Защита от короткого замыкания схема: Защита блока питания от короткого замыкания

Содержание

Защита блока питания от короткого замыкания

Для питания своих конструкций радиолюбители нередко используют простейшие блоки, состоящие из понижающего трансформатора и выпрямителя с конденсатором фильтра. И, конечно, в таких блоках нет никакой защиты от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке, хотя оно подчас приводит к выходу из строя выпрямителя и даже трансформатора.

Применять в таких блоках питания в качестве элемента защиты плавкий предохранитель не всегда удобно, да и, кроме того, быстродействие у него невысокое. Один из вариантов решения проблемы защиты от КЗ — включение последовательно с нагрузкой полевого транзистора средней мощности с встроенным каналом.

Дело в том, что на вольт-амперной характеристике такого транзистора есть участок, на котором ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор работает как стабилизатор (ограничитель) тока.

Вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R2 приводятся на рис. 7.1. Работает защита так. Если сопротивление резистора R2 равно нулю (т.е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5 В, и на нагрузке будет практически все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки замыкания ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер.

Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45...0,5 А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе.

Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на «здоровье» деталей блока питания.

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R2. Нужно подобрать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.

Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром. Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. К примеру, схема включения световой сигнализации показана на рис. 7.2.

Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания свето-диода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения. Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям. Схема подключения звукового сигнализатора замыкания приведена на рис. 7.3. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.

При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.

Однопереходный транзистор может быть КТ117А...КТ117Г, телефон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности). Остается добавить, что для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток-исток. Полное описание этого устройства приводится в [103].

Простая защита от короткого замыкания всего на одном реле

Простейшая, надежная защита от короткого замыкания, без логической электроники, транзисторов и всего остального. Светодиоды используются только в качестве индикации.
Данное устройство можно применить в низковольтных схемах, где есть опасность замыкания контактов с выходным напряжением 6 - 18 В.

Понадобится


  • Реле 12 В.

  • Два резистора 10 кОм.

  • Два светодиода разного цвета.

  • Кнопка без фиксации.

Делаем простую защиту от короткого замыкания


Рассмотрим принципиальную схему устройства:

Работает оно следующим образом: При подаче питания, реле остается в неизменном состоянии, горит только красный светодиод. На выходи нет никакого потенциала. Чтобы запустить работу, необходимо кратковременно нажать на кнопку. После этого реле сменит свое состояние, замкнет паралельно контакты кнопки и будет удерживаться в таком состоянии до КЗ. Красный свет потухнет и загорится зеленый. На выходе появится напряжение для питания нагрузки.
Если случится КЗ, общее напряжение цепи упадет до нуля. Контакты реле отпустятся и отключат нагрузку. Чтобы возобновить подачу напряжения на выходе, необходимо будет опять нажать на кнопку однократным нажатием.

Спаяем устройство на универсальной плате:


Слева вход для источника питания, справа выход для нагрузки.

Работа


Подключаем питание. Светится красный светодиод.

В роли нагрузки используется небольшой электродвигатель на 12В. Нажимаем кнопку однократно: светодиод красный потух, загорелся зеленый.

Если мотор был подключен, то он будет работать. Если сейчас замкнуть выходные контакты, то зеленый светодиод потухнет, загорится красный. Питание на выходе пропадет до тех пор, пока повторно не будет нажата тактовая кнопка.

Вот и все! Невероятно простое и надежное в работе устройство. Оно также выключит нагрузку, если входящие питание от источника кратковременно пропадет. Эта функция тоже может быть весьма полезной.

Смотрите видео


Устройство защиты для любого блока питания. Защита блока питания от кз. Схема защиты от короткого замыкания

Устройств необходим блок питания (БП), в котором имеется регулировка выходного напряжения и возможность регулирования уровня срабатывания защиты от превышения по току в широких пределах. При срабатывании защиты, нагрузка (подключенное устройство) должна автоматически отключаться.

Поиск в интернете дал несколько подходящих схем блоков питания. Остановился на одной из них. Схема проста в изготовлении и наладке, состоит из доступных деталей, выполняет заявленные требования.

Предлагаемый к изготовлению блок питания выполнен на базе операционного усилителя LM358 и имеет следующие характеристики :
Входное напряжение, В - 24...29
Выходное стабилизированное напряжение, В - 1...20 (27)
Ток срабатывания защиты, А - 0,03...2,0

Фото 2. Схема БП

Описание работы БП

Регулируемый стабилизатор напряжения собран на операционном усилителе DA1.1. На вход усилителя (вывод 3) поступает образцовое напряжение с движка переменного резистора R2, за стабильность которого отвечает стабилитрон VD1, а на инвертирующий вход (вывод 2) напряжение поступает с эмиттера транзистора VT1 через делитель напряжения R10R7. С помощью переменного резистора R2, можно изменять выходное напряжение БП.

Блок защиты от перегрузок по току выполнен на операционном усилителе DA1.2, он сравнивает напряжения на входах ОУ. На вход 5 через резистор R14 поступает напряжение с датчика тока нагрузки - резистора R13. На инвертирующий вход (вывод 6) поступает образцовое напряжение, за стабильность которого отвечает диод VD2 с напряжением стабилизации около 0,6 в.

Пока падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R13, меньше образцового, напряжение на выходе (вывод 7) ОУ DA1.2 близко к нулю. В том случае, если ток нагрузки превысит допустимый установленный уровень, увеличится напряжение на датчике тока и напряжение на выходе ОУ DA1.2 возрастет практически до напряжения питания. При этом включится светодиод HL1, сигнализируя о превышении, откроется транзистор VT2, шунтируя стабилитрон VD1 резистором R12. Вследствие чего, транзистор VT1 закроется, выходное напряжение БП уменьшится практически до нуля и нагрузка отключится. Для включения нагрузки нужно нажать на кнопку SА1. Регулировка уровня защиты выполняется с помощью переменного резистора R5.

Изготовление БП

1. Основу блока питания, его выходные характеристики определяет источник тока – применяемый трансформатор. В моем случае нашел применение тороидальный трансформатор от стиральной машины. Трансформатор имеет две выходные обмотки на 8в и 15в. Соединив обе обмотки последовательно и добавив выпрямительный мост на имеющихся под рукой диодах средней мощности КД202М, получил источник постоянного напряжения 23в, 2а для БП.


Фото 3. Трансформатор и выпрямительный мост.

2. Другой определяющей частью БП является корпус прибора. В данном случае нашел применение детский диапроектор мешающийся в гараже . Удалив лишнее и обработав в передней части отверстия для установки показывающего микроамперметра, получилась заготовка корпуса БП.


Фото 4. Заготовка корпуса БП

3. Монтаж электронной схемы выполнен на универсальной монтажной плате размером 45 х 65 мм. Компоновка деталей на плате зависит от размеров, найденных в хозяйстве компонентов. Вместо резисторов R6 (настройка тока срабатывания) и R10 (ограничение максимального напряжения на выходе) на плате установлены подстроечные резисторы с увеличенным в 1,5 раза номиналом. По окончании настройки БП их можно заменить на постоянные.


Фото 5. Монтажная плата

4. Сборка платы и выносных элементов электронной схемы в полном объеме для испытания, настройки и регулировки выходных параметров.


Фото 6. Узел управления БП

5. Изготовление и подгонка шунта и дополнительного сопротивления для использования микроамперметра в качестве амперметра или вольтметра БП. Дополнительное сопротивление состоит из последовательно соединенных постоянного и подстроечного резисторов (на фото сверху). Шунт (на фото ниже) включается в основную цепь тока и состоит из провода с малым сопротивлением. Сечение провода определяется максимальным выходным током. При измерении силы тока, прибор подключается параллельно шунту.


Фото 7. Микроамперметр, шунт и дополнительное сопротивление

Подгонка длины шунта и величины дополнительного сопротивления производится при соответствующем подключении к прибору с контролем на соответствие по мультиметру. Переключение прибора в режим Амперметр/Вольтметр выполняется тумблером в соответствии со схемой:


Фото 8. Схема переключения режима контроля

6. Разметка и обработка лицевой панели БП, монтаж выносных деталей. В данном варианте на лицевую панель вынесен микроамперметр (тумблер переключения режима контроля A/V справа от прибора), выходные клеммы, регуляторы напряжения и тока, индикаторы режима работы. Для уменьшения потерь и в связи с частым использованием, дополнительно выведен отдельный стабилизированный выход 5 в. Для чего напряжение, от обмотки трансформатора на 8в, подается на второй выпрямительный мост и типовую схему на 7805 имеющую встроенную защиту.


Фото 9. Лицевая панель

7. Сборка БП. Все элементы БП устанавливаются в корпус. В данном варианте, радиатором управляющего транзистора VT1 служит алюминиевая пластина толщиной 5 мм, закрепленная в верхней части крышки корпуса, служащего дополнительным радиатором. Транзистор закреплен на радиаторе через электроизолирующую прокладку.

Сегодня моя статья будет носить исключительно теоретический характер, вернее в ней не будет «железа» как в предыдущих статьях, но не расстраивайтесь - менее полезной она не стала. Дело в том, что проблема защиты электронных узлов напрямую влияет на надежность устройств, их ресурс, а значит и на ваше важное конкурентное преимущество -

возможность давать длительную гарантию на продукцию . Реализация защиты касается не только моей излюбленной силовой электроники, но и любого устройства в принципе, поэтому даже если вы проектируете IoT-поделки и у вас скромные 100 мА - вам все равно нужно понимать как обеспечить безотказную работу своего устройства.

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

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

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

Цель статьи

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

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

Немного о токах короткого замыкания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы защиты по току

Тут необходимо применить обычную логику и увидеть причинно-следственную связь:
1) Основная проблема - большое значения тока в цепи;
2) Как понять какое значение тока? -> Измерить его;
3) Измерили и получили значение -> Сравниваем его с заданным допустимым значением;
4) Если превысили значение -> Отключаем нагрузку от источника тока.
Измерить ток -> Узнать превысили ли допустимый ток -> Отключить нагрузку
Абсолютно любая защита, не только по току, строится именно так. В зависимости от физической величины по которой строится защита, будут возникать на пути реализации разные технические проблемы и методы их решения, но суть неизменна.

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

Измерение тока

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

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

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

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

В своих устройствах я люблю использовать вот такие шунты PA2512FKF7W0R002E:

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

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

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

  • Используйте шунты, когда у вас большое напряжение и не сильно большие токи
  • Следите за количеством выделяемого на шунте тепла
  • Используйте шунты там, где нужно максимальное быстродействие
  • Используйте шунты только из специальным материалов: константана, манганина и подобных
2) Датчики тока на эффекте Холла . Тут я допущу себе собственную классификацию, которая вполне себе отражает суть различных решений на данном эффекте, а именно: дешевые и дорогие .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Усиление измеренного падения напряжения

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

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

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

Получаем, что разрядность измерения будет всего лишь:

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

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

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

Скачать файл для симуляции у себя можно - .

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

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

  • ОУ должен быть rail-to-rail, чтобы адекватно работать с сигналами около потенциала земли (GND)
  • Стоит выбирать ОУ с высокой скоростью нарастания выходного сигнала. У моего любимого OPA376 этот параметр равен 2В/мкс, что позволяет достигать максимальное выходное значение ОУ равное VCC 3.3В всего за 2 мкс. Этого быстродействия вполне достаточно, чтобы спасти любой преобразователь или нагрузку с частотами до 200 кГц. Данные параметры стоит понимать и включать голову при выборе ОУ, иначе есть шанс поставить ОУ за 10$ там, где хватило бы и усилителя за 1$
  • Полоса пропускания, выбираемого ОУ, должна быть как минимум в 10 раз больше, чем максимальная частота коммутации нагрузки. Опять же ищите «золотую середину» в соотношение «цена/ТТХ», все хорошо в меру
В большинстве своих проектов я использую ОУ от Texas Instruments - OPA376, его ТТХ хватает для реализации защиты в большинстве задач и ценник в 1$ вполне себе хорош. Если вам необходимо дешевле, то смотрите на решения от ST, а если еще дешевле, то на Microchip и Micrel. Я по религиозным соображениям использую только TI и Linear, ибо оно мне нравится и сплю так спокойнее.

Добавляем реализм в систему защиты

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

Скачать файл симуляции для MultiSIM можно - .

