентилятор, реле К1 и вольт амперметр V/A1.
В режиме ожидания от диодного моста Br1 через постоянно замкнутые контакты реле К1 подается напряжение на звуковой сигнализатор короткого замыкания в результате чего в бипере SP1 раздается постоянный звуковой сигнал, что свидетельствует о исправной системе защиты от короткого замыкания.
При кратковременном нажатии кнопки START S1 подается напряжение через резистор R2 на базу транзистора Т2 в результате, чего транзистор Т2 открывается и подает питание на обмотку реле К1, контакты реле К1 переключаются и происходит самоблокировка реле К1. В момент срабатывания реле К1 отключается звуковой сигнализатор короткого замыкания, а в место него подключается регулятор напряжения на микросхеме LM338T. Далее напряжение через шунтирующий диод D2 поступает на выход блока питания. Регуляция напряжения на выходе из блока питания выполняется переменным резистором Р2. Контроль напряжения и силы тока осуществляется вольт амперметром V/A1. В случае короткого замыкания происходит падение напряжения на базе транзистора Т2, транзистор закрывается в следствии чего, контакты реле переключаются. Нагрузка отключается, а на звуковой сигнализатор короткого замыкания подается питание и раздается звуковой сигнал. После устранения короткого замыкания следует кратковременно нажать кнопку START S1 и блок питания снова перейдет в рабочий режим. И так может продолжаться до бесконечности.
Список радиодеталей для сборки лабораторного блока питания:
- Источник питания любой подходящий трансформатор или импульсный блок питания от 16 до 40 вольт
- Транзисторы Т1, Т2 TIP41C, КТ819Г и их аналоги
- Микросхема LM338T на 5А или LM350T на 3А, LM317T на 1,5А все зависит от мощности источника питания
- Микросхема NE555
- Диодный мост Br1 любой не менее 6А можно заменить диодами.
- Диоды любые D1 0,5А, D2 от 1,5А до 10А зависит от нагрузки возможно параллельное соединение диодов
- Конденсаторы С1, С2, С4 100нф, С3 470мкф 35в, С5 1000мкф 50в
- Резисторы R1, R4 1k, R2 5,1k, R3 270, R5 10k, R6 330, R7 150, R8 200
- Переменные резисторы Р1 10К, Р2 5К
- Реле SRD12VDC-SL-C 12В 10А
- Кнопка START S1 без фиксации на замыкание
- Вентилятор М1 от компьютера
- Бипер SP1 от компьютера или маленький динамик
- Вольт амперметр китайский универсальный с Alliexpress
Внимание: При сборке лабораторного блока питания не изменяйте номиналы конденсаторов С1, С4, С5 иначе не будет срабатывать система защиты от короткого замыкания!!!
Цоколевка применяемых транзисторов
Возможно вам это пригодиться…
Все детали следует разместить на печатной плате изготовленной по лазерно-утюжной технологии.
Печатная плата лабораторного блока питания 1,5-30В 5А с защитой от КЗ
Скачать печатную плату лабораторного блока питания 5А в формате lay
Как настроить блок питания?
Схема лабораторного блока очень простая, но все равно требуется небольшая настройка. Поставьте переменный резистор Р1 в среднее положение. Включите блок питания в сеть, подключите мультиметр параллельно вентилятору, резистором Р1 установите напряжение 12 вольт. Резистором R3 регулируется напряжение питания звукового сигнализатора короткого замыкания, смотрите по схеме напряжение на входе сигнализатора должно быть 12 вольт.
Тональность сигнализатора изменяется резистором R4 и конденсатором С2. Громкость регулируется подбором резистора R6. Порог срабатывания системы защиты от короткого замыкания подбирается резистором R2. Напряжение на выходе из блока питания изменяется переменным резистором Р2 его ручка выведена на лицевую панель блока питания.
В процессе работы транзистор Т1, микросхема LM338T и диодный мост будут сильно нагреваться, поэтому их следует установить на радиатор, перед установкой обязательно изолировать от радиатора. Как это сделать читайте здесь: Как изолировать транзисторы от радиатора?
Для контроля напряжения и силы тока лучше всего установить вот такой универсальный вольт амперметр.
Кстати, его надо откалибровать. С обратной стороны прибора находится два маленьких переменных резистора один отвечает за вольтаж, второй за ампераж. Делаем так, подключаем параллельно к выходу блока питания мультиметр, включаем в режим вольтметра и сравниваем показания приборов, если показания не соответствуют крутим переменный резистор в разные стороны, чтобы добиться наиболее точных показаний прибора. Чтобы откалибровать амперметр переключите мультиметр в режим амперметра. К блоку питания подключите лампочку последовательно с мультиметром и сверьте показания приборов.
Все компоненты лабораторного блока питания легко помещаются в корпусе от компьютерного блока питания.
Так выглядит готовое устройство. Для чего я установил два выключателя и кнопку на крыше блока питания? Красный выключатель сеть, он отключает трансформатор от сети 220В. Синяя кнопка START предназначена для перевода блока питания в рабочий режим.
Черный выключатель линия, чтобы отключать потребители от блока питания без откручивания проводов от разъемов. Справа два разъема типа «Banana» для подключения потребителей. На передней панели находится переменный резистор Р2 для регулировки выходного напряжения. И очень важная деталь это универсальный вольт амперметр.
В своем лабораторном блоке питания я установил трансформатор на 1,5 ампера. Его мощности вполне хватает, чтобы зарядить небольшой 12 вольтовый аккумулятор от бесперебойника емкостью 7А, его я установил на аккумуляторный шуруповерт. Если вы хотите собрать мощное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, тогда надо увеличить мощность лабораторного блока питания до 10 ампер.
Как увеличить мощность лабораторного блока питания до 10 ампер?
Чтобы увеличить мощность лабораторного блока питания достаточно параллельно микросхеме LM388T подключить мощный 12 амперный транзистор MJE13009. И соответственно заменить источник питания на более мощный трансформатор или импульсный блок питания. Схема будет выглядеть так.
Схема лабораторного блока питания 1,5-30В 10А с защитой от КЗ
Скачать схему лабораторного блока питания 10А
Печатная плата будет выглядеть так.
Печатная плата лабораторного блока питания 1,5-30В 10А с защитой от КЗ
Скачать схему лабораторного блока питания 10А в формате lay
А для любителей чего либо измерять, я решил снять пару осциллограмм в разных режимах работы блока питания.
На этой осциллограмме напряжение на выходе из блока питания снижено до 12 вольт.
Осциллограмма трансформаторного лабораторного блока питания. Напряжение на выходе 12 вольт.
А здесь максимальное напряжение на выходе из блока питания 25 вольт.
Осциллограмма трансформаторного лабораторного блока питания. Напряжение на выходе 25 вольт.
P. S. Все схемы и печатные платы в этой статье я разработал самостоятельно. И прежде чем написать я убедился в 100% работоспособности лабораторного блока питания во всех режимах. Если у вас, что то не получилось, проверьте все ли вы сделали правильно…
Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!
Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как работает лабораторный блок питания.
Простейшая защита от короткого замыкания актуальна как для опытного, так и для начинающего радиолюбителя, так как от ошибок не застрахован никто. В этой статье приведено простую, но весьма оригинальную схему, которая поможет вам уберечь ваше устройство от не желательного выхода из строя. Самовосстанавливающийся предохранитель обесточивает схему, а светодиоды сигнализируют об аварийной ситуации, быстро, надёжно и просто.
Схема защиты от КЗ:
Схема, приведённая на рисунке №1, является весьма простой в настройке защитой для радиолюбительского блока питания или любой другой схемы.
Рисунок №1 – Схема защиты от коротко замыкания.Работа схемы защиты от короткого замыкания:
Схема весьма простая, и понятная. Так как ток течёт по пути наименьшего сопротивления пока предохранитель FU1 цел, то подключена выходная нагрузка Rн рисунок №2 и через неё протекает ток. При этом постоянно горит светодиод VD4 (желательно зелёного цвета свечения).
Рисунок №2 – Работа схемы при целом предохранителеЕсли же ток нагрузки, превышает максимальный ток допустимый для предохранителя, он срабатывает тем самым разрывая (шунтируя) цепь нагрузки рисунок №3. При этом загорается светодиод VD3 (красного цвета свечения) а VD4 гаснет. При этом не страдает и ваша нагрузка ни схема (конечно при условии своевременно срабатывания предохранителя).
Рисунок №3 – Сработал предохранитель
Диоды VD1,VD5 и стабилитрон VD2, защищают светодиоды от обратных токов. Резисторы R1,R2 ограничивают ток в схеме защиты. В качестве предохранителя FU1 я рекомендую использовать самовосстанавливающийся предохранитель. А номиналы всех элементов схемы вы подбираете в зависимости от ваших потребностей.
P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт https://bip-mip.com/
Эффективные средства защиты источников питания от КЗ и перегрузки по току на
мощных полевых переключающих МОП-транзисторах.
Плавный пуск (Soft Start) — нужен ли он блоку питания с быстродействующей защитой.
Основными преимуществами таких устройств защиты (по сравнению с плавкими предохранителями) являются возможность введения регулировки тока
срабатывания и высокое быстродействие, позволяющее в большинстве случаев предотвратить выход из строя электронного оборудования.
