Схемы защиты бп от переполюсовки и Кз своими руками

Начиниющие радиолюбители, которых большинство, для сборки регулированного блока питания выбирают схемы попроще. Такую схемку решил сделать и я, так как возможностей достать дорогие детали и настроить сложный БП вряд-ли получится.
Самое основное для любой конструкции корпус. Тут мне повезло досать нерабочий БП ATX от компьютера, куда и будет помещён будущий блок питания.

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

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

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

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

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

Корпус обклеиваем самоклеющейся плёнкой или красим лаком.

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

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

Современные мощные переключательные транзисторы имеют очень маленькие сопротивления сток-исток в открытом состоянии, это обеспечивает малое падение напряжения при прохождении через эту структуру больших токов. Это обстоятельство позволяет использовать такие транзисторы в электронных предохранителях.

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

Схема электронного предохранителя

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

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

Защита от КЗ для блока питания своими руками

Иногда при наладке самодельных электронных устройств получается короткое замыкание, из за которого может выйти из строя блок питания. Поэтому у блока питания должна быть надежная защита от короткого замыкания, способная в нужный момент быстро отключить замкнувшую нагрузку и уберечь блок питания от поломки.

На этом рисунке изображена схема простого устройства предназначенного для надежной защиты блока питания от короткого замыкания.

Схема защиты блока питания от короткого замыкания

Принцип работы релейной защиты довольно простой. При подаче напряжения на схему в режиме ожидания загорается красный светодиод. После нажатии кнопки S1 ток поступает на обмотку реле, контакты переключаются и блокируют обмотку реле, таким образом схема переходит в рабочий режим, об этом сигнализирует загоревшийся зеленый светодиод, ток поступает на нагрузку. При возникновении короткого замыкания пропадает напряжение на обмотке реле, контакты его размыкаются, нагрузка автоматически отключается, загорается красный светодиод сигнализируя о срабатывании релейной защиты.

Схема предназначена для работы с постоянным выходным напряжением от 8 до 15 вольт, поэтому будет отлично работать с зарядным устройством из компьютерного блока питания, а также с любыми другими трансформаторными или импульсными блоками питания имеющими выходное напряжение в указанном диапазоне.

Данную схему можно считать универсальной, потому что её легко переделать под любое напряжение, достаточно всего лишь заменить реле под нужное вам напряжение, ну и конечно при необходимости подобрать резисторы R1 и R2 под установленные в схему светодиоды.

Печатная плата устройства защиты блока питания от короткого замыкания.

Печатная плата защиты блока питания от короткого замыкания

Посмотрим, как работает готовое устройство защиты блока питания от короткого замыкания. В дежурном состоянии после подачи питания, горит красный светодиод, нагрузка отключена.

Нажимаем кнопку и устройство перейдет в рабочий режим.

Загорелся зеленый светодиод, сигнализируя о подаче питания на нагрузку, в качестве нагрузки я использую обыкновенную 12 вольтовую лампочку.

С помощью отвертки замыкаю между собой центральный контакт с цоколем лампочки, получается короткое замыкание, мгновенно срабатывает защита от КЗ, нагрузка отключается, загорается красный светодиод своим светом сообщая о коротком замыкании.

Радиодетали для сборки

• Реле SRD-12VDC-SL-C, можно использовать аналогичное на другое напряжение
• Резисторы R1, R2 1K сопротивление подбирайте для каждого светодиода
• Светодиоды 5 мм 2 шт. красный и зеленый
• Кнопка любая без фиксации с нормально разомкнутыми контактами

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

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать защиту от короткого замыкания для блока питания

Преобразователь ток — напряжения

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

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

Защита от перегрузки и Пускового тока

Применение защиты от перегрузки и пускового тока

Защита LTC4368 отвечает за перегрузки по току и также пускового тока. Компараторы внутри LTC4368 отслеживают падение напряжения на резисторе датчика тока R11. Компаратор максимального тока отключится, когда напряжение SENSE к VOUT превысит 50 мВ. При обратном прохождении потенциала, VOUT к VIN, компаратор максимального тока отключится, когда напряжение SENSE к VOUT превысит –3 мВ. В этом включении используется измерительный резистор 20 мОм, который настраивает пределы тока на +2,5 А и –150 мА.

Ограничение пускового тока позволяет запускать устройства без срабатывания максимальной токовой защиты в прямом направлении. R10 и C1 — элементы, ограничивающие пусковой ток. В этом случае пусковой ток ограничен до 1 А, что значительно ниже предельного значения прямого тока 2,5 А. Выбор C1 основан на желаемом предельном пусковом токе. R10 не позволяет C1 замедлить защиту от обратной полярности, стабилизирует схему быстрого понижения и предотвращает колебания во время короткого замыкания.