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

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

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

Сравнение сигналов с помощью компаратора

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

Формально любой ОУ можно включить как компаратор, но такое решение по ТТХ будет уступать компаратору по быстродействию и соотношению «цена/результат». В нашем случае, чем выше быстродействие, тем выше вероятность, что защита успеет отработать и спасти устройство. Я люблю применять компаратор, опять же от Texas Instrumets - LMV7271 . На что стоит обратить внимание:
  • Задержка срабатывания, по факту это основной ограничитель быстродействия. У указанного выше компаратора это время около 880 нс, что достаточно быстро и во многих задачах несколько избыточно по цене в 2$ и вы можете подобрать более оптимальный компаратор
  • Опять же - советую использовать rail-to-rail компаратор, иначе на выходе у вас будет не 5В, а меньше. Убедиться в этом вам поможет симулятор, выберите что-то не rail-to-rail и поэкспериментируйте. Сигнал с компаратора обычно подается на вход аварии драйверов (SD) и хорошо бы иметь там устойчивый TTL сигнал
  • Выбирайте компаратор с выходом push-pull, а не open-drain и другие. Это удобно и имеем прогнозируемые ТТХ по выходу
Теперь давайте добавим компаратор в наш проект в симуляторе и посмотрим на его работу в режиме, когда защита не сработала и ток не превышает аварийный (кликабельная картинка):

Скачать файл для симуляции в MultiSIM можно - .

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

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

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

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

Почему аппаратная?

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

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

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

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

Эпилог

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

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

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

Основные параметры:

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

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

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

Детали

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

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

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
VT1, VT2 Биполярный транзистор

МП42Б

2 МП39-МП42, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 В блокнот
VT3 Биполярный транзистор

П213Б

1 П213-П215, КТ814, КТ816, КТ818 В блокнот
VD1-VD4 Диод

Д242Б

4 Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л В блокнот
VD5 Диод

КД226Б

1 В блокнот
VD6 Стабилитрон

Д814Д

1 В блокнот
C1 2000 мкФ, 25 В 1 В блокнот
C2 Электролитический конденсатор 500 мкФ. 25 В 1 В блокнот
R1 Резистор

10 кОм

1 В блокнот
R2 Резистор

360 Ом

1 В блокнот
R3 Переменный резистор 4.7 кОм 1 В блокнот
R4, R5 Резистор

Термином «короткое замыкание» в электротехнике называют аварийный режим работы источников напряжения. Он возникает при нарушениях технологических процессов передачи электроэнергии, когда на действующем генераторе или химическом элементе выходные клеммы замыкаются накоротко (закорачиваются).

При этом вся мощность источника мгновенно прикладывается к закоротке. Через нее протекают огромные токи, способные сжечь оборудование и нанести электрические травмы близкорасположенным людям. Для прекращения развития подобных аварий используются специальные защиты.

Какие бывают виды коротких замыканий

Природные электрические аномалии

Они проявляются во время грозовых разрядов, сопровождающихся .

Источниками их образования являются высокие потенциалы статического электричества различных знаков и величин, накопленные облаками при их перемещении ветром на огромные расстояния. В результате естественного охлаждения при подъеме на высоту пары влаги внутри облака конденсируются, образуя дождь.

Влажная среда обладает низким электрическим сопротивлением, которое создает пробой воздушной изоляции для прохождения тока в виде молнии.


Электрический разряд проскакивает между двумя объектами, обладающими разными потенциалами:

  • на приближающихся облаках;
  • между грозовой тучей и землей.

Первый вид молнии опасен для летательных аппаратов, а разряд на землю способен разрушить деревья, здания, промышленные объекты, воздушные линии электропередач. Для защиты от него устанавливают молниеотводы, которые последовательно выполняют функции:

1. приема, притяжения потенциала молнии на специальный улавливатель;

2. пропускания полученного тока по тоководу к контуру заземления здания;

3. отвода высоковольтного разряда этим контуром на потенциал земли.

Короткие замыкания в цепях постоянного тока

Гальванические источники напряжения либо выпрямители создают на выходных контактах разность положительных и отрицательных потенциалов, которые в нормальных условиях обеспечивают работу схемы, например, свечение лампочки от батарейки, как показано на рисунке ниже.

Электрические процессы, происходящие при этом описывает математическое выражение .


Электродвижущая сила источника распределяется на создание нагрузки во внутреннем и внешнем контурах за счет преодоления их сопротивлений «R» и «r».

В аварийном режиме между клеммами батарейки «+» и «-» возникает закоротка с очень низким электрическим сопротивлением, которая практически исключает протекание тока во внешней цепи, выводя эту часть схемы из работы. Поэтому по отношению к номинальному режиму можно считать, что R=0.

Весь ток циркулирует только во внутреннем контуре, обладающим маленьким сопротивлением, и определяется по формуле I=E/r .

Поскольку величина электродвижущей силы не изменилась, то значение тока очень резко возрастает. Такое короткое замыкание протекает по закорачиваемому проводнику и внутреннему контуру, вызывает внутри них огромное выделение тепла и последующее нарушение конструкции.

Короткие замыкания в цепях переменного тока

Все электрические процессы здесь тоже описываются действием закона Ома и происходят по аналогичному принципу. Особенности на их прохождение налагают:

    применение схем однофазных или трехфазных сетей различной конфигурации;

    наличие контура заземления.

Виды коротких замыканий в схемах переменного напряжения

Токи КЗ могут возникнуть между:

    фазой и землей;

    двумя разными фазами;

    двумя разными фазами и землей;

    тремя фазами;

    тремя фазами и землей.

Для передачи электроэнергии по воздушным ЛЭП системы электроснабжения могут использовать разную схему подключения нейтрали:

1. изолированную;

2. глухозаземленную.

В каждом из этих случаев токи коротких замыканий будут формировать свой путь и иметь разную величину. Поэтому все перечисленные варианты сборки электрической схемы и возможности возникновения в них токов коротких замыканий учитываются в создании конфигурации токовых защит для них.

Внутри потребителей электроэнергии, например, электродвигателя тоже может возникнуть короткое замыкание. У однофазных конструкций потенциал фазы может пробить слой изоляции на корпус или нулевой проводник. В трехфазном электрооборудовании дополнительно может возникнуть неисправность между двумя или тремя фазами либо между их сочетаниями с корпусом/землей.

Во всех этих случаях, как и при КЗ в цепях постоянного тока, через образовавшуюся закоротку и всю подключенную к ней до генератора схему будет протекать ток короткого замыкания очень большой величины, вызывающий аварийный режим.

Для его предотвращения используют защиты, которые осуществляют автоматическое снятие напряжение с оборудования, подвергшегося действию повышенных токов.

Как выбирают границы срабатывания защиты от короткого замыкания

Все электрические приборы рассчитаны на потребление определенной величины электроэнергии в своем классе напряжения. Рабочую нагрузку принято оценивать не мощностью, а током. Его проще замерять, контролировать и создавать на нем защиты.

На картинке представлены графики токов, которые могут возникнуть в разных режимах работы оборудования. Под них подбираются параметры настройки и наладки защитных устройств.


На графике коричневым цветом показана синусоида номинального режима, который выбирается в качестве исходного при проектировании электрической схемы, учете мощности электропроводки, подборе токовых защитных устройств.

Частота промышленной синусоиды при этом режиме всегда стабильна, а период одного полного колебания происходит за время 0,02 секунды.

Синусоида рабочего режима на картинке показана синим цветом. Она обычно меньше номинальной гармоники. Люди редко полностью используют все резервы отведенной им мощности. Как пример, если в комнате висит пятирожковая люстра, то для освещения часто включают одну группу лампочек: две или три, а не все пять.

Чтобы электроприборы надежно работали при номинальной нагрузке, создают небольшой запас по току для настройки защит. Величину тока, на который их настраивают для отключения, называют уставкой. При ее достижении выключатели снимают напряжение с оборудования.

В интервале амплитуд синусоид между номинальным режимом и уставкой электросхема работает в режиме небольшого перегруза.

Возможная временна́я характеристика аварийного тока показана на графике черным цветом. У нее амплитуда превышает уставку защит, а частота колебаний резко изменилась. Обычно она имеет апериодический характер. Каждая полуволна изменяется по величине и частоте.


Любая защита от короткого замыкания включает в себя три основных этапа работы:

1. постоянное отслеживание состояния синусоиды контролируемого тока и определение момента возникновения неисправности;

2. анализ создавшейся ситуации и выдача логической частью команды на исполнительный орган;

3. снятие напряжения с оборудования коммутационными аппаратами.

Во многих устройствах используется еще один элемент - ввод задержки времени на срабатывание. Его используют для обеспечения принципа селективности в сложных, разветвленных схемах.

Поскольку синусоида достигает своей амплитуды за время 0,005 сек, то этого периода, как минимум, необходимо для ее замера защитами. Следующие два этапа работы тоже не совершаются мгновенно.

Общее время работы самых быстрых токовых защит по эти причинам чуть меньше периода одного колебания гармоники 0,02 сек.

Конструктивные особенности защит от короткого замыкания

Электрический ток, проходя по любому проводнику, вызывает:

    термический нагрев токопровода;

    наведение магнитного поля.

Эти два действия приняты за основу конструирования защитных аппаратов.

Защиты на основе принципа термического воздействия тока

Тепловое действие тока, описанное учеными Джоулем и Ленцем, используется для защиты предохранителями.

Защита предохранителями

Она основана на установке внутри пути тока плавкой вставки, которая оптимально выдерживает номинальную нагрузку, но перегорает при ее превышении, разрывая цепь.

Чем выше величина аварийного тока, тем быстрее создается разрыв схемы - снятие напряжения. При небольшом превышении тока отключение может произойти через длительный промежуток времени.


Предохранители успешно работают в электронных устройствах, электрооборудовании автомобилей, бытовой техники, промышленных устройствах до 1000 вольт. Отдельные их модели эксплуатируются в цепях высоковольтного оборудования.

Защиты на основе принципа электромагнитного воздействия тока

Принцип наведения магнитного поля вокруг проводника с током позволил создать огромный класс электромагнитных реле и защитных автоматов, использующих катушку отключения.


Ее обмотка расположена на сердечнике - магнитопроводе, в котором складываются магнитные потоки от каждого витка. Подвижный контакт механически связан с якорем, являющимся качающейся частью сердечника. Он прижимается к стационарно закрепленному контакту усилием пружины.

Ток номинальной величины, проходящий по виткам катушки отключения, создает магнитный поток, который не может преодолеть усилие пружины. Поэтому контакты постоянно находятся в замкнутом состоянии.

При возникновении аварийных токов якорь притягивается к стационарной части магнитопровода и разрывает цепь, созданную контактами.

Один из видов автоматических выключателей, работающих на основе электромагнитного снятия напряжения с защищаемой схемы, показан на картинке.


В нем используется:

    автоматическое отключение аварийных режимов;

    система гашения электрической дуги;

    ручное или автоматическое включение в работу.

Цифровые защиты от короткого замыкания

Все рассмотренные выше защиты работают с аналоговыми величинами. Кроме них в последнее время в промышленности и особенно в энергетике начинают активно внедряются цифровые технологии на основе работы и статических реле. Такие же приборы с упрощенными функциями выпускаются для бытовых целей.

Замер величины и направления тока, проходящего по защищаемой схеме, выполняет встроенный понижающий трансформатор тока высокого класса точности. Замеренный им сигнал подвергается оцифровке посредством наложения по принципу амплитудной модуляции.

Затем он поступает на логическую часть микропроцессорной защиты, которая работает по определенному, заранее настроенному алгоритму. При возникновении аварийных ситуаций логика устройства выдает команду исполнительному отключающему механизму на снятие напряжения с сети.

Для работы защиты используется блок питания, берущий напряжение от сети или автономных источников.

Цифровые защиты от коротких замыканий обладают большим количеством функций, настроек и возможностей вплоть до регистрации предаварийного состояния сети и режима ее отключения.

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

Схема защиты блока питания

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

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

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

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

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

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

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


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



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




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

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

Реализация аппаратной защиты по току / Хабр

Сегодня моя статья будет носить исключительно теоретический характер, вернее в ней не будет «железа» как в предыдущих статьях, но не расстраивайтесь — менее полезной она не стала. Дело в том, что проблема защиты электронных узлов напрямую влияет на надежность устройств, их ресурс, а значит и на ваше важное конкурентное преимущество —

возможность давать длительную гарантию на продукцию

. Реализация защиты касается не только моей излюбленной силовой электроники, но и любого устройства в принципе, поэтому даже если вы проектируете IoT-поделки и у вас скромные 100 мА — вам все равно нужно понимать как обеспечить безотказную работу своего устройства.