Основной недостаток, как не странно, тот же самый — высокое быстродействие, приводящее к ложным срабатываниям в начальный момент
включения источника питания при наличии в нагрузке значительной ёмкостной составляющей (например, могучих электролитов, часто
являющихся обязательным атрибутом многих усилителей мощности).
Перемещение этих электролитов с выхода на вход электронного предохранителя во многих случаях приводит к положительному результату,
однако, если мы хотим поиметь универсальный блок питания с возможностью работы с различными устройствами, в том числе и с электролитами
на борту, приходится озадачиваться и таким прибамбасом, как плавный пуск (или Soft Start по буржуйски).
Давайте более подробно рассмотрим две, на мой взгляд, наиболее удачные схемы электронных предохранителей, бегло описанных на странице
по ссылке.
Схема, приведённая на Рис.1, относится к устройствам с резистивным датчиком тока, позволяющим заранее произвести точный расчёт номиналов
элементов, а также ввести плавную (посредством переменного резистора) или ступенчатую (посредством переключателя) регулировку тока
срабатывания.
Рис.1 Схема электронного предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки по току
На элементах Т1 и Т2 выполнен транзисторный аналог тиристора со стабильным напряжением срабатывания ~ 0,6В. Ток срабатывания
этого тиристора, а соответственно и всего предохранителя зависит от номинала резистора R4, который рассчитывается по формуле:
R4 (Ом) ≈ 0,6/Iср (А).
При желании ввести в электронный предохранитель плавную регулировку тока срабатывания, R4 следует заменить на цепочку из
последовательно соединённых: постоянного резистора, рассчитанного на максимальный ток, и проволочного переменного номиналом, рассчитанным
под минимальный ток срабатывания.
Суммарная мощность, рассеиваемая на этих резисторах при максимальном токе, равна
Р(Вт) ≈ 0,6 * Iср (А).
При включении блока питания и условии отсутствия в нагрузке недопустимых токов предохранитель автоматически устанавливается в рабочее
(открытое) состояние. При превышении тока напряжение на R4 достигает уровня открывания Т1 и транзисторный эквивалент тиристора (Т1, Т2)
срабатывает и притягивает уровень напряжения на затворе Т3 к напряжению на его истоке, что приводит к закрыванию полевика.
Для возврата электронного предохранителя в рабочее (открытое) состояние необходимо: либо выключить и снова включить источник питания,
дождавшись, когда напряжение на его выходе упадёт до нуля, либо нажать кнопку сброса S1.
Если входное напряжение, подаваемое на предохранитель, не превышает 20В, то цепочку R1 D1 допустимо исключить, а нижний вывод R3 подключить к минусу.
Применение источника тока на полевом транзисторе Т4 обусловлено желанием обеспечить ток через светодиод Led1 (индикатор наличия выходного напряжения) на постоянном уровне, независимо от приложенного к предохранителю напряжения. Если электронный предохранитель предполагается использовать при фиксированном напряжении питания, то для простоты этот транзистор можно заменить резистором.
Посредством несложных манипуляций в приведённое выше устройство можно добавить функцию плавный пуск (Soft Start), позволяющую
электронному предохранителю избегать ложных срабатываний в начальный момент включения источника питания при наличии в нагрузке
электролитических конденсаторов значительной ёмкости. Рассмотрим получившуюся схему на Рис.2.
Рис.2 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (положительная полярность)
В начальный момент включения источника питания конденсатор С3 замыкает цепь затвора полевого транзистора Т3 на его исток, заставляя его находиться в закрытом состоянии. По мере заряда конденсатора напряжение на нём (а соответственно и разница потенциалов между истоком и затвором) плавно растёт, что приводит к постепенному открыванию полевика. Длительность данного переходного процесса (от полного закрытия до полного открывания) составляет 15…20 миллисекунд, чего вполне достаточно для значительного снижения стартовых токов заряда даже очень ёмких электролитов, расположенных в нагрузке.
Для того чтобы после срабатывания защиты вернуть предохранитель в рабочее состояние и сохранить функцию плавного пуска, необходимо не только сбросить транзисторный аналог тиристора, но и дождаться полного разряда конденсатора С3. В связи с этим кнопка сброса перенесена в цепь питания и выполняет функцию обесточивания всего устройства, а дополнительный резистор R7 ускоряет разряд С3 до комфортных 0,3…0,4 секунд.
Диод D3 выполняет функцию устранения выбросов отрицательной полярности, возникающих на конденсаторе С3 при размыкании S1, а D2 — функцию отсечения этого конденсатора от цепи затвора при срабатывании защиты, что позволяет обойтись без потери быстродействия предохранителя. Диоды могут быть любыми с допустимыми напряжениями, превышающими величину напряжения питания.
Включение датчика тока и коммутирующего транзистора в цепь питания (в нашем случае — в положительную цепь), а не земляную шину позволяет
с лёгкостью осуществить релизацию защитного устройства для двуполярных источников. Приведём схему предохранителя и для отрицательной
шины двуполяного блока питания.
Рис.3 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (отрицательная полярность)
Всем хороши эти устройства защиты с резистивными датчиками, особенно для цепей с умеренными токами (до 10А).
Однако если возникает необходимость предохранять устройства, для которых рабочими являются токи в несколько десятков, а то и сотен
ампер, то мощность, рассеиваемая на резистивном датчике, может оказаться чрезмерно высокой. Так, при максимальном токе в нагрузке равном
20А, на резисторе рассеется около 12Вт, а при токе 100А — 60Вт.
Уменьшать уровень срабатывания электронного предохранителя (скажем до 100мВ) посредством введения в схему чувствительного
элемента ОУ или компаратора — не самая хорошая затея, ввиду того, что помехи, гуляющие по шинам земли и питания, в сильноточных цепях могут
превышать эти пресловутые 100мВ. В таких ситуациях приходится искать другие решения.
Датчик магнитного поля — геркон и несколько сантиметров толстого провода могут стать выходом из положения в источниках питания с
максимальными токами вплоть до десятков и сотен ампер.
Рис.4 Датчик тока на герконе
При прохождении тока через обмотку, намотанную поверх датчика (Рис.4), внутри неё возникает магнитное поле, которое приводит к замыканию
контактов геркона.
Намотав обмотку из десяти (или любого другого количества) витков и измерив ток срабатывания геркона, можно масштабировать это значение
на любой интересующий нас ток.
Так например, если геркон КЭМ-1 при десяти витках замыкается при токе через обмотку около 15А, то, намотав 2 витка, мы увеличим
ток срабатывания в 5 раз, т. е. до 75 А, а перемещая геркон внутри катушки, сможем регулировать это ток в некоторых пределах вплоть
до 85…90 А.
К достоинствам герконов также можно отнести и относительно высокое быстродействие. Время срабатывания у них, как правило, не превышает 1…2
миллисекунд.
Всё, что теперь остаётся — это нарисовать триггерную схему мощного транзисторного ключа, управляемого герконовым токовым датчиком.
Рис.5 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки с датчиком тока на герконе
Схема, приведённая на Рис.4, довольно универсальна и позволяет осуществлять защиту устройств от перегрузки в широком диапазоне
входных напряжений (9…80 вольт) без изменения номиналов элементов.
Устройство состоит из транзисторной защёлки, выполненной на элементах Т1 и Т2, и находится в устойчивом состоянии до момента подачи на
базу транзистора Т2 короткого положительного или отрицательного импульса.
Для того, чтобы включить электронный предохранитель необходимо нажать на нефиксируемый включатель S1, подав на базу Т2 импульс
положительной полярности.
Срабатывает защита от импульса отрицательной полярности, который формируют контакты геркона SF1.
Мощный P-канальный полевой транзистор Т1 следует выбирать с некоторым запасом, исходя из тока срабатывания электронного предохранителя.
Если транзистор не удовлетворяет токовым и мощностным характеристикам — допустимо использовать параллельное включение нескольких
полупроводников.
Цепочка D1 R6 защищает полевик от недопустимых уровней Uзи при входных напряжениях свыше 20В. Если предохранитель предполагается использовать
с меньшими подаваемыми напряжениями, то эту цепочку вполне допустимо исключить.
Надёжная токовая защита для БП и ЗУ на IR2153 и электронном трансформаторе.
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:
-минмиум деталей
-плата защиты должна занимать мало места
-работоспособной при больших токах нагрузки
-отсутствие реле
-высокая скорость срабатывания
Одним из заинтересовавших вариантов была такая схема, найденная в интерете:
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.
Приятных вам экспирементов!
Файлы:
плата вид со стороны шунта
плата готовая
плата вид снизу
фото защита 1 вариант
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Ниже объясняется довольно дешевая, но достаточно эффективная схема защиты от короткого замыкания, которую можно использовать для защиты цепи питания.
Введение. энтузиастов и инженеров, работающих в соответствующей области. Хотя сегодня все мы используем высокотехнологичные блоки питания со встроенной защитой, есть люди, которые все еще полагаются на обычные блоки питания без средств защиты. Главным врагом всех блоков питания является возможное короткое замыкание, которое может произойти на его выходных клеммах из-за случайного подключения или из-за неисправности с подключенной нагрузкой.
Существуют различные электронные схемы, которые могут использоваться с блоком питания для проверки этой проблемы, однако иногда сами эти схемы подвержены риску повреждения из-за ограничений многих электрических параметров.
