Защита блока питания от короткого замыкания | Своими мозгами

Всех приветствую на моём Дзене! Сидел пересматривал свои старые записи и вот наткнулся на одну схемку из журнала «Радио» И. Нечаева . Совсем недавно я опубликовал статью о сборке блока питания. Зачастую радиолюбители используют блоки питания состоящие из пони­жающего трансформатора и выпрямителя с конденсато­ром. 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 питании в качестве элемента защиты плавкий предохранитель не всегда удобно, да и, кроме того, быстродействие у него невысокое. Как же быть?

Один из вариантов решения проблемы защиты от КЗ — включении 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.

Схема подключения транзи­стора к блоку питания приведе­на на рисунке

А здесь приведены вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлении резистора R1

Работает защита так. Если сопротивление резистора 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 практически на нагрузке будет все выпрям­ленное напряжение. При по­явлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при от­сутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток от короткого замыкания на уров­не 0.45…0.5 А, независимо от падения напряжения на нём. 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 а дан­ном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится нл «здоровье» дета­лей блока питания.

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличени­ем сопротивления резистора R1. Нужно выбирав такой резистор, чтобы ток короткого замыкания, был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.

Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим КС-фильтром — тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра

Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное на­пряжение, его можно исполь­зовать для световой или звуко­вой сигнализации. Тут, к при­меру, схема включения световой сигнализации. Когда с нагрузкой все п порядке, горит светодиод НL2 зеленого цвета. При этом, падения напряжения на тран­зисторе недостаточно для за­жигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет и загорается HL1 красного света. Резистор R2 выбирают в за­висимости от нужного огра­ничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.

Также приведена схема подключения звуко­вого сигнализатора

Защита в источниках питания MEAN WELL

                                                                      Защита от короткого замыкания.
Эта защита отключает источник питания в случае короткого замыкания его выходных цепей, во избежание возможного пожара.
Рассмотрим процесс короткого замыкания, с точки зрения физики.
Предположим, у нас имеется схема: лампа питается от источника питания Bat:

Что будет, если возникнет короткое замыкание между точками А и В схемы?
В результате ток пойдет по укороченному пути, минуя нагрузку. Короткий путь в данном случае и есть провод AB. Сопротивление провода АВ близко к нулю. Так как провод АВ обладает почти нулевым сопротивлением, то через него потечет очень большая сила тока, согласно закону Ома:

В этом режиме сила тока может достичь критических значений, превышающих допустимые для данной цепи.

Закон Джоуля-Ленца гласит:
Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока

где
Q – это количество теплоты, которое выделяется на сопротивлении нагрузки Rн .
I – сила тока в этой цепи
Rн – сопротивление нагрузки
t – период времени, в течение которого происходит выделение теплоты на нагрузке Rн

То есть: ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА прямо пропорционально КВАДРАТУ силы тока на данном участке электрической цепи.
Если ток при коротком замыкании возрастет в 20 раз, то количество выделяющейся при этом теплоты — в 400 раз!

Это означает, что на проводе AB будет выделяться огромное количество теплоты. Провод резко нагреется от температуры, а потом и сгорит.

Вот почему электроэнергия может превратиться в настоящее стихийное бедствие: горит проводка, расплавленный металл проводов поджигает находящиеся рядом предметы, возникают пожары.
Поэтому, защита от короткого замыкания имеет очень важное значение.

                                                                                            Защита от перегрузки.
При выходе из строя устройства или электронных компонентов в его составе может возрасти ток потребления, который может, в свою очередь, привести к выходу из строя источника питания и создать возможность возникновения пожара. Поэтому одной из важных функций защиты источника питания является функция защиты от перегрузки.

Когда значение потребляемого нагрузкой тока превышает номинальное значение источника питания, срабатывает схема защиты от перегрузки.
В технической документации на источники питания MEAN WELL указаны следующие варианты срабатывания защиты от перегрузки:

Constant current limiting

Режим ограничения выходного тока представляет собой перевод источника питания в режим, когда выходной ток остается на постоянном уровне и находится в пределах указанного диапазона, в то время как выходное напряжение падает до более низкого уровня.

Hiccup mode

Режим прерывистого питания (hiccup) представляет собой периодическое выключение и последующее включение выхода с небольшим периодом, не позволяя источнику питания выдать ток, превышающий максимальный.

Режим защиты некоторых моделей источников питания может сочетать несколько упомянутых типов:

Методы восстановления:
1) Автоматическое восстановление: источник питания восстанавливается автоматически после устранения неисправного состояния. Большинство источников питания фирмы MEAN WELL имеют функцию автоматического восстановления.
2) Повторное включение питания: источник питания перезапускается путем ручного включения входного напряжения после устранения неисправного состояния. Прежде чем запустить источник питания вручную, необходимо убедиться, что условия, вызвавшие отключение, устранены. Необходимо помнить, что условия перезапуска требуют выдержать паузу несколько секунд между включением и выключением источника питания.

                                                                               Защита от повышенного напряжения.
К выходу источника питания пользователем может быть подключена индуктивная нагрузка.
Для индуктивной нагрузки характерно явление возникновения э. д. с. самоиндукции.
Эта э. д. с. возникает при всяком изменении тока, например при замыкании и размыкании электрических цепей, где имеется индуктивность. При этом, чем быстрее изменяется ток, тем больше скорость изменения магнитного потока и тем большая э. д. с. самоиндукции индуцируется. Возникает так называемое коммутационное перенапряжение. В этом случае возникающая э. д. с. самоиндукции может во много раз превысить напряжение U источника и, суммируясь с ним, послужить причиной возникновения перенапряжений в электрических цепях.

Возникновение перенапряжения при размыкании электрических цепей с индуктивностью иллюстрируется графиком:

Поэтому, в источниках питания применяют защиту от перенапряжения на выходе.

Выходное напряжение отключается, когда его значение достигает диапазона включения защиты.

                                                                                      

Защита от перегрева.
Источники питания должны работать, не допуская чрезмерного повышения температуры. Тем не менее, могут возникнуть такие неисправности как:
— постоянное состояние перегрузки;
— неисправный вентилятор;
— случайная блокировка входа/выхода охлаждающего воздуха;
— отказ системы кондиционирования воздуха в помещении.

Защита от перегрева выключает источник питания, если температура внутри его корпуса достигает определённого значения. Такой защитой оснащены не все источники питания.

                                                                                  Входные предохранители.

Для того, чтобы дополнительно защитить входные цепи источника питания, на входе устанавливают плавкие предохранители. Они надежно защищают схемы источников питания от значительных разрушений. Однако, в некоторых случаях, перегорание входных предохранителей вызвано необратимыми процессами во входных цепях, которые уже произошли до перегорания предохранителя. Поэтому его замена не всегда приводит к восстановлению работоспособности источника питания.

                                                                           Предостережения при режимах перегрузки.
Защитные и восстановительные цепи источников питания разработаны таким образом, чтобы предотвратить выход из строя источника питания, однако длительное нахождение в экстренном режиме перегрузки не рекомендуется и может привести к выходу из строя компонентов источника питания.

Моллюск-12/10 Источник питания 12В, 10А, габариты 205х70х40 мм, защита выхода от КЗ и перегрузки

Источник питания 12В, 10А, габариты 205х70х40 мм, защита выхода от КЗ и перегрузки, прочность изоляции 3 кВ, проушины для крепления, корпус IP67

Краткое описание: источник вторичного питания 12 В, 10 А, габариты 205х70х40 мм, защита выхода от КЗ и перегрузки, прочность изоляции 3 кВ, проушины для крепления, корпус IP67.