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

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

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

Цель статьи

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

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

Немного о токах короткого замыкания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы защиты по току

Тут необходимо применить обычную логику и увидеть причинно-следственную связь:

1) Основная проблема — большое значения тока в цепи;

2) Как понять какое значение тока? -> Измерить его;

3) Измерили и получили значение -> Сравниваем его с заданным допустимым значением;

4) Если превысили значение -> Отключаем нагрузку от источника тока.


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

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

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

Измерение тока

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

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

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

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

В своих устройствах я люблю использовать вот такие шунты PA2512FKF7W0R002E:

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

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

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

Рекомендации по использованию:

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

2)

Датчики тока на эффекте Холла

. Тут я допущу себе собственную классификацию, которая вполне себе отражает суть различных решений на данном эффекте, а именно:

дешевые

и

дорогие

.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Усиление измеренного падения напряжения

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

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

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

Получаем, что разрядность измерения будет всего лишь:

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

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

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

Скачать файл для симуляции у себя можно — тут.

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

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

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

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

Добавляем реализм в систему защиты

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

Скачать файл симуляции для MultiSIM можно — тут.

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

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

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

Сравнение сигналов с помощью компаратора


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

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

LMV7271

. На что стоит обратить внимание:

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

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

Скачать файл для симуляции в MultiSIM можно — тут.

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

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

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

Давайте пересмотри пункты из нашей «логики»:
1) Измерили ток на шунте и получили 68.9 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 3.4В;
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В < 3.4В. На прямом входу (+) напряжение НИЖЕ, чем на инверсном входе (-), значит ток превышен и на выходе лог. 0 — драйвера НЕ работают, а наш светодиод LED1 горит.

Почему аппаратная?

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

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

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

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

Эпилог

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

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

Защита от короткого замыкания на реле.Работает быстрее предохранителя | Электронные схемы

защита от кз на реле

защита от кз на реле

С помощью этого простого устройства,можно защитить блок питания или технику при коротком замыкании.Защита выполнена всего на четырех деталях:реле на 12 Вольт с нормально разомкнутым контактом,кнопка (о резисторе R2 позже) и светодиоде с резистором.

защита от короткого замыкания на реле и кнопке

защита от короткого замыкания на реле и кнопке

Как работает эта защита.При подаче питания на вход,ток идет по пути через светодиод с резистором и через катушку реле на минус.Светодиод при этом светит,ток в нагрузку не идет.Но если в нагрузке будет лампа накаливания,то ее низкое сопротивление зашунтирует катушку реле и ток пойдет не через катушку реле а через лампу.Этот ток 10-15мА на лампу накаливания никак не влияет.Когда нажимаем на кнопку,ток пойдет по ней и к катушке реле,контакт реле замкнется,кнопка и светодиод будут зашунтированы контактом,светодиод не светит и ток пойдет к нагрузке.Но какое-то время при нажатии на кнопку ток пойдет по ней в нагрузку .Это время составляет 5-10 миллисекунд пока не сработает реле.Если нагрузка потребляет большой ток,то последовательно кнопке можно поставить резистор,который ограничит ток через кнопку.Сопротивление этого резистора и кнопку надо подбирать исходя из потребляемого тока нагрузкой .На фото кнопка,рассчитанная на 15А /125 Вольт переменного тока,на постоянном токе при 12 Вольт наверняка будет работать примерно до 7-10А, поэтому резистор к ней не применял.

защита от короткого замыкания на реле

защита от короткого замыкания на реле

Если теперь устроить короткое замыкание в нагрузке,на обмотке реле упадет напряжение и контакты реле разомкнутся обесточив нагрузку и светодиод вновь светит.

схема на реле

схема на реле

Нельзя нажимать на кнопку,пока не устранить причину,вызвавшую короткое замыкание.Проверил,кто быстрее сработает,плавкий предохранитель или контакты реле.Предохранитель на 1.5А установил в плюс питания.При коротком замыкании,контакты реле сработали быстрее.

короткое замыкание в нагрузке

короткое замыкание в нагрузке

С

Защита бп от кз на реле. Самодельный блок питания с системой защиты от коротких замыканий. Устройства защиты от аварийных режимов в сети

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

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

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

Электрическая принципиальная схема самодельного блока питания с защитой от коротких замыканий

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

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

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

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

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

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

Печатная плата блока питания

У каждого радиолюбителя, регулярно занимающегося конструированием электронных устройств, думаю, имеется дома регулируемый блок питания. Штука действительно удобная и полезная, без которого, испробовав его в действии, обходиться становится трудно. Действительно, нужно ли нам проверить, например светодиод, то потребуется точно выставлять его рабочее напряжение, так как при значительном превышении подаваемого напряжения на светодиод, последний может просто сгореть. Также и с цифровыми схемами, выставляем выходное напряжение по мультиметру 5 вольт, или любое другое нужное нам и вперед.

Многие начинающие радиолюбители, сначала собирают простой регулируемый блок питания, без регулировки выходного тока и защиты от короткого замыкания. Так было и со мной, лет 5 назад собрал простой БП с регулировкой только выходного напряжения от 0,6 до 11 вольт. Его схема приведена на рисунке ниже:

Но несколько месяцев назад решил провести апгрейд этого блока питания и дополнить его схему небольшой схемкой защиты от короткого замыкания. Эту схему нашел в одном из номеров журнала Радио. При более детальном изучении выяснилось, что схема во многом напоминает приведенную выше принципиальную схему, собранного мной ранее блока питания. При коротком замыкании в питаемой схеме светодиод индикации КЗ гаснет, сигнализируя об этом, и выходной ток становится равен 30 миллиампер. Было решено, взяв часть этой схемы дополнить свою, что и сделал. Оригинал, схему из журнала Радио, в которую входит дополнение, привожу на рисунке ниже:

На следующем рисунке показывается часть этой схемы, которую нужно будет собрать.

Номинал некоторых деталей, в частности резисторов R1 и R2, нужно пересчитать в сторону увеличения. Если у кого-то остались вопросы, куда подсоединять выходящие провода с этой схемы, приведу следующий рисунок:

Еще дополню, что в собираемой схеме, вне зависимости, будет это первая схема, или схема из журнала Радио необходимо поставить на выходе, между плюсом и минусом резистор 1 кОм. На схеме из журнала Радио это резистор R6. Дальше осталось протравить плату и собрать все вместе в корпусе блока питания. Зеркалить платы в программе Sprint Layout не нужно. Рисунок печатной платы защиты от короткого замыкания:

Примерно месяц назад мне попалась на глаза схема приставки регулятора выходного тока, которую можно было использовать совместно с этим блоком питания. Схему взял с этого сайта. Тогда собрал эту приставку в отдельном корпусе и решил подключать её по мере необходимости для зарядки аккумуляторов и тому подобных действий, где важен контроль выходного тока. Привожу схему приставки, транзистор кт3107 в ней заменил на кт361.

Но впоследствии пришла в голову мысль соединить, для удобства, все это в одном корпусе. Открыл корпус блока питания и посмотрел, места осталось маловато, переменный резистор не поместится. В схеме регулятора тока используется мощный переменный резистор, имеющий довольно большие габариты. Вот как он выглядит:

Тогда решил просто соединить оба корпуса на винты, сделав соединение между платами проводами. Также поставил тумблер на два положения: выход с регулируемым током и нерегулируемым. В первом случае, выход с основной платы блока питания соединялся с входом регулятора тока, а выход регулятора тока шел на зажимы на корпусе блока питания, а во втором случае, зажимы соединялись напрямую с выходом с основной платы блока питания. Коммутировалось все это шести контактным тумблером на 2 положения. Привожу рисунок печатной платы регулятора тока:

На рисунке печатной платы, R3.1 и R3.3 обозначены выводы переменного резистора первый и третий, считая слева. Если кто-то захочет повторить, привожу схему подключения тумблера для коммутации:

Печатные платы блока питания, схемы защиты и схемы регулировки тока прикрепил в архиве . Материал подготовил AKV.

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

Устройства защиты от аварийных режимов в сети

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

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

Самым распространенным предохранителем в советское время была «пробка».

Предохранитель — «пробка»

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

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

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

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


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

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

Принципы построения защиты

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

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

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

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

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


Выбор автоматических выключателей

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

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

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

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

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

Устройств необходим блок питания (БП), в котором имеется регулировка выходного напряжения и возможность регулирования уровня срабатывания защиты от превышения по току в широких пределах. При срабатывании защиты, нагрузка (подключенное устройство) должна автоматически отключаться.

Поиск в интернете дал несколько подходящих схем блоков питания. Остановился на одной из них. Схема проста в изготовлении и наладке, состоит из доступных деталей, выполняет заявленные требования.

Предлагаемый к изготовлению блок питания выполнен на базе операционного усилителя LM358 и имеет следующие характеристики :
Входное напряжение, В - 24...29
Выходное стабилизированное напряжение, В - 1...20 (27)
Ток срабатывания защиты, А - 0,03...2,0

Фото 2. Схема БП

Описание работы БП

Регулируемый стабилизатор напряжения собран на операционном усилителе DA1.1. На вход усилителя (вывод 3) поступает образцовое напряжение с движка переменного резистора R2, за стабильность которого отвечает стабилитрон VD1, а на инвертирующий вход (вывод 2) напряжение поступает с эмиттера транзистора VT1 через делитель напряжения R10R7. С помощью переменного резистора R2, можно изменять выходное напряжение БП.
Блок защиты от перегрузок по току выполнен на операционном усилителе DA1.2, он сравнивает напряжения на входах ОУ. На вход 5 через резистор R14 поступает напряжение с датчика тока нагрузки - резистора R13. На инвертирующий вход (вывод 6) поступает образцовое напряжение, за стабильность которого отвечает диод VD2 с напряжением стабилизации около 0,6 в.

Пока падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R13, меньше образцового, напряжение на выходе (вывод 7) ОУ DA1.2 близко к нулю. В том случае, если ток нагрузки превысит допустимый установленный уровень, увеличится напряжение на датчике тока и напряжение на выходе ОУ DA1.2 возрастет практически до напряжения питания. При этом включится светодиод HL1, сигнализируя о превышении, откроется транзистор VT2, шунтируя стабилитрон VD1 резистором R12. Вследствие чего, транзистор VT1 закроется, выходное напряжение БП уменьшится практически до нуля и нагрузка отключится. Для включения нагрузки нужно нажать на кнопку SА1. Регулировка уровня защиты выполняется с помощью переменного резистора R5.

Изготовление БП

1. Основу блока питания, его выходные характеристики определяет источник тока – применяемый трансформатор. В моем случае нашел применение тороидальный трансформатор от стиральной машины. Трансформатор имеет две выходные обмотки на 8в и 15в. Соединив обе обмотки последовательно и добавив выпрямительный мост на имеющихся под рукой диодах средней мощности КД202М, получил источник постоянного напряжения 23в, 2а для БП.


Фото 3. Трансформатор и выпрямительный мост.

2. Другой определяющей частью БП является корпус прибора. В данном случае нашел применение детский диапроектор мешающийся в гараже . Удалив лишнее и обработав в передней части отверстия для установки показывающего микроамперметра, получилась заготовка корпуса БП.


Фото 4. Заготовка корпуса БП

3. Монтаж электронной схемы выполнен на универсальной монтажной плате размером 45 х 65 мм. Компоновка деталей на плате зависит от размеров, найденных в хозяйстве компонентов. Вместо резисторов R6 (настройка тока срабатывания) и R10 (ограничение максимального напряжения на выходе) на плате установлены подстроечные резисторы с увеличенным в 1,5 раза номиналом. По окончании настройки БП их можно заменить на постоянные.


Фото 5. Монтажная плата

4. Сборка платы и выносных элементов электронной схемы в полном объеме для испытания, настройки и регулировки выходных параметров.