C4 — это конденсатор, который устанавливает задержку для повторного включения (сброса защиты) после перегрузки по току. Задержка повторной попытки — это время, в течение которого MOSFET остается на низком уровне после обнаружения перегрузки по току. В этом случае задержка повторной попытки составляет 250 мс. Резисторы на 10 Ом — R14 и R15 — добавлены к затворам MOSFET, чтобы предотвратить паразитные колебания схемы.

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.

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 глобально 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.

Детали блока питания

Транзистор VT2 возможно поменять на КТ315Б — КТ315Е. Транзистор VT1 можно заменить на произвольный из серий КТ827, КТ829. Диоды VD2 — VD4 возможно применить КД522Б. Сопротивление R13 возможно собрать из трех впараллель соединенных резисторов МЛТ-1 сопротивлением по 1 Ом каждый. Стабилитрон VD1 любой с напряжением стабилизации 7…8 вольт и током от 3 до 8 мА. Емкости СЗ, С4 произвольные пленочные или керамические. Электролитические конденсаторы: С1 — К50-18 или аналогичный зарубежный, другие — марки К50-35. Кнопка SA1 без фиксации.

Источник: Радио, 9/2006

ORing-контроллеры TI

ORing-контроллеры являются одним из популярных продуктов в портфолио компании TI, предназначенных для обеспечения защиты при горячем подключении источников питания с резервированием. Контроллеры подклассов N+1 и ORing предназначены для защиты шин питания hotswap c напряжениями 12…48 В от повышенных пусковых токов, их обратного протекания, повышенного тока при коротких замыканиях в цепи питания.

В номенклатуре ORing-контроллеров TI есть устройства для коммутации источников питания как по шине положительной полярности (High Side), так и отрицательной (Low Side). На рисунках 10, 11 приведены схемы включения ORing-контроллеров TI для применения в системах резервирования питания с положительной и отрицательной полярностью.

Рис. 10. Схема включения контроллеров ORing в системе резервирования питания положительной полярности

Рис. 11. Схема включения контроллеров ORing в системе резервирования питания отрицательной полярности

В таблице 3 приведены основные микросхемы ORing-контроллеров TI

Таблица 3. Основные ORing-контроллеры TI

Наименование	Напряжение, В	Специальные функции	Тип управления
TPS2458/	3.3; 12	Ограничение тока; встроенный ключ для 3.3 В	Гистерезисное
TPS2410/	0.8…16.5	Входной фильтр	Линейное/гистерезисное
TPS2412//	0.8…16.5	Настраиваемый порог отключения	Линейное/гистерезисное
LM5050	5…75	Устойчивость к выбросам 100 В	Линейное
LM5051	-6…-100	Диагностика транзистора	Линейное

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.

⚡️Лабораторный блок питания своими руками

На чтение 5 мин Опубликовано 23. 11.2017 Обновлено 07.07.2019

В радиолюбительской практике всегда необходим лабораторный источник питания с широким диапазоном выходных напряжений и достаточным запасом тока нагрузки. Предлагается одна из таких несложных конструкций, позволяющая подключать несколько разных устройств одновременно.

При ремонте, разработке либо моделировании радиолюбительских конструкций иногда возникает необходимость иметь несколько источников питания. Предлагаемый блок питания позволяет получить четыре ступени регулируемого стабилизированного напряжения, плюс четыре ступени фиксированного нестабилизированного напряжения. Также есть возможность одновременно подключать нагрузку по переменному току выборочно от 6 до 28 В.

В радиолюбительской литературе встречается много схем (конструкций) лабораторных источников питания с большим диапазоном регулируемого выходного напряжения и большим максимальным током нагрузки. Однако авторы всегда обходят вниманием тот факт, что чем меньше выходное напряжение, тем, соответственно, меньше и максимальный выходной ток. Это связано с тем, что чем больше разница между входным и выходным напряжением при одном и том же токе нагрузки, тем большая мощность, рассеиваемая транзистором.

Так, например, при входном напряжении 20В и выходном 15В падение напряжения на транзисторе составит 5 Вт. При токе нагрузки 5А на транзисторе будет выделяться мощность 25 Вт. Если же установить выходное напряжение 5В при неизменном входном, падение напряжения на транзисторе составит 15 В. Соответственно, при том же токе нагрузки, равном 5 А, на транзисторе будет выделяться уже 75 Вт мощности, что потребует увеличения площади охлаждающего радиатора, либо применения более мощного силового транзистора.