Очень инновационный способ устранения этой проблемы был показан в этой статье.Одиночное реле используется как для обнаружения, так и для отключения выхода из-за неисправности.
Схема работы
Обращаясь к принципиальной схеме, мы видим, что реле подключено непосредственно к выходу выхода постоянного тока источника питания, однако соединение осуществляется через контакты N / O реле. Эти контакты также прекращаются как выход блока.
N / O означает нормально разомкнутый, то есть контакты изначально разомкнуты, что, в свою очередь, удерживает выход отключенным от положительного напряжения источника питания.
Теперь, когда показанная кнопка кратковременно нажата, контакты N / O отключены, что позволяет току течь через катушку реле.
Катушка реле включается, замыкая контакты N / O, которые, в свою очередь, защелкиваются и удерживаются в положении даже после отпускания кнопки.
Релейная защелка поддерживает это запертое положение, пока выход используется в нормальных условиях, но в случае короткого замыкания между выходными клеммами, может быть резкое падение напряжения, как только это напряжение падает ниже катушки Напряжение реле, оно теряет свою удерживающую силу и немедленно освобождает контакты и отключается, отключая питание на выходе и в ходе работы отключает защелку, предотвращая короткие опасные условия.
Это приводит реле в исходное состояние и нуждается в сбросе для восстановления питания на выходе.
Принципиальная схема защиты источника питания от короткого замыкания показана ниже:
О Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете общаться через комментарии, я буду очень рад помочь!
Характеристики источника питания »Электроника Примечания При выборе источника питания, линейного или импульсного источника питания, необходимо понимать различные характеристики, чтобы выбрать правильный.
Схемы блоков питания Учебник для начинающих и учебник Включает в себя:
Обзор электроники блока питания
Линейный источник питания
Импульсный источник питания Защита от перенапряжения
Спецификации блока питания
Цифровая мощность
Шина управления питанием: PMbus
Бесперебойный источник питания
При выборе и покупке источника питания необходимо уметь понимать спецификации, приведенные в техническом паспорте, чтобы можно было выбрать источник питания с правильной производительностью.
Существует несколько спецификаций, используемых для детализации производительности блоков питания. Каждый из них детализирует различные аспекты производительности источника питания, и в зависимости от применения некоторые из них будут важнее других.
Источники питания могут быть линейными, с использованием линейного стабилизатора напряжения или импульсными источниками питания. Оба типа широко используются, но часто в них используются различные приложения в результате их различных характеристик.
Спецификации напряжения и тока
Основные характеристики источника питания — это параметры выходного напряжения и тока.Что касается напряжения, источник питания может быть фиксированным или иметь переменный выход. Необходимо проверить, имеет ли источник питания фиксированный или переменный выход.
Если источник питания имеет фиксированный выход, будет возможна небольшая регулировка, и может потребоваться проверить, что его можно отрегулировать до требуемого значения, если требуемое напряжение не соответствует указанному в спецификации. Если источник питания имеет переменный диапазон, то необходимо убедиться, что он охватывает требуемый диапазон.
С точки зрения тока необходимо убедиться, что источник питания сможет обеспечить требуемый уровень тока и иметь степень запаса сверх этого минимального требования. При расчете требования к спецификации источника тока для тока необходимо учитывать то, что называется пусковым током. Этот пусковой ток возникает, когда элемент включен, и для зарядки конденсаторов и т. Д. Возникает большой всплеск тока. Этот пусковой ток может в несколько раз превышать обычный рабочий ток.
Линия регулирования
В спецификациях блока питания приведены подробные данные для параметра, озаглавленного «Линейное регулирование». Обнаружено, что при изменении линейного или входного напряжения на выходе может наблюдаться небольшое изменение. Линия регулировки фигуры детализирует это изменение.
Важно убедиться, что если напряжение на выходе является критическим, то регулировка линии такова, что она не выходит за пределы требуемых пределов выходного напряжения с ожидаемыми изменениями линии.
Также необходимо добавить это к любым другим изменениям выходного напряжения источника питания, таким как регулирование нагрузки и стабильность времени и температуры.
Спецификация регулирования линии обычно указывается в милливольтах для данного изменения входа. Оно также может быть выражено или в процентах от выходного напряжения, и обычно оно должно составлять несколько милливольт (например, 5 мВ) или около 0,01% от максимального выходного напряжения для большинства источников питания для изменения сетевого напряжения в любом месте в пределах рабочего диапазона. ,
Типичный переменный линейный источник питания для лабораторного использования Регулировка нагрузки
Еще одна важная спецификация источника питания называется «регулирование нагрузки». Обнаружено, что при добавлении нагрузки к выходу источника питания напряжение на клеммах может немного падать. Это, очевидно, нежелательно, поскольку в идеальном мире выходное напряжение должно оставаться точно постоянным.
Изменение нагрузки источника питания обычно указывается как изменение в милливольтах или в процентах от максимального выходного напряжения. Обычно оно может составлять несколько милливольт (например,грамм. 5 мВ) или 0,01% для ступенчатого изменения нагрузки от 0 до 100% нагрузки. Обычно указывается для постоянного сетевого напряжения и при постоянной температуре.
Также может быть обнаружено, что может быть заметное падение напряжения вдоль проводов от источника питания к нагрузке. Очевидно, что это можно уменьшить, используя более толстые провода, которые будут иметь более низкое сопротивление. Однако некоторые источники питания имеют дополнительные клеммы для дистанционного зондирования.
Блок питания дистанционного зондирования Используя дистанционное зондирование, источник питания подключается к нагрузке обычным способом, но дополнительные провода используются для измерения напряжения на нагрузке.Эти провода практически не пропускают ток, и, кроме того, что они намного тоньше, у них практически не будет падения напряжения вдоль них. Они будут измерять напряжение на нагрузке и передавать эту информацию обратно в источник питания, чтобы схема регулятора напряжения регулировала напряжение на нагрузке, а не напряжение на выходе источника питания.
Пульсация и шум
Параметры пульсации и шума являются еще одной важной спецификацией источника питания. Возможно, что шум и другие импульсы на линии электропередачи могут быть переданы на выход цепи, на которую подается питание.Чтобы свести к минимуму это, особенно для чувствительных цепей, необходимо обеспечить максимально чистую линию электропередачи.
Пульсации и шум на выходе объединены в единую спецификацию. Для линейных источников частота пульсации обычно равна удвоенной частоте линии. Для переключения источников пульсации и пики будут возникать в результате переключения источника питания.
Компоненты пульсации часто задаются в виде среднеквадратичных значений, но для импульсных источников измерение от пика к пику более полезно, поскольку оно показывает степень всплесков, возникающих при переключении.Большинство хороших источников должны предлагать значения шума и пульсации среднеквадратичного значения, превышающего 10 мВ, а для переключающих источников во многих случаях должны быть достижимы значения 50 мВ или менее, хотя источники с очень высоким током могут иметь несколько более высокие значения.
Стабильность температуры
Температура является одной из основных причин изменения условий цепи, и в случае источников питания, как линейных, так и импульсных источников питания, это может вызвать изменения выходного напряжения.
ссылок напряжения (стабилитроны, и т.д.) могут быть одним из основных причин изменения напряжения, но и другие электронные компоненты, а также изменить — резисторы является основным после опорного диода.
Часто различные формы температурной компенсации могут быть добавлены на этапе проектирования электронных схем источника питания, и это значительно уменьшит любой дрейф, но всегда будет иметь место.
Даже небольшие изменения могут повлиять на некоторые цепи, поэтому в этих случаях важно проверить показатели стабильности температуры источника питания.
В таблице приведены данные по температурной стабильности источника питания. Параметр измеряется как процентное или абсолютное изменение напряжения на градус C.Как правило, это может составлять около 0,02% / ° C или 2 мВ / ° C. Естественно, эти цифры являются лишь руководством к тому, что утверждают некоторые поставщики.
Стабильность со временем
Все компоненты немного меняют свои значения с течением времени, поэтому неудивительно, что источники питания, но линейные регуляторы и источники питания с переключаемым режимом, незначительно меняются со временем.
Хотя суммы изменений обычно невелики, они могут быть важны в некоторых приложениях.В результате цифры для стабильности выходного напряжения во времени часто приводятся в общих характеристиках источника питания.
Для обеспечения стабильности выходное напряжение источника питания будет измеряться в течение определенного периода времени при постоянной нагрузке, входном напряжении и измеренном дрейфе напряжения. Как правило, это будет несколько милливольт (например, от пяти до десяти) в течение десяти часов.
Ограничение тока источника питания и перенапряжение
Всегда целесообразно обеспечить, чтобы любой источник питания, будь то линейный стабилизатор напряжения или импульсный источник питания, имел различные формы защиты для предотвращения повреждения в случае отказа какой-либо формы.
Существует два основных вида защиты, которые можно найти в линейных и импульсных источниках питания:
Защита от короткого замыкания: Защита от короткого замыкания необходима в том случае, если на питаемом оборудовании возникает короткое замыкание или ток начинает превышать расчетный ток. Имея защиту от короткого замыкания в источнике питания, это ограничивает ток до максимального уровня.
Многие настольные или лабораторные источники питания имеют регулируемый предел, и это может быть полезно, поскольку это означает, что предел можно регулировать в соответствии с требованиями цепи, на которую подается питание.