Фото 6. Узел управления БП

5. Изготовление и подгонка шунта и дополнительного сопротивления для использования микроамперметра в качестве амперметра или вольтметра БП. Дополнительное сопротивление состоит из последовательно соединенных постоянного и подстроечного резисторов (на фото сверху). Шунт (на фото ниже) включается в основную цепь тока и состоит из провода с малым сопротивлением. Сечение провода определяется максимальным выходным током. При измерении силы тока, прибор подключается параллельно шунту.


Фото 7. Микроамперметр, шунт и дополнительное сопротивление

Подгонка длины шунта и величины дополнительного сопротивления производится при соответствующем подключении к прибору с контролем на соответствие по мультиметру. Переключение прибора в режим Амперметр/Вольтметр выполняется тумблером в соответствии со схемой:


Фото 8. Схема переключения режима контроля

6. Разметка и обработка лицевой панели БП, монтаж выносных деталей. В данном варианте на лицевую панель вынесен микроамперметр (тумблер переключения режима контроля A/V справа от прибора), выходные клеммы, регуляторы напряжения и тока, индикаторы режима работы. Для уменьшения потерь и в связи с частым использованием, дополнительно выведен отдельный стабилизированный выход 5 в. Для чего напряжение, от обмотки трансформатора на 8в, подается на второй выпрямительный мост и типовую схему на 7805 имеющую встроенную защиту.


Фото 9. Лицевая панель

7. Сборка БП. Все элементы БП устанавливаются в корпус. В данном варианте, радиатором управляющего транзистора VT1 служит алюминиевая пластина толщиной 5 мм, закрепленная в верхней части крышки корпуса, служащего дополнительным радиатором. Транзистор закреплен на радиаторе через электроизолирующую прокладку.

Представленные ниже радиолюбительские схемы защиты блоков питания или зарядных устройств могут совместно работать практически с любыми источниками - сетевыми, импульсными и аккумуляторными батареями. Схемотехническая реализация этих конструкция относительна проста и доступна для повторения даже начинающим радиолюбителем.

Силовая часть выполнена на мощном полевом транзистор. В процессе работы он не перегревается, поэтому теплоотвод можно не использовать. Устройство одновременно является отлично защитой от переплюсовки, перегрузки и короткого замыкания в выходной цепи, ток срабатывания можно подобрать подбором резистора шунта, в нашем случае он составляет 8 Ампер, использовано 6 параллельно подключенных сопротивлений мощностью 5 ватт 0,1 Ом. Шунт можно сделать также из сопротивления мощностью 1-3 ватт.


Более точно защиту можно подстроить путем регулировки сопротивления подстроечного резистора. При коротком замыкании и перегрузке на выходе, защита почти сразу сработает, отключив блок питания. О сработавшей защите подскажет светодиод. Даже при замыкании выхода на 30-40 секунд, полевик остается почти холодным. Его тип не критичен, подойдут практически любые силовые ключи с током 15-20 Ампер на рабочее напряжение 20-60 Вольт. Отлично подойдут транзисторы из серии IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные.

Данный вариант схемы будет полезен автолюбителям в роли защиты зарядного устройства для свинцовых аккумуляторов, если вдруг перепутаете полярность подсоединения, то с ЗУ ничего страшного не случится.

Благодаря быстрому срабатыванию защиты, ее можно отлично использовать для импульсных схем, при коротком замыкании защита сработает гораздо быстрее, чем перегорят силовые ключи импульсного БП. Конструкция подойдет также для импульсных инверторов, в роли токовой защиты.

Защита от короткого замыкания на MOSFET-транзисторе

Если в ваших блоках питания и ЗУ для переключения нагрузки используется полевой транзистор (MOSFET), то вы можете легко добавить в такую схему защиту от короткого замыкания или перегрузки. В данном примере мы будем применять внутреннее сопротивление RSD, на котором возникает падение напряжения, пропорциональное току, идущему через MOSFET.

Напряжение, следующее через внутренний резистор, может регистрироваться с помощью компаратора или даже транзистора, переключающегося при напряжении уровнем от 0.5 В, т.е, можно отказаться от применения токочувствительного сопротивления (шунта), на котором обычно возникает излишек напряжения. За компаратором можно следить с помощью микроконтроллера. В случае КЗ или перегрузки программно можно запустить ШИМ-регулирование, сигнализацию, аварийную остановку). Возможно также подсоединение выхода компаратора к затвору полевого транзистора, если при возникновении КЗ нужно сразу же отключить полевик.

Блок питания с системой защиты от КЗ

Несложная схема защиты от короткого замыкания

Схема защиты цепей постоянного тока проста в сборке и не нуждается в настройке. Способна не только отслеживать короткое замыкание в цепи, но и следить за понижением напряжения на нагрузке. Устройство умеет индикацию работы и кнопку запуска.

Для сборки понадобятся следующие детали:

  • Операционный усилитель LM358 — http://ali.pub/5jqqeg
  • Микросхема-стабилизатор TL431 — http://alii.pub/5mclsi
  • Тактовая кнопка — http://alii.pub/5nnu8o
  • Светодиод — http://alii.pub/5lag4f
  • Транзистор IRFZ441N — http://alii.pub/5ct567
  • Переменный резистор 50 кОм — http://alii.pub/5o27v2
  • Резисторы: 3 кОм, 200 кОм, 1 кОм — 2 штуки — http://alii.pub/5h6ouv

Принципиальная схема

Устройство защиты состоит из ключа на транзисторе, который коммутирует нагрузку с источником тока. Транзистором в свою очередь управляет операционный усилитель, собранный на микросхеме LM358, который берет данные с нагрузки и стабилизатора напряжения, собранного на TL431.

Переменным резистором задается порог срабатывания. Как только на нагрузке напряжение упадет ниже порога срабатывания, операционный усилитель закроет ключ и нагрузка обесточится.

Изготовление устройства защиты от короткого замыкания

Схема собирается навесным монтажом. В роли шин питания использованы толстые металлические проводники. Слева вход питания с блока, справа выход на нагрузку.

Проверка в работе и настройка

Подключаем схему в цепь. В роли нагрузки используется лампа накаливания. В роли источника — регулируемый источник постоянного тока на напряжение 5-15 В.

Пока устройство выключено — горит светодиод. Если нажать на кнопку, а лампа не загорится, значит на переменном резисторе установлен слишком большой порог. Нужно взять отвертку и выставить нужный.

Теперь если нажать на кнопку, то загорится лампочка. Схема работает. Стоит только замкнуть вывода лампы, как устройство тут же отключит ее от питания. И будет ждать повторного включения кнопкой.

Одна полезная функция схемы

Данная схема может не только работать зажитой от КЗ, но и зажитой от чрезмерной нагрузки двигателя. Для наглядности подключим двигатель постоянного тока вместо лампы накаливания. Нажмем на кнопку, вал мотора крутится как надо.

Теперь, если затормозить вал двигателя пальцем, в цепи «просядет» напряжение и устройство отключит двигатель, тем самым защитив его и источник питания.

Данная функция может быть крайне полезной для различных целей.

Смотрите видео

Подробную сборку и испытание устройства смотрите ниже: Как сделать простейший драйвер для двигателя старого HDD —

Проектирование защиты цепей, продукты и методы | Arrow.com

Из-за относительной непредсказуемости современных технологий защита цепей является абсолютной необходимостью в конструкциях, которые должны быть надежными. В этой статье мы рассмотрим защиту цепи в целом и способы снижения различных типов повреждений.

Защита цепей: критически важна для устройств и компонентов

При разработке схем нам часто нравится думать, что мир предоставляет нам идеальные условия, в которых наши источники питания не имеют шума, конденсаторы не имеют сопротивления, а логические уровни мгновенно повышаются и понижаются.Однако реальный мир далек от идеала. Источники питания могут быть очень шумными (особенно преобразователи постоянного тока в постоянный), конденсаторы часто имеют эквивалентное последовательное сопротивление, а логические уровни обычно связаны со всеми видами проблем синхронизации.

Даже если мы рассмотрим эти реальные влияния на компоненты и устройства, есть одна область, которую многие разработчики обычно забывают решать, - защита цепей. Схема, построенная на макете или прототипе печатной платы, может хорошо работать в лабораторных условиях, но реальный мир не обязательно предлагает эти идеальные условия, и любой, кто имел дело с компонентами, чувствительными к статическому электричеству, точно знает, к чему это приведет.Скачки напряжения из-за скачков напряжения могут повредить регуляторы, в то время как статические удары пользователей могут убить микроконтроллер без какого-либо уведомления. Поскольку разработчики никогда не могут быть полностью уверены в том, что их схема может испытать, считается хорошей практикой защищать схемы от как можно большего количества различных источников повреждений.

Типичные источники повреждения цепи

Хотя существует множество источников потенциальных повреждений, к основным из них относятся электростатический разряд, обратный ход индуктора и скачки напряжения в электросети.

Электростатический разряд - это статический разряд. Это, безусловно, один из главных убийц устройств на основе CMOS. Статические разряды могут происходить из различных источников, но одним из наиболее распространенных источников являются люди. У людей есть привычка покрывать свое тело материалом и прикреплять резину к подошвам ног. В результате при движении материал и резина могут тереться о кожу и другие поверхности; это, в свою очередь, создает статический заряд. Когда статически заряженный человек касается электронной схемы, существует значительный риск того, что заряд может быть передан от человека к цепи, тем самым подвергая цепь воздействию многих тысяч вольт.Хотя количество энергии, передаваемой в схему, очень мало, высокое напряжение может легко вызвать пробой диэлектрика в технологии на основе МОП (например, транзисторов, регуляторов, микроконтроллеров и т. Д.). Другие технологии, основанные на барьерах и переходах (такие как BJT и FET), меньше подвержены статическому удару, но все же существует риск их повреждения.

Обратный ход индуктора - это явление, которое возникает, когда ток, проходящий через индуктивный элемент (например, катушку или дроссель), внезапно изменяется.Когда это происходит, необходимо высвободить энергию, накопленную в магнитном поле. Коллапс магнитного поля вызывает индуцирование напряжения (но с противоположной полярностью по отношению к источнику напряжения к катушке индуктивности). Это индуцированное напряжение называется «обратной ЭДС» и очень опасно для чувствительных цепей, например, на основе кремния. Обратная ЭДС даже от небольших катушек индуктивности может составлять многие сотни вольт. Общие источники обратной ЭДС включают дроссели, двигатели и трансформаторы.

Сеть, также известная как скачки напряжения в сети, возникает из-за нескольких источников, включая отказ электростанции, отказ подстанции и молнии.Скачок напряжения в сети - это когда в электрическую сеть возникает большой скачок напряжения. Этот внезапный всплеск может затронуть почти все устройства, подключенные к сети. Классический пример скачков напряжения в сети - отключение электроэнергии во время грозы. Молния может ударить по пилону, что вызовет выброс во всей сети. Подстанции могут быть повреждены скачком напряжения, в результате чего мощность, которую они обеспечивают, отключается, или он может обнаружить скачок и затем намеренно отключить питание, чтобы предотвратить повреждение потребителей в линии.Скачки также могут возникать при повторном подключении питания, когда область, на которую не подается питание, внезапно снова подключается к сети.

Методы защиты цепей

Итак, мы видим, что существует множество различных потенциальных источников повреждений, но как мы можем защитить наши схемы от таких повреждений?

Стабилитроны / Серийные ограничивающие резисторы

Стабилитроны

являются одними из наиболее часто используемых устройств защиты схем благодаря их способности фиксировать напряжение.При использовании в режиме прямого смещения они будут фиксировать напряжение до 0,6 В, как и любой другой кремниевый диод; однако, в отличие от кремниевых диодов, при использовании в режиме обратного смещения они будут фиксировать определенное значение напряжения.

Например, стабилитрон 5 В1 будет ограничивать напряжение в режиме обратного смещения до 5,1 В, так что, если напряжение на диоде превышает 5,1 В, напряжение не может быть выше. Эти диоды часто используются вместе с последовательным ограничивающим резистором, чтобы ток через стабилитрон не мог превышать его предел.Последовательный ограничительный резистор также может защитить схему от скачков тока. Однако следует отметить, что последовательные ограничивающие резисторы могут влиять на быстродействие схемы и более применимы к входам с высоким импедансом.

Дроссель: Индуктор

Дроссель - это специальная пара катушек индуктивности, которая может противостоять резким изменениям тока. Например, скачок напряжения в электрической сети может попасть на вход питания чувствительной цепи.Если дроссель включен последовательно с входом питания, то скачок напряжения (который также вызовет скачок тока I, пропорционален напряжению V) уменьшается, и остальная часть цепи менее подвержена скачку напряжения.