Назначение: источник питания предназначен для питания радиоэлектронных устройств широкого применения напряжением 12 В постоянного тока от сети переменного тока напряжением 220 В, защищён от перегрузки и короткого замыкания на выходе, работоспособен на холостом ходу.

Основные особенности Моллюск-12/10: 

• удобный конструктив;
• удобство подключения;
• широкая сфера использования;
• широкий сетевой диапазон — от 170 В;
• повышенный класс защиты от поражения эл. током;
• электронная защита от КЗ и перегрузки (у аналогов предохранитель и лишение гарантии).

Технические характеристики:

Напряжение питающей сети частотой 50 Гц, В		170…250
Постоянное выходное напряжение, В		11,5…12,5
Максимальный ток нагрузки, А		10
Электрическая прочность, кВ		3
Мощность, потребляемая изделием от сети без нагрузки, ВА, не более		9
Масса НЕТТО (БРУТТО), кг, не более		0,80 (0,9)
Рабочие условия эксплуатации: температура окружающей среды -30…+40 °С
Габаритные размеры, мм, не более	без упаковки	70х205х40
	с упаковкой	75х210х45

Характеристики Моллюск-12/10:

• Тип источника питания: Импульсный
• Производитель: Бастион
• Выходное напряжение: 12В DC
• Кол-во выходов для камер: 1
• Материал корпуса: Пластик
• Место установки: На улице, В помещении
• Номинальный ток 12В DC(А): 10
• Номинальный ток 24В AC: Нет
• Номинальный ток 24В DC: Нет
• Номинальный ток 48 В: Нет
• Номинальный ток 55 В: Нет
• Регулировка выходного напряжения: Нет
• Установка в стойку: Нет
• Установка на DIN-рейку: Нет

Консультации по оборудованию Новый вопрос

Задайте вопрос специалисту о Моллюск-12/10 Источник питания 12В, 10А, габариты 205х70х40 мм, защита выхода от КЗ и перегрузки

Самовывоз из офиса: Пункт выдачи:* Доставка курьером:* Транспортные компании: Почта России:*

* Срок доставки указан для товара в наличии на складе в Москве

Отзывы о Моллюск-12/10: Оставить отзыв

Ваш отзыв может быть первым!

Простая схема автоматического ограничителя постоянного тока на транзисторах, защита от перегрузки и КЗ.

Как правило у большинства простой электронной и электрической аппаратуры используются такие же простые блоки питания, которые не имеют внутри себя защиты от перегрузки и короткого замыкания. И нередки случаи, когда при коротком замыкании, произошедшем на устройстве, выходит из строя блок питания, который и обеспечивает током данный прибор. Но не всегда замена такого блока питания может обойтись в копейки. Чтобы обезопасить как блок питания, так и само питаемое устройство от поломки из-за перегрузки или КЗ можно собрать достаточно простую схему защиты.

Как видно сама схема очень проста, имеет минимум компонентов. По стоимости обойдется практически в копейки, а то и вовсе бесплатно, если имеются свои электронные детали. Для тех кто не совсем понимает сам принцип действия данной схемы защиты от токовых перегрузок и коротких замыканий поясню ее работу. В принципе тут все просто. Итак, имеются два биполярных транзистора. Первый транзистор VT1 является силовым, и выполняет роль ограничителя тока. Данный транзистор в схеме поставлен типа КТ817. Максимальный ток коллектор-эмиттерного перехода у него до 3 ампер. Если этого тока Вам мало, то естественно, VT1 должен быть заменен на более мощный (например КТ819 с коллекторным током до 10 А). Поскольку токи при перегрузке или КЗ могут быть относительно немалые, и данный транзистор может быстро нагреваться, то желательно изначально предусмотреть охлаждающий радиатор подходящих размеров.

Резистор R1 задает смещение транзистору VT1, чтобы на его базу поступает положительный потенциал, что в свою очередь даст возможность быть открытым коллектор-эмиттерному переходу в нормальном режиме работы схемы. То есть, если в схеме будет только эти два компонента (VT1 и R1), то нагрузка будет работать, так как на нее будет подаваться напряжение и поступать ток из-за полностью открытого транзистора VT1.

А вот чтобы данный транзистор закрывался, при перегрузке и коротком замыкании, и нужны другие элементы схемы. Теперь о том, какова роль второго транзистора VT2. По мощности он гораздо меньше первого, так как через него будут проходить относительно малые токи. При своем открытии транзистор VT2 подает отрицательный потенциал (минус) на базу первого транзистора, что в свою очередь его начинает закрывать. И получается, что VT1 будет полностью открыт, когда VT2 полностью закрыт, а когда VT2 полностью открывается, то VT1 полностью закрывается и прекращает подачу электроэнергии на питаемое устройство (нагрузку).

Теперь о роли резисторов R2 и R3 в данной схеме. Датчиком тока является резистор R3. Его сопротивление крайне мало и может быть от 0,1 Ома до 5 или 10 Ом. Именно величиной сопротивления этого резистора и задается предел силы тока, при котором схема начнет ограничивать этот самый ток в выходной цепи питания. Пожалуй, лучше даже будет поставить на место R3 не постоянный резистор, а переменный или подстроечный величиной 5-10 Ом. Учтите, что этот резистор должен быть мощностью не менее 2 Вт, а то и больше.

С правого бока схемы можно увидеть три последовательно соединенных резистора. Это аналогия сопротивлений R3, R нагрузки и проводимости транзисторного коллектор-эмиттерного перехода VT1. То есть, как известно при изменении сопротивления на одном из последовательно соединенных резисторах начинает происходить перераспределение электрического напряжения. Если сопротивление нагрузки уменьшится при перегрузке или коротком замыкании, то на ней уменьшится и напряжение. Вместо этого напряжение увеличится на транзисторном переходе и на резисторе R3. Естественно, поскольку R3 соединен параллельно с база-эмиттерным переходом транзистора VT2 (через резистор R2), то увеличенное напряжение резистора R3 начнет открывать транзистор VT2. Резистор R2 нужен для ограничения тока, и более точной настройки величины тока, при котором уже будет происходить токоограничение и защита схемы нагрузки.

В итоге мы имеем такой процесс. Когда ток меньше порога срабатывания этой схемы (зависящий от величины сопротивления R3), то VT2 закрыт, а VT1 открыт, на нагрузку поступает сила тока в полном объеме. А когда ток в цепи нагрузки становится выше порогового, то происходит закрытие силового транзистора и тем самым начинает ограничиваться ток нагрузки, вплоть до полного отключения питания от нагрузки. Как видно на схеме имеется светодиод. Когда VT2 начинает открываться, то и через светодиод начинает протекать ток. Светодиод начинает светиться, сигнализируя о том, что ток нагрузки достиг величины срабатывания защиты и начало происходить токоограничения в питании нагрузки.

Как видно, все очень просто и понятно. Схема полностью работоспособна. Она проверена годами и многими электронщиками и радиолюбителями. Подобный вариант токовой защиты от перегрузки и КЗ широко используется при изготовлении самодельных блоков питания. И этот узел защиты ставиться на выходе имеющегося блока питания, ранее не имеющего подобной токовой защиты. Величина входного напряжения может быть в пределах от 3 до 15 вольт, хотя можно подавать и больше, при этом нужно будет подобрать более подходящие компоненты схемы для корректной ее работы.