Есть также две формы ограничения тока. Первый называется постоянным ограничением тока. Это ограничивает ток до максимального уровня и остается на этом уровне при перегрузке. Другая форма ограничения тока в источнике питания, называется ограничением тока в обратном направлении. Это постепенно уменьшает ток от максимума при увеличении перегрузки. Другими словами, текущий сбрасывается назад.
Защита от перенапряжения: Возможно, что последовательный элемент, особенно в линейном стабилизаторе напряжения, может выйти из строя.В этом случае полное предварительно отрегулированное напряжение может появиться на выходе и может повредить цепи, на которые подается питание. Перенапряжение отключит источник питания при возникновении состояния перенапряжения и предотвратит возникновение состояния полного перенапряжения.
Всегда стоит проверять спецификацию источника питания, чтобы убедиться в наличии защиты от перегрузки по току или от короткого замыкания, а также от перенапряжения, так как в случае любого из них может произойти значительный ущерб.
Характеристики блока питания
Хотя упомянутые выше характеристики источников питания, как правило, наиболее широко используются, могут также появляться и другие, и они могут быть важны для некоторых более специализированных приложений. В общем, их можно интерпретировать, по крайней мере, в общих чертах, и получить хорошее представление о требуемой работе блока питания.
Больше схем и схемотехники:
Основы операционного усилителя
Операционные усилители
Цепи питания
Транзисторная конструкция
Транзистор Дарлингтон
Транзисторные схемы
Полевые схемы
Схема символов
Возврат в меню схемы., ,
.Пусковой ток — причины, следствия, защитные схемы и методы проектирования Долговечность и надежность электронной схемы в значительной степени зависят от того, насколько хорошо она спроектирована с учетом всех шансов, которые могут практически возникнуть, когда продукт фактически используется. Это особенно верно для всех блоков питания, таких как преобразователи переменного тока в постоянный ток или цепи SMPS, потому что они подключены непосредственно к сети переменного тока и изменяющейся нагрузке, что делает их восприимчивыми к перенапряжениям, скачкам напряжения, перегрузке и т. Д.Вот почему разработчики включают в свои конструкции много типов защитных цепей, мы уже рассмотрели множество популярных защитных схем, а именно
Ранее мы обсуждали пусковой ток, в этой статье мы обсудим, как спроектировать цепи ограничителя пускового тока , чтобы защитить ваши источники питания от пусковых токов. Сначала мы поймем, что такое пусковой ток и почему он генерируется. Затем мы обсудим различные типы схемотехники, которые можно использовать для защиты от пускового тока, а в заключение приведем несколько советов по защите устройства от пускового тока.Итак, начнем.
Что такое пусковой ток?
Как следует из названия, термин «пусковой ток» указывает на то, что при включении устройства на начальной стадии в цепь втекает огромное количество тока. По определению, он может быть определен как максимальный мгновенный входной ток, потребляемый электрическим устройством, когда оно включено. Такое поведение хорошо наблюдается в индуктивных нагрузках переменного тока, таких как трансформаторы и двигатели, где значение пускового тока обычно в двадцать или тридцать раз превышает номинальные значения.Несмотря на то, что значение пускового тока очень высокое, оно происходит только в течение нескольких миллисекунд или микросекунд, и, следовательно, не может быть замечено без счетчика. Пусковой ток также может называться Входной импульсный ток или Включающий импульсный ток в зависимости от удобства. Поскольку это явление больше характерно для нагрузок переменного тока, ограничитель пускового тока используется чаще, чем его аналог постоянного тока.
Каждая цепь получает ток от источника в зависимости от состояния цепи.Давайте предположим, что схема имеет три состояния: состояние ожидания, нормальное рабочее состояние и максимальное рабочее состояние. В нерабочем состоянии схема потребляет ток 1 мА, в нормальном рабочем состоянии схема потребляет ток 500 мА, а в максимальном рабочем состоянии она может потреблять ток 1000 мА или 1 А. Поэтому, если схема в основном работает в нормальном состоянии, мы можем сказать, что 500 мА является устойчивым током для цепи, тогда как 1 А является пиковым током, потребляемым схемой.
Это довольно верно, легко работать и простая математика.Но, как говорилось ранее, существует другое состояние, когда ток, потребляемый схемой, может быть в 20 или даже 40 раз больше, чем ток установившегося состояния. Это начальное состояние или мощность на этапе схемы . Теперь, почему этот высокий ток внезапно потребляется цепью, так как он рассчитан на применение при слабом токе? Как в предыдущем примере, 1 мА до 1000 мА.
Что вызывает пусковой ток в устройстве?
Чтобы ответить на вопросы, нам нужно разобраться с магнитами катушек индуктивности и двигателя, но для начала давайте рассмотрим, что это похоже на перемещение огромного шкафа или тягу автомобиля, изначально нам нужна высокая энергия, но когда все начинает двигаться, это стало легче.Точно то же самое происходит внутри цепи. Почти в каждой цепи, особенно в источниках питания, используются конденсаторы и индукторы большой мощности, дроссели и трансформаторы (огромный индуктор), каждый из которых потребляет огромный начальный ток для создания магнитного или электрического поля, необходимого для их работы. Таким образом, вход цепи неожиданно обеспечивает путь с низким сопротивлением (импедансом), который позволяет большому значению тока протекать в цепь.
Конденсаторы и индукторы ведут себя по-разному, когда они находятся в полностью заряженном состоянии или в состоянии разряда.Например, конденсатор, когда он находится в полностью разряженном состоянии, действует как короткое замыкание из-за низкого импеданса, тогда как полностью заряженный конденсатор сглаживает постоянный ток, если он подключен в качестве конденсатора фильтра. Однако это очень маленький промежуток времени; через несколько миллисекунд конденсатор заряжается. Вы также можете прочитать о значениях ESR и ESL конденсатора, чтобы лучше понять, как он работает в цепи.
С другой стороны, трансформаторы, двигатели и катушки индуктивности (все, что связано с катушкой) генерируют обратную ЭДС во время запуска, также требуется очень высокий ток во время состояния зарядки.Обычно для стабилизации входного тока в установившемся режиме требуется несколько токовых циклов. Вы также можете прочитать о значении DCR в индуктивности, чтобы лучше понять, как индукторы работают в цепи.
На приведенном выше изображении показан график тока и времени . Время показывается в миллисекундах, но может быть и в микросекундах. Однако во время запуска ток начинает увеличиваться и максимальный пиковый ток составляет 6А. Это пусковой ток, который существует в течение очень короткого промежутка времени.Но после пускового тока ток становится стабильным при значении 0,5 А или 500 мА. Это установившийся ток цепи.
Поэтому, когда входное напряжение подается на источник питания или в цепь, которая имеет очень высокую емкость или индуктивность, или оба, возникает пусковой ток. Этот начальный ток, как показано на графике пускового тока , становится очень высоким, чтобы вызвать плавление или взрыв переключателя на входе.
Цепи защиты от пускового тока — типы
Существует много способов защиты устройства от пускового тока, и для защиты цепи от пускового тока доступны различные компоненты.Вот список эффективных методов преодоления пускового тока —
Метод ограничения резисторов
Существует два способа сконструировать ограничитель пускового тока , используя метод ограничения резисторов. Первый заключается в добавлении резистора серии для уменьшения тока в цепи, а второй — в использовании импеданса сетевого фильтра на входе источника переменного тока.
Но этот метод не эффективный способ добавить через цепь высокого выходного тока.Причина очевидна, потому что она включает в себя сопротивление. Резистор пускового тока нагревается при нормальной работе и снижает КПД. Мощность резистора зависит от требований применения, как правило, в диапазоне от 1 Вт до 4 Вт.
Терморезистор или ограничитель тока на основе NTC
Hermistor T представляет собой резистор с температурной связью, который изменяет сопротивление в зависимости от температуры. В броске NTC схема ограничителя тока аналогична методу ограничения резисторов, термистор или NTC (отрицательный температурный коэффициент) также используются последовательно со входом.
Термисторы имеют характеристики измененного значения сопротивления при разных температурах, в частности, при низкотемпературном термисторе ведет себя как резистор высокого значения, тогда как при высоких температурах он обеспечивает низкое сопротивление . Это свойство используется для приложения ограничения пускового тока.
Во время начального запуска цепи NTC обеспечивает высокое значение сопротивления, которое уменьшает ток пускового тока.Но когда цепь переходит в установившееся состояние, температура NTC начинает повышаться, что также приводит к низкому сопротивлению. NTC — очень эффективный метод контроля пускового тока.
Схема плавного пуска или задержки
Преобразователи постоянного тока для различных типов регуляторов напряжения используют схему плавного пуска или задержки для уменьшения эффекта броска тока . Такой тип функциональности позволяет нам изменять время нарастания выходного сигнала, что эффективно снижает выходной ток при подключении к емкостной нагрузке с высоким значением.
Например, 1.5A Ultra-LDO TPS742 от Texas Instruments предлагает программируемый вывод плавного пуска, где пользователь может настроить линейный запуск с помощью простого внешнего конденсатора. На приведенной ниже принципиальной схеме показана примерная схема TPS742, где время плавного пуска настраивается с помощью вывода SS с помощью конденсатора CSS.