Конденсаторы развязки

Скачки напряжения и тока - не единственная опасность, с которой может столкнуться электрическая цепь. Еще один источник потенциального ущерба - отключения электроэнергии, которые относятся к внезапному отказу в источнике питания и могут длиться несколько сотен миллисекунд.Хотя это не представляет особой проблемы для простых устройств, таких как вентиляторы и осветительные приборы, это может быть очень вредным для устройств, использующих цифровую логику, таких как компьютеры, ноутбуки и системы безопасности.

В то время как с большими отключениями, которые длятся более полсекунды, очень трудно бороться (часто требуется дополнительный резервный источник питания), короткие отключения, которые могут быть вызваны включением устройств (например, радиомодуля), могут быть решены с помощью разделительных конденсаторов. Разделительный конденсатор - это не что иное, как конденсатор большой емкости, который остается заряженным при нормальной работе, но может перекачивать свою энергию обратно в цепь во время сбоев для поддержания напряжения питания.Такие конденсаторы часто устанавливаются перед схемами управления питанием, например, линейные регуляторы для микроконтроллеров. Это гарантирует, что напряжение на микроконтроллере может поддерживаться должным образом (помните, что многие регуляторы могут принимать широкий диапазон входного напряжения, но многие микроконтроллеры не могут обрабатывать большие отклонения напряжения). Другое применение развязывающих конденсаторов включает защиту схемы от шума, вводимого в источник питания другими переключающими устройствами, включая преобразователи постоянного тока в постоянный, процессоры, датчики, радиомодули и высокоскоростные цифровые схемы.Хорошее практическое правило в этих случаях - дать каждому контакту питания на микроконтроллере отдельный выделенный конденсатор развязки, который находится напротив источника питания микроконтроллера.

Предохранитель

Многие методы защиты цепей часто связаны с внешними воздействиями, но иногда цепи необходимо защищать от самих себя. Классическим примером самозащиты является защита от короткого замыкания с помощью предохранителя. Хотя не все схемы страдают от этой проблемы, некоторые конструкции могут включать схемы, которые могут потреблять большой ток в условиях неисправности.

Например, двухтактный усилитель может иметь возможность подключения к внешним устройствам, но также может зависеть от этого устройства, имеющего минимальный импеданс. В этой ситуации двухтактное соединение уязвимо для короткого замыкания. И хотя усилитель может справляться с током, другие компоненты в цепи - нет. В этом сценарии предохранители могут использоваться последовательно с источниками питания, входами и выходами, чтобы гарантировать, что цепь не может потреблять опасные количества тока.Существует множество типов предохранителей, причем проволочные предохранители полезны для устройств с питанием от сети, в то время как небольшие сбрасываемые предохранители больше подходят для цифровых схем, таких как Arduinos.

Защитные диоды

Защитные диоды имеют решающее значение в конструкциях, где обратный поток индуктора может происходить от таких компонентов, как катушки и двигатели. Хотя сами двигатели и катушки не подвержены риску повреждения, проблема возникает, когда эти компоненты вводят свою обратную ЭДС в цепь, содержащую чувствительные схемы, такие как микроконтроллеры, транзисторы и датчики.Удаление обратной ЭДС - очень простая задача, для которой требуется только один диод, расположенный параллельно устройству, которое, как ожидается, будет производить обратную ЭДС. Важно отметить, что это работает только для установок постоянного тока, поскольку диод размещен параллельно индуктивному элементу, но с обратным смещением с источником напряжения индуктивных элементов. Когда питание индуктивного элемента отключено, обратная ЭДС проходит через диод и удерживается вдали от других компонентов в цепи.

Средства защиты цепей

Хотя дискретные компоненты могут использоваться для защиты цепей, на рынке также есть специальные компоненты, которые включают выделенные схемы именно для этой задачи.Давайте рассмотрим несколько примеров компонентов, которые можно использовать для защиты цепей.

Комплекты диодной матрицы

Пакеты с диодной матрицей объединяют несколько диодов в один корпус, который может использоваться для самых разных целей. Одно из наиболее популярных применений - защита контактов USB-разъемов (например, D + и D-) от внешнего электростатического разряда. Примеры корпусов с диодной матрицей включают NZQA5V6AXV5 от ON Semiconductor, который включает четыре стабилитрона с общим подключением, и TPD3E001 от Texas Instruments, который включает семь диодов и предназначен специально для защиты USB-портов, а также для обеспечения каналов с низкой емкостью.

Диоды-ограничители переходных процессов

Эти типы диодов специально предназначены для больших перепадов напряжения и полезны для защиты соединений отдельных цепей, а также для использования в качестве защиты от противо-ЭДС. Одним из примеров подавляющего диода может быть SMAJ33A-13-F от Diode Incorporated, который способен рассеивать пиковую мощность 400 Вт, имеет быстрое время отклика и может проводить пиковый ток до 40 А. Другим примером подавляющего диода может быть 5KP100A-E3 / 54 от Vishay, который способен рассеивать пиковую импульсную мощность 5000 Вт, тем самым защищая цепь достаточно долго, чтобы главный предохранитель / прерыватель мог отключать питание.

Восстанавливаемые предохранители

Восстанавливаемые предохранители - это компоненты, которые могут предотвратить повреждение цепей в условиях короткого замыкания. Однако, в отличие от обычных предохранителей, которые после сгорания требуют замены. Восстанавливаемые предохранители нет. Эти устройства обычно относятся к типу PTC, что означает положительный температурный коэффициент. Восстанавливаемые предохранители зависят от повышения их температуры по мере увеличения тока через них. Повышение температуры увеличивает сопротивление в эффекте убегания, что, в свою очередь, снижает ток, который может протекать.

Примером коммерческого предохранителя PTC является Littelfuse, RF4573-000. Этот SMD-предохранитель автомобильного класса доступен в широком диапазоне номинальных значений напряжения и тока. Другой пример предохранителя PTC - 0ZRE0075FF1A от Bel. Это сквозное устройство, часто предназначенное для более мощных устройств, таких как блоки питания.

Заключение

Хотя существует несколько механизмов электрического повреждения, которые могут повлиять на цепь, в том числе правильные компоненты защиты цепи и решения помогут повысить надежность.Таким образом улучшаются общие характеристики разрабатываемой электроники и устройств.

Защита от короткого замыкания или перегрузки | Управление двигателем

Перегрузка по току или перегрузка по току - это ситуация, когда существует больше, чем предполагалось, электрический ток.

Как мы знаем, перегрузка по току или перегрузка по току - это ситуация, когда существует больше, чем предполагалось, электрический ток. Это приводит к чрезмерному выделению тепла и риску возгорания или повреждения оборудования, а также к потенциальным травмам рабочих.Обеспечение надлежащей защиты может не только защитить рабочих от травм, но и предотвратить простои и техническое обслуживание.

Защита от перегрузки - это защита от длительной перегрузки по току. Защита от перегрузки обычно работает по кривой с обратнозависимой выдержкой времени, когда время отключения становится меньше по мере увеличения тока. Это означает, что реле перегрузки не срабатывает при кратковременных или кратковременных перегрузках по току, которые являются нормальными для оборудования, которое оно защищает.Например, какое-то оборудование может вызывать пусковые токи при запуске. Однако этот бросок тока обычно длится всего несколько секунд и редко является проблемой. Реле перегрузки используются в цепи двигателя для защиты двигателей от повреждений, вызванных длительными периодами перегрузки по току .

Короткое замыкание происходит, когда ток проходит по непредусмотренному пути, часто при практически полном отсутствии (или очень низком) электрическом импедансе. Защита от короткого замыкания - это защита от чрезмерных токов или токов, превышающих допустимый для оборудования номинальный ток, и она срабатывает мгновенно.Как только обнаруживается перегрузка по току, устройство отключается и размыкает цепь.

В части 1 этой видеотемы мы объясняем, как выбрать между защитой от короткого замыкания или защитой от перегрузки.

(см. Часть 2 ЗДЕСЬ, чтобы получить более подробное представление)

Если у вас есть вопросы об этих или любых других продуктах, свяжитесь с EECO по телефону 800.993.3326

.

Защита от короткого замыкания

Защита от короткого замыкания

Основным недостатком последовательного регулятора является то, что проходной транзистор включен последовательно. с грузом.Если в нагрузке возникнет короткое замыкание, в цепи будет протекать большой ток. схема регулятора. Проходной транзистор может быть поврежден этим чрезмерным током. Ты может поместить предохранитель в цепь, но во многих случаях транзистор будет поврежден до того, как сработает предохранитель. Лучший способ защитить эту цепь - ограничить ток. автоматически до безопасного значения. Показан последовательный регулятор со схемой ограничения тока. на рисунке 4-50. Следует помнить, что для того, чтобы кремниевый NPN-транзистор проводил, база должна быть между 0.6 вольт на 0,7 вольт положительнее, чем эмиттер. Резистор R4 разовьется падение напряжения на 0,6 вольт, когда ток нагрузки достигнет 600 миллиампер. Это иллюстрируется законом Ома:

Рисунок 4-50. - Последовательный регулятор с ограничением тока.

Когда ток нагрузки ниже 600 мА, напряжение база-эмиттер на Q2 не изменяется. достаточно высокий, чтобы позволить Q2 проводить.Когда Q2 отключен, схема действует как последовательное соединение. регулятор.

Когда ток нагрузки увеличивается выше 600 мА, падение напряжения на R4 увеличивается до более 0,6 вольт. Это заставляет Q2 проходить через резистор R2, тем самым уменьшение напряжения на базе проходного транзистора Q1. Это действие заставляет Q1 проводить меньше. Следовательно, ток не может превышать 600-700 миллиампер.

Увеличивая значение R4, вы можете ограничить ток практически любым значением.Для Например, резистор на 100 Ом вызывает падение напряжения 0,6 В при 6 мА Текущий. Вы можете встретить более сложные схемы ограничения тока, но теория работы всегда одинакова. Если вы понимаете эту схему, у вас не должно быть проблема с остальными.

УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Каждый раз, когда вы работаете с электричеством, соблюдайте правила техники безопасности. крайне важно помнить.Перед всеми электронными техническими руководствами вы всегда найдете раздел о технике безопасности. Также размещено на каждой единице оборудования должен быть знак с указанием конкретных мер предосторожности для этого оборудования. Одна область, которая иногда упускается из виду и представляет опасность, особенно на борту судна, - это метод, при котором оборудование заземлено. Заземлив обратную сторону силового трансформатора на металл. шасси, нагрузка, питаемая от источника питания, может быть подключена непосредственно к металлу шасси.Таким образом, отпадает необходимость подключения проводки непосредственно к обратной стороне трансформатора. устранено. Этот метод экономит провода и снижает стоимость сборки оборудования, а также хотя он решает одну из проблем производителя, он создает проблему для вас, техник. Если шасси физически не заземлено на массу судна (корпус), шасси может заряжаться (или может плавать) на несколько сотен вольт над землей корабля. если ты контактировать с металлическим шасси одновременно с корабельным корпус, ток от шасси может использовать ваше тело в качестве пути с низким сопротивлением обратно к судовые генераторы переменного тока.В лучшем случае это может быть неприятный опыт; в худшем случае это может быть фатальный. По этой причине электронное оборудование ВМФ всегда заземлено на корпус корабля, и утвержденные резиновые коврики требуются во всех помещениях, где присутствует электронное оборудование. Поэтому перед началом работы с любым электронным или электрическим оборудованием, ВСЕГДА УБЕДИТЕСЬ, ЧТО ОБОРУДОВАНИЕ И ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, которое ВЫ ИСПОЛЬЗУЕТЕ, ИСПОЛЬЗУЕТСЯ НАДЛЕЖАЩИМ ЗАЗЕМЛЕНИЕМ И РЕЗИНОВЫЙ МАТ, НА КОТОРЫЙ ВЫ УСТАНАВЛИВАЕТЕСЬ, В ХОРОШЕМ СОСТОЯНИИ.Пока вы следуете этим простые правила, вы сможете избежать возможности стать электрическим дирижер.