Чтобы не превысить мощность, рассеиваемую транзистором в данном примере (25 Вт), ток нагрузки при выходном напряжении 5В не должен превышать 1,66 А. Чтобы получить максимальный ток нагрузки при уменьшении выходного напряжения, необходимо снижать входное напряжение, выполнив отводы от вторичной обмотки трансформатора.

Предлагаемая принципиальная электрическая схема (рис. 1) позволяет получить четыре ступени регулируемого стабилизированного выходного напряжения с возможностью получения максимального тока на каждой ступени. Входное напряжение переключается с помощью SA2.1, SA3.1, в качестве которых используются тумблеры. Преимущество использования тумблеров — малые габариты (по сравнению с галетными переключателями), возможность коммутировать большие токи, двумя тумблерами можно получить четыре варианта выходного напряжения.

При изменении входного напряжения потребуется изменять и источник опорного напряжения для каждой ступени. В качестве источника опорного напряжения используется стабилитрон VD2, который питается от отдельного выпрямителя, выполненного на диодной сборке VDS1, подключенного к дополнительной обмотке трансформатора. Такое подключение стабилитрона улучшает стабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки.

Опорное напряжение со стабилитрона через делители R2…R5, переключатели SA2. 2, SA3.2 и потенциометр R11 поступает на базу VТ1. Наличие отдельного выпрямителя и делителя R2…R5 позволяет обойтись одним стабилитроном для получения четырех ступеней опорного напряжения. SA2 и SA3 на схеме показаны в нижнем положении, варианты выходных напряжений — на рис. 2.

На тиристоре VS1 выполнена защита стабилизированного блока питания от КЗ в нагрузке. В цепь нагрузки включен резистор R12, при превышении определенного тока падающее на нем напряжение поступает на управляющий электрод VS1, который открывается, шунтируя опорное напряжение на потенциометре R11. В результате транзисторы VT1…VT3 запираются, напряжение на выходе пропадает. Для возврата защиты в исходное состояние необходимо кратковременно нажать кнопку SB1.

Из-за высокого быстродействия защиты при подключении нагрузки, имеющей на входе емкость (начиная от 1,5…2 мкФ), из-за броска зарядного тока происходит ложное срабатывание защиты. В этом случае необходимо сначала подключить нагрузку, и лишь потом выставить нужное напряжение.

Полностью отключить защиту можно с помощью SB2, при этом функцию защиты выполняет только предохранитель FU2 (расположен на передней панели).

С клеммы XS6 снимается регулируемое стабилизированное напряжение. Клемма XS7 подключена к выходу диодного моста VD1… VD4, напряжение на ней не стабилизировано, и зависит от положения переключателей SA2.1, SA3.1. Здесь можно подключать нагрузку, не требующую стабильности напряжения, защита от КЗ в нагрузке — предохранитель FU2. Вольтметр PV1 контролирует выходное стабилизированное напряжение, амперметр РА1 — ток нагрузки как стабилизированного, так и нестабилизированного напряжения.

Со вторичной обмотки трансформатора выведены клеммы XS1…XS4, напряжение с которых можно использовать для подключения низковольтного паяльника либо лампы подсветки. Лампа HL1, расположенная на передней панели, индицирует включенное состояние блока питания.

Настройка

Настройка схемы заключается в подборе величины резистора R12, который одновременно выполняет роль шунта амперметра РА1, на максимальный ток отсечки защиты (обычно тиристоры имеют большой разброс по чувствительности), подбору дополнительных резисторов R10, R14 в цепи приборов РА1, PV1 для калибровки показаний шкал приборов.

В авторском варианте при номинале резистора R12 0,2 Ом ток отсечки равнялся 8 А, шкала РА1 — 2,5 А, шкала PV1 — 25 В. Также желательно подобрать резисторы делителей R3, R4, R5 для того, чтобы в крайнем верхнем по схеме положении потенциометра R11 максимальные напряжения на каждом пределе соответствовали заданным.

Детали

Трансформатор TV1 выполнен на Ш-образном сердечнике сечением 5×2,5 см. Сетевая обмотка I — 836 витков ПЭВ-1 диаметром 0,31 мм, вторичная обмотка II: 6 В — 25 витков, 10В — 42 витка, 12В — 50 витков ПЭВ-1 диаметром 1,0 мм. Дополнительная обмотка III (40 В) — 155 витков ПЭВ-1 диаметром 0,2 мм. Тумблеры SA1 — ТП1-2, SA2, SA3 — ТЗ. В качестве приборов РА1 и PV1 использованы микроамперметры М5-2 с током отклонения 300 µА. Резистор R12 выполнен из отрезка нихромового провода диаметром 1,5 мм. Транзистор VT3 установлен на литом радиаторе, диоды VD1…VD4 — на отдельных П-образных радиаторах (рис. 3), остальные детали — на печатной плате размером 100×70 мм.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ815, VT2 — КТ817, VT3 — КТ808, КТ819.