Видео по этой теме:

P.S. Данную схему защиты от перегрузки по току и короткого замыкания можно ставить на любые блоки питания, не имеющие ее. А также и на саму нагрузку, что дополнительно обезопасит ее и имеющийся БП от выхода из строя последнего. По размерам данная схема получится вполне небольшой, так как ее компоненты имеют небольшие габариты. Тем более если использовать SMD компоненты. Так что берите себе на заметку эту простую схему и при необходимости собирайте ее.

Защиты блока питания: OVP/UVP/OPP/SCP/SIP — TECHNODOR

Каждый раз, когда мы говорим об источниках питания, мы говорим о мощности, эффективности. И это один из основных факторов (почти самый важный), поскольку они несут ответственность за защиту нашего оборудования от «электрических аварий». Но когда мы говорим о защите, многие люди задаются вопросом: для чего нужна каждая защита?

Что ж, в сегодняшнем посте мы попытаемся пролить свет на компонент, отвечающий за питание нашего компьютера. 

Power Good или сигнал PWR_OK

Когда мы включаем источник в первый раз, напряжение требует времени от 0,01 до 0,09 секунды, чтобы достичь всех выходов, с течением времени это напряжение будет увеличиваться, пока не достигнет правильного значения.

Чтобы предотвратить это, все блоки питания включают сигнал под названием «Power-Good» или «Power-OK», который сообщает нам, что линии +3, +5 и + 12V работают правильно в момент включения указанного источника с нуля и если преобразователь имеет достаточно энергии, чтобы гарантировать непрерывный поток.

Остальные средства защиты, которые мы увидим в будущем, работают более или менее, как следует из названия.

OCP (защита от перегрузки по току)

Как видно из названия, это защита, которая действует при превышении определенных уровней тока в схеме источника. Эта защита работает с помощью интегральной схемы и шунтирующего резистора, контролирующего ток. Эти две схемы приводят к тому, что при обнаружении слишком большого скачка тока блок питания немедленно отключается.

UVP (защита от пониженного напряжения)

Являясь одним из наиболее распространенных средств защиты почти во всех источниках питания, он работает так же, как и предыдущий. Как только схема обнаруживает, что ток слишком низкий, она отключает источник.

OVP (защита от перенапряжения)

В отличие от предыдущего случая, если напряжение в линии превысит допустимые значения, установленные производителем, источник автоматически отключится. Эти значения не допускают более 30% на линии + 12В и до 40% на линии + 5В.

SCP (защита от короткого замыкания)

Это наиболее распространенная защита среди всех источников питания. Как следует из названия: в случае короткого замыкания эта функция отвечает за предотвращение повреждения компонентов самого источника и вашей системы.

OPP (защита от перегрузки по мощности)

В случае, если система слишком велика и требует больше мощности, чем может поддерживать источник, эта защита будет активирована путем выключения оборудования. Этот параметр установлен производителем, у некоторых запас на 50-100 Вт больше итогового.

OTP (защита от перегрева)

Как видно из названия, когда датчик температуры обнаруживает чрезмерно высокий избыток тепла (либо из-за чрезмерной грязи, либо из-за неисправности вентилятора), источник немедленно отключается, чтобы избежать большего зла.

Это основные средства защиты, которые включают в себя наши блоки питания.

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

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

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

Принцип работы защиты от короткого замыкания

Типовая структурная схема защиты БП от сверхтока.

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

Короткое замыкание сопровождается двумя явлениями:

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

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

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

Типовая схема защиты импульсного БП с ШИМ-регулированием.

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

Примеры схем и их описание

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

На биполярном транзисторе

Схема защиты от сверхтока на биполярном транзисторе.

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

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

При напряжении БП выше 25 и ниже 8 вольт, возможно, придется подобрать резистор R1 так, чтобы ключевой транзистор был надежно открыт. Резистор R3 можно применить готовый керамический или сделать из нихрома.

Керамический 10-ваттный резистор 0,5 Ом.

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

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

Врожденный недостаток подобного схемотехнического решения – через ключ течет полный ток нагрузки (и ток КЗ до момента закрывания транзистора). Поэтому ключевой элемент надо устанавливать на радиатор соответствующих размеров.

На полевом транзисторе

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

Защита от КЗ на полевом транзисторе.

Здесь ключ находится в отрицательной шине выходного напряжения. В исходном положении полевой транзистор открыт напряжением, поступающим через светодиод. Ток в этой цепи очень мал, светодиод не светится. Транзистор Т2 закрыт. При увеличении тока потребления напряжение на шунте R1 начинает расти, когда оно увеличится до уровня открывания Т2, ключ T1 закроется, а ток через светодиод увеличится, индицируя об активации защиты. Уровень срабатывания регулируется выбором сопротивления шунта.

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

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

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

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

На тиристоре

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

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

Схема защиты от сверхтока на тиристоре.

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

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

Читайте также

Импульсный блок питания – подборка схем для самостоятельного изготовления

 

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

На реле

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

Защита от КЗ на одном реле.

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

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

Рекомендуем: Сборка самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока

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

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

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

Защита двухполярного блока питания | Все своими руками

На двухполярных блоках питания, особенно на блоках питания для усилителей, стоит одному предохранителю выгореть, короткое замыкание КЗ, и второе плечо окончательно будет выведено из строя.

Задумываясь над этим вопросом, было разработано устройство защиты от выхода из строя оконечной нагрузки из-за выгорания предохранителя одного из плечь
Все идеи по поводу этой защиты сводились к вопросу, что надо ставить реле… Релейная защита как нельзя лучше подходит. Так оно и было, было разработано две схемы с релейным отключения нагрузки.

Первая схема устройства защиты двухполярного блока питания

На первой схеме разработан вариант для реле парно отключавшего нагрузку. То есть если вдруг один из предохранителей сгорит, питание пропадет на катушке реле и второй канал отключится. Можно поставить и 3 канальное реле, где и общий будет отключаться

Вторая схема устройства защиты двухполярного блока питания

Во второй схеме принцип работы тот же, горит предохранитель и тут же выключается общий провод, что спасает целостность остальной части схемы..

Мне по душе этот вариант:

— Во первых реле на 1 контакт достать и легче и дешевле.
— Во вторых 100% отключается общий и тем самых спасет меня от пробоя второго плеча, а это уже что то.
— В третьих индикатор можно поставить, то есть когда отключается реле, брать напряжение со свободного контакта реле, а плюс брать до предохранителя FU1. Лучше брать светодиод красного цвета

Эти схема работают 100%, если будет спаяно все ровно и аккуратно. Да и что тут паять: реле, резистор, стабилитрон нужной мощности, защитный диод еще бы поставил емкость 1мФ(пленку) от помех работы реле и стабилизации напряжения на стабилитроне

Цепляется устройство непосредственно после фильтрующих емкостей, что заставит ее отключится сразу, а не пока емкости разрядятся и выведут из строя последними зарядами оставшуюся часть рабочей схемы…

Печатной платы не предпологается, поскольку у каждого она своя))

На этом пока все, комментируйте, подписывайтесь, предлагайте свои варианты, обязательно рассмотрим
Удачи с повторением, с ув. Админ-чек

Похожие материалы: Загрузка…

Как защитить электрооборудование от короткого замыкания и перегрузки

Защита от короткого замыкания и перегрузки

Короткие замыкания и перегрузки предъявляют различные требования к автоматическим выключателям. Крайне важно, чтобы инженеры знали, как защитить свои конструкции от обеих опасностей. Автоматические выключатели используются по-разному. Они устанавливаются в щитовые панели для защиты проводки параллельной цепи и встроены в оборудование для ее защиты.В таком диапазоне применений неудивительно, что автоматический выключатель должен обеспечивать защиту как от короткого замыкания, так и от перегрузки.