ТЕСТИРОВАНИЕ

В тестировании электронного оборудования широко используются две проверки: ВИЗУАЛЬНАЯ и СИГНАЛЬНАЯ. ОТСЛЕЖИВАНИЕ. Важность визуальной проверки не следует недооценивать, потому что многие технические специалисты сразу же находят дефекты, просто ища их. Визуальная проверка не займет много времени.Фактически, вы должны легко увидеть проблему, если это тип проблема, которую можно увидеть. Вам следует изучить следующую процедуру. Вы могли найти вы сами пользуетесь им довольно часто. Эта процедура предназначена не только для источников питания, но и для с любым типом электронного оборудования, с которым вы можете устранять неисправности. (Потому что диод и транзистор тестирование было рассмотрено в главах 1 и 2 этого модуля, здесь оно не обсуждается. время. Если у вас есть проблемы в этой области, см. Главу 1 для диодов или главу 2 для транзисторы.)

ДЫМАЯ ЧАСТЬ - Если какая-либо часть дымится, или если вы слышите кипение или разбрызгивание звуки, немедленно отключите питание. Где-то есть короткое замыкание, которое у вас есть пропустил при первом осмотре. Используйте любой омметр, чтобы еще раз проверить деталь. Начинать соседство с курительной частью. ИСКРА - Постучите по шасси или встряхните его. если ты Если вы видите или слышите искрение, вы обнаружили неплотное соединение или короткое замыкание. Проверить и отремонтировать.

Если вы обнаружите и устраните какой-либо из дефектов, перечисленных при визуальной проверке, сделайте пометку. того, что вы обнаружите, и что вы делаете, чтобы это исправить. Вполне вероятно, что вы нашли беда. Однако хороший техник ничего не принимает как должное. Вы должны доказать себе что оборудование работает исправно и других неисправностей не существует.

Если вы не обнаружите ни одного из дефектов, перечисленных при визуальной проверке, подайте сигнал процедура розыска.Беда, наверное, такого характера, что ее не видно прямо - это можно увидеть только с помощью осциллографа.

Отслеживание сигнала переменного тока через оборудование - самый быстрый и точный метод обнаружение неисправности, которую невозможно обнаружить визуальным осмотром, а также проверка на любой ремонт, который вы могли сделать. Идея состоит в том, чтобы отследить переменное напряжение от трансформатора, чтобы увидеть, как он переходит в пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, а затем увидеть пульсации сглаживается фильтром.Точка, в которой сигнал прекращается или искажается, - это точка место ищи беду. Если у вас нет выходного напряжения постоянного тока, вам следует искать открытый или короткое замыкание в трассировке вашего сигнала. Если у вас низкое напряжение постоянного тока, вам следует искать неисправной части и внимательно следите за тем, где сигнал искажается.

Отслеживание сигналов - это один из методов, используемых для локализации неисправности в цепи. Это делается наблюдение формы волны на входе и выходе каждой части схемы.

Давайте рассмотрим, что каждая часть хорошего источника питания делает с сигналом, как показано на рисунке. 4-51. Переменное напряжение подается от линии электропередачи с помощью сетевого шнура. Этот напряжение подключается к первичной обмотке трансформатора через выключатель (S1). В вторичная обмотка трансформатора (точки 1 и 2), осциллограф показывает вам картинку повышенного напряжения, развиваемого на каждой половине вторичной обмотки - рисунок это полная синусоида.Каждое из двух повышенных напряжений подключается между землю и один из двух анодов выпрямительных диодов. На двух анодах выпрямителя (точки 4 и 5), форма повышенного напряжения по-прежнему не меняется. изображение осциллографа по-прежнему показывает полную синусоидальную волну.

Рисунок 4-51. - Полный блок питания (без регулятора).

Однако, если вы посмотрите на диаграмму направленности для точки 6 (напряжение на выпрямителе катоды), вы видите форму волны пульсирующего постоянного тока.Этот пульсирующий постоянный ток питается через первый дроссель (L1) и конденсатор фильтра (C1), которые удаляют большую часть пульсация, или "гул", как показано формой волны для точки 7. Наконец, напряжение постоянного тока подается через второй дроссель (L2) и конденсатор фильтра (C2), которые удаляют почти все оставшаяся рябь. (См. Осциллограмму точки 8, на которой почти не видно рябь.) Теперь у вас почти чистый постоянный ток.

Независимо от того, какие блоки питания вы будете использовать в будущем, все они делают одно и то же - они преобразовать переменное напряжение в постоянное.

Проблемы компонентов

Следующие параграфы дадут вам указание на проблемы, которые возникают со многими различные компоненты электронных схем.

НЕПОЛАДКИ ТРАНСФОРМАТОРА И ЗАДВИЖКИ. - Как вы уже знаете, трансформатор и дроссели очень похожи по конструкции. Точно так же основные проблемы, которые они могут разрабатывать сопоставимы.

  • Обмотка может открываться.
  • Два или более витка одной обмотки могут закоротить вместе.
  • Обмотка может закоротить на корпус, который обычно заземлен.
  • Две обмотки (первичная и вторичная) могут закоротить вместе.
  • Эта беда возможна, конечно, только в трансформаторах.

Когда вы решили, какая из этих четырех возможных проблем может вызывать симптомы, вам необходимо предпринять определенные шаги. Если вы предполагаете, что есть открытая обмотка, или обмотки закорочены вместе или на массу, проверка целостности омметра позволит определить местонахождение беда.Если витки обмотки закорочены, возможно, вы не сможете обнаружить разница в сопротивлении обмотки. Поэтому нужно подключить хороший трансформатор в место старого и посмотрите, исчезнут ли симптомы. Имейте в виду, что трансформаторы сложно заменить. Убедитесь, что проблема не в в другом месте схемы, прежде чем менять трансформатор.

Иногда короткое замыкание возникает только при подаче рабочего напряжения на трансформатор.В этом случае вы можете столкнуться с проблемой мегомметра - прибора, который подает высокое напряжение при считывании сопротивления.

НЕПОЛАДКИ КОНДЕНСАТОРА И РЕЗИСТОРА. - С конденсатором могут произойти только две вещи:

  • Он может вскрыться, полностью вынув конденсатор из цепи.
  • Это может вызвать внутреннее короткое замыкание.Это означает, что он начинает пропускать ток как хоть это был резистор или прямое замыкание.

Вы можете проверить конденсатор, подозреваемый на обрыв, отключив его от цепи. и проверяя его с помощью конденсаторного анализатора.Вы можете проверить конденсатор, подозреваемый в том, что он негерметичен омметром; если он показывает менее 500 кОм, скорее всего, это плохо. Однако проблемы с конденсаторами трудно найти, так как они могут появляться периодически или только под рабочим напряжением. Следовательно, лучшая проверка неисправного конденсатора - это замените его заведомо хорошим. Если это восстанавливает нормальную работу, неисправность была в конденсатор.

Неисправности резистора самые простые.Однако, как и другие, их нужно учитывать.

  • Резистор может открыться.
  • Сопротивление резистора может увеличиваться.
  • Значение резистора может уменьшиться.

Вы уже знаете, как проверить возможные неисправности резистора. Просто используйте омметр после убедитесь, что к резистору, который вы хотите измерить, не подключена параллельная цепь. Когда вы знаете, что через резистор подключена параллельная цепь, или если вы сомневаетесь отключите один конец резистора перед его измерением.Проверка омметром обычно адекватный. Однако никогда не забывайте, что иногда в резисторы, а также в любых других электронных частях.

Хотя вы можете столкнуться с проблемами, которые не были подробно рассмотрены в этом главы, вы должны были получить достаточно знаний, чтобы локализовать и устранить любую проблему, которая может возникнуть.

Q.41 Что наиболее важно помнить при поиске и устранении неисправностей?
В.42 Какова основная причина заземления обратной стороны трансформатора на шасси?
В.43 Какие два типа проверок используются при поиске и устранении неисправностей источников питания?

Защита от короткого замыкания - обзор

8.6.4 Неблагоприятные нагрузки, низкие нагрузки и короткое замыкание

Возможность защиты от короткого замыкания многих профессиональных усилителей мощности была театрально продемонстрирована путем удерживания 6-дюймового гвоздя через выходные клеммы или вставки закорачивающая вилка.Хотя это драматично, на практике этого не происходит. На самом деле короткое замыкание более вероятно:

i)

тонкие усы на выводах на обоих концах, иногда короткое замыкание или искрение.

ii)

Штекер XLR или EP вставлен неаккуратно или небрежно, на мгновение закорачивая контакт (ы) под напряжением на шасси - если это снова ведет к заземлению усилителя.

iii)

Повреждение на расстоянии n на расстоянии футов (метров) изоляции кабеля динамика, и иногда проводники соприкасаются.

iv)

Срабатывание цепи защитного лома громкоговорителя.

v)

Подключение «отремонтированного» динамика неправильно подключено, поэтому возникает короткое замыкание.

Эти условия можно проверить с помощью трех тестов с подключенным относительно длинным, скажем, 5-метровым кабелем динамика. Чтобы проверить условия наихудшего случая, должен быть кабель с максимальной емкостью (на метр) и наименьшей индуктивностью, с которым усилитель может стабильно работать с кабелем, подключенным к типичной или наихудшей фиктивной нагрузке динамика, и с AUT, управляемым с помощью AES / EIA. динамик тестирует розовый шум.

Затем происходит короткое замыкание (i) на выходных клеммах, (ii) на 1/10 длины кабеля и (iii) на конце кабеля. Контролируемое испытание может быть выполнено с помощью ряда короткозамыкающих устройств, но для единообразной синхронизации выбор сводится к симистору или другому твердотельному «ломовому» переключателю [7] или реле. Первое реалистично, когда необходимо управлять громкоговорителями с защитой от лома. Цепь лома громкоговорителей может быть воспроизведена как испытательное приспособление и запускаться от внешнего источника постоянного тока.Скорость короткого замыкания симистора (или тиристоров) из-за отсутствия дребезга контактов намного выше и быстрее, чем при механическом замыкании. Таким образом, обратные ЭДС, вызванные симисторами или тиристорами, могут быть разрушительными до степени, отличной от обычных коротких замыканий.

На рис. 8.5 показан простой тестовый таймер, использующий моностабильное управляемое реле для короткого замыкания в течение заданного периода от 5 до 15 секунд. Замыкание инициируется кнопкой запуска. Светодиод и зуммер указывают на тайм-аут. Реле должно иметь низкое контактное сопротивление, при этом оно должно выдерживать и «переключаться» до 100 ампер без сварки.

Рисунок 8.5. Моностабильный тест на короткое замыкание.

Мало кто понимает, что , даже когда нет музыкального сигнала , большинство полупроводниковых усилителей мощности могут быть повреждены (почти) жестким замыканием их выхода. Это потому, что в большинстве конструкций напряжение смещения постоянного тока обеспечивает «сигнал». Например, если на выходе присутствует + 50 мВ постоянного тока, а полное сопротивление источника на выходе составляет 2 мОм, а короткое замыкание составляет 35 мОм на некотором расстоянии по проводу, тогда

I = V / R = {50 м / 37 м} = 1,35 A

потоков.В то же время одна половина OPS поддерживает всю свою шину питания, за исключением 0,05 В, следовательно, остается постоянно рассеиваемая (скажем)

(90 В × 1,35 А) = 121,5 Вт.

Хотя правильно спроектированный усилитель выдержит это, ясно, что даже при умеренно `` жестких '' коротких замыканиях требуется не много милливольт сигнала или, в частности, постоянного тока, чтобы нагружать выходной каскад в наиболее уязвимой зоне и тестировать система защиты усилителя. Например, если смещение постоянного тока увеличилось до 0,7 В, а сопротивление короткого замыкания было 30 мОм, то I = 23 А.При 90 В это становится серьезным. Поэтому полезно независимо подтвердить короткую защиту на самом высоком уровне смещения постоянного тока, которое разумно ожидается или оправдано из-за дрейфа, неправильной регулировки, новых деталей и т. Д.

Профессиональные усилители мощности, особенно те, которые используются для Touring PA, как правило, ожидают, что они выдержат все такие испытания.

Последовательный транзисторный стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки и короткого замыкания

Хотите узнать о работе схемы питания? Я люблю это.Ты такой же, как я? Я расскажу вам о транзисторном последовательном стабилизаторе напряжения с защитой от короткого замыкания.

Думаю, вы понимаете основы. И заранее прочтите соответствующий контент.

Готовы начать?