Где и почему мы должны рассмотреть схему защиты от пускового тока?
Как обсуждалось ранее, для схемы, в которой существует емкостное сопротивление или индуктивность, требуется схема защиты от пускового тока .Цепь пускового тока стабилизирует потребность в высоком токе на начальной стадии запуска цепи. Схема ограничителя пускового тока ограничивает входной ток и повышает безопасность источника и главного устройства. Потому что высокий пусковой ток увеличивает вероятность отказа цепи, и это должно быть отклонено. Пусковой ток вреден по следующим причинам:
- Высокий пусковой ток влияет на источник питания источника.
- Часто высокий пусковой ток снижает напряжение источника и приводит к сбросу из-за отключения для схем на основе микроконтроллеров.
- В некоторых случаях величина тока, подаваемого в цепь, выходит за пределы допустимого максимального напряжения цепи нагрузки, что приводит к необратимому повреждению нагрузки.
- В двигателях переменного тока высокого напряжения из-за высокого пускового тока выключатель питания отключается или иногда перегорает.
- Следы платы PCB сделаны, чтобы нести определенное значение тока. Высокий ток может потенциально ослабить следы платы PCB.
Поэтому, чтобы минимизировать влияние пускового тока, важно обеспечить схему ограничителя пускового тока, где входная емкость очень высока или имеет большую индуктивность.
Как измерить пусковой ток:
Основная проблема измерения пускового тока — это быстрый промежуток времени. Пусковой ток возникает в течение нескольких миллисекунд (или даже микросекунд) в зависимости от емкости нагрузки. Значение промежутка времени обычно отличается от 20-100 миллисекунд.
Одним из самых простых способов является использование специального токоизмерительного клеща , который может измерять пусковой ток. Измеритель срабатывает из-за высокого тока и берет несколько выборок, чтобы получить максимальный пусковой ток.
Другой метод заключается в использовании высокочастотного осциллографа , но этот процесс немного сложен. Нужно использовать шунтирующий резистор с очень низким значением и два канала для подключения через шунтирующий резистор. Используя различные функции этих двух датчиков, можно получить максимальный пиковый ток. При подключении датчика GND необходимо соблюдать осторожность, так как неправильное подключение резистора может привести к короткому замыканию. GND должен быть подключен через цепь GND.Изображение ниже является представлением вышеупомянутой техники.
Факторы, которые необходимо учитывать при разработке схемы защиты от пускового тока:
Необходимо принять во внимание некоторые различные факторы и характеристики, прежде чем выберет метод ограничения пускового тока . Вот список нескольких важных параметров —
1. Значение емкости нагрузки
Емкость нагрузки является важным параметром для выбора спецификации цепи ограничения пускового тока.Высокая емкость требует высокого переходного тока при запуске. Для такого случая требуется эффективная схема плавного пуска.
2. Ток установившегося состояния
Стационарный ток является огромным фактором для эффективности ограничителя тока. Например, высокий установившийся ток может привести к повышению температуры и снижению эффективности при использовании метода ограничения резисторов. NTC на основе схемы ограничения тока может быть на выбор.
3. Время переключения
Как быстро нагрузка включается или выключается в течение заданного периода времени, является другим параметром для выбора метода ограничения пускового тока. Например, если время включения / выключения очень быстрое, то NTC не сможет защитить цепь от пускового тока. Потому что после первого сброса цикла NTC не охлаждается, если цепь нагрузки выключена и включена в течение очень короткого промежутка времени. поэтому начальное начальное сопротивление не может быть увеличено, и пусковой ток будет обойден через NTC.
4. Низковольтная и слаботочная работа
В особых случаях, при проектировании схемы, если источник питания и нагрузка находятся внутри одной и той же цепи, разумнее использовать регулятор напряжения или LDO с функцией плавного пуска для уменьшения пускового тока. В таком случае приложение представляет собой низковольтное приложение с низким током.
, БП 101: БП ограждения
защиты блока питания
В этом разделе мы рассмотрим различные защиты блока питания, чтобы избежать вреда не только для источника питания, но и для системы, которая питается от источника питания. Многие бюджетные блоки питания имеют только необходимые средства защиты, требуемые спецификацией ATX (OCP, SCP, OVP), в то время как блоки более высокого уровня обычно имеют гораздо большую защиту.
Сигнал исправной мощности или PWR_OK
Как указано в спецификации ATX, блок питания использует сигнальную мощность или сигнал задержки PWR_OK, чтобы указать, что + 5 В, +3.Выходы 3 В и + 12 В находятся в пределах порогов регулирования источника питания, и что преобразователь накапливает достаточное количество энергии в сети, чтобы гарантировать непрерывную работу в пределах спецификации, в течение не менее 17 мс при полной нагрузке (16 мс для потерь переменного тока на удержание PWR_OK) время). Период задержки PWR_OK в соответствии со спецификацией ATX должен быть ниже 500 мс и в идеале менее 250 мс. В любом случае, оно должно быть равно или выше 100 мс.
(OCP) Защита от перегрузки по току
Защита от перегрузки по току (OCP) является популярной защитой, имеющейся во всех блоках питания с несколькими шинами +12 В, и в большинстве случаев она также защищает второстепенные шины.OCP срабатывает, когда ток в рельсах превышает определенный предел. Спецификация ATX 2.2 гласит, что если нагрузка на каждой протестированной выходной шине достигает или превышает 240 ВА, то OCP должна создавать помехи (п. 3.4.4). Однако в спецификации ATX 2.31 это ограничение отсутствует. Чтобы обойти это, некоторые производители внедрили много виртуальных шин + 12 В, каждая из которых рассчитана на 240 ВА. Однако в большинстве случаев точка срабатывания OCP была установлена намного выше, чтобы выдерживать пиковые токи, которые могут потреблять некоторые компоненты системы (например, видеокарты).
Для реализации OCP в блоке питания необходимы две вещи: шунтирующие резисторы и управляющая ИС, поддерживающая OCP. Шунтирующие резисторы — это высокоточные резисторы с низким сопротивлением, используемые для измерения тока на выходах блока питания с использованием падений напряжения, создаваемых этими токами на резисторах. Измеряя количество шунтов в блоке питания в области пайки проводов + 12В, мы обычно можем найти реальное количество виртуальных шин + 12В. В некоторых случаях, когда производитель изначально собирал блок питания в виде блока с несколькими шинами + 12 В, а затем преобразовывал его в один блок с шинами + 12 В, шунтирующие резисторы просто закорачивали вместе.
Шунтирующие резисторы, используемые в Corsair AX1200i OVP / UVP (защита от перенапряжения / пониженного напряжения)
В спецификации ATX говорится, что схема и опорная точка защиты от перенапряжения должны находиться в корпусах, которые отделены и отличны от регулятора. Схема управления и эталон. Таким образом, ни одна точка неисправности не должна вызывать устойчивое состояние перенапряжения на любом выходе. Другими словами, все блоки питания должны иметь независимую схему защиты и не рассчитывать только на ШИМ-контроллер для контроля выходных напряжений.Мы также должны добавить, что UVP является необязательным, поскольку он не упоминается в спецификации ATX.
Как вы, возможно, уже догадались, OVP и UVP постоянно проверяют напряжения на каждой шине и активируют, когда эти напряжения превышают или опускаются ниже точки срабатывания. Спецификация ATX предоставляет таблицу с минимальными, номинальными и максимальными значениями для точек запуска OVP. Спецификация включает в себя шину 5VSB, хотя в ней говорится, что защита OVP на этой шине рекомендуется, но не обязательна. Ниже вы найдете соответствующую таблицу.
Выход Минимум (В) Номинал (В) Максимум (В) +12 В постоянного тока (или 12 В постоянного тока и 12 В постоянного тока) 13,4 15 15,6 +5 В постоянного тока 5,74 6,3 7 +3,3 В постоянного тока 3,76 4,2 4,3 5VSB (опция) 5.74 6,3 7
Как видите, триггерные точки слишком высоки. Производитель может установить OVP на 15,6 для шин + 12 В и при этом оставаться в пределах спецификации. Представьте себе 15,6 В, работающее через компоненты вашей системы!
Поскольку точки триггера UVP не охватываются спецификацией ATX, все производители схем защиты интегральных схем могут устанавливать свои собственные.
OPP (защита от избыточного питания)
Защита от избыточного питания (OPP) срабатывает, когда мощность, которую мы получаем от блока питания, превышает его максимальную номинальную мощность.Обычно производители дают немного места для питания блока питания, поэтому пороговое значение OPP устанавливается на 50-100 Вт (в некоторых случаях даже больше) выше максимальной номинальной мощности блока питания. В одиночных блоках питания + 12 В, где OCP в большинстве случаев не имеет смысла, OPP берет на себя свою роль и отключает блок питания в случае перегрузки шины + 12 В.
OTP (защита от перегрева)
При наличии защиты от перегрева (OTP) мы обычно обнаруживаем термистор, присоединенный к вторичному радиатору (блок управления вентиляторами обычно использует термистор в том же радиаторе).Термистор информирует цепь защиты о температуре радиатора, и, если она превышает заданный порог, блок питания отключается. Чрезмерная температура может быть результатом перегрузки или отказа вентилятора охлаждения, поэтому OTP предотвращает (далее) повреждение блока питания. .Мы считаем, что OTP является одной из самых важных защит в любом блоке питания, хотя во многих моделях она отсутствует.