1. Короткое замыкание

Цепь, позволяющая электрическую ток, проходящий по случайному пути с низким сопротивлением, известен как короткое замыкание . Короткое замыкание вызывает сильный ток, который повреждает изоляция электрооборудования. В основном это происходит, когда два провода соприкасаются друг с другом или при нарушении изоляции между проводниками.

Величина тока короткого замыкания становится тысячной. время больше, чем нормальный ток. Во время короткого замыкания напряжение на точка повреждения уменьшается до нуля, и ток большой величины течет через сеть. Короткое замыкание оказывает различное вредное воздействие на энергосистему. Они-

1. Короткое замыкание вызывает сильный ток в системе питания который выделяет чрезмерное тепло и, следовательно, приводит к возгоранию или взрыву.
2. Короткое замыкание вызывает дугу, которая вызывает серьезные повреждения. к элементам энергосистемы.
3. Короткое замыкание влияет на стабильность сети, которая нарушает непрерывность подачи электроэнергии.

Защита

Для защиты устройства и людей от опасность короткого замыкания, в электрических цепях используются защитные устройства. Эти устройства могут обнаруживать неисправности и отключать цепь непосредственно перед импульсный ток достигает максимума. Есть два популярных устройства защиты часто используется во всех электрических цепях.

(i) Предохранитель

Предохранитель срабатывает один раз в цепи и затем необходимо заменить после того, как произошло отключение. Это полезно для фазы за фазой защита. Он обеспечивает высокую отключающую способность при малой громкости, что ограничивает электродинамическое напряжение.

Предохранители

(ii) Автоматический выключатель

Автоматические выключатели с возможностью сброса либо вручную, либо автоматически.Он автоматически разрывает цепь в короткое время отключения и отделяет нагрузку от источника питания, что защищает цепь от любых повреждений. Работает быстрее предохранителя. Например, формованный Выключатель корпуса (MCS), автоматический выключатель в литом корпусе (MCCB). Вакуумный контур Выключатель.

Часть поперечного сечения MCB

Типы выключателей

Автоматические выключатели доступны в трех вариантах. типы.Системные разработчики выберут обратное время, регулируемое отключение или автоматические выключатели с мгновенным срабатыванием в зависимости от требуемой защиты.

Обратные временные отключения: — Эти выключатели срабатывают быстрее, чем ток увеличивается. Это обеспечивает защиту от перегрузки , но также позволяет оборудованию и проводникам на короткое время выдерживать чрезмерные нагрузки.

Регулируемые отключения : — Эти выключатели используются, когда работа нескольких защитных устройств в системе должна быть скоординирована.Конструкторы размещают отключения с самым низким рейтингом ближе всего к защищаемым устройствам. так что неисправность в одной области изолирована, но пропускает ток в другом месте в система продолжает течь.

Мгновенные отключения: — Они используют только магнитные элемент отключения и не обеспечивают защиту от перегрузки. Также известен как мотор защитные устройства цепи, или MCP, они обычно используются для защиты больших двигателей от коротких замыканий и замыканий на землю.

2. Перегрузка

Перегрузка означает больше, чем нужно нагрузка на сеть энергосистемы.Напряжение при перегрузке становится равным уменьшился до очень низкого значения, но не может быть нулевым. Течение в состояние перегрузки высокое, но значительно ниже, чем при коротком замыкании Текущий. Перегрузка увеличивает температуру тела, что вызывает ожоги и, как следствие, повреждение электрооборудования. Повреждение состояния перегрузки оборудование энергосистемы. Например — Учтите, что инвертор имеет мощность 400 Вт и если через него подключена нагрузка 800 Вт, то это вызовет перегрузку.

Состояние перегрузки

Защита от перегрузки

Защита от перегрузки — это защита от перегрузки по току, которая может вызвать перегрев. Защита от перегрузки обычно работает с обратнозависимой временной кривой, когда время отключения становится меньше по мере увеличения тока. Это означает перегрузку реле не срабатывает при кратковременных или кратковременных сверхтекущих событиях, которые являются нормальными для оборудования, которое они защищают. Например некоторые оборудование может увеличивать пусковые токи при запуске. Эти пусковые токи обычно длятся всего несколько секунд и редко вызывают проблемы. Так что перегрузка реле используются в цепи двигателя для защиты двигателей от повреждений, вызванных длительные периоды перегрузки по току.

Читайте также

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: решающее значение 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 / постоянного тока), 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 макетной плате 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.

Электроснабжение, также известное 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 меньше 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 вторичный резервный источник питания), короткие отключения, которые могут быть вызваны включением устройств (например, радиомодуля), могут быть устранены 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 / постоянного тока, 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 поперек 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 в обратном смещении 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 в себя специальные схемы именно для этой задачи.Давайте рассмотрим несколько примеров компонентов, которые можно использовать для защиты цепей.

Комплекты диодной матрицы

Пакеты с диодной матрицей включают в себя несколько диодов в одном корпусе, 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 портов USB, 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 автомобильный предохранитель SMD 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.

Блоки питания с одной шиной, блоки питания с несколькими шинами и безопасность: это серьезное дело

Прежде чем я начну, я определю несколько терминов: доступны из одних рук. В конструкции с несколькими рельсами общая доступная сила тока распределяется по двум или более «рельсам». Блоки питания с одной шиной питания могут быть намного более удобными при настройке высокопроизводительных ПК, поскольку они устраняют необходимость балансировать силовую нагрузку по нескольким шинам — все, о чем вам нужно беспокоиться, это то, соответствует ли ваш блок питания общим требованиям к питанию вашей системы.

Но, что более важно, нет эффективной разницы в безопасности между однорельсовыми и многорельсовыми блоками питания. Утверждалось, что более высокая сила тока, передаваемая по одной рельсе, представляет риски, которых нет при использовании нескольких рельсов с более низкой силой тока. Это просто не так, по причинам, которые мы объясним ниже.

Безопасность прежде всего

Во-первых, давайте уберем одну вещь. Компания Corsair, как и все уважаемые производители блоков питания, очень серьезно относится к безопасности. Все наши блоки питания сертифицированы UL и другими регулирующими органами.В дополнение к сертификации UL / CUL в США, наши блоки питания имеют сертификаты CE (для Европы), CB (международный стандарт), TÜV (для рынка Германии), CCC (для продаж в Китае) и C-Tick для Австралия и Новая Зеландия. И, конечно же, они проходят все соответствующие сертификаты Intel. Одним словом, они соответствуют самым высоким мировым стандартам безопасности источников питания. Иначе и не было бы.

Вот краткий обзор защитной схемы, встроенной в любой хорошо спроектированный источник питания:

Защита от короткого замыкания: все современные источники питания имеют механизмы, предотвращающие повреждение оборудования от коротких замыканий, о которых даже не слышали.Блоки питания Corsair имеют несколько резервных изолированных цепей, отключающих блок питания при любых условиях, указывающих на возможное короткое замыкание. Собирая блок питания, нельзя быть слишком осторожным.

Защита от перенапряжения и пониженного напряжения: они работают по-разному. На стороне подачи питания, в том маловероятном случае, когда электрическая компания предоставляет слишком низкое напряжение, источник питания немедленно отключается. Блок питания также защищает вашу систему в случае удара молнии или другого скачка напряжения.Хорошо спроектированные источники питания разработаны с учетом отклонений в пределах определенного порогового значения, чтобы избежать ненужной замены предохранителей. В руководстве по проектированию ATX такие случаи называются «неприятными поездками».

На выходной стороне также есть защита от перенапряжения и пониженного напряжения на шине питания. Если есть какие-либо отклонения от спецификаций ATX, которые нельзя исправить, блок питания немедленно отключается.

Защита от перегрузки по току: ограничивает количество тока, которое может быть снято с выходной шины.

Кстати, на материнских платах есть свои механизмы защиты ЦП, памяти и карт расширения от повреждений в случае нестандартной подачи питания. Материнские платы делают это, отслеживая сигнал «power good», посылаемый блоком питания, и выключая CPU. Сигнал хорошего питания составляет + 5 В, но он обеспечивается специальной схемой мониторинга, а не просто обычной линией + 5 В блока питания.

Сила тока: есть ли слишком много?

Рассмотрим пример. Enthusiast Series TX750 V2 имеет одну шину +12 В, обеспечивая максимальный ток 62 А и максимальную комбинированную мощность 720 Вт.Блок питания от другого производителя может иметь четыре шины +12 В, каждая с общей силой тока 25 А (более высокая общая сила тока на линии +12 В в этом примере компенсируется за счет обеспечения меньшей мощности на других линиях, чем у блока питания Corsair. 25 А на линии + 3,3 В и + 5 В по сравнению с 30 А у TX750 V2).

Является ли 62 А менее безопасным, чем 25 А?

Ответ: конечно, нет. Блоки питания с одной направляющей имеют ту же схему защиты, что и описанные выше ЦП с несколькими направляющими.

При рассмотрении общей силы тока также важно помнить, что когда блок питания установлен в ПК, ток распределяется по нескольким кабелям питания — к материнской плате, периферийным устройствам, графическому процессору и т. Д. никогда не попадет в ситуацию, когда 62 А на один кабель питания. Кроме того, любой хорошо спроектированный кабель питания блока питания (то есть кабели, предоставленные любым известным производителем блока питания) просто не может обеспечить сопротивление, необходимое для перегрузки кабеля.

При выборе источника питания следует учитывать несколько факторов: нужны ли вам модульные кабели, сколько энергии вам нужно сегодня и сколько энергии, по вашему мнению, вам понадобится для следующих нескольких обновлений.Но при выборе между однорельсовым или многорельсовым блоком питания безопасность просто не играет роли.

Защита от перегрузки источника питания с помощью метода ограничения тока Foldback

Основные выводы

• Метод ограничения тока обратной связи в линейных источниках питания — это метод, используемый для удержания рассеиваемой мощности в безопасных пределах.

• Отвод выходного тока в источниках питания потенциально снижает тепловые, электрические и механические напряжения в компонентах схемы, продлевая срок службы этих компонентов.

• В режиме ограничения постоянного тока источник питания никогда не срабатывает до нуля. Метод ограничения тока с обратной связью отключает источник питания, и при этом выходное напряжение будет равно нулю.

Большая часть наших требований к напряжению удовлетворяется импульсными источниками питания (SMPS). В то время как легкие и высокоэффективные функции SMPS делают его постоянным элементом в бытовой электронике, его аналог, линейный источник питания, чаще встречается в радиочастотных (RF) схемах.Линейный источник питания очень надежен и невосприимчив к электромагнитным помехам, особенно радиочастотным, что делает его отличным выбором для радиочастотных и микроволновых схем. Обсуждая линейный источник питания, мы не можем игнорировать линейные регуляторы напряжения и связанную с ними рассеиваемую мощность. Метод ограничения тока обратной связи в линейных источниках питания — это метод, используемый для удержания рассеиваемой мощности в безопасных пределах. Он также защищает линейные источники питания от сбоев и перегрузок.

Метод ограничения тока с обратной связью в линейных источниках питания

Возникновение условий перегрузки по току, перегрузки и короткого замыкания может повредить линейные источники питания и повлиять на общий срок службы источника питания.Для защиты линейных источников питания от таких неисправностей обычно используются несколько методов ограничения тока. Одной из таких схем защиты от перегрузки по току является метод ограничения тока обратной связи. Метод ограничения обратного тока линейно снижает выходное напряжение и выходной ток в условиях перегрузки и перегрузки по току, что приводит к ограничению рассеиваемой мощности.

Рассмотрим линейный источник питания с входным напряжением Vi, выходным напряжением Vo и выходным током Io. Рассеиваемая мощность линейного регулятора определяется следующим уравнением:

При увеличении подключенной нагрузки от источника питания потребляется больше выходного тока, что приводит к увеличению рассеиваемой мощности.Линейный источник питания пытается поддерживать постоянное напряжение, пока значение выходного тока не достигнет точки перегиба, как показано на изображении выше. Это момент, когда срабатывает схема ограничения тока обратной связи. По достижении точки перегиба схема ограничения тока обратной связи уменьшает выходной ток линейно с выходным напряжением. Выходной ток уменьшается до более низкого значения, а выходное напряжение линейно движется с током к нулевому значению. Когда текущее значение равно Isc, выходное напряжение источника питания будет нулевым.

Поскольку напряжение Vo и ток Io имеют тенденцию к снижению при работе схемы ограничения тока обратной связи, то же самое происходит и с рассеиваемой мощностью в линейном источнике питания. Такое отведение выходного тока назад потенциально снижает тепловые, электрические и механические напряжения в компонентах схемы и тем самым продлевает срок их службы. Выход из режима ограничения тока обратной связи может быть автоматическим или после временной задержки при снятии перегрузки.

Сравнение ограничения тока обратной связи с ограничением постоянного тока

Источники питания предназначены для подачи постоянного напряжения на нагрузку.Когда источник питания перегружен, выходной ток увеличивается и может превышать максимальный номинальный ток источника. Когда источник питания поставляется с функцией ограничения постоянного тока, источник питания переходит из режима постоянного напряжения в режим постоянного тока при перегрузках. Он продолжает снижать напряжение в режиме ограничения постоянного тока. Однако при использовании метода ограничения постоянного тока источник питания никогда не срабатывает до нуля. В этом режиме блок питания отключается, и выходное напряжение будет равно нулю.

Подобно ограничению обратного тока, метод ограничения постоянного тока также имеет значение ограничения тока, которое определяет, когда источник питания должен быть переключен в режим постоянного тока. Ограничение постоянного тока часто встречается в SMPS, тогда как метод обратной связи является наиболее распространенной защитой в линейных регулируемых источниках питания. В схеме защиты с ограничением постоянного тока источник питания вернется в режим постоянного напряжения после устранения перегрузки.

В условиях короткого замыкания ток, потребляемый от источника питания, не уменьшается линейно в методе ограничения постоянного тока, что приводит к значительному рассеянию мощности.Источник питания выходит из строя, когда схема ограничения постоянного тока поддерживает максимальное значение тока до тех пор, пока короткое замыкание не будет устранено. Схема ограничения тока с обратной связью снижает ток короткого замыкания и обеспечивает требуемый ток при номинальном выходном напряжении для нагрузки. Рассеивание мощности в источниках питания с ограничением тока обратной связи сравнительно невелико в условиях короткого замыкания.

Варианты схем отвода тока

Схема защиты от перегрузки по току, используемая в источниках питания, может быть разных типов.Существуют схемы, в которых совмещены токовые ограничения и токовые фолдбэки. Существуют три основных типа цепей обратного переключения тока:

1) Ограничитель тока, обратное преобразование затем-тока

Отсутствие точности схемы обратного преобразования тока можно исправить, включив в схему схему ограничения тока. В этой токовой защите всякий раз, когда ток пересекает пороговое значение, он переходит в режим ограничения постоянного тока. Когда напряжение достигает определенного значения в режиме ограничения постоянного тока, цепь обратной связи берет на себя защиту.На изображении выше кривая красного цвета показывает характеристики этой цепи.

2) Ограничитель тока, затем ограничитель тока

Эта схема защиты дважды сочетает метод ограничения тока с ограничением обратного тока. Во-первых, ток ограничивается до тех пор, пока одновременно не будут достигнуты ток точки перегиба и соответствующее пороговое напряжение. Затем схема снижает ток до более низкого значения. Как только текущая координата соответствует второму пороговому пределу, наступает второй поворот ограничителя тока, который снова появляется и начинает защищать цепь.Эта схема ограничения тока с обратной связью выделяет больше тепла, чем схема с обратной связью. Характеристики схемы этого конкретного типа схемы с обратной связью показаны на изображении выше зеленым.

3) Возврат по току, ограничитель затем-тока

В этом типе максимальной токовой защиты ток снижается до более низкого значения, а затем ограничивается. Когда складчатый ток достигает определенного предела, начинает работать схема ограничителя тока. На изображении выше синим цветом представлены характеристики этой схемы защиты.

Источники питания уязвимы для сверхтоков в условиях перегрузки. Наши инвестиции в источники питания имеют решающее значение, и по-прежнему важно обеспечить схемы защиты от перегрузки по току вместе с источниками питания. Метод ограничения тока с обратной связью — одна из лучших схем защиты источника питания для защиты источника питания и подключенных устройств от сверхтоков и коротких замыканий.

Защита низковольтных систем или датчиков от коротких замыканий

В современных потребительских приложениях все чаще используются датчики для проверки пользователя перед доступом к оборудованию.Например, растущая популярность датчиков аутентификации по отпечатку пальца в таких устройствах, как сотовые телефоны и ноутбуки, обеспечивает удобство и безопасность биометрических данных для потребителей и предприятий.

Ключевой проблемой для производителей датчиков является защита оборудования от любых коротких замыканий, вызванных внешним ударом, который может привести к сильному току через датчик и, в конечном итоге, к повреждению материнской платы оборудования. С кремниевыми датчиками отпечатков пальцев перегрев сенсорной панели может привести к ожогам конечного пользователя.

Артикул Уравнения

Чтобы защитить систему, разработчики очень осторожны с любыми ударами перегрузки по току, исходящими из внешней среды. Как указывалось ранее, датчик отпечатков пальцев — это подсистема, которая требует дополнительной защиты, чтобы не повредить систему. Разработчик захочет защитить любую подсистему, такую ​​как разъемы USB, SD и другие SIM-карты, от внешних ударов. Сильная перегрузка по току, возникающая на этих разъемах / датчиках, может нанести вред основной системе и должна контролироваться и контролироваться.

Самым простым решением этой проблемы является переключатель питания с ограничением по току или переключатель нагрузки с ограничением по току. Переключатель контролирует ток питания подсистемы (датчик, разъем) и ограничивает выходной ток, если обнаруживается перегрузка по току. Когда ток переключения достигает предварительно определенного максимального предела, интегрированные решения, такие как серия TPS2294x, автоматически переходят в режим постоянного тока, чтобы предотвратить повреждение чрезмерными токами. Решение на основе дискретных полупроводников (например.g., полевые транзисторы, резисторы и т. д.), но более желательно интегрированное решение.

ВАЖНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ НАГРУЗКИ

Большинство переключателей мощности включают в себя полевой МОП-транзистор с каналом P с смещением с помощью полевого МОП-транзистора с N-каналом или полевой МОП-транзистор с каналом N с зарядовой накачкой. Они включают в себя встроенные функции защиты, такие как защита от перегрузки по току, блокировка обратного тока, тепловое отключение или даже блокировка при пониженном напряжении (UVLO).

Наиболее важные параметры, которые следует учитывать при разработке решения на основе переключателя нагрузки для защиты подсистемы:

• В _IN — Диапазон входного напряжения
• r _ON — Сопротивление в открытом состоянии от стока до истока прохода FET
• I _LIM — Ограничение минимального тока
• t _RISE — Время нарастания выхода переключатель
• V _IH / V _IL — Пороги управления переключателем
• I _CC и I _SHUTDOWN — Ток покоя и отключения
• Контур автоматического управления: время гашения (t _BLANK ) и автоматический перезапуск (t _RESTART )
• Мониторинг неисправностей
• Время реакции ограничения тока короткого замыкания
• Рассеивание тепла
• Упаковка
• Функциональная совместимость системы

Важность каждого параметра зависит от того, что пользователь хочет защитить.В сильноточных приложениях, таких как переключение USB VBUS, важно выбрать переключатель, который работает при 5,25 В и имеет высокий предел тока (> 500 мА), имея при этом довольно низкое сопротивление включения, чтобы избежать чрезмерного падения напряжения. Использование интегрированного продукта, такого как TPS2552, было бы хорошим выбором в этом приложении.

Для низковольтных датчиков коммутируемый ток обычно ниже 50 мА. Таким образом, сопротивление включения не так критично, но пользователь должен убедиться, что переключатель работает с входным напряжением всего 1.8V. Такой продукт, как TPS22945, может поддерживать такую ​​конструкцию.

В низковольтных подсистемах, таких как датчик отпечатков пальцев, разработчика часто просят предоставить две шины питания для питания входов / выходов (например, 3,3 В) и напряжения ядра (например, 1,8 В или 1,5 В) подсистема. Многие датчики очень чувствительны к шуму. Следовательно, они требуют хороших характеристик переменного тока, таких как подавление пульсаций источника питания (PSRR), или хорошего отклика на нагрузку и переходные процессы в линии.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИСТЕМЫ: ВЫБЕРИТЕ ПОДХОДЯЩИЕ КОМПОНЕНТЫ

Разработчик должен тщательно выбирать регулятор с малым падением напряжения (LDO), чтобы он соответствовал требуемым характеристикам регулирования подачи.Установка переключателя нагрузки общего назначения с ограничением тока перед LDO, как показано на рис. , рис. 1 обычно является хорошим решением для защиты подсистемы. Другое решение — использовать полностью интегрированное решение, такое как TPS22949.

Будьте очень осторожны с совместимостью системы. Неправильный выбор LDO или конденсатора может привести к нестабильности системы, что приведет к ненадежному поведению системы или отказу. Выбор различных конденсаторов (нагрузочная, накопительная, байпасная) имеет решающее значение, поскольку помогает стабилизировать конструкцию.

Хотя входной конденсатор обычно не требуется для стабилизации имеющихся на рынке ограничителей тока, хорошей практикой аналогового проектирования считается подключение к входному источнику конденсатора с низким ESR 0,1 мкФ — 1 мкФ. Этот конденсатор противодействует реактивным источникам входного сигнала и улучшает переходные характеристики, подавление шума и подавление пульсаций.

Чтобы паразитные индуктивности платы не вынуждали V _OUTCL ниже GND при выключении переключателя, поместите конденсатор (C _OUTCL ) между V _OUTCL и GND.Для устройств с временем отключения держите общую выходную емкость ниже максимального значения, C _OUTCL (макс.), Чтобы предотвратить регистрацию перегрузки по току и выключение переключателя. Используя уравнение. 1 можно легко определить максимальную выходную емкость:

Из-за встроенного диода в корпусе в переключателе MOSFET настоятельно рекомендуется использовать C _IN больше, чем C _OUTCL . C _OUTCL больше, чем C _IN , может привести к тому, что V _OUTCL превысит V _IN при отключении питания системы.Это может привести к протеканию тока через основной диод от V _OUTCL до V _IN .

Рекомендуется использовать накопительный конденсатор (C _OUTCL ) на выходе ограничителя тока, чтобы обеспечить достаточный ток для LDO во время последовательности запуска. Накопительный конденсатор необходим для уменьшения величины пускового тока, подаваемого через ограниченный по току переключатель нагрузки на LDO во время последовательности включения питания (, рис. 2, ).

Если конденсатор C _OUTCL слишком мал, пусковой ток, необходимый для запуска LDO и заряда C _OUTLDO , может интерпретироваться ограничителем тока как перегрузка по току и запускать функцию ограничения тока переключателя.Коммутатор пытается ограничить ток до 100 мА, вызывая нежелательное падение напряжения в линии питания ( Рис. 3 ).

Также будьте осторожны с рассеиваемой системой мощности. При нормальной работе в качестве переключателя рассеиваемая мощность мала и мало влияет на рабочую температуру детали. Рассчитайте максимальную мощность, рассеиваемую через устройство, используя формулу. 2 и максимальный предел тока, указанный для конкретного переключателя:

Для такого переключателя, как TPS22945, максимальный рассеиваемый ток составляет:

Если часть выходит за пределы ограничения по току, максимальная рассеиваемая мощность происходит при замыкании выхода на землю.Для устройств с временем автоматического перезапуска t _RESTART и временем гашения перегрузки по току t _BLANK максимальная рассеиваемая мощность составляет:

(см. Уравнение 4)

Если вы не используете переключатель с ограничением тока, рассеяние мощности может стать серьезной проблемой для надежности системы. Например, короткое замыкание 0,9 Ом, приложенное к переключателю нагрузки без ограничения тока с входным напряжением 3,3 В (сопротивление переключателя во включенном состоянии составляет ~ 100 м) Ом преобразуется в рассеиваемую мощность, как показано в уравнении.5:

Обычно эта рассеиваемая мощность слишком велика для большинства корпусов, представленных на рынке, что может привести к сбоям и проблемам с надежностью.

Для устройств с ограничением по току, но без функции гашения и автоматического перезапуска, перегрузка по току указывается флагом ошибки, и пользователь может вручную сбросить деталь. Если переключатель включен / выключен при быстром рабочем цикле, температура может повыситься, в результате чего устройство перейдет в режим перегрева и активирует тепловое отключение.

Устройства максимальной и максимальной токовой защиты

Перегрузки по току и защитные устройства не новость. Вскоре после того, как Вольта сконструировал свою первую электрохимическую ячейку или Фарадей создал свой первый дисковый генератор, кто-то еще любезно снабдил этих изобретателей их первыми нагрузками короткого замыкания. Патенты на механические устройства отключения относятся к концу 1800-х годов, а концепция предохранителя восходит к первому проводу меньшего размера, который соединял генератор с нагрузкой.

В практическом смысле мы можем сказать, что никакой прогресс в области электротехники не может продолжаться без соответствующего прогресса в науке о защите. Электроэнергетическая компания никогда не подключит новый генератор, новый трансформатор или новую электрическую нагрузку к цепи, которая не может автоматически размыкаться с помощью защитного устройства. Точно так же инженер-конструктор никогда не должен разрабатывать новый электронный блок питания, который не защищает автоматически его твердотельные компоненты питания в случае короткого замыкания на выходе.Защита от повреждений, связанных с перегрузкой по току, должна быть неотъемлемой частью любой новой разработки электрического оборудования. Все, что меньше, делает устройство или цепь уязвимыми к повреждению или полному разрушению в течение относительно короткого времени.

Примеров устройств защиты от перегрузки по току множество: предохранители, электромеханические автоматические выключатели и твердотельные выключатели питания. Они используются во всех мыслимых электрических системах, где существует возможность повреждения из-за перегрузки по току. В качестве простого примера рассмотрим типичную электрическую систему промышленной лаборатории, показанную на рисунке 1.1. Мы показываем однолинейную схему радиального распределения электроэнергии, начиная от распределительной подстанции, проходя через промышленное предприятие и заканчивая небольшим лабораторным персональным компьютером. Система называется радиальной, поскольку все ответвительные цепи, включая электрические ответвления, исходят из центральных узловых точек. Для каждого контура имеется только одна линия питания. Существуют и другие распределительные системы сетевого типа для коммунальных предприятий, в которых некоторые питающие линии проходят параллельно.Но радиальная система — самая распространенная и простая в защите.

Защита от перегрузки по току представляет собой последовательное соединение каскадных устройств прерывания тока. Начиная со стороны нагрузки у нас есть двухэлементный плавкий предохранитель на входе блока питания персонального компьютера. Этот предохранитель размыкает цепь на 120 В при любой крупной неисправности компьютера. Большой пусковой ток, который возникает в течение очень короткого времени при первом включении компьютера, маскируется медленным элементом внутри предохранителя.Очень большие токи короткого замыкания обнаруживаются и сбрасываются быстродействующим элементом внутри предохранителя.

Защита от чрезмерной нагрузки на клеммной колодке обеспечивается тепловым выключателем внутри клеммной колодки. Автоматический выключатель зависит от дифференциального расширения разнородных металлов, которое вызывает механическое размыкание электрических контактов.

Однофазная ответвительная цепь на 120 В в лаборатории, которая снабжает штепсельную вилку, имеет свой собственный выключатель ответвления в главной коробке выключателя или на панели управления лаборатории.Этот прерыватель ответвления представляет собой комбинацию термического и магнитного прерывателя или термомагнитного прерывателя. Он имеет биметаллический элемент, который при перегреве от перегрузки по току отключает устройство. Он также имеет вспомогательную магнитную обмотку, которая за счет эффекта соленоида ускоряет реакцию при сильных токах короткого замыкания.

Все ответвленные цепи на данной фазе трехфазной системы лаборатории соединяются в коробке главного выключателя и проходят через главный автоматический выключатель этой фазы, который также является термомагнитным блоком.Этот главный выключатель предназначен исключительно для резервной защиты. Если по какой-либо причине автоматический выключатель ответвления не может прервать перегрузки по току на этой конкретной фазе в лабораторной проводке, главный выключатель откроется через короткое время после того, как выключатель ответвления должен был отключиться.

Резервное копирование — важная функция защиты от перегрузки. В чисто радиальной системе, такой как лабораторная система на рис. 1.1, мы можем легко увидеть каскадное действие, в котором каждое устройство максимальной токовой защиты поддерживает устройства, расположенные ниже по потоку.Если предохранитель блока питания компьютера не работает должным образом, термовыключатель штепсельной вилки сработает после определенной координационной задержки. Если он также выйдет из строя, то прерыватель ответвления должен поддержать их обоих, снова после определенной задержки согласования. Эта координационная задержка необходима резервному устройству, чтобы дать первичному устройству защиты — устройству, которое электрически ближе всего к перегрузке или неисправности — возможность отреагировать первым. Задержка координации является основным средством избирательной защиты резервной системы.

Селективность — это свойство системы защиты, при которой отключается только минимальное количество функций системы, чтобы уменьшить ситуацию с перегрузкой по току. Выборочно защищенная система подачи энергии будет намного более надежной, чем та, которая не защищена.

Например, в лабораторной системе, показанной на рис. 1.1, короткое замыкание в шнуре питания компьютера должно устраняться только тепловым выключателем в штекерной колодке. Все остальные нагрузки в ответвленной цепи, а также остальные нагрузки в лаборатории должны продолжать обслуживаться.Даже если прерыватель в штепсельной розетке не реагирует на неисправность в шнуре питания компьютера, а прерыватель ответвления в коробке главного выключателя принудительно срабатывает, обесточивается только эта конкретная ответвленная цепь. Нагрузки на другие ответвления в лаборатории по-прежнему обслуживаются. Чтобы неисправность в шнуре питания компьютера привела к полному отключению электроэнергии в лаборатории, два последовательно соединенных выключателя должны выйти из строя одновременно — вероятность чего крайне мала.

Способность конкретного устройства защиты от перегрузки по току прерывать данный уровень перегрузки по току зависит от чувствительности устройства. Как правило, все устройства максимальной токовой защиты, независимо от типа или принципов работы, реагируют быстрее, когда уровни максимальной токовой защиты выше.

Для координации защиты от перегрузки по току необходимо, чтобы инженеры-прикладники обладали детальными знаниями общего диапазона срабатывания конкретных устройств защиты. Эта информация содержится в таблице «Время в пути vs.кривые тока », обычно называемые кривыми отключения. Кривая время-ток срабатывания отображает диапазон и время отклика для токов, при которых устройство прерывает протекание тока при заданном уровне напряжения в цепи. Например, кривые времени и тока для устройств защиты в нашем лабораторном примере показаны наложенными на Рис. 1.2.

Номинальный ток устройства — это наивысший установившийся уровень тока, при котором устройство не сработает при данной температуре окружающей среды.Ток срабатывания в установившемся режиме называется предельным током срабатывания. Номинальные характеристики двухэлементного предохранителя в блоке питания компьютера, теплового выключателя с клеммной колодкой, термомагнитного выключателя параллельной цепи и термомагнитного выключателя главной цепи составляют 2, 15, 20 и 100 ампер соответственно. Обратите внимание, что, за исключением кривой предохранителя, каждая кривая время-ток отображается в виде заштрихованной области, представляющей диапазон отклика для каждого устройства. Производственные допуски и несоответствия свойств материала несут ответственность за эти полосатые наборы ответов.Информация о времени срабатывания и токе для небольших предохранителей обычно представлена ​​в виде кривой среднего времени плавления с одним значением.

Даже с конечной шириной кривых время-ток мы можем легко увидеть селективность / координацию между различными устройствами защиты. Для любого заданного установившегося уровня перегрузки по току мы считываем график время-ток отключения на этом уровне тока, чтобы определить порядок реакции.

Рассмотрим следующие три примера лабораторной проводки, штепсельной вилки и компьютерной системы.

Пример 1: Отказ компонента в блоке питания компьютера: Предположим, что произошел сбой силового компонента в блоке питания компьютера — скажем, двух ножек мостового выпрямителя — и что результирующий ток короткого замыкания в блоке питания, ограниченный скачком напряжения резистор, составляет 70 ампер.

Из кривой срабатывания предохранителя видно, что этот уровень тока должен сбрасываться примерно за 20 миллисекунд. Если предохранитель не прерывает ток — или, что еще хуже, если предохранитель был заменен постоянным коротким замыканием специалистом по ремонту азартных игр, — тепловой выключатель в штекерной колодке должен размыкать цепь в пределах 0.От 6 до 3,5 секунд. Термомагнитный выключатель ответвления откроет всю ответвленную цепь в течение 3,5–7,0 секунд, если тепловой выключатель штекерной ленты также не сработает. Обратите внимание, что резервное копирование для этой конкретной неисправности после автоматического выключателя не предусмотрено. Основной лабораторный термомагнитный блок на 100 ампер будет реагировать только в том случае, если другие нагрузки в пределах всей лаборатории составили более 30 ампер во время отказа источника питания на 70 ампер.

Пример 2: Перегрузка полоски вилки: Предположим, что оператор компьютера пролил напиток и, чтобы высушить беспорядок, вставляет два фена для волос мощностью 1500 Вт в полоску штепсельной вилки.Затем оператор включает их оба одновременно, в результате чего общий ток нагрузки на штепсельную вилку составляет примерно 30 ампер.

Из кривой срабатывания теплового выключателя мы видим, что блок штекера должен устранить эту перегрузку в течение 5–30 секунд. Обратите внимание на сходство между кривыми срабатывания теплового блока штекерной ленты и термомагнитного блока ответвленной цепи в диапазоне 100 ампер и ниже. Это связано с тем, что для этих уровней токов тепловая часть механизма обнаружения внутри термомагнитного прерывателя ветви является преобладающей.

Пример 3: Короткое замыкание в шнуре питания компьютера: Предположим, что изношенный сетевой шнур окончательно закорочен во время некоторого механического движения. Предположим также, что в цепи, штепсельной колодке и системе сетевого шнура имеется достаточное сопротивление, чтобы ограничить результирующий ток короткого замыкания до 300 ампер. Этот уровень тока составляет 2000% (в 20 раз) номинального тока теплового выключателя штекерной ленты и выходит за пределы нормального диапазона опубликованных спецификаций времени срабатывания для тепловых выключателей (от 100% до 1000% номинального тока).Таким образом, точный диапазон времени срабатывания теплового блока не определен.

При высоких уровнях тока короткого замыкания, в данном случае более 150 ампер, мы можем увидеть преимущество скорости, присущее магнитному обнаружению сверхтоков. Об этом свидетельствует тот факт, что кривая отклика термомагнитного выключателя ветви резко падает при уровнях тока от 150 до 200 ампер. При этих и более высоких токах механизм магнитного обнаружения в термомагнитном блоке является доминирующим.Кривая отклика блока пересекает кривую отклика теплового выключателя вставной ленты (при условии, что она выходит за пределы 1000%), и координация между двумя выключателями теряется. Диапазон срабатывания термомагнитного выключателя на 300 ампер составляет от 8 до 185 миллисекунд. Если и прерыватель цепи вилки, и прерыватель цепи ответвления не срабатывают, главный лабораторный прерыватель должен устранить неисправность в течение 11–40 секунд.

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, когда происходит полное короткое замыкание, 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 потере имущества или 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 выжить в ситуации 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 автоматический 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 подключаются 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 плавкий 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 рисунке 5 показана печатная плата со вставным предохранителем U-типа.

Рис. 5. Это печатная плата для воздухообрабатывающего агрегата с возможностью установки электрических нагревательных полос. 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 нагрева.

Плавкая вставка не может быть сброшена и должна быть заменена, если она разомкнута. Цилиндр серебряный, на нем напечатана информация о производителе.Информация может включать номинальные 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 максимально 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.

Ограничение тока

Ограничивающая способность по току — это мера того, какой ток устройство защиты от перегрузки по току может пропустить через систему. Токоограничивающие защитные устройства работают менее чем за половину цикла.Например, токоограничивающий предохранитель, передающий 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 устройства защиты 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.