Как работают пульсации фильтров

Представьте, что у нас есть нерегулируемые источники питания постоянного тока на 20 вольт. Но для нашей нагрузки требуется стабилизированное напряжение 12 В постоянного тока.
Итак, нам нужно использовать последовательный стабилизатор напряжения. См. Блок-схему.

Мы знаем, что вам не нравятся пульсации напряжения в блоке питания.

Из других предыдущих статей мы обнаружили любую пульсацию на входе 20 В. Он будет расти с входным напряжением 20,1 В или 20,4 В.

Это повышенное напряжение не влияет на стабилитрон. Потому что он имеет фиксированное напряжение пробоя 12 В. Итак, стабилитрон - это наше базовое опорное напряжение.

Затем транзистор-Q2 ошибки действует как датчик этого повышенного напряжения.

Как это работает

Я расстроен, потому что не могу легко вам это объяснить. Но я постараюсь сделать все, что в моих силах.Вот пошаговый процесс. Посмотрите на схему выше.

Предположим, что пульсация 0,1 В или 0,4 В проходит через Q1. Тогда его выходное напряжение составляет от 12,1 до 12,4 В. Из-за 12,0 В + 0,1 В или 12,0 В + 0,4 В.

Затем потенциометр R2 измеряет выходное напряжение. И он будет частично включать Q2. Это заставляет схему давать исходный баланс 12,0 В.

На выходе появляется более сложная пульсация 0,1В. Напряжение на коллекторе снизится. И это немного изменит Q2.Эмиттер будет следовать за базовым напряжением. Но это примерно на 0,6 В. меньше.

Это работает очень быстро и может следовать за пульсацией довольно высокой частоты. Таким образом, выход сглаживания сокращается на меньше пульсаций.

Если есть рябь вроде 2V p-p. Это может улучшить его до 20 мВ при полной нагрузке. Это хороший звук? Что еще?

Если схему перекрутить новую. Похоже на форму эмиттер-последователь. Посмотрите:

Эмиттер Q1 всегда будет примерно на 0,6 В меньше, чем база.

На этой схеме можно ясно увидеть, как Q2 работает как переменный резистор между коллектором и эмиттером. Обеспечить базовое напряжение для Q1.

Когда Q2 действует как маломощный резистор. База Q1 подключается к катоду стабилитрона 12 В.

Затем он обеспечивает выходное напряжение 12–0,6 В = 11,4 В. Когда Q2 имеет высокое сопротивление, база Q1 подключена ко входу 20 В. А на выходе 19,4 В.

В реальной работе Q2 не имеет такого широкого диапазона.

Но у этой схемы есть один небольшой недостаток. У него нет защиты от перегрузки или короткого замыкания.

В следующей схеме мы постараемся выполнить эти условия.

УЗНАТЬ: взаимосвязь между током и напряжением

Регулятор серии

с защитой от короткого замыкания

Эта схема обеспечивает защиту от короткого замыкания. Если выход замкнут на массу. Регулятор отключится, и R4 останется единственным источником питания.

В этом состоянии ток не будет протекать через R1, R2 и R3.Значит, на них нет напряжения. И нет тока на базе транзистора Q3. Он не проводит токи. И, наконец, Q2 и Q1 тоже не работают.

По этой причине мы должны использовать R4 как резистор с проволочной обмоткой на 5 Вт. Хотя он не подает ток в блоке питания, он работает правильно.

Единственный другой раз, когда R4 нужен для запуска. Для запуска цепи он должен обеспечивать на выходе около 1 В.

Установленный выходной потенциометр (R2) определяет, что около 50% выходного напряжения начинает включать Q3.

Затем включится транзистор драйвера питания Q2. И он включит транзистор регулятора мощности Q1.

Это состояние будет увеличиваться и стабилизироваться с выходом на 12 В. И ток нагрузки около 100мА.

Далее, когда нагрузка увеличивается до 1 А, выходное напряжение снижается до 11,9 В. Это эффективно увеличивает напряжение база-эмиттер Q1 до 0,7 В, чтобы включить его сильнее.

Входное напряжение может снизиться примерно на 2 В. Но базовое напряжение Q1 останется стабильным на уровне 12.6В.

Детали, которые вам понадобятся
  • Q1: 2N3055, 100 В 15 А, транзистор NPN
  • Q2, Q3: BC548 или аналогичный, 45 В 100 мА Транзистор NPN
  • R1, R5: 1 кОм, 0,5 Вт Резисторы
  • R2: 3,3 кОм до 5 кОм (потенциометр)
  • R3: 6,8 кОм, 0,5 Вт резисторы
  • R4: 1 кОм резисторы 5 Вт
  • R6: 18 кОм резисторы 0,5 Вт

Защита от перегрузки

Две предыдущие схемы имеют преимущества примерно на две трети хороший блок питания.

Обеспечивают сглаживание и регулировку.И 2-я цепь также имеет защиту от короткого замыкания.

Также рассмотрим 3-ю цепь. Важной особенностью блока питания является защита от перегрузки.

Теперь мы изучим функцию ограничения максимального номинального тока силового трансформатора и силового транзистора.

Через короткое время выходной ток будет в 10 раз больше нормального тока. Это вызывает перегрев и повреждение многих компонентов.

Через короткое время выходной ток будет в 10 раз больше нормального тока.Это вызывает перегрев и повреждение многих компонентов.

Защита от перегрузки всегда должна быть в источниках питания, которые выдают более 1 ампер.

Мало того, что он также предотвращает возможный риск возгорания и уменьшает дальнейшее повреждение поставляемого оборудования.

Мы можем представить их в двух различных формах.

  • Предохранитель и автоматический выключатель
    Самый простой - использовать автоматический выключатель или предохранитель (дешевый) на выходе. Он сработает, когда ток увеличится примерно на 30% выше рекомендованного макс.

    При запуске схема не сбрасывается сама. Нужен ручной сброс или замена предохранителя.

    Очевидным недостатком этого является неудобство физической замены предохранителя.

    Другой способ использования электронной перегрузки - лучше.

  • Электронная защита от перегрузки
    Подробнее см. Ниже:

Защита от перегрузки с использованием диодов

Для защиты последовательного регулятора от чрезмерной токовой перегрузки. Мы можем добавить 3 показанных компонента:

Резистор 1 Ом включен последовательно с выходом.Чтобы весь ток протекал по нему. По мере увеличения тока напряжение на резисторе будет изменяться по закону Ома.

Перевернув схему, вы упростите понимание защиты от перегрузки, как показано ниже:

  • Выходной ток при 100 мА и напряжении составляет 11,99 В.
  • Напряжение на базе транзистора 12,6В.
  • А напряжение на эмиттере 12 В.
  • Посмотрите на точку A-B. И самый важный момент, который нужно знать, это то, что диод в ситуации прямого смещения будет иметь максимум 0.6В.

Диоды помогают поддерживать стабильное напряжение

Два диода, максимальное напряжение, которое они позволяют развить на них, составляет 1,2 вольт.

Это означает, что максимальное напряжение между точками A и B будет 1,2 вольт.

Вы поняли? Если вы сказали НЕТ. Прочтите больше примеров, это поможет вам лучше понять.

Увеличим ток до 500 мА:

Похоже на предыдущее. Выходное напряжение ниже нагрузки 200 мА. Это 11,5 В.

Почему?

Падение напряжения на резисторе 1 Ом меняется.

VR1 = I x R
= 0,5 A x 1 Ом
= 0,5 В

Посмотрите на принципиальную схему. Его выходной ток увеличивался при немного пониженном напряжении.

При 500 мА напряжение между точками A и B увеличилось до 12,6-11,5 = 1,1 вольт.

Это все еще ниже 1,2 В, поэтому диоды не влияют на этот ток.

550 мА Ток для снижения выходного напряжения

Когда мы используем ток нагрузки 550 мА. Уровни напряжения показаны на диаграмме ниже.

Транзистор включается немного труднее для передачи тока. и это дало разницу напряжений 12,7-11,45 = 1,25 вольт.

Теперь эти диоды ограничивают увеличение тока, автоматически понижая выход. Вы видите, что диоды помогают, поскольку напряжение на них не превышает 1,2 вольт.

Разница напряжений между двумя точками (A-B) не может превышать 1,2 вольт. Из-за зажимающего эффекта двух диодов (D1, D2).

Любое увеличение тока приведет к снижению выходного напряжения (из-за падения напряжения на резисторе 1 Ом).

Но это напряжение будет возвращаться обратно на базу через диоды. И это выключит транзистор. Это даст более низкое выходное напряжение.

В результате снижается выходное напряжение. так что максимальный протекающий ток не будет превышать 550 мА.

Как известно закон Ома. Более низкое напряжение, приложенное к нагрузке, приведет к меньшему току.

Защита от короткого замыкания с помощью диодов

Давайте рассмотрим случай короткого замыкания:

Знаете ли вы, в чем главный недостаток предыдущей защиты от перегрузки? Да, мы можем видеть.Некоторое падение напряжения необходимо для работы чувствительной цепи. От холостого хода до полной нагрузки уменьшите напряжение до 0,5 В.

Посмотрите на схему. В этой точке А будет напряжение 1,2 В. И эмиттер появится на 0,6 В. В точке B 0В. Ток при коротком замыкании будет 550 мА.

Мы увидим, что это легко. Но его стабильности недостаточно для некоторого оборудования.

Например, телевизор. Для некоторых комплектов требуется напряжение питания всего 11 вольт. Даже изменение на 0,2 вольта приведет к нехватке ширины или высоты.Итак, представьте себе эффект 0,5 вольта. Как это?

Прочтите Другое: последовательный регулятор напряжения с защитой от короткого замыкания

При изменении уровней яркости потребуется изменение тока и напряжения.

Как это улучшить?

Защита от перегрузки с помощью транзистора

Вы когда-нибудь слышали о схеме ограничения тока?
Да, я говорил вам:

Мы можем разместить его на входе проходного транзистора. Где это меньше всего повлияет на выходное напряжение.

Посмотрите на следующую схему, покажите эту схему:

Это схема регулятора напряжения 13,8 В 2A с использованием транзистора

  • Q1 - транзистор с последовательным проходом.
  • Q2 - чувствительный усилитель
  • Q3 - датчик перегрузки.

Даже если схема выглядит простой. Но понять это сложно.

Сначала на вход R1 поступает стабилитрон, опорное напряжение. И ток отвода (для этого см. Предыдущую презентацию).

Затем Q2 служит для усиления напряжения. Он обнаруживает на своей базе, что Q1 подает требуемый ток. Потому что Q1 потребуется базовый ток не менее 20 мА и, возможно, больше 50 мА.

Читайте также:

Это позволяет стабилитрону иметь более низкий ток утечки.

В нормальных условиях Q3 отключается и не участвует в работе схемы.

Посмотрите на схему Q3 в увеличенном масштабе.

Параллельно подключенные резисторы сопротивлением 4 1 Ом объединяются, образуя резистор 0.Резистор 25 Ом.

А когда ток приближается к 2 ампера. Напряжение 0,25 x 2 = 0,5 вольт будет развиваться через комбинацию.

Это начинает включать Q3, и при дальнейшем увеличении тока Q3 включится полностью. Он закоротит большую часть напряжения стабилитрона.

Тогда на базе Q2 будет напряжение от 3 до 4 вольт. Эмиттер Q2 будет следовать за этим падением с напряжением на его эмиттере от 2,4 до 3,4 вольт. Выпуск Q1 сократится с 1,8 до 2.6 вольт.

Если это может поддерживать низкое напряжение в состоянии короткого замыкания. Схема останется в этом режиме отключения. Это может защитить оборудование.

Конечно, эта схема не лучшая. Мы можем улучшить его, узнав больше.

Детали, которые вам понадобятся

Резисторы 0,25 Вт, допуск: 5%

  • R1: 470 Ом
  • R2: 150 Ом
  • R3 - R6: 1 Ом 1 Вт. Резисторы

Q1: 2N3055, 100 В 15 А, транзистор NPN
Q1-Q2: BC5487 или аналогичный, 45 В 100 мА NPN транзистор
ZD1: стабилитрон 15 В 1 Вт

Кредит: Я узнал, как они работают, из Talking Electronic No.8 Большое спасибо.