SCP (защита от короткого замыкания)
Защита от короткого замыкания (SCP) постоянно контролирует выходные рельсы и, если обнаруживает импеданс менее 0,1 Ом, немедленно отключает источник питания. Другими словами, если каким-либо образом выходные шунты замкнуты накоротко, то эта защита срабатывает и отключает блок питания, чтобы предотвратить повреждение или возгорание. Согласно спецификации ATX 2.31 каждая шина + 12В должна иметь отдельное короткое замыкание.Эта защита присутствует практически во всех современных блоках питания (по крайней мере, в фирменных).
,Похожие записи
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете общаться через комментарии, я буду очень рад помочь!
При выборе источника питания, линейного или импульсного источника питания, необходимо понимать различные характеристики, чтобы выбрать правильный.
Схемы блоков питания Учебник для начинающих и учебник Включает в себя:
Обзор электроники блока питания
Линейный источник питания
Импульсный источник питания Защита от перенапряжения
Спецификации блока питания
Цифровая мощность
Шина управления питанием: PMbus
Бесперебойный источник питания
При выборе и покупке источника питания необходимо уметь понимать спецификации, приведенные в техническом паспорте, чтобы можно было выбрать источник питания с правильной производительностью.
Существует несколько спецификаций, используемых для детализации производительности блоков питания. Каждый из них детализирует различные аспекты производительности источника питания, и в зависимости от применения некоторые из них будут важнее других.
Источники питаниямогут быть линейными, с использованием линейного стабилизатора напряжения или импульсными источниками питания. Оба типа широко используются, но часто в них используются различные приложения в результате их различных характеристик.
Спецификации напряжения и тока
Основные характеристики источника питания — это параметры выходного напряжения и тока.Что касается напряжения, источник питания может быть фиксированным или иметь переменный выход. Необходимо проверить, имеет ли источник питания фиксированный или переменный выход.
Если источник питания имеет фиксированный выход, будет возможна небольшая регулировка, и может потребоваться проверить, что его можно отрегулировать до требуемого значения, если требуемое напряжение не соответствует указанному в спецификации. Если источник питания имеет переменный диапазон, то необходимо убедиться, что он охватывает требуемый диапазон.
С точки зрения тока необходимо убедиться, что источник питания сможет обеспечить требуемый уровень тока и иметь степень запаса сверх этого минимального требования. При расчете требования к спецификации источника тока для тока необходимо учитывать то, что называется пусковым током. Этот пусковой ток возникает, когда элемент включен, и для зарядки конденсаторов и т. Д. Возникает большой всплеск тока. Этот пусковой ток может в несколько раз превышать обычный рабочий ток.
Линия регулирования
В спецификациях блока питания приведены подробные данные для параметра, озаглавленного «Линейное регулирование». Обнаружено, что при изменении линейного или входного напряжения на выходе может наблюдаться небольшое изменение. Линия регулировки фигуры детализирует это изменение.
Важно убедиться, что если напряжение на выходе является критическим, то регулировка линии такова, что она не выходит за пределы требуемых пределов выходного напряжения с ожидаемыми изменениями линии.
Также необходимо добавить это к любым другим изменениям выходного напряжения источника питания, таким как регулирование нагрузки и стабильность времени и температуры.
Спецификация регулирования линии обычно указывается в милливольтах для данного изменения входа. Оно также может быть выражено или в процентах от выходного напряжения, и обычно оно должно составлять несколько милливольт (например, 5 мВ) или около 0,01% от максимального выходного напряжения для большинства источников питания для изменения сетевого напряжения в любом месте в пределах рабочего диапазона. ,
Типичный переменный линейный источник питания для лабораторного использованияРегулировка нагрузки
Еще одна важная спецификация источника питания называется «регулирование нагрузки». Обнаружено, что при добавлении нагрузки к выходу источника питания напряжение на клеммах может немного падать. Это, очевидно, нежелательно, поскольку в идеальном мире выходное напряжение должно оставаться точно постоянным.
Изменение нагрузки источника питания обычно указывается как изменение в милливольтах или в процентах от максимального выходного напряжения. Обычно оно может составлять несколько милливольт (например,грамм. 5 мВ) или 0,01% для ступенчатого изменения нагрузки от 0 до 100% нагрузки. Обычно указывается для постоянного сетевого напряжения и при постоянной температуре.
Также может быть обнаружено, что может быть заметное падение напряжения вдоль проводов от источника питания к нагрузке. Очевидно, что это можно уменьшить, используя более толстые провода, которые будут иметь более низкое сопротивление. Однако некоторые источники питания имеют дополнительные клеммы для дистанционного зондирования.
Блок питания дистанционного зондированияИспользуя дистанционное зондирование, источник питания подключается к нагрузке обычным способом, но дополнительные провода используются для измерения напряжения на нагрузке.Эти провода практически не пропускают ток, и, кроме того, что они намного тоньше, у них практически не будет падения напряжения вдоль них. Они будут измерять напряжение на нагрузке и передавать эту информацию обратно в источник питания, чтобы схема регулятора напряжения регулировала напряжение на нагрузке, а не напряжение на выходе источника питания.
Пульсация и шум
Параметры пульсации и шума являются еще одной важной спецификацией источника питания. Возможно, что шум и другие импульсы на линии электропередачи могут быть переданы на выход цепи, на которую подается питание.Чтобы свести к минимуму это, особенно для чувствительных цепей, необходимо обеспечить максимально чистую линию электропередачи.
Пульсации и шум на выходе объединены в единую спецификацию. Для линейных источников частота пульсации обычно равна удвоенной частоте линии. Для переключения источников пульсации и пики будут возникать в результате переключения источника питания.
Компоненты пульсации часто задаются в виде среднеквадратичных значений, но для импульсных источников измерение от пика к пику более полезно, поскольку оно показывает степень всплесков, возникающих при переключении.Большинство хороших источников должны предлагать значения шума и пульсации среднеквадратичного значения, превышающего 10 мВ, а для переключающих источников во многих случаях должны быть достижимы значения 50 мВ или менее, хотя источники с очень высоким током могут иметь несколько более высокие значения.
Стабильность температуры
Температура является одной из основных причин изменения условий цепи, и в случае источников питания, как линейных, так и импульсных источников питания, это может вызвать изменения выходного напряжения.
ссылок напряжения (стабилитроны, и т.д.) могут быть одним из основных причин изменения напряжения, но и другие электронные компоненты, а также изменить — резисторы является основным после опорного диода.
Часто различные формы температурной компенсации могут быть добавлены на этапе проектирования электронных схем источника питания, и это значительно уменьшит любой дрейф, но всегда будет иметь место.
Даже небольшие изменения могут повлиять на некоторые цепи, поэтому в этих случаях важно проверить показатели стабильности температуры источника питания.
В таблице приведены данные по температурной стабильности источника питания. Параметр измеряется как процентное или абсолютное изменение напряжения на градус C.Как правило, это может составлять около 0,02% / ° C или 2 мВ / ° C. Естественно, эти цифры являются лишь руководством к тому, что утверждают некоторые поставщики.
Стабильность со временем
Все компоненты немного меняют свои значения с течением времени, поэтому неудивительно, что источники питания, но линейные регуляторы и источники питания с переключаемым режимом, незначительно меняются со временем.
Хотя суммы изменений обычно невелики, они могут быть важны в некоторых приложениях.В результате цифры для стабильности выходного напряжения во времени часто приводятся в общих характеристиках источника питания.
Для обеспечения стабильности выходное напряжение источника питания будет измеряться в течение определенного периода времени при постоянной нагрузке, входном напряжении и измеренном дрейфе напряжения. Как правило, это будет несколько милливольт (например, от пяти до десяти) в течение десяти часов.
Ограничение тока источника питания и перенапряжение
Всегда целесообразно обеспечить, чтобы любой источник питания, будь то линейный стабилизатор напряжения или импульсный источник питания, имел различные формы защиты для предотвращения повреждения в случае отказа какой-либо формы.
Существует два основных вида защиты, которые можно найти в линейных и импульсных источниках питания:
Защита от короткого замыкания: Защита от короткого замыкания необходима в том случае, если на питаемом оборудовании возникает короткое замыкание или ток начинает превышать расчетный ток. Имея защиту от короткого замыкания в источнике питания, это ограничивает ток до максимального уровня.
Многие настольные или лабораторные источники питания имеют регулируемый предел, и это может быть полезно, поскольку это означает, что предел можно регулировать в соответствии с требованиями цепи, на которую подается питание.
Есть также две формы ограничения тока. Первый называется постоянным ограничением тока. Это ограничивает ток до максимального уровня и остается на этом уровне при перегрузке. Другая форма ограничения тока в источнике питания, называется ограничением тока в обратном направлении. Это постепенно уменьшает ток от максимума при увеличении перегрузки. Другими словами, текущий сбрасывается назад.
Защита от перенапряжения: Возможно, что последовательный элемент, особенно в линейном стабилизаторе напряжения, может выйти из строя.В этом случае полное предварительно отрегулированное напряжение может появиться на выходе и может повредить цепи, на которые подается питание. Перенапряжение отключит источник питания при возникновении состояния перенапряжения и предотвратит возникновение состояния полного перенапряжения.
Всегда стоит проверять спецификацию источника питания, чтобы убедиться в наличии защиты от перегрузки по току или от короткого замыкания, а также от перенапряжения, так как в случае любого из них может произойти значительный ущерб.
Характеристики блока питания
Хотя упомянутые выше характеристики источников питания, как правило, наиболее широко используются, могут также появляться и другие, и они могут быть важны для некоторых более специализированных приложений. В общем, их можно интерпретировать, по крайней мере, в общих чертах, и получить хорошее представление о требуемой работе блока питания.
Больше схем и схемотехники:
Основы операционного усилителя
Операционные усилители
Цепи питания
Транзисторная конструкция
Транзистор Дарлингтон
Транзисторные схемы
Полевые схемы
Схема символов
Возврат в меню схемы., ,
Долговечность и надежность электронной схемы в значительной степени зависят от того, насколько хорошо она спроектирована с учетом всех шансов, которые могут практически возникнуть, когда продукт фактически используется. Это особенно верно для всех блоков питания, таких как преобразователи переменного тока в постоянный ток или цепи SMPS, потому что они подключены непосредственно к сети переменного тока и изменяющейся нагрузке, что делает их восприимчивыми к перенапряжениям, скачкам напряжения, перегрузке и т. Д.Вот почему разработчики включают в свои конструкции много типов защитных цепей, мы уже рассмотрели множество популярных защитных схем, а именно
Ранее мы обсуждали пусковой ток, в этой статье мы обсудим, как спроектировать цепи ограничителя пускового тока , чтобы защитить ваши источники питания от пусковых токов. Сначала мы поймем, что такое пусковой ток и почему он генерируется. Затем мы обсудим различные типы схемотехники, которые можно использовать для защиты от пускового тока, а в заключение приведем несколько советов по защите устройства от пускового тока.Итак, начнем.
Что такое пусковой ток?
Как следует из названия, термин «пусковой ток» указывает на то, что при включении устройства на начальной стадии в цепь втекает огромное количество тока. По определению, он может быть определен как максимальный мгновенный входной ток, потребляемый электрическим устройством, когда оно включено. Такое поведение хорошо наблюдается в индуктивных нагрузках переменного тока, таких как трансформаторы и двигатели, где значение пускового тока обычно в двадцать или тридцать раз превышает номинальные значения.Несмотря на то, что значение пускового тока очень высокое, оно происходит только в течение нескольких миллисекунд или микросекунд, и, следовательно, не может быть замечено без счетчика. Пусковой ток также может называться Входной импульсный ток или Включающий импульсный ток в зависимости от удобства. Поскольку это явление больше характерно для нагрузок переменного тока, ограничитель пускового тока используется чаще, чем его аналог постоянного тока.
Каждая цепь получает ток от источника в зависимости от состояния цепи.Давайте предположим, что схема имеет три состояния: состояние ожидания, нормальное рабочее состояние и максимальное рабочее состояние. В нерабочем состоянии схема потребляет ток 1 мА, в нормальном рабочем состоянии схема потребляет ток 500 мА, а в максимальном рабочем состоянии она может потреблять ток 1000 мА или 1 А. Поэтому, если схема в основном работает в нормальном состоянии, мы можем сказать, что 500 мА является устойчивым током для цепи, тогда как 1 А является пиковым током, потребляемым схемой.
Это довольно верно, легко работать и простая математика.Но, как говорилось ранее, существует другое состояние, когда ток, потребляемый схемой, может быть в 20 или даже 40 раз больше, чем ток установившегося состояния. Это начальное состояние или мощность на этапе схемы . Теперь, почему этот высокий ток внезапно потребляется цепью, так как он рассчитан на применение при слабом токе? Как в предыдущем примере, 1 мА до 1000 мА.
Что вызывает пусковой ток в устройстве?
Чтобы ответить на вопросы, нам нужно разобраться с магнитами катушек индуктивности и двигателя, но для начала давайте рассмотрим, что это похоже на перемещение огромного шкафа или тягу автомобиля, изначально нам нужна высокая энергия, но когда все начинает двигаться, это стало легче.Точно то же самое происходит внутри цепи. Почти в каждой цепи, особенно в источниках питания, используются конденсаторы и индукторы большой мощности, дроссели и трансформаторы (огромный индуктор), каждый из которых потребляет огромный начальный ток для создания магнитного или электрического поля, необходимого для их работы. Таким образом, вход цепи неожиданно обеспечивает путь с низким сопротивлением (импедансом), который позволяет большому значению тока протекать в цепь.
Конденсаторы и индукторы ведут себя по-разному, когда они находятся в полностью заряженном состоянии или в состоянии разряда.Например, конденсатор, когда он находится в полностью разряженном состоянии, действует как короткое замыкание из-за низкого импеданса, тогда как полностью заряженный конденсатор сглаживает постоянный ток, если он подключен в качестве конденсатора фильтра. Однако это очень маленький промежуток времени; через несколько миллисекунд конденсатор заряжается. Вы также можете прочитать о значениях ESR и ESL конденсатора, чтобы лучше понять, как он работает в цепи.
С другой стороны, трансформаторы, двигатели и катушки индуктивности (все, что связано с катушкой) генерируют обратную ЭДС во время запуска, также требуется очень высокий ток во время состояния зарядки.Обычно для стабилизации входного тока в установившемся режиме требуется несколько токовых циклов. Вы также можете прочитать о значении DCR в индуктивности, чтобы лучше понять, как индукторы работают в цепи.
На приведенном выше изображении показан график тока и времени . Время показывается в миллисекундах, но может быть и в микросекундах. Однако во время запуска ток начинает увеличиваться и максимальный пиковый ток составляет 6А. Это пусковой ток, который существует в течение очень короткого промежутка времени.Но после пускового тока ток становится стабильным при значении 0,5 А или 500 мА. Это установившийся ток цепи.
Поэтому, когда входное напряжение подается на источник питания или в цепь, которая имеет очень высокую емкость или индуктивность, или оба, возникает пусковой ток. Этот начальный ток, как показано на графике пускового тока , становится очень высоким, чтобы вызвать плавление или взрыв переключателя на входе.
Цепи защиты от пускового тока — типы
Существует много способов защиты устройства от пускового тока, и для защиты цепи от пускового тока доступны различные компоненты.Вот список эффективных методов преодоления пускового тока —
Метод ограничения резисторов
Существует два способа сконструировать ограничитель пускового тока , используя метод ограничения резисторов. Первый заключается в добавлении резистора серии для уменьшения тока в цепи, а второй — в использовании импеданса сетевого фильтра на входе источника переменного тока.
Но этот метод не эффективный способ добавить через цепь высокого выходного тока.Причина очевидна, потому что она включает в себя сопротивление. Резистор пускового тока нагревается при нормальной работе и снижает КПД. Мощность резистора зависит от требований применения, как правило, в диапазоне от 1 Вт до 4 Вт.
Терморезистор или ограничитель тока на основе NTC
Hermistor T представляет собой резистор с температурной связью, который изменяет сопротивление в зависимости от температуры. В броске NTC схема ограничителя тока аналогична методу ограничения резисторов, термистор или NTC (отрицательный температурный коэффициент) также используются последовательно со входом.
имеют характеристики измененного значения сопротивления при разных температурах, в частности, при низкотемпературном термисторе ведет себя как резистор высокого значения, тогда как при высоких температурах он обеспечивает низкое сопротивление . Это свойство используется для приложения ограничения пускового тока.
Во время начального запуска цепи NTC обеспечивает высокое значение сопротивления, которое уменьшает ток пускового тока.Но когда цепь переходит в установившееся состояние, температура NTC начинает повышаться, что также приводит к низкому сопротивлению. NTC — очень эффективный метод контроля пускового тока.
Схема плавного пуска или задержки
Преобразователи постоянного тока для различных типов регуляторов напряжения используют схему плавного пуска или задержки для уменьшения эффекта броска тока . Такой тип функциональности позволяет нам изменять время нарастания выходного сигнала, что эффективно снижает выходной ток при подключении к емкостной нагрузке с высоким значением.
Например, 1.5A Ultra-LDO TPS742 от Texas Instruments предлагает программируемый вывод плавного пуска, где пользователь может настроить линейный запуск с помощью простого внешнего конденсатора. На приведенной ниже принципиальной схеме показана примерная схема TPS742, где время плавного пуска настраивается с помощью вывода SS с помощью конденсатора CSS.
Где и почему мы должны рассмотреть схему защиты от пускового тока?
Как обсуждалось ранее, для схемы, в которой существует емкостное сопротивление или индуктивность, требуется схема защиты от пускового тока .Цепь пускового тока стабилизирует потребность в высоком токе на начальной стадии запуска цепи. Схема ограничителя пускового тока ограничивает входной ток и повышает безопасность источника и главного устройства. Потому что высокий пусковой ток увеличивает вероятность отказа цепи, и это должно быть отклонено. Пусковой ток вреден по следующим причинам:
- Высокий пусковой ток влияет на источник питания источника.
- Часто высокий пусковой ток снижает напряжение источника и приводит к сбросу из-за отключения для схем на основе микроконтроллеров.
- В некоторых случаях величина тока, подаваемого в цепь, выходит за пределы допустимого максимального напряжения цепи нагрузки, что приводит к необратимому повреждению нагрузки.
- В двигателях переменного тока высокого напряжения из-за высокого пускового тока выключатель питания отключается или иногда перегорает.
- Следы платы PCB сделаны, чтобы нести определенное значение тока. Высокий ток может потенциально ослабить следы платы PCB.
Поэтому, чтобы минимизировать влияние пускового тока, важно обеспечить схему ограничителя пускового тока, где входная емкость очень высока или имеет большую индуктивность.
Как измерить пусковой ток:
Основная проблема измерения пускового тока — это быстрый промежуток времени. Пусковой ток возникает в течение нескольких миллисекунд (или даже микросекунд) в зависимости от емкости нагрузки. Значение промежутка времени обычно отличается от 20-100 миллисекунд.
Одним из самых простых способов является использование специального токоизмерительного клеща , который может измерять пусковой ток. Измеритель срабатывает из-за высокого тока и берет несколько выборок, чтобы получить максимальный пусковой ток.
Другой метод заключается в использовании высокочастотного осциллографа , но этот процесс немного сложен. Нужно использовать шунтирующий резистор с очень низким значением и два канала для подключения через шунтирующий резистор. Используя различные функции этих двух датчиков, можно получить максимальный пиковый ток. При подключении датчика GND необходимо соблюдать осторожность, так как неправильное подключение резистора может привести к короткому замыканию. GND должен быть подключен через цепь GND.Изображение ниже является представлением вышеупомянутой техники.
Факторы, которые необходимо учитывать при разработке схемы защиты от пускового тока:
Необходимо принять во внимание некоторые различные факторы и характеристики, прежде чем выберет метод ограничения пускового тока . Вот список нескольких важных параметров —
1. Значение емкости нагрузки
Емкость нагрузки является важным параметром для выбора спецификации цепи ограничения пускового тока.Высокая емкость требует высокого переходного тока при запуске. Для такого случая требуется эффективная схема плавного пуска.
2. Ток установившегося состояния
Стационарный ток является огромным фактором для эффективности ограничителя тока. Например, высокий установившийся ток может привести к повышению температуры и снижению эффективности при использовании метода ограничения резисторов. NTC на основе схемы ограничения тока может быть на выбор.
3. Время переключения
Как быстро нагрузка включается или выключается в течение заданного периода времени, является другим параметром для выбора метода ограничения пускового тока. Например, если время включения / выключения очень быстрое, то NTC не сможет защитить цепь от пускового тока. Потому что после первого сброса цикла NTC не охлаждается, если цепь нагрузки выключена и включена в течение очень короткого промежутка времени. поэтому начальное начальное сопротивление не может быть увеличено, и пусковой ток будет обойден через NTC.
4. Низковольтная и слаботочная работа
В особых случаях, при проектировании схемы, если источник питания и нагрузка находятся внутри одной и той же цепи, разумнее использовать регулятор напряжения или LDO с функцией плавного пуска для уменьшения пускового тока. В таком случае приложение представляет собой низковольтное приложение с низким током.
,БП 101: БП ограждения
защиты блока питания
В этом разделе мы рассмотрим различные защиты блока питания, чтобы избежать вреда не только для источника питания, но и для системы, которая питается от источника питания. Многие бюджетные блоки питания имеют только необходимые средства защиты, требуемые спецификацией ATX (OCP, SCP, OVP), в то время как блоки более высокого уровня обычно имеют гораздо большую защиту.
Сигнал исправной мощности или PWR_OK
Как указано в спецификации ATX, блок питания использует сигнальную мощность или сигнал задержки PWR_OK, чтобы указать, что + 5 В, +3.Выходы 3 В и + 12 В находятся в пределах порогов регулирования источника питания, и что преобразователь накапливает достаточное количество энергии в сети, чтобы гарантировать непрерывную работу в пределах спецификации, в течение не менее 17 мс при полной нагрузке (16 мс для потерь переменного тока на удержание PWR_OK) время). Период задержки PWR_OK в соответствии со спецификацией ATX должен быть ниже 500 мс и в идеале менее 250 мс. В любом случае, оно должно быть равно или выше 100 мс.
(OCP) Защита от перегрузки по току
Защита от перегрузки по току (OCP) является популярной защитой, имеющейся во всех блоках питания с несколькими шинами +12 В, и в большинстве случаев она также защищает второстепенные шины.OCP срабатывает, когда ток в рельсах превышает определенный предел. Спецификация ATX 2.2 гласит, что если нагрузка на каждой протестированной выходной шине достигает или превышает 240 ВА, то OCP должна создавать помехи (п. 3.4.4). Однако в спецификации ATX 2.31 это ограничение отсутствует. Чтобы обойти это, некоторые производители внедрили много виртуальных шин + 12 В, каждая из которых рассчитана на 240 ВА. Однако в большинстве случаев точка срабатывания OCP была установлена намного выше, чтобы выдерживать пиковые токи, которые могут потреблять некоторые компоненты системы (например, видеокарты).
Для реализации OCP в блоке питания необходимы две вещи: шунтирующие резисторы и управляющая ИС, поддерживающая OCP. Шунтирующие резисторы — это высокоточные резисторы с низким сопротивлением, используемые для измерения тока на выходах блока питания с использованием падений напряжения, создаваемых этими токами на резисторах. Измеряя количество шунтов в блоке питания в области пайки проводов + 12В, мы обычно можем найти реальное количество виртуальных шин + 12В. В некоторых случаях, когда производитель изначально собирал блок питания в виде блока с несколькими шинами + 12 В, а затем преобразовывал его в один блок с шинами + 12 В, шунтирующие резисторы просто закорачивали вместе.
Шунтирующие резисторы, используемые в Corsair AX1200iOVP / UVP (защита от перенапряжения / пониженного напряжения)
В спецификации ATX говорится, что схема и опорная точка защиты от перенапряжения должны находиться в корпусах, которые отделены и отличны от регулятора. Схема управления и эталон. Таким образом, ни одна точка неисправности не должна вызывать устойчивое состояние перенапряжения на любом выходе. Другими словами, все блоки питания должны иметь независимую схему защиты и не рассчитывать только на ШИМ-контроллер для контроля выходных напряжений.Мы также должны добавить, что UVP является необязательным, поскольку он не упоминается в спецификации ATX.
Как вы, возможно, уже догадались, OVP и UVP постоянно проверяют напряжения на каждой шине и активируют, когда эти напряжения превышают или опускаются ниже точки срабатывания. Спецификация ATX предоставляет таблицу с минимальными, номинальными и максимальными значениями для точек запуска OVP. Спецификация включает в себя шину 5VSB, хотя в ней говорится, что защита OVP на этой шине рекомендуется, но не обязательна. Ниже вы найдете соответствующую таблицу.
| Выход | Минимум (В) | Номинал (В) | Максимум (В) |
|---|---|---|---|
| +12 В постоянного тока (или 12 В постоянного тока и 12 В постоянного тока) | 13,4 | 15 | 15,6 |
| +5 В постоянного тока | 5,74 | 6,3 | 7 |
| +3,3 В постоянного тока | 3,76 | 4,2 | 4,3 |
| 5VSB (опция) | 5.74 | 6,3 | 7 |
Как видите, триггерные точки слишком высоки. Производитель может установить OVP на 15,6 для шин + 12 В и при этом оставаться в пределах спецификации. Представьте себе 15,6 В, работающее через компоненты вашей системы!
Поскольку точки триггера UVP не охватываются спецификацией ATX, все производители схем защиты интегральных схем могут устанавливать свои собственные.
OPP (защита от избыточного питания)
Защита от избыточного питания (OPP) срабатывает, когда мощность, которую мы получаем от блока питания, превышает его максимальную номинальную мощность.Обычно производители дают немного места для питания блока питания, поэтому пороговое значение OPP устанавливается на 50-100 Вт (в некоторых случаях даже больше) выше максимальной номинальной мощности блока питания. В одиночных блоках питания + 12 В, где OCP в большинстве случаев не имеет смысла, OPP берет на себя свою роль и отключает блок питания в случае перегрузки шины + 12 В.
OTP (защита от перегрева)
При наличии защиты от перегрева (OTP) мы обычно обнаруживаем термистор, присоединенный к вторичному радиатору (блок управления вентиляторами обычно использует термистор в том же радиаторе).Термистор информирует цепь защиты о температуре радиатора, и, если она превышает заданный порог, блок питания отключается. Чрезмерная температура может быть результатом перегрузки или отказа вентилятора охлаждения, поэтому OTP предотвращает (далее) повреждение блока питания. .Мы считаем, что OTP является одной из самых важных защит в любом блоке питания, хотя во многих моделях она отсутствует.
SCP (защита от короткого замыкания)
Защита от короткого замыкания (SCP) постоянно контролирует выходные рельсы и, если обнаруживает импеданс менее 0,1 Ом, немедленно отключает источник питания. Другими словами, если каким-либо образом выходные шунты замкнуты накоротко, то эта защита срабатывает и отключает блок питания, чтобы предотвратить повреждение или возгорание. Согласно спецификации ATX 2.31 каждая шина + 12В должна иметь отдельное короткое замыкание.Эта защита присутствует практически во всех современных блоках питания (по крайней мере, в фирменных).
,Похожие записи