Блок питания выполнен в корпусе размером 190x140x90 мм (рис. 4). Для улучшения охлаждения на левой боковой стенке корпуса (со стороны расположения радиатора транзистора VT3), а также на задней стенке просверлены отверстия диаметром 7 мм. Для получения большего выходного тока необходимо применить трансформатор TV1 большей мощности, увеличить емкость конденсаторов С2, С3 и, возможно, применить более мощный транзистор VT3. Несмотря на простоту конструкции, для автора блок питания уже много лет является неизменным помощником, а тиристорная защита многократно спасала от аварийных режимов не только блока питания, но и в испытуемых устройствах.

Блоки питания | Промышленная автоматизация

Узнайте все о SITOP на этой странице:

Полный ассортимент промышленных источников питания SITOP предлагает регулируемые источники питания постоянного тока 24 В для широкого спектра применений и требований, а ИБП постоянного тока SITOP и дополнительные модули расширяют защиту источника питания на стороне постоянного тока в случае сбоев питания.

Независимо от отрасли или требований, эффективное и надежное электроснабжение является основным требованием для работы любого предприятия. Есть веские причины для использования хорошо зарекомендовавших себя устройств SITOP, решений для источников бесперебойного питания постоянного тока и дополнительных модулей.

Три веские причины для SITOP

Высокая эффективность

• Средство выбора TIA упрощает выбор устройства
• Конструктивные данные для всех систем CAE
• Компактная конструкция с оптимизированным тепловыделением
• Высокая эффективность, низкое энергопотребление
• Сбор данных SITOP PSU8600 для управления энергопотреблением

Простая интеграция

• SITOP PSU8600 и UPS1600 полностью интегрированы в TIA и TIA Portal
• Простое и быстрое проектирование
• Оптимизированный мониторинг и диагностика
• Концепции питания 24 В, интегрированные в SIMATIC PCS7 благодаря библиотеке SITOP

 

Высокая надежность

• Гибкий широкодиапазонный ввод, отличные характеристики нагрузки и все соответствующие сертификаты
• Защита от сбоев питания с помощью источников бесперебойного питания постоянного тока
• Защита от перегрузок и коротких замыканий в цепи управления благодаря дополнительным модулям
• Возможен резервный источник питания

Форум интралогистики

Основные моменты портфолио источников питания SITOP

Система электропитания Siemens SITOP PSU8600 специально разработана для интеграции с распределенной системой управления Siemens SIMATIC PCS 7. Семейство SITOP расширяется новыми модулями селективности SITOP SEL1200 и SEL1400. Но в чем разница между двумя новыми модулями? Просто посмотрите и узнайте сами, чем отличается коммутационная характеристика отключения от предельной. В диалоге с вашим источником питания: Система электропитания SITOP PSU8600 может быть полностью интегрирована в систему автоматизации — в Totally Integrated Automation (TIA) через PROFINET или в OPC UA через Industrial Ethernet с открытой связью. Эксплуатационные данные записываются и могут предоставлять информацию о диагностике и обслуживании. Сердце автоматизации: источники питания SITOP известны во всем мире своей чрезвычайной надежностью и способностью работать в критических условиях сети. Ассортимент включает управляемые источники питания постоянного тока 24 В для широкого спектра применений, а ИБП постоянного тока и дополнительные модули расширяют защиту источника питания на стороне постоянного тока в случае сбоев питания.

Новости и события Здесь мы будем предоставлять вам регулярную информацию о новых разработках продуктов SITOP, функциональных расширениях, выставках и мероприятиях.

брошюра СИТОП

Загрузки, поддержка, услуги Загрузите брошюры, листовки и документацию для заказа с более подробной информацией об источниках питания SITOP здесь. Ссылки поддержки ведут к справочным материалам по SITOP, часто задаваемым вопросам, руководствам, примечаниям к продуктам и техническим данным. Откройте для себя наш спектр практических услуг в то же время.

TIA Selection Tool — в облачной версии и версии для ПК

Инструмент выбора TIA позволяет быстро выбирать и заказывать устройства SITOP. Просто запустите облачную версию в своем веб-браузере или загрузите версию для настольных ПК, чтобы использовать потребительское представление 24 В.

• Начать онлайн
• Скачать zip-файл

SITOP Manager — инструмент для ввода в эксплуатацию, инжиниринга и мониторинга

Это программное обеспечение можно использовать для параметризации и диагностики всех источников питания в сети с ПК под управлением Industrial OS, Windows 7 или Windows 10. Это идеально, если вы не используете TIA Portal или SIMATIC Step 7 для проектирования и программирования. .

Подробнее о SITOP Manager

База знаний SITOP: знание того, как это делается с 24 В

Воспользуйтесь советами экспертов и руководствами по системам электропитания SITOP.

В пул знаний

Регистрация Siemens Industry Mall

Пожалуйста, зарегистрируйте в Siemens Industry Mall   , чтобы воспользоваться всеми преимуществами инструмента выбора TIA.

Перейти в Индустриальный центр

Контакт SITOP — это полное, идеально скоординированное портфолио, предлагающее вам надежный источник питания, отвечающий растущим требованиям сегодняшнего дня. И мы продолжаем совершенствовать наши блоки питания SITOP, чтобы они продолжали работать. Будьте в курсе.

Защита от перегрузки по току в источниках питания и преобразователях

19 сентября 2008 г.

Большинство источников питания переменного тока в постоянный и преобразователей постоянного тока в постоянный имеют внутренние цепи ограничения тока для защиты силового устройства и, в некоторой степени, его нагрузки. Большинство защит от перегрузки по току включают функцию автоматического восстановления. На практике функция ограничения тока обычно начинает работать, когда выходной ток превышает максимально допустимое значение на 10–20 %.

Во многих случаях, если перегрузка (например, короткое замыкание) существует в течение длительного периода времени, это может сократить срок службы изделия из-за перегрева электролитических конденсаторов, а в крайних случаях это может привести к повреждению печатной схемы пользователя. следы. Поэтому всегда проверяйте руководство по эксплуатации источника питания, чтобы убедиться, что вы понимаете меры предосторожности, связанные с функцией защиты от перегрузки по току. Кроме того, если устройство питания имеет сигнал Output Good, это можно использовать как указание на то, что источник питания либо неисправен, либо находится в режиме перегрузки по току.

Существует несколько способов реализации защиты от перегрузки по току (OCP), и ниже приведены описания наиболее распространенных способов.

Ограничение тока с обратной связью

При использовании метода обратной связи в условиях перегрузки выходное напряжение и ток снижаются до безопасного уровня. Как видно из следующей кривой, в случае перегрузки источник питания будет обеспечивать ток до точки ограничения тока (т.н. «колена»), а затем выходной ток будет снижаться до более низкого значения по мере снижения выходного напряжения к нулю.

Этот метод используется в линейных источниках питания, поскольку он снижает до минимума нагрузку на внутренние силовые устройства источника. Одним из недостатков обратного ограничения тока является то, что, если источник питания включает большую емкостную нагрузку, он может зафиксироваться при пониженном токе до достижения полного выходного напряжения. В зависимости от конструкции выход из состояния ограничения тока с обратной связью может быть автоматическим или после встроенной задержки времени при устранении состояния перегрузки.

Ограничение тока в обратном направлении

Ограничение тока с упреждением

В методе с упреждением при обнаружении перегрузки выходное напряжение снижается до нуля, но ток увеличивается. При управлении двигателями, насосами или нагрузками с высокой емкостью использование функции кратно направленного тока может помочь преодолеть электрическую инерцию этих нагрузок. Выход из ситуации ограничения тока в прямом направлении обычно происходит автоматически при устранении перегрузки.

Ограничение тока со складыванием вперед

Ограничение постоянного тока

В методе постоянного тока в случае перегрузки выходной ток остается в своей предельной точке, а выходное напряжение снижается до нуля линейным образом. Этот метод используется во многих конструкциях импульсных источников питания. Как правило, источник питания автоматически возвращается к своему нормальному выходному напряжению, когда состояние перегрузки больше не присутствует.

Ограничение постоянного тока

Отключение по ограничению тока

В некоторых конструкциях источников питания при возникновении перегрузки источник питания начинает переходить в режим ограничения постоянного тока, но когда выходное напряжение достигает заданного пониженного напряжения, источник питания отключается. . Выход из этого состояния может быть автоматическим или потребовать повторного использования входной мощности.

Ограничение тока в режиме икоты

Некоторые блоки питания с низким энергопотреблением имеют так называемую функцию ограничения тока икоты. Как следует из названия, при обнаружении ограничения тока источник питания снизит свое выходное напряжение до нуля, а затем, через короткое время, попытается обеспечить нормальное напряжение.