Потери мощности в последовательном регуляторе

В последовательном транзисторном регуляторе. Силовой транзистор Q1 сильно пострадал. Мы можем помочь ему поправиться. Потому что есть еще много подробностей. Если вам это интересно, читайте дальше.

Также ознакомьтесь со следующими статьями:

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Операционный усилитель добавляет защиту от короткого замыкания в H

Аннотация: Приложение, показывающее, как можно использовать переключатель высокого напряжения для подключения / отключения батареи от нагрузки для снижения энергопотребления.За счет использования в схеме операционного усилителя обеспечивается защита от короткого замыкания.

Переключатели верхнего уровня обеспечивают основной способ продления срока службы батареи. Они устраняют ненужное потребление энергии, просто снимая напряжение питания с периферийных устройств и подсистем, когда цепи не используются.

Схема переключателя с логическим управлением на рис. 1 , рис. 1 обеспечивает защиту от короткого замыкания на выходе в дополнение к низкоомному переключению и низкому току покоя. Фактический переключатель (Q 1 ) представляет собой n-канальный полевой МОП-транзистор с приводом затвора (V BATT + 10 В), генерируемым регулируемым зарядным насосом IC 1 .

Включите цепь, подав напряжение V BATT на вход ВКЛ / ВЫКЛ. V OUT (контакты 9 и 10) затем накачивается, достигая V CC + 10 В в течение миллисекунды или около того и обеспечивая питание операционного усилителя IC 2 . Чтобы гарантировать, что Q 1 остается выключенным до тех пор, пока не будет доступен достаточный привод затвора, пороговый детектор, встроенный в IC 1 , запускает переход 0V-to-V BATT на PR (вывод 6), когда возрастающий выход равен V CC. + 8В.

Появление V BATT на клемме PR дает 0,75 (V BATT ) на инвертирующем входе маломощного операционного усилителя и импульс 100 мс на неинвертирующем входе. Импульс (амплитуда V BATT минус одно падение на диоде) запускает Q 1 в проводимость и подключает батарею к нагрузке. Затем усилитель (сконфигурированный как компаратор) сравнивает напряжение источника Q 1 с входным инвертирующим напряжением. Пока напряжение источника более положительное, Q 1 остается включенным.

Обратная связь через R 4 обеспечивает защиту от короткого замыкания. Если чрезмерный ток нагрузки понижает напряжение источника ниже опорного уровня на инвертирующем входе, управление затвором переходит в низкий уровень и выключает Q 1 . При падении напряжения нагрузки выключатель выключается. Для отдыха подключите вход ВКЛ / ВЫКЛ к земле (не менее 100 мс) и обратно к V BATT .


Рис. 1. Регулируемая микросхема IC 1 подкачки заряда генерирует возбуждение затвора V BATT + 10 В для переключателя высокого напряжения Q 1 (n-канальный силовой MOSFET) Обратная связь через R 4 обеспечивает защиту от короткого замыкания.

©, Maxim Integrated Products, Inc.
Содержимое этой веб-страницы защищено законами об авторских правах США и зарубежных стран. Для запросов на копирование этого контента свяжитесь с нами.
ПРИЛОЖЕНИЕ 38:
ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 38, AN38, AN 38, APP38, Appnote38, Appnote 38

maxim_web: en / products / interface / signal-line-protection-ics, maxim_web: en / products / analog / amps

maxim_web: en / products / interface / signal-line-protection-ics, maxim_web: en / products / analog / amps

Что такое устройства защиты от сверхтока?

Чтобы цепь работала нормально, ток должен быть ограничен безопасным уровнем.Этот безопасный уровень тока определяется способностью нагрузки, проводов, переключателей и других компонентов системы выдерживать ток. В нормальных условиях эксплуатации ток в цепи должен быть равен или меньше нормального уровня тока. Однако иногда в электрической цепи может протекать ток, превышающий нормальный (перегрузка по току).

Что такое перегрузка по току?

Перегрузка по току - это состояние, которое существует в электрической цепи при превышении нормального тока нагрузки.Состояние перегрузки по току может быть вызвано коротким замыканием или перегрузкой.

Короткие замыкания

В случае короткого замыкания ток сокращает нормальный путь протекания тока.

Хотя частичное короткое замыкание может увеличить уровень тока, оно может вызвать или не вызвать повреждение в зависимости от номинальных характеристик компонентов схемы. Однако при полном коротком замыкании сопротивление нагрузки будет полностью удалено с нормального пути тока.Это показано на рисунках 1a и 1b.

Рисунок 1а. Частичное короткое замыкание.

Рисунок 1б. Полное короткое замыкание.

Если источник имеет достаточно накопленной энергии при полном коротком замыкании, компоненты схемы могут быть повреждены или взорваться. Выключатели могут плавиться или испаряться, проводники могут перегреваться, а изоляция может выгореть. Это также может повредить источник питания.

Пожары, которые приводят к материальному ущербу или ущербу для жизни, могут возникать из-за температур, вызванных частичным или полным коротким замыканием. Когда на карту поставлено так много, все цепи должны быть защищены от короткого замыкания.

Перегрузки

Состояние перегрузки по току также может быть вызвано ситуацией перегрузки. Например, рассмотрим ситуацию, когда к данному источнику питания подключено слишком много нагрузок. Даже если каждая из этих отдельных нагрузок потребляет свой нормальный ток, общий ток может превышать номинальное значение источника.

Если перегрузка длится непродолжительное время, повышение температуры минимально и практически не влияет на оборудование или проводники. Однако длительные перегрузки разрушительны, и их необходимо предотвращать.

В отличие от коротких замыканий, перегрузки не вызывают внезапной дуги, и система может пережить ситуацию перегрузки, даже если мы не удалим ее немедленно. Однако в течение длительного периода времени перегрузки могут вызвать пожар из-за перегрева оборудования и проводов.

На рисунке 2 изображена перегруженная цепь. В этом случае номинальный ток ответвления составляет 15 А; однако сумма токов, потребляемых параллельными нагрузками, составляет 17 А. Цепь перегружается на 2 А, и в результате срабатывает выключатель.

Рисунок 2. Перегрузка цепи.

Цепь защиты от перегрузки по току

Сопротивление предохранителя или автоматического выключателя очень низкое и обычно составляет незначительную часть от общего сопротивления цепи.При нормальной работе схемы он просто функционирует как проводник.

Предохранители и автоматические выключатели соединены последовательно с цепью, которую они защищают. Как правило, эти устройства максимального тока должны быть установлены в точке, где защищаемый проводник получает питание; например, в начале ответвленной цепи, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Подключение устройства максимальной токовой защиты.

В случае перегрузки по току перегорают предохранители или срабатывают автоматические выключатели.Хотя эти устройства защищают цепь от условий перегрузки по току, они только размыкают цепь и отключают подачу электроэнергии. Обычно они не в состоянии исправить проблему. По этой причине нам необходимо найти и устранить проблему перед заменой предохранителя или сбросом автоматического выключателя.

Общие устройства защиты от сверхтоков (OCPD)

Устройство защиты от перегрузки по току (OCPD) - это электрическое оборудование, используемое для защиты служебных, питающих и ответвленных цепей и оборудования от избыточного тока путем прерывания протекания тока.

Защита от перегрузки по току просто означает, что предохранитель, прерыватель или плавкая вставка используются для защиты оборудования, цепи в оборудовании или проводки оборудования. Эти термины часто используются как синонимы, потому что они имеют некоторое сходство. Выключатели или предохранители обычно используются для защиты всего блока от чрезмерного тока, но их размер может быть достаточным для защиты одного компонента в блоке. Это обеспечивает защиту устройства от перегрузки по току и предлагает дополнительную защиту для таких компонентов, как трансформатор или печатная плата.

На рис. 4 показаны два общих предохранителя, используемых в плате управления: вставной предохранитель и стеклянный предохранитель (шина). Эти типы предохранителей также можно найти на вторичной обмотке трансформатора.

Рисунок 4. Вставные предохранители используются для защиты печатной платы от условий перегрузки по току. Стеклянный предохранитель можно использовать в качестве вставного предохранителя или в держателе предохранителя. (Пенни включен для справки по размеру.)

На рис. 5 показана печатная плата со вставным предохранителем U-типа.

Рис. 5. Это монтажная плата для воздухообрабатывающего агрегата с возможностью установки электрических нагревательных лент. Обратите внимание на вставной предохранитель на 3 А, расположенный в верхней левой части печатной платы.

Выключатели или предохранители соответствующей силы тока и напряжения должны находиться в пределах легкого доступа к системе обогрева. Обычно номинал выключателя такой же, как и максимальная сила тока, указанная на паспортной табличке электрического нагревателя.

Подрядчику, производящему установку, может потребоваться проанализировать значения силы тока установки, чтобы применить автоматический выключатель правильного размера. В некоторых случаях может быть указан автоматический выключатель на 115% от «минимальной» силы тока устройства.

Не следует использовать выключатель слишком большого размера. Прерыватель предназначен для защиты оборудования и проводов. Выключатель на слишком большой ток не отключит электропитание в случае перегрузки по току. Слишком маленький прерыватель отключит питание до того, как устройство потребует максимальный ток.

Плавкие вставки

Плавкая вставка (см. Рисунок 6) часто подключается последовательно с электронагревательным элементом. Перемычка предназначена для размыкания при высокой силе тока или высокой температуре.

Рисунок 6. Эта обычная плавкая вставка находится последовательно с контуром отопления.

Плавкая вставка не может быть сброшена и должна быть заменена, если она разомкнута. Цилиндр серебряный, на нем напечатана информация о производителе.Информация может включать значения температуры и силы тока. Цилиндрическое устройство имеет один квадратный конец и один конический конец. Конус может быть черным или красным, в зависимости от цвета материала, из которого он изготовлен. Сопротивление перемычки можно проверить, чтобы определить, разомкнуто ли оно (сопротивление должно составлять ноль Ом).

Рейтинги OCPD

Предохранители и автоматические выключатели рассчитаны как на ток, так и на напряжение.

Постоянный ток

Номинальный постоянный ток, указанный на предохранителе или автоматическом выключателе, представляет собой максимальную величину тока, которую устройство может выдержать без срабатывания срабатывания или размыкания.Номинальный ток должен как можно точнее соответствовать току полной нагрузки цепи. Например, предохранители меньшего размера легко перегорают, а предохранители увеличенного размера могут не обеспечивать достаточной защиты.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение предохранителя или автоматического выключателя - это максимальное напряжение, при котором он предназначен для безопасного отключения тока. В частности, номинальное напряжение определяет способность устройства подавлять внутреннюю дугу, которая возникает при размыкании тока в условиях перегрузки по току или короткого замыкания.Номинальное напряжение должно быть как минимум равным или выше напряжения цепи. Он может быть выше, но никогда не ниже. Автоматические выключатели низкого напряжения защищают цепи, использующие менее 1000 В.

Номинальный отключаемый ток

Номинальный ток отключения (также известный как номинальный ток короткого замыкания) предохранителя или автоматического выключателя - это максимальный ток, который он может безопасно отключить. Если ток короткого замыкания превышает уровень, превышающий отключающую способность защитного устройства, устройство может фактически разорваться, что приведет к дополнительному повреждению.

Номинальный ток отключения во много раз превышает номинальный постоянный ток и должен намного превышать максимальный ток, который может выдать источник питания. Типичные значения прерывания: 10 000, 50 000 и 100 000 А.

Ограничивающая способность по току

Ограничивающая способность по току - это мера того, какой ток устройство защиты от перегрузки по току может пропустить через систему. Токоограничивающие устройства защиты работают менее чем за половину цикла.Например, токоограничивающий предохранитель, обеспечивающий ток короткого замыкания, начнет плавиться в течение одной четвертой волны переменного тока и отключит цепь в течение половины цикла.

Время-токовые характеристики

Время-токовые характеристики или время срабатывания устройства защиты относятся к продолжительности времени, которое требуется устройству для работы в условиях тока короткого замыкания или перегрузки.

Быстродействующие защитные устройства могут реагировать на перегрузку за доли секунды, тогда как стандартные типы могут занять от 1 до 30 секунд, в зависимости от величины тока перегрузки.Быстродействующие предохранители очень чувствительны к повышенному току и используются для защиты исключительно чувствительных электронных схем, через которые протекает постоянный ток.

Важнейшая роль максимальной токовой защиты цепей

Максимальная токовая защита цепи является важной частью каждой электрической цепи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *