Site Loader

Содержание

Защита зарядных устройств от короткого замыкания

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

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

Вариант 1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вариант 2

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

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

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

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

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

Вариант 3

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

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

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

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

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

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

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

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

Автор: Эдуард Орлов –

Друзья всем привет в этой записи я решил рассказать про защиту зарядного устройства. Рассмотрю на мой взгляд две самые простые и популярные схемы.

Смотрите также

Метки: sam_электрик, защита от короткого замыкания, защита от переполюсовки, защита зарядного устроиства

Комментарии 57

Привет, в схеме защиты на реле светодиод какого типа стоит?

Самый обычный светодиод. 3мм

А на какое напряжение? Думаю собрать первую схемку, может даже только поставить VD1 иVD2, без индикации будет.

Так они все 2…3 вольта.

В схеме с полевиком, можно убрать шунт если мне не нужна защита от КЗ, а нужна только от переполюсовки?
Или без шунта не будет работать?

Маленькое замечание по релейной схеме защиты. Избыточность (по количеству) диодов трогать не будем.
Если попадётся АКБ с глубокой разрядной( ниже 9V), то реле тупо не сработает, даже при правильном подключении.

По поводу видео, у полевого транзистора НЕ база — затвор.

Да с полевиком та же ситуация получиться (если он конечно не управляется логическим уровнем). Потому что открыть транзистор нужно 10-12 вольт на затворе. При меньших напряжениях будет возрастать сопротивление сток исток и транзистор начнет греться.

VD3 VD4,VD1 тоже не нужен, нигде в машинах я не видел диодов для реле,

я про них и говорил) а параллельно реле по идее можно оставить…

VD3 VD4,VD1 тоже не нужен, нигде в машинах я не видел диодов для реле,

VD1 я так понимаю, защитный диод от бросков тока индуктивности реле. Я видал не мало проблем из за того что не было установлено защитных диодов или RC цепей. Вот VD3 и VD4 ставить со светодиодами, это уже избыточность, зачем диоду диод я не совсем понял. Вот если бы там вместо светодиода стояли лампы или что то полнопроводимое, тогда бы да.
То ли автор рукожоп, то ли стянул схему у рукожопа, чем так же зарукожопил 🙂

У светодиодов есть такой параметр, как предельно допустимое напряжение, видимо для этого и стоят диоды.

И что же они делают?

Возможно, так было реализована защита от пробоя обратным напряжением, хотя более правильно было бы их подключить встречно-параллельно светодиодам. А в том виде, как они сейчас на схеме изображены, боюсь — ничего, просто стоят.

У светодиодов есть такой параметр, как предельно допустимое напряжение, видимо для этого и стоят диоды.

От предельно допустимого напряжения стоят резисторы последовательно со светодиодами. Что не спасёт эти светодиоды от бросков тока…

Резисторы стоят, ограничивающие ток в прямом направлении, от бросков тока защитят, если их взять с запасом по сопротивлению. От пробоя обратным напряжением они никак не спасут, могут лишь впоследствие ограничить ток обратного напряжения.
Когда к светодиоду приложено обратное напряжение, даже через резистор, ток через цепь не течет (при напряжении меньше порогового), а это значит, что на выводах светодиода присутствует полное напряжения питания, так что не надо заблуждаться, если вы используете светодиод в цепи, напряжение где выше предельно допустимого обратного, защищайте светодиод от пробоя обратным напряжением, и не резистором, включенным последовательно.

VD1 я так понимаю, защитный диод от бросков тока индуктивности реле. Я видал не мало проблем из за того что не было установлено защитных диодов или RC цепей. Вот VD3 и VD4 ставить со светодиодами, это уже избыточность, зачем диоду диод я не совсем понял. Вот если бы там вместо светодиода стояли лампы или что то полнопроводимое, тогда бы да.
То ли автор рукожоп, то ли стянул схему у рукожопа, чем так же зарукожопил 🙂

Сто баллов рукожопы все. Видео не смотрим. На плате этих диодов нет, есть только под красным светодиодом и то он там не для него, а для подключения пищалки.

Так перерисуй схему и не нужно каждому объяснять.
Я к примеру зашел с сотика и не буду тратить траффик на видюшки, а схему гляну.

Ок схему перерисую.

Сто баллов рукожопы все. Видео не смотрим. На плате этих диодов нет, есть только под красным светодиодом и то он там не для него, а для подключения пищалки.

Ещё одну звезду рукожопа себе набей. Мы вроде как схему на картинке обсуждали, причём тут видео?

Во заладил рукожоп да рукожоп. Давай еще на личности перейди. Отвлекись, почитай статью «нормальную» успокойся. Если так судить то из любой схемы можно десяток деталей выкинуть.

Ты сначала пишешь спасибо за внимание и за критику, а потом недоволен этой самой критикой, говоришь чтоб мимо проходили. Как ещё то относится к такому, и общаться с таким человеком?
Вот начало твоей записи — «Друзья всем привет в этой записи я решил рассказать про защиту зарядного устройства. Рассмотрю на мой взгляд две самые простые и популярные схемы.» — только где ты что рассказал в записи или рассмотрел я не вижу, а вижу я только ссылку на другой ресурс — видеохостинг с видеороликом. Перепиши статью, опиши конструкции схем, их достоинства и назначение. В конце уже вставь видео, и тогда статья будет полноценна. А так получается просто перепост видеозаписи, насасывание лайков или ещё чего то. Некрасиво это, неприятно и вызывает только раздражение.

Критика нужна адекватная и по сути, это запись, а не статья. Статьи в газетах пишут. Принцип работы, сравнение, демонстрация работы все это здесь есть. И если у вас какие то проблемы с видео, то не надо критиковать людей за это. Правила не запрещают видео ставить, а то что писанину не развел извините не в журнал «радио» пишу.

Вот опять трындишь на тему — «не нравиться иди в другое место». Так создай сообщество с названием перепост видео с ютуба, и делай свои записи. Стати не только в газету пишут, а так же в журнал, блог и т.д. Критика адекватная, я тебе не только указал что твой пост говно, но и расписал почему, а ты брыкаешься, что это я такой неугодный читатель.

Таких «говно» постов сейчас 80% на драйве. Трудно вам придется, почитать почти нечего.

VD3 VD4,VD1 тоже не нужен, нигде в машинах я не видел диодов для реле,

На транзисторном управлении лучше поставить, да и искру они гасят на управлении(если клавиша).
У меня к примеру релюшки в авто все идут с резисторами. С диодами сложнее, т.к. будет влиять полярность.

А тут конечно это всё лишнее.

а вторая схема вообще жуткое усложнение первой) третья походу на ардуине будет)

да чувак просто набрал контента в инете и слепил видос чтобы бабла подзаработать на просмотрах
а тут обсуждают как будто он сам чо-то делал

Самое простое диод и предохранитель. Защищает и от перегрузки по току и от переполюсовки.

один нюанс… его ж надо менять… и где то взять… потом он перерастает в жирного жука и утрачивает свой статус)

Это что же надо сколько раз перепутать?
А предохранитель можно и восстанавливающийся, но он медленее обычного.

за долгую жизнь зарядника можно мульён раз перепутать)

Зато дёшево, надёжно и работает всегда!
ну а от всяких путаников и любителей «жуков» спасёт только гильотина.

про всегда. я б поостерёгся) не всегда есть предаки с собой. тем более, сейчас китайчатина такая, что шипит, плавится, но не сгорает) да и к примеру в 30 мороз предак менять не комильфо совсем)

Езде есть плюсы и минусы, а первую схему попробуйте запустить на севшей АКБ.

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

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

Вариант 1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вариант 2

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

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

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

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

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

Вариант 3

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

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

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

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

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

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

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

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

Автор: Эдуард Орлов –

Блок защиты зарядных устройств — защита от короткого замыкания (электронные предохранители) — Источники питания

Владельцы автомобилей хорошо знают, что автомобильный аккумулятор (особенно зимой) может откинуть копыта в самый неподходящий момент. Сегодня имеются множество разновидностей зарядных устройств, которые можно купить почти в любом магазине электроники, но я как радиолюбитель, купить не советую, поскольку если аппарат промышленного образца, это совсем не означает, что он качественный, к тому же довольно хорошее и долговечное зарядное устройство можно изготовить за пару часов из подручного хлама.

Многие промышленные зарядники имеют функцию контроля заряда и защиту от перегруза и короткого замыкания — последняя является очень нужной функцией, если вздумали собрать для себя хороший зарядник. О конструкции мощного импульсного зарядного устройства поговорим в следующих статьях, а сейчас хочу поделиться схемой блока защиты от коротких замыканий и перегруза зарядного устройства.


Сама схема состоит из нескольких компонентов, которые не критичны и подлежат замене. Полевой транзистор (в ходе работы никак не перегревается, поэтому теплоотвод ему не нужен) — серии IRFZ44/40/46/48/24 — можно использовать любой из указанных транзисторов, цоколевка у них полностью одинаковая. Ток , при котором должна срабатывать защита устанавливаем подбором номинала резистора 0,01 Ом (резистор шунта).


Если резистор на 0,1 Ом, то защита сработает при токе 4 Ампер, при двух параллельных резисторах 0,1 Ом (сопротивление 0,05 Ом) защита сработает при токе 7-8 Ампер).


Для нормального процесса зарядки АКБ скажем на 60А/ч, нужно зарядное устройство с током 6 Ампер — оптимальный номинал тока зарядного устройства, это десятая часть емкости заряжаемой аккумуляторной батареи.


В качестве шунта использовать резисторы на 5 Ватт, хотя ставил и на 2 ватт, но они могут перегреваться. Светодиодный индикатор светиться, если блок ушел в защиту (кз или перегруз на выходе). Переменным резистором можно настроить на нужный ток в узких пределах (более точная настройка). При наличии такого блока, ваше зарядное устройство надежно защищено от любых видов замыканий на выходе.

Защита от переполюсовки и к.з. зарядного устройства

Надо было разработать портативное зарядное устройство З.У. для зарядки 12V АКБ в полевых условиях. То есть, заряжать один аккумулятор от другого. Причем, зарядный ток — до 15 А. В полевых условиях, в темноте и на морозе перепутать полярность — проще простого. Хотелось сделать так, чтобы при неправильной полярности ничего не перегорало, а просто гудел зуммер.

Самая простая известная схема защиты — с предохранителем.
Если предохранитель сгорит — на морозе его не заменишь!


Кроме того, при неправильной полярности на выход З.У. придёт целых — 0.9 Вольт!

Вот так перегорает предохранитель Tesla 20A в схеме с 2-мя диодами шоттки VS42CTQ030. В течение 25 mS на З.У. приходит — 0.9 Вольт! Осциллограф подключен к точке А
Большинство микросхем не выдерживает обратной полярности более

— 0.6 Вольт. Скорее всего, З.У. при этом выйдет из строя. Хотя и без особого дыма:)

Схема на реле меня тоже не устроила.
Реле включится, если правильно подключить аккумулятор. Просто, дёшево и сердито. Кроме одного но! Если подключить АКБ правильно, а потом снова подключить АКБ, не отключая З.У. НЕПРАВИЛЬНО — то всё сгорит! Ведь, пока З.У. включено, реле уже не отпустит.

Часто можно встретить и другую схему:


Однако, в ней присутствует шунт. При токе 15А потери на шунте будут значительными. А для портативного устройства каждый ватт на вес золота!
Нам нужен был общий КПД 94…96%. Без применения принудительной вентиляции З.У.

Давайте теперь посмотрим мою схему:

Работает она следующим образом: На вход (точкаА) приходит напряжение от З.У. которое ограничено по току до 15А, +10…+15 V. От него питается дифференциальный компаратор DA1 через диод VD2. На положительном входе компаратора всегда +0.1V (определяется диодами VD1 и делителем R2, R3). Пока АКБ не подключена, на отрицательном входе компаратора 0v и силовой ключ VT1 закрыт.
Когда АКБ подключена правильно, и напряжение на ней более 4V, стабилитрон VD4 открывается. На отрицательном входе компаратора появляется +0.2V > +0.1V и силовой ключ VT1 открывается. Начинается заряд батареи.


Если теперь отключить АКБ и поменять её полярность, то на отрицательном входе компаратора появляется -0.2V и силовой ключ VT1 закроется.
Защита за 0.3 mS отключит батарею от З.У., и минус на него не придет. На входе компаратора будет только -0.2V, что допустимо на неограниченное время. Как видим, никаких шунтов в этой схеме нет! В момент переполюсовки или К.З. питание компаратора обеспечивается за счёт конденсатора С2 и он всегда остаётся “в сознании”.

Подсоединяем осциллограф. Одиночная синхронизация по спаду напряжения на выходе защиты. Подключаем АКБ сначала правильно (зарядка пошла), а потом неправильно.
Жёлтый луч — выход устройства защиты.(точка В) Мы видим, что при переполюсовке ПЛЮС меняется на МИНУС.

Синий луч — показывает напряжение на входе устройства защиты.(точкаА) При переполюсовке оно всегда остается положительным. З.У. не выходит из строя. Зуммер издаёт звуковой сигнал.


Аналогично защита срабатывает и при К.З. Правда звука зуммера при этом нет.


Диоды VD5 и VD6 ограничивают нежелательные выбросы напряжения (+30…-15V) при соединении и отсоединении проводов. L-образный фильтр С4, С5 — обязательный атрибут на выходе в соответствии со стандартами автомобильной промышленности.
Все детали, используемые в этой схеме — миниатюрные SMD 0805. Потери на силовом ключе VT1 минимальные — Rds(ON) = 2.4 mOhm, поэтому на печатной плате защита много места не занимает. (выделена красным)

В качестве VT1 можно использовать любые MOSFET P канал. V(ds) = -40…-60V; Id = -100A…-180A; Vgs = -1.5…-2.5V logic level; Ciss < 20 000пФ.


Если напряжение на заряжаемой батарее меньше 4V, или мы хотим зарядить суперконденсатор с нуля, параллельно силовому ключу предусмотрен байпас — на фото — розовое реле с внешним управлением.

Буду рад, если моя защита поможет сохранить ваши З.У.

Схема защиты от переполюсовки и короткого замыкания – Поделки для авто

Любое хорошее зарядное устройство для автомобильного аккумулятора не должно бояться коротких замыканий и случайной переполюсовки питания. Имея опыт в ремонте зарядных устройств хочу заметить, что функцией защиты от переполюсовки питания могут похвастаться далеко не все зарядные устройства.

Как право в бюджетных версиях применен обычный предохранитель, который при смене полярности сгорает ( в отдельной статье рассмотрим и эту защиту), поэтому сегодня подробно остановимся на одной из многочисленных схем защиты от кз и переполюсовки.

Сразу скажу – на авторство не претендую, схема еще давно была опубликована на сайте радиокот.

Основные достоинства схемы

1) Минимальное количество компонентов
2) Функция самовосстановления
3) Высокая скорость срабатывания
4) Минимальные затраты

В схеме нет сложных узлов и микросхем, благодаря электронной основе схема не имеет ограничения по сроку службы компонентов (как например в релейной защите.)

Работает следующим образом .

Когда на выход подключен аккумулятор и последний заряжается (т.е не нарушена полярность питания), полевой транзистор открыт и ток заряда протекает по нему на аккумулятор, плюс в схем общий.

Силовой шунт на входе схемы задействован как датчик тока и как только на выходе смениться полярность на неправильную или образуется короткое замыкание, это приведет к увеличению тока в схеме и образуется падение напряжение на шунте и на полевом транзисторе В этот момент откроется маломощный транзистор VT2 и затвор полевого транзистора по открытому переходу VT2 будет зашунтирован за землю и полевик будет полностью закрыт, следовательно минус питания не дойдет со выхода.

В этот момент загорится также светодиод, питание для которого поступает по открытому каналу VT2
Схема может находиться в таком состоянии бесконечно долго, поскольку полевой транзистор закрыт и на нем не образуется тепловыделение.

Шунт можно взять от амперметра на 10 Ампер или собрать из низкоомных резисторов, хотя последний вариант более затратный. Есть еще вариант выдрать нужный шунт из платы контроля аккумулятора ноутбука.

Полевой транзистор можно взять от материнской платы, важен допустимый ток – от 30 Ампер, установит на радиатор.


В следующей статье мы рассмотрим еще два способа защит от переполюсовки питания и кз.

Автор; АКА КАСЬЯН

Почему не стоит пользоваться китайскими зарядными устройствами — Наш БЛОГ

Почему китайские зарядные устройства опасны .

 

 

 

Визуальная разница внутренностей оригинального сетевого устройства (слева) и китайской подделки (справа). 

Слева мы видим сборку системных плат, с двухслойным монтажом печатных проводников и около сотни различных радиоэлементов. Данное решение разработано компанией apple и служит сетевым зарядным устройством. Разработчики компании apple не зря применят довольно сложную схему, казалось бы обычного зарядного устройства, ведь именно в их решение предусмотрено несколько степеней защиты: 

 

 

 

1)      Защита нас с вами — оригинальное зарядное устройство компании apple никогда не ударит своего владельца током.

2)      Защита от скачков напряжения в сети — в случае скачка сработает защита и не пропустит скачок энергии в телефон или планшет.

3)      Защита от короткого замыкания зарядного устройства — ни в коем случае не произойдёт ни хлопка, ни взрыва, ни возгорания, ни дыма,  и как следствие не будет пожара в вашем доме.

4)      Защита от короткого замыкания на выходе зарядного устройства — любимый кот перегрызая провода не получит удар током, зарядное устройство уйдет в защиту, а телефон либо планшет не будут повреждены. 

5)      Также зарядное устройство, являясь импульсным не выпускает в электронные сети вашей квартиры или дома, ту частоту на которой работает, вследствие  этого не будет помех на ваших телевизорах или других аналоговых устройствах.

Справа мы видим упрощенное устройство преобразования напряжения из 220В примерно в 5В. Данное инженерное решение имеет примерно чёртову дюжину, морально устаревших радиоэлементов, которые не обеспечивают ни одну из перечисленных выше защит.

Приобретая некачественные китайские подделки, вы обрекаете себя с вероятностью 50/50 на следующее:

1)      Может ударить током вас или ваших детей

2)      От скачка напряжения может перегореть ваш телефон

3)      Может произойти короткое замыкание зарядного устройства, и вследствие этого возгорание.

4)      Данное устройство не имеет защит от короткого замыкания на выходе зарядного устройства, если ваш любимый котик решит перегрызть провод вставленный в китайское зарядное устройство — ему хана.

5)      Возможны помехи на экране вашего телевизора при включенном китайском зарядном устройстве в вашем доме.

Естественно эти зарядные устройства имеют существенную разницу в стоимости,  но если посчитать, сколько может стоить ремонт вашего телефона после скачка напряжения, восстановление вашей квартиры после пожара вследствие короткого замыкания в китайском зарядном устройстве, не говоря уже про любимого котика… Мне кажется выбор очевиден.

Вот вам живой пример:

Один из клиентов принес на ремонт apple iphone 5S, который не заряжался из-за сгоревшего контроллера заряда U2, ремонт которого мы неоднократно описывали . Вместе с телефоном он принес зарядные устройства, которыми и пользовался (зарядные устройства на фото). Сразу же стало ясно что оба зарядных устройства были дешёвой подделкой китайского производства, которые клиент купил где то в переходе или маленьком интернет магазине.

С его слов, один из них аж хлопнул, и обуглилась розетка. Вторым клиент пользовался до сегодняшнего момента, пока его телефон не перестал включаться. При скачке напряжения от включившейся одновременно стиральной машины и холодильника перегорел контролер заряда, так как китайская зарядка не обеспечила надежной защиты телефону.  Владельцу этих двух зарядок пришлось отдать около 5000р за ремонт iphone, потратиться на восстановление розетки в своем доме и естественно купить новое зарядное устройство, только уже оригинальное у официальных ретейлеров apple.

Делайте выводы… 

Защита зарядного устройства и аккумуляторов от переполюсовки

Один добрый человек спросил совета по поводу вариантов схем защиты зарядного устройства и аккумулятора от неверной полярности подключения батареи к устройству.

(Слишком) простое решение

Работают эти схемы довольно просто, рассмотрим первую, что слева на картинке ниже, которая с N-канальным мощным полевым транзистором.

  • В случае, если аккумуляторная батарея не подключена, или подключена в неверной полярности — маломощный управляющий полевик Т2 остаётся закрыт (ноль через R2 или плюс от батареи на затворе относительно истока), а следовательно — и мощный не открывается (ноль на затворе Т1 благодаря R1). Тока нет.
  • При правильном подключении аккумулятора маленький полевик открывается (от аккумулятора минус на затворе p-канального МДП) и открывает большой (через открытый канал T2 на затвор Т1 поступает «+»). Цепь замкнута низким сопротивлением канала мощного полевого транзистора — аккумулятор подключен к зарядному устройству.

Собирать не советую

К сожалению, у обеих схем, как они изображены на картинке выше, есть серьёзные проблемы.

  1. Не предусмотрена защита затворов от перенапряжения. Да, аккумулятор всего лишь на 12 Вольт — всё вроде бы хорошо, да и зарядное устройство скорее всего много большего напряжения не выдаст. Но если при отключенном аккумуляторе коснуться минусовой клеммы в схеме 1 или плюсовой в схеме 2 (весьма вероятное событие, не правда ли?) — с высокой вероятностью затвор маломощного транзистора будет пробит: ёмкость затвора мала, сопротивление в 10кОм и выходная ёмкость мощного полевика не защитят от броска напряжения в сотни вольт, который может быть спровоцирован, скажем, заряженной до нескольких киловольт (от трения о брюки хозяина) ёмкостью тельца кошки, а уж тем более — человека (погладившего своего любимца, или просто вставшего с дивана) 😉
  2. Нету «антизвонных» резисторов в цепях затворов. Такое ещё дозволительно, если маломощный полевой транзистор управляется от какой-нибудь быстродействующей логики. Во всех остальных случаях рекомендуется включать резистор (в данном случае, где-нибудь в несколько сотен Ом) в цепь затвора во избежание возникновения паразитной генерации. Генерация может возникнуть при переходных процессах, когда транзистор работает в линейном режиме. В этом случае возможны всяческие «чудеса» в работе схемы, которые порою не отследить даже на хорошем осциллографе, т.к. и частота весьма высока, и при подключении щупа генерация может срываться…
  3. Во второй схеме, что на мощном p-канальном МДП транзисторе, казалось бы, присутствует очень удобная возможность измерять напряжение на батарее без влияния падения напряжения на канале полевого транзистора. Увы, эта возможность может выйти боком: при неподключенной батарее обратная связь разорвана и преобразователь зарядного устройства может пойти в разнос.

Предлагаю

  1. Использовать маломощный биполярный транзистор в качестве управляющего, если, конечно, речь не идёт о зарядке каких-нибудь сверх-миниатюрных аккумуляторов, где каждые 100мкА на счету.
  2. Защитить мощный полевик от возбуда и пробоя затвора, пусть даже пробой и не шибко вероятен для мощников в этих схемах.
  • R1, R2, R4 = 10 кОм
  • R3 = 470 Ом
  • VD1 — стабилитрон на 15 Вольт
  • VT1 — IRFP150N или любой другой подходящий мощный МДП транзистор
  • VT2 и VD2 — маленькие 😉

Схему вполне можно переделать на p-канальном полевом транзисторе и npn биполяре по аналогии. Но если, конечно, нету необходимости измерять с точностью до единиц милливольт напряжение на батарее уже имеющимся зарядным, которое меряет это напряжение относительно своего минусового вывода, т.е. можно пренебречь падением на открытом канале n-канального МДП транзистора (сопротивление лишь несколько миллиОм!), тогда я настоятельно рекомендовал бы запользовать n-канальный мощный полевой транзистор. Т.к. будет он либо раза в 3 лучше, либо раза в 3 дешевле при похожих параметрах, нежели его p-канальный собрат.

Так же допустимо использование МДП транзисторов в качестве управляющих, как в оригинале, но при соблюдении необходимых мер защиты. Правда, я лично не совсем понимаю, зачем это может быть нужно, потому и не нарисовал.

Внимание: данная схема не защищает зарядное устройство от подачи напряжения на выходы при правильно подключенном аккумуляторе и отсутствии напряжения питания зарядного устройства. Для организации такой защиты, из-за наличия структурного диода, шунтирующего канал полевого транзистора, потребуется применить ещё один мощный ключ.

Защита по току на полевом транзисторе – Tokzamer

Схемы защиты от короткого замыкания и перегрузок в блоке питания

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

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

Принцип работы защиты от короткого замыкания

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

Короткое замыкание сопровождается двумя явлениями:

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

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

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

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

Примеры схем и их описание

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

На биполярном транзисторе

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

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

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

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

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

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

На полевом транзисторе

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

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

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

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

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

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

На тиристоре

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

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

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

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

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

На реле

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

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

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

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

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

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

Защита по току на полевом транзисторе

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

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

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

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

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

Требования к узлу защиты:

-плата защиты должна занимать мало места

-работоспособной при больших токах нагрузки

-высокая скорость срабатывания

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

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

Недостатки данной схемы:

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

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

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

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

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

Схема с защитой от переполюсовки :

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

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

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

Защита от КЗ на полевом транзисторе

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

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

Схема электронного предохранителя

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

IRF4905 Datasheet PDF

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

Преобразователь ток — напряжения

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

LM358 Datasheet PDF

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

Компаратор напряжения

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

Работа схемы

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

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

Защита затвора полевого транзистора

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

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

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

Одиночный резистор

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

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

Стабилитрон с диодом Шоттки или супрессор (TVS)

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

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

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

Диод Шоттки на цепь питания драйвера

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

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

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

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

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

Содержание

  • 1 Вариант 1
  • 2 Вариант 2
  • 3 Вариант 3
  • 4 Итог

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

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

Вариант 1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вариант 2

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

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

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

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

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

Вариант 3

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

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

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

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

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

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

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

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

Автор: Эдуард Орлов –

Что такое защита от короткого замыкания в пауэрбанках?

Практически все блоки питания, которые вы можете купить сегодня, поставляются с каким-либо механизмом защиты от короткого замыкания. Возможно, вы видели его на реальном устройстве, рекламировали на странице продаж продукта или указывали в руководстве пользователя. Хотя название довольно интуитивно понятно, давайте рассмотрим функции защиты от короткого замыкания, чтобы лучше понять, как они работают.

Какие бывают короткие замыкания

Электрическое короткое замыкание — это почти неустойчивое соединение двух полюсов источника электрического напряжения или, как правило, двух точек цепи с обычно разными потенциалами, в результате чего напряжение между этими частями падает до значения, близкого к нулю.Этот тип события может привести к увеличению подачи тока для бесперебойного протекания, что приведет к повреждению самой цепи или других устройств, подключенных к цепи.

В аккумуляторах короткое замыкание происходит, когда положительный полюс контактирует с отрицательным. В результате батарея начинает сбрасывать ток в себя, выделяя при этом много тепла. Тепло может повредить цепь батареи, что приведет к утечке, возгоранию или даже взрыву. В большинстве случаев после короткого замыкания батареи повреждаются и приходят в негодность.

Защита от короткого замыкания в пауэрбанках

Механизм защиты от быстрого доступа проверяет значение тока с течением времени . Таким образом, если ток достигает определенного уровня, он переключается на цепь с большим сопротивлением, чтобы снизить ток. Или, если он не может остановить увеличение тока, он может отключить всю цепь.

Вот схема того, как может выглядеть механизм защиты от короткого замыкания в блоке питания:

В нормальном режиме работы транзистор V1 проводит ток.После обнаружения короткого замыкания этот транзистор отключается, так что ограниченный переполнение может протекать через V2 и сопротивление R. После выяснения короткого замыкания, т.е. е. после срабатывания защитного устройства на стороне потребителя ток возвращается в нормальный диапазон.

Затем V1 можно снова включить, чтобы можно было снова отрегулировать исходное, нормальное рабочее состояние. Однако, если невозможно добиться декларирования короткого замыкания в течение определенного времени, ток должен быть полностью прерван путем отключения V2, чтобы не перегрузить токоограничивающее сопротивление R2.Затем диод свободного хода V3 принимает на себя ток, пока он полностью не исчезнет.

В зависимости от допустимой нагрузки токоограничивающего сопротивления теперь можно попробовать один или несколько раз добиться определения короткого замыкания путем многократного включения V2. Если и это не удается, аккумулятор должен оставаться отключенным от сети после выключения V2.

Все ли аккумуляторы имеют защиту от короткого замыкания?

Да, конечно, все придумали защиту от короткого замыкания.На самом деле, короткие замыкания могут быть очень опасными, если они происходят в батареях, поскольку они могут даже вызвать взрыв. По этой причине производители блоков питания очень серьезно относятся к защите от короткого замыкания и интегрируют такие механизмы в свои устройства.

Однако, если бы вы приобрели подделанные блоки питания у неизвестных производителей, вы могли бы быть удивлены, обнаружив, что в этих устройствах отсутствует функция защиты от короткого замыкания. В этой статье мы рассмотрели некоторые другие недостатки покупки подделки пауэрбанков.

Заключение

Хотя короткие замыкания могут быть довольно опасными, если они произойдут в блоке питания, это маловероятный сценарий, поскольку подавляющее большинство из них имеют функции защиты от коротких замыканий. Так что беспокоиться не о чем. Однако вы можете получить неприятные сюрпризы, если купите некачественные портативные зарядные устройства.

Полностью автоматическое зарядное устройство с защитой от короткого замыкания и перегрузки

Зарядное устройство на 12 В, описанное в следующем посте, практически неразрушимо, так как оно полностью защищено от короткого замыкания на выходе или перегрузки аккумулятора по току.Это означает, что зарядное устройство никогда не сгорит или не повредится независимо от выходной ситуации и позволит подключенному аккумулятору заряжаться с предварительно запрограммированными номинальными значениями напряжения и тока.

ПРИМЕЧАНИЕ. Зарядное устройство, описанное в этой статье, было специально разработано для зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов 12 В. Батареи на 6 В можно заряжать, но имейте в виду, что автоматического отключения напряжения не будет. Поэтому аккумуляторы 6 В не всегда следует подключать к зарядному устройству.

На первый взгляд может показаться, что некоторые схемы проще спроектировать, чем зарядное устройство.Правда, однако, далека от этого. В нашем исследовании мы не смогли исключить ни одного устройства, которое обещало бы защиту от неправильного использования зарядного устройства — что, по сути, было наиболее важным аспектом, который необходимо учитывать. Полностью защищенное зарядное устройство должно включать:

  1. Функционирование при коротком замыкании.
  2. Не поврежден попытками зарядки или неправильно подключенным аккумулятором.
  3. Работает от полностью разряженного аккумулятора.
  4. Регулируется по напряжению и току.
  5. Может поддерживать полностью заряженную батарею в течение длительного времени.

Интересно, что зарядное устройство с защитой от короткого замыкания проверяет все флажки. Поскольку включены как напряжение, так и регулирование тока, устройство сначала будет заряжать при максимальном предельном токе 4 А, а затем, когда напряжение аккумулятора возрастает, зарядное устройство автоматически переключается в режим ограничения напряжения (максимум 14 В).

В этом режиме регулирования напряжения ток будет отображаться в импульсах с довольно длинными интервалами между ними, и светодиод будет заметно мигать, если ток упадет до 1 А или меньше.

Для аккумуляторов емкостью 30 Ач или менее (что хорошо) мигание светодиода указывает на их полную зарядку. Когда вы используете старые батареи или что-либо с номиналом более 30 Ач, в большинстве случаев ток холостого хода не может упасть ниже 1 А, поэтому мерцания не видно.

В некоторых необходимых случаях батареи могут «плавать» по зарядному устройству без разрушения зарядного устройства или аккумулятора. В первую очередь это устройство самозапускается для аккумуляторов, которые уже заряжены до 4 В и выше.

В случае, если батареи полностью разряжены или имеют напряжение менее 4 В, может потребоваться кнопка запуска для начала цикла зарядки. По прошествии некоторого времени напряжение батареи должно увеличиться для поддержания работы.

Зарядное устройство не запустится, если к нему прикреплен аккумулятор с обратной полярностью, даже если вы продолжаете нажимать кнопку запуска.

Кроме того, вам не нужно беспокоиться, если зарядное устройство будет повреждено, если выходные провода будут случайно укорочены вместе — этого не произойдет. Кроме того, предохранитель перегорит, если вы попытаетесь нажать кнопку пуска, закорачивая провода.Однако это последнее условие с меньшей вероятностью произойдет, и, по сути, предохранитель включен в качестве меры предосторожности.

Как это работает

Если быть точным, зарядное устройство представляет собой импульсный стабилизатор, ограничивающий выходное напряжение до 14 В и выходной ток до 4 А. Благодаря этому существует два режима регулирования — по току и по напряжению.

Переключение между этой парой режимов довольно серьезное. Если есть увеличение на 0,1 В сверх 14 В, это приведет к падению выходного тока с 4 А до 0 А.

Вторичная обмотка 17 В трансформатора T1 выпрямляется диодным мостом DB1 для подачи пульсирующего постоянного тока на регулятор.

Главный управляющий элемент — SCR1, чувствительность стробирования которого повышена транзистором Q4. При токе 2 мА через R1 достаточно включить Q4 и SCR1.

Ток будет проходить через R5 и переход база-эмиттер Q1, включая его, когда батарея подключена с правильной полярностью к выходным клеммам. Это генерирует ток в R1, которого достаточно для включения Q4, а затем SCR1.

Ток, протекающий через последний, определяется R12, и если он превышает 4 А (в среднем), Q2 включается и сохраняется в этом состоянии в течение короткого промежутка времени в зависимости от заряда на C1. Таким образом, включение SCR1 на следующий полупериод откладывается.

В результате средний ток уменьшается. Управляющее воздействие обеспечивает стабилизацию тока на уровне 4 А.

Как только батарея достигает отметки 14 В, транзистор Q3 включается, где точка включения устанавливается RV2.Опять же, это удерживает SCR1 от включения до некоторого времени за счет превышения базового тока Q1. Таким образом, ток продолжает падать до тех пор, пока напряжение на батарее не стабилизируется на уровне 14 В.

Регулировка

Для регулировки зарядного тока используйте амперметр (диапазон 10 А) последовательно с разряженной батареей. Затем отрегулируйте RV1 на зарядный ток 4 А.

Вы также можете использовать амперметр с диапазоном 4 А или 5 А при условии, что измеритель не имеет внутренней диодной защиты. В качестве альтернативы вы можете отрегулировать напряжение на R12 с помощью RV1 до 1 В при зарядке разряженной батареи.В этом случае рекомендуется использовать измерительный диапазон 2,5 В или выше.

При регулировке напряжения убедитесь, что аккумулятор полностью заряжен, что приведет к падению тока. Как только он упадет до 2 А, настройте RV2 на 14 В на батарее.

PCB Design

5 основных мер защиты зарядных устройств для телефонов | от SV3C DEALS

В наши дни, с непрерывным развитием современной науки и технологий, многие вещи вокруг нас незаметно изменились. Например, наш мобильный телефон, мобильный телефон с механической кнопкой превратился в умную машину, это изменение технологий. Зарядное устройство USB для телефона является одним из них, тогда каковы 5 основных мер защиты зарядных устройств для телефона?

1. Меры защиты от перенапряжения

Например, выходное напряжение обычного зарядного устройства для мобильного телефона составляет 5 В, мощность переменного тока — 220 В, а в некоторых странах — 110 В. Таким образом, зарядное устройство для мобильного телефона действует как небольшой трансформатор, преобразующий переменный ток в низковольтную энергию, подходящую для зарядки мобильного телефона. Поскольку напряжение также будет нестабильным, защита от перенапряжения должна автоматически отключать выход, когда выходное напряжение превышает 5 В, для восстановления нормального напряжения и затем продолжать подачу питания для защиты устройства.

2, меры защиты от перегрузки по току

В прошлом ток зарядки мобильных телефонов обычно составлял 1000 мА. Однако из-за увеличения емкости аккумуляторов мобильных телефонов большинство мобильных телефонов теперь могут поддерживать ток 2000 мА для зарядки, и токи будут нестабильными, когда ток превысит номинальную выходную мощность зарядного устройства. Когда ток достигает определенного предела, цепь автоматически отключается, чтобы избежать повреждения мобильного телефона или других USB-устройств.Этот предел обычно составляет 1,2–1,5 раза, что составляет примерно 2,4–3А. Продолжайте подачу питания, когда ток вернется в стабильное состояние.

3, меры защиты от короткого замыкания

Короткое замыкание является наиболее частой проблемой для всех электронных устройств, а также наиболее опасной проблемой, поэтому хорошее зарядное устройство для мобильного телефона должно иметь защиту от короткого замыкания. Например, когда зарядное устройство мобильного телефона изнашивается или зарядное устройство используется в слишком влажной среде, оно подвержено короткому замыканию, и в это время немедленно срабатывает механизм защиты от короткого замыкания, и цепь отключается. за несколько микросекунд.Это также самый важный защитный механизм зарядного устройства.

4, меры защиты от перегрева

Иногда при зарядке бывает жаркая погода или когда вы заряжаете, играя в телефон, такое поведение опасно, увеличивая нагрузку на зарядное устройство и мобильный телефон, что весьма вероятно чтобы вызвать взрыв, и имеет механизм защиты от перегрева. Зарядное устройство, когда температура достигнет около 80 градусов, прекратит зарядку и перейдет в режим защиты, чтобы избежать опасности взрыва. (3 способа зарядки смартфона)

5, защита окружающей среды огнестойкий материал

Фактически, материал зарядного устройства также является проблемой, которую нельзя игнорировать. Большинство возгораний, вызванных взрывом, на самом деле связано с внешним кожухом зарядного устройства мобильного телефона. Поскольку взрыв воспламеняется, что приводит к большему возгоранию, в обычном зарядном устройстве следует использовать ABS + PC. Огнестойкий материал, чтобы полностью исключить скрытую опасность возгорания.

Цепь быстрой защиты от короткого замыкания зарядного устройства на выходе и зарядного устройства

Данная заявка является продолжением заявки РСТ №PCT / CN2017 / 113003, поданная 27 ноября 2017 г., все содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

Изобретение относится к зарядному устройству для аккумуляторов, в частности к схеме защиты от короткого замыкания схемы зарядного устройства для аккумуляторов.

Схема зарядного устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов используется в областях ИБП / ЭПС, аварийных ламп, электрических игрушек / электроинструментов, систем управления, связи, лечения и т.п. ИНЖИР. 1 представляет собой схему типичной основной цепи зарядного устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов, и вся схема включает фильтр электромагнитных помех, схему переключателя защиты от задержки, схему фильтра выпрямления, схему защиты входного напряжения, схему PFC, схему PWM. , схема управления PWM и PFC, трансформатор, схема управления выходом 12 В / 24 В, схема фильтра выпрямления, цепь обратной связи, схема управления выходом постоянного тока, схема управления зарядкой, схема источника питания батареи, центральный процессор ( CPU), переключатель управления выходом 12 В / 24 В, цепь определения входного напряжения, цепь определения выходного напряжения, цепь определения напряжения батареи, цепь определения режима источника питания батареи и т. Д.

Как показано на фиг. 3, без схемы защиты от короткого замыкания 100 в цепи источника питания батареи, если нет напряжения на выходе VOUT, сток переключающего транзистора MOS Q 27 находится под низким потенциалом относительно батарея соединена с клеммой батареи CN 4 , источник переключающего транзистора MOS Q 27 соединен с истоком переключающего транзистора MOS Q 29 , а сетки переключающего транзистора MOS Q 27 и МОП-переключающий транзистор Q 29 соединены со стоком переключающего МОП-транзистора Q 31 через резистор R 86 ; если центральный процессор обнаруживает отсутствие напряжения на выходе VOUT, то конец DIS CTL управления защитой напряжения батареи выводит напряжение для включения переключающего транзистора MOS Q 31 , затем переключающего транзистора MOS Q 27 и переключающий транзистор MOS Q 29 включен, и батарея, соединенная с клеммой CN 4 батареи, подает питание на выходную клемму VOUT, клемму CN 4 батареи.При использовании, когда выходной конец VOUT закорочен, выходной конец VOUT имеет низкий потенциал, схема питается от батареи, подключенной к клемме батареи CN 4 , в качестве контролируемого напряжения управления защитой напряжения батареи. конец DIS CTL центрального процессора включает транзисторы MOS-переключателя Q 27 , Q 31 и Q 29 в качестве напряжения управляющего сигнала, транзисторы MOS-переключателя Q 27 и Q 29 можно рассматривать как короткозамкнутые, и поэтому переключающие МОП транзисторы Q 27 и Q 29 легко перегорают.

Целью изобретения является преодоление недостатков предшествующего уровня техники путем создания схемы быстрой защиты от короткого замыкания для зарядного устройства батареи, чтобы избежать выгорания переключающего транзистора MOS в цепи источника питания батареи.

Другой целью изобретения является создание зарядного устройства для аккумуляторов со схемой защиты от короткого замыкания.

В изобретении реализованы следующие технические решения для достижения вышеуказанных целей: схема защиты от короткого замыкания для зарядного устройства батареи, зарядное устройство батареи содержит схему источника питания батареи, схема источника питания батареи содержит первый переключающий транзистор MOS, второй переключающий транзистор МОП, третий переключающий транзистор МОП и вывод батареи, при этом сток первого переключающего транзистора МОП соединен с выходным концом VOUT напряжения зарядного устройства, исток первого переключающего транзистора МОП соединен с исток второго переключающего МОП-транзистора, сетки первого переключающего МОП-транзистора и второго переключающего МОП-транзистора подключены к стоку третьего переключающего МОП-транзистора, сетка третьего переключающего МОП-транзистора подключена к концу управления защитой напряжения батареи центрального процессора зарядного устройства, источник третьего MOS переключающего транзистора заземлен, а клемма аккумуляторной батареи подключена i к батарее;

, в котором схема защиты от короткого замыкания содержит первый диод, второй диод, третий диод, первый триод, второй триод, третий триод и четвертый переключающий транзистор MOS, при этом сток первого переключающего транзистора MOS является соединен с катодом первого диода, анод первого диода соединен с эмиттером первого триода и коллектором второго триода, база первого триода соединена с концом управления защитой напряжения батареи центрального В блоке обработки коллектор первого триода соединен с базой второго триода, эмиттер второго триода соединен с базой третьего триода, коллектор третьего триода соединен с анодами второго диода и третий диод, катод второго диода соединены с сетками второго переключающего транзистора МОП и первого переключающего транзистора МОП, сток второго переключающего транзистора МОП и эмиттер третьего триода соединены d с положительным электродом клеммы батареи, катод третьего диода соединен с сеткой четвертого переключающего МОП-транзистора, сток четвертого переключающего МОП-транзистора соединен с сеткой третьего переключающего МОП-транзистора, а исток четвертого переключающего МОП-транзистора заземлен.

Далее, сетки первого переключающего транзистора MOS и второго переключающего транзистора MOS соединены со стоком третьего переключающего транзистора MOS через второй резистор, сетка первого переключающего транзистора MOS соединена с истоком первого МОП-переключающий транзистор через третий резистор, а сетка второго переключающего МОП-транзистора соединена с истоком второго переключающего МОП-транзистора через стабилизатор.

Кроме того, сетка третьего переключающего МОП-транзистора и сток четвертого переключающего МОП-транзистора соединены с концом управления защитой напряжения батареи центрального процессора через первый резистор, а сетка третьего переключающего транзистора МОП соединена соединен с истоком третьего переключающего МОП-транзистора через четвертый резистор.

Кроме того, база первого триода соединена с концом управления защитой напряжения батареи центрального процессора через пятый резистор.

Далее, база второго триода соединена с эмиттером второго триода через шестой резистор, эмиттер второго триода соединена с базой третьего триода через седьмой резистор, а база третьего Триод соединен с эмиттером третьего триода через восьмой резистор.

Далее, катод третьего диода соединен с сеткой четвертого переключающего МОП-транзистора через девятый резистор и соединен с истоком четвертого переключающего транзистора МОП через первый конденсатор и десятый резистор, которые подключены в параллельно.

Кроме того, сток второго переключающего транзистора MOS и эмиттер третьего триода соединены с положительным электродом клеммы батареи через предохранитель PTC.

Зарядное устройство батареи содержит схему источника питания батареи, схема источника питания батареи содержит первый переключающий транзистор MOS, второй переключающий транзистор MOS, третий переключающий транзистор MOS и клемму батареи, при этом сток первого переключающего транзистора MOS является соединены с выходным концом VOUT напряжения, а исток первого переключающего МОП-транзистора соединен с истоком второго переключающего МОП-транзистора, сетки первого переключающего МОП-транзистора и второго переключающего транзистора МОП соединены со стоком третьего переключающего транзистора. Переключающий МОП-транзистор, сетка третьего переключающего МОП-транзистора соединена с концом управления защитой напряжения батареи центрального процессора, источник третьего переключающего МОП-транзистора заземлен, а клемма аккумуляторной батареи подключена к батарее; и зарядное устройство дополнительно содержит схему защиты от короткого замыкания.

Кроме того, зарядное устройство является зарядным устройством для свинцово-кислотных аккумуляторов.

Со схемой защиты от короткого замыкания, принятой на выходе постоянного тока зарядного устройства, переключающие МОП-транзисторы в цепи питания батареи могут не перегорать, когда выходной конец VOUT зарядного устройства замыкается накоротко, и, таким образом, обеспечивается хороший эффект защиты от короткого замыкания.

Эти и другие цели настоящего изобретения, несомненно, станут очевидными для специалистов в данной области техники после прочтения следующего подробного описания предпочтительного варианта осуществления, который проиллюстрирован на различных фигурах и чертежах.

РИС. 1 — примерная схема главной схемы зарядного устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов;

РИС. 2 иллюстрирует схему зарядного устройства аккумулятора, имеющего схему защиты от короткого замыкания, согласно варианту осуществления изобретения;

РИС. 3 представляет собой схематический вид, показывающий структуру схемы источника питания батареи и схемы защиты от короткого замыкания согласно варианту осуществления изобретения, в котором часть, обведенная пунктирными линиями, является схемой защиты от короткого замыкания.

Далее изобретение будет описано более подробно в виде вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что нижеследующее описание является только иллюстративным и не предназначено для ограничения объема изобретения и его применения. Специалисты в данной области техники поймут, что раскрытые концепция и конкретные варианты осуществления могут быть легко использованы в качестве основы для модификации или проектирования других структур для выполнения тех же целей, что и настоящее изобретение.Специалисты в данной области также поймут, что такие эквивалентные структуры не выходят за рамки сущности и объема изобретения. Структуры и способы работы новых признаков, которые считаются характеристиками изобретения, вместе с другими целями и преимуществами, будут лучше поняты из следующего описания, взятого вместе с сопроводительными чертежами. Однако следует четко понимать, что каждый признак предоставляется только с целью иллюстрации и описания и не предназначен для ограничения определения изобретения.

Со ссылкой на фиг. 2 и 3, в одном варианте осуществления зарядное устройство для батареи включает в себя схему источника питания батареи, включающую в себя первый переключающий транзистор MOS Q 27 , второй переключающий транзистор MOS Q 29 , третий переключающий транзистор MOS Q 31 и батарею. вывод CN 4 , при этом сток первого переключающего МОП-транзистора Q 27 соединен с выходным концом VOUT по напряжению, исток первого переключающего МОП-транзистора Q 27 соединен с истоком второго МОП-переключателя транзистор Q 29 , сетки первого переключающего МОП-транзистора Q 27 и второго переключающего МОП-транзистора Q 29 соединены со стоком третьего переключающего МОП-транзистора Q 31 , сеткой третьего МОП-переключателя транзистор Q 31, соединен с концом DIS CTL управления защитой напряжения батареи центрального процессора, исток третьего переключающего транзистора MOS Q 31 заземлен, а вывод батареи CN 4 подключен к аккумулятору.Как показано на фиг. 3 схема защиты от короткого замыкания варианта осуществления изобретения включает в себя первый диод D 28 , второй диод D 29 , третий диод D 30 , первый триод Q 35 , второй триод Q 32 , третий триод Q 33 и четвертый переключающий транзистор MOS Q 34 , при этом сток первого переключающего транзистора MOS Q 27 соединен с катодом первого диода D 28 , анод первого диода D 28 соединен с эмиттером первого триода Q 35 и коллектором второго триода Q 32 , база первого триода Q 35 соединена с аккумулятором конец управления защитой по напряжению DIS CTL центрального процессора, коллектор первого триода Q 35 соединен с базой второго триода Q 32 , эмиттер второго триода Q 32 соединен с база третьего триода Q 9014 5 33 , коллектор третьего триода Q 33 соединен с анодами второго диода D 29 и третьего диода D 30 , катод второго диода D 29 соединен с сетками второй переключающий МОП-транзистор Q 29 и первый переключающий МОП-транзистор Q 27 , сток второго переключающего МОП-транзистора Q 29 и эмиттер третьего триода Q 33 соединены с положительным электродом BAT + клеммы батареи катод третьего диода D 30 соединен с сеткой четвертого переключающего транзистора MOS Q 34 , сток четвертого переключающего транзистора MOS Q 34 соединен с сеткой третий переключающий МОП-транзистор Q 31 и исток четвертого переключающего МОП-транзистора Q 34 заземлены.

Как показано на фиг. 3, в предпочтительном варианте осуществления сетки первого переключающего МОП-транзистора Q 27 и второго переключающего МОП-транзистора Q 29 соединены со стоком третьего переключающего МОП-транзистора Q 31 через второй резистор R . 86 , сетка первого переключающего МОП-транзистора Q 27 соединена с истоком первого переключающего МОП-транзистора Q 27 через третий резистор R 87 и сеткой второго переключающего МОП-транзистора Q 29 соединен с истоком второго переключающего МОП транзистора Q 29 через стабилизатор Z 6 .

Как показано на фиг. 3, в предпочтительном варианте осуществления сетка третьего MOS переключающего транзистора Q 31 и сток четвертого MOS переключающего транзистора Q 34 соединены с концом DIS CTL управления защитой напряжения батареи центрального процессора через первый резистор R , 85, , и сетка третьего МОП-переключающего транзистора Q 31 соединены с истоком третьего переключающего МОП-транзистора Q 31 через четвертый резистор R 85 А.

Как показано на фиг. 3, в предпочтительном варианте осуществления база первого транзистора Q 35, соединена с концом управления защитой напряжения батареи центрального процессора через пятый резистор R 132 .

Как показано на фиг. 3, в предпочтительном варианте база второго триода Q 32 соединена с эмиттером второго триода Q 32 через шестой резистор R 133 , эмиттер второго триода Q 32 является соединена с базой третьего триода Q 33 через седьмой резистор R 134 , а база третьего триода Q 33 соединена с эмиттером третьего триода Q 33 через восьмой резистор R 135 .

Как показано на фиг. 3, в предпочтительном варианте катод третьего диода D , 30, соединен с сеткой четвертого МОП переключающего транзистора Q 34 через девятый резистор R , 136, , и соединен с истоком четвертого диода. МОП переключающий транзистор Q 34 через десятый резистор R 137 и первый конденсатор C 54 , которые соединены параллельно. В этом варианте осуществления первый конденсатор C 54 и десятый резистор R 137 составляют интегрирующую схему.

Как показано на фиг. 3, в предпочтительном варианте осуществления сток второго переключающего МОП-транзистора Q 29 и эмиттер третьего триода Q 33 соединены с положительным электродом BAT + клеммы батареи CN 4 через предохранитель PTC.

В другом варианте осуществления зарядное устройство для батареи включает в себя схему источника питания батареи, а схема источника питания батареи включает в себя первый переключающий транзистор MOS Q 27 , второй переключающий транзистор MOS Q 29 , третий переключающий транзистор Q MOS 31 и вывод батареи CN 4 , при этом сток первого переключающего транзистора MOS Q 27 соединен с выходным концом VOUT напряжения, а исток первого переключающего транзистора MOS Q 27 соединен с исток второго переключающего МОП-транзистора Q 29 , сетки первого переключающего МОП-транзистора Q 27 и второго переключающего МОП-транзистора Q 29 соединены со стоком третьего переключающего МОП-транзистора Q 31 , a сетка третьего переключающего транзистора MOS Q 31 соединена с концом DIS CTL управления защитой напряжения батареи центрального процессора, исток третьего переключающего транзистора MOS Q 31 является заземлен, а вывод батареи CN 4 соединен с батареей; и зарядное устройство дополнительно включает в себя схему защиты от короткого замыкания согласно любому из предшествующих вариантов осуществления.

Зарядное устройство может быть, помимо прочего, зарядным устройством для свинцово-кислотных аккумуляторов.

Как показано на фиг. 2, в типичном варианте осуществления зарядное устройство может включать в себя фильтр электромагнитных помех, схему переключателя защиты от задержки, схему фильтра выпрямления, схему защиты входного напряжения, схему PFC, схему PWM, схему управления PWM и PFC, трансформатор. , схема управления выходом 12 В / 24 В, схема фильтра выпрямления, цепь обратной связи, схема управления выходом постоянного тока, схема управления зарядкой, цепь питания батареи, центральный процессор (ЦП), переключатель управления выходом 12 В / 24 В , схему определения входного напряжения, схему определения выходного напряжения, схему определения напряжения батареи и схему определения режима источника питания батареи и т. д.

РИС. 3 показывает схему быстрой защиты от короткого замыкания для выходной части схемы зарядного устройства батареи варианта осуществления изобретения как часть схемы источника питания батареи, соединенной с выходом постоянного тока в основной цепи схемы. Схема быстрой защиты от короткого замыкания в основном используется для защиты от короткого замыкания на переключающих МОП транзисторах Q 27 и Q 29 , когда выходной конец зарядного устройства закорочен, и рабочий механизм быстрого Схема защиты от короткого замыкания выглядит следующим образом:

при коротком замыкании выходной конец VOUT находится на низком уровне, эмиттер триода Q 35 также на низком уровне, база триода Q 35 соединен с концом управления защитой напряжения батареи DIS CTL центрального процессора, а на коллектор триода Q 35 подается напряжение VBAT, подаваемое батареей, переходя в рабочее состояние.Как только транзистор Q 35 начинает работать, базовое напряжение транзистора Q 32 понижается, и транзистор Q 32 сразу начинает работать. В то же время триод Q 33 также работает и подает ток на диод D 29 и диод D 30 соответственно, а также сетки переключающего МОП транзистора Q 27 и МОП-переключающий транзистор Q 29 имеет высокий потенциал и не может работать, так что достигается эффект защиты переключающего МОП-транзистора Q 27 и переключающего МОП-транзистора Q 29 .Диод D 30 заряжает конденсатор C 54 после подачи питания, и когда во время зарядки достигается определенное напряжение, такое как 2 В, рабочее напряжение подается на сетку переключающего транзистора MOS Q 34 ; после того, как переключающий МОП-транзистор Q 34 начинает работать, напряжение переключающего МОП-транзистора Q 31 на выводе Q 31 1 , а именно в сетке, снижается примерно на 2 мс (поскольку отклик время составляет 2 мс для конца DIS CTL управления защитой напряжения батареи центрального процессора для обнаружения аномального напряжения), и контролируемое напряжение конца DIS CTL управления защитой напряжения батареи центрального процессора понижается, так что MOS переключающий транзистор Q 31 не работает, и эффект защиты оказывается.Центральный процессор принимает сигнал о ненормальном напряжении на стороне управления защитой напряжения аккумулятора DIS CTL и немедленно отправляет сигнал управления для отключения всего источника питания.

В описанном выше процессе переключающий МОП-транзистор Q 27 и переключающий МОП-транзистор Q 29 не могут работать из-за высокого потенциала на их сетках, поскольку сетки переключающего МОП-транзистора Q 27 и МОП-транзистора переключающий транзистор Q 29 находится под высоким потенциалом, когда ток подается на D 29 , и в это время триод Q 33 включен, поэтому потенциалы сетки и истока переключающего транзистора MOS Q 27 и переключающий МОП-транзистор Q 29 по существу равны.В описанном выше процессе переключающий МОП-транзистор Q 31 не работает, потому что напряжение на сетке переключающей трубки МОП, а именно на выводе Q 31 1 , понижено.

Вышеизложенное является дополнительным подробным описанием изобретения в связи с конкретными / предпочтительными вариантами осуществления и не должно толковаться как ограничение изобретения такими конкретными вариантами осуществления. Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что в описанные варианты осуществления могут быть внесены различные замены и модификации, не выходящие за рамки сущности изобретения, и предполагается, что такие замены и модификации попадают в объем изобретения.Хотя настоящее изобретение и его преимущества подробно описаны выше, следует понимать, что в нем могут быть сделаны различные изменения, замены и изменения, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения. Кроме того, объем применения изобретения не предназначен для ограничения конкретными вариантами осуществления процесса, машины, производства, состава вещества, средств, способов и этапов, описанных в описании. Следует понимать, что могут быть сделаны дополнительные модификации, и эта заявка предназначена для охвата любых вариаций, приложений или адаптаций изобретения, следуя, в общем, принципам изобретения, и для включения таких отступлений от настоящего раскрытия, как подпадают под известную или обычную практику в области техники, к которой относится изобретение, поскольку могут применяться к существенным признакам, изложенным выше, и как определено в объеме прилагаемой формулы изобретения.Кроме того, хотя некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения были описаны и конкретно проиллюстрированы примерами выше, не предполагается, что изобретение ограничивается такими вариантами осуществления, и любые такие ограничения предназначены для охвата только прилагаемой формулой изобретения.

Специалисты в данной области техники легко заметят, что многочисленные модификации и изменения устройства и способа могут быть сделаны при сохранении идеи изобретения. Соответственно, приведенное выше раскрытие следует рассматривать как ограниченное только рамками прилагаемой формулы изобретения.

Зарядные устройства способствуют возникновению дуги постоянного тока

Понимание роли зарядного устройства в возникновении дуги постоянного тока

Апрель 2016 г.

Ричард Хатчинс
Специалист по НИОКР
La Marche Mfg. Co.
Дес-Плейнс, Иллинойс 60018

Введение

В типичной системе постоянного тока с батареями и зарядными устройствами событие короткого замыкания будет состоять из некоторого вклада как от аккумулятора, так и от источников питания зарядного устройства.Как правило, аккумулятор дает значительно больший ток короткого замыкания, чем зарядное устройство, и, следовательно, больше энергии попадает в дуговую вспышку. Многие инженеры также стремятся учитывать вклад зарядного устройства в расчеты короткого замыкания. В этой статье делается попытка дать некоторое представление о понимании тока короткого замыкания зарядного устройства. Для ясности в этой статье не рассматриваются короткие замыкания батарей. Основными факторами, влияющими на ток короткого замыкания зарядного устройства, являются топология зарядного устройства, устройство защиты от перегрузки по току (OCPD), динамика системы управления и расположение короткого замыкания относительно выходных клемм зарядного устройства.

Зарядные устройства доступны на рынке в различных топологиях. Для простоты топологии зарядных устройств сгруппированы по четырем категориям; SCR, Ferro, Mag-Amp и Switch-mode. У различных производителей зарядных устройств есть определенная степень свободы дизайна в достижении успешного продукта. Другими словами, разные производители одной и той же топологии могут использовать разные подходы к проектированию жизнеспособного и успешного продукта, из-за чего обе конструкции по-разному реагируют на короткое замыкание.Не все зарядные устройства SCR работают одинаково, не все зарядные устройства Ferro работают одинаково.

Допустимые результаты теста на короткое замыкание зарядного устройства:

Строго говоря, что касается характеристик зарядного устройства при коротком замыкании, обычно существует два приемлемых сценария; 1. Активация OCPD 2. Зарядное устройство быстро переходит в режим электронного ограничения тока; (AKA: постоянный ток или CC)

Одним из стандартов безопасности оборудования, который проектируют, тестируют и перечисляют большинство зарядных устройств для аккумуляторных батарей, является [1] UL ‐ 1012.В качестве часть процедуры тестирования, выполняемой NRTL для внесения в список UL ‐ 1012, зарядное устройство должно пройти короткое проверка цепи. Вкратце, пройденный тест на короткое замыкание будет таким:

  • (Сценарий № 1) Активация OCPD выхода постоянного тока, которую необходимо повторить в течение короткого промежутка времени, чтобы гарантировать повторяемость результатов теста.
  • (Сценарий № 2) Если OCPD не активируется, и зарядное устройство переходит на ограничение по току, это все еще возможно, но вам нужно подождать до 10 дополнительных часов, пока оборудование установит новое тепловое равновесие, и все температуры все еще должно быть приемлемо.
Для данной статьи приемлемыми исходами будут считаться только сценарии №1 и №2.

Прибор для измерения короткого замыкания

Для возможности детального наблюдения за разрядкой конденсатора и последующим током короткого замыкания зарядного устройства требуется система быстрой выборки, такая как цифровой запоминающий осциллограф. Некоторые тесты проводились со скоростью 2,5 млн (2,5х106) отсчетов в секунду или один раз каждые 400 нс (400х10-9).Тесты на 1,25 Гбайт выборок (1,25×109) в секунду оказались чрезмерными, и мы быстро остановились на 1–2,5 миллиона выборок в секунду. Не менее важно, что типичные щупы постоянного тока с зажимом на эффекте Холла не имеют достаточной полосы пропускания для захвата тока конденсатора. В используемом здесь оборудовании использовались высококачественные шунтирующие шины с низкой индуктивностью и специальный экранированный кабель BNC, соединяющийся с прицелом. Чтобы свести к минимуму возможность ошибочных отражений сигнала, клеммы Кельвина шунта были подключены к источнику с резистором 50 Ом, сам кабель BNC был 50 Ом, а вход осциллографа был установлен на 50 Ом.Чтобы малый сигнал шунта не создавал помех, кабель BNC был экранирован до последнего сантиметра перед подключением к шунту. В некоторых испытаниях на короткое замыкание постоянного тока зарядного устройства короткое замыкание было реализовано с помощью 3-полюсного контактора переменного / постоянного тока на 450 А, где все 3-полюса были подключены параллельно. Позже контактор был заменен трехполюсным автоматическим выключателем в литом корпусе на 500 А с ручным управлением, поскольку было обнаружено, что не все 3 полюса контактора замыкаются одновременно, что можно наблюдать на осциллографе.Все 3 полюса автоматического выключателя в литом корпусе работали более стабильно одновременно. Аппарат короткого замыкания, используемый в большинстве тестовых случаев, имел сопротивление около 2 мОм. В большинстве тестов общая длина провода туда и обратно между клеммами зарядного устройства и коротким замыканием поддерживалась на уровне 4 футов или меньше, чтобы минимизировать индуктивность. Для большого зарядного устройства на 300 А и 130 В требуется 6-футовый провод в оба конца. По возможности, несколько проводников были подключены параллельно, чтобы еще больше снизить индуктивность испытательной системы.

Зарядные устройства работали с резистивной нагрузкой приблизительно 10% в момент применения короткого замыкания для имитации псевдореалистичных условий эксплуатации, хотя и без подключенного аккумулятора. Моей целью было понять, как зарядные устройства работают при коротком замыкании, а не проверять аккумуляторы.

Рис.1 Шунтирующая шунтирующая шина для испытания на короткое замыкание с экранированным кабелем BNC с заделкой от источника на клеммах Кельвина

Эмпирическое испытание на короткое замыкание по топологии:

Зарядное устройство SCR кажется довольно простым для оценки.Зарядное устройство SCR использует простой линейный силовой трансформатор (PT), который имеет собственное сопротивление. Обычно для повышения эффективности это трансформатор с низким сопротивлением, допускающий большой ток короткого замыкания. Для зарядного устройства SCR импеданс PT для данной модели является фиксированным, а фазовая задержка SCR — это то, что контролирует нормальную мощность постоянного тока. Среди протестированных зарядных устройств SCR некоторые были «отфильтрованы», а другие имели фильтр «Battery Eliminator», как подробно описано в [2] NEMA PE 5. В нашей однофазной линии SCR «фильтрованное» зарядное устройство состоит из одноступенчатого LC-фильтра и наш Battery Eliminator состоит из 2-ступенчатого каскадного LC-фильтра.Конструкция фильтра незначительно влияет на динамические характеристики короткого замыкания, но обычно игнорируется при расчетах короткого замыкания в худшем случае. Все зарядные устройства SCR в этом тесте использовали одну и ту же плату управления. Все однофазные зарядные устройства питались от одной и той же линии с низким сопротивлением 240 В переменного тока. Все зарядные устройства SCR в этом тесте использовали выход постоянного тока OCPD с тепловым / магнитным расцепителем. Магнитный расцепитель в этих выключателях по своей природе в 10 раз превышает номинальный ток перегрузки.

Рис. 2 Однофазный тиристор с фильтром, 40 А, 130 В; Активировал OCPD в 11.8мс

Рисунок 3 Однофазный ограничитель батареи 25 А, 48 В; Ограничение удерживаемого тока при 27,5 пост. Тока

Рисунок 4 12-импульсный блок питания SCR 300 А, 130 В, активирует OCPD через ~ 6 мс

В зарядных устройствах Mag-Amp используется насыщающийся реактор, включенный последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора (PT). По рабочему определению, насыщаемый реактор — это реактор переменного тока, использующий свойство переменного импеданса для управления потоком энергии к первичной обмотке главного трансформатора.Магистральные усилители чрезвычайно отказоустойчивы, но не имеют быстрого отклика при переходных процессах нагрузки. Управляющий ток для центральной катушки насыщаемого реактора поступает от шины постоянного тока, и чем больше управляющий ток катушки, тем больше выходная мощность зарядного устройства. У Mag-Amps есть предохранитель, если OCPD не сработает при коротком замыкании. Если OCPD зарядного устройства не сработает в результате короткого замыкания постоянного тока, не будет никакого управляющего тока для управления центральной катушкой, и первичная обмотка трансформатора тока будет, естественно, иметь высокий импеданс ненасыщаемого реактора с насыщением. ограничение мощности.В некоторых Mag-Amps выходной ток при коротком замыкании уменьшается до значения, меньшего, чем нормальная уставка ограничения тока. Импеданс трансформаторной системы Mag-Amp, включая насыщаемый реактор, изменяется в зависимости от линии и нагрузки. Поскольку импеданс является переменным, ток короткого замыкания очень трудно разумно оценить.

Рис. 5. Однофазный модуль отключения аккумуляторной батареи Mag-Amp, 10 А, 130 В постоянного тока, Активированные тесты OCPD 3: 4.

Управляемые феррорезонансные зарядные устройства, также известные как «Ферро», уникальны.Ferro регулирует нормальный выход постоянного тока путем передачи энергии от резонансного контура резервуара и модифицированной потокосцепления внутри трансформатора тока в выходной контур. Первичная обмотка Ferro PT работает линейно, но вторичный поток обычно работает в режиме насыщения, чему способствуют магнитные шунты, разделяющие первичное и вторичное поля. Как правило, импеданс ферро-цепи регулируется для регулирования нормального выхода постоянного тока. Некоторый динамический ток может поступать через резонансный контур резервуара в нагрузку.Поскольку импеданс является переменным, потенциал тока короткого замыкания трансформатора тока очень трудно разумно оценить.

Рисунок 6 Однофазный Ferro, 25 А постоянного тока, 130 В, активированный OCPD при 6,9 мс

Переключаемые высокочастотные зарядные устройства на самом деле разветвляются на большее количество топологий, чем мы можем охватить на практике. Обычно импульсное зарядное устройство состоит из двух основных внутренних ступеней, каждая со своим собственным контуром управления.Первой ступенью обычно является корректор коэффициента мощности (PFC) повышающего типа для максимального увеличения доступной мощности от линии и для управления низкочастотными гармониками. PFC обычно регулируется до напряжения, немного превышающего пиковое значение линейного напряжения, часто 390 В постоянного тока для входа 240 В переменного тока. Второй каскад принимает высокое выходное напряжение от PFC, переключает его на высокой частоте, понижая его через изолирующий трансформатор до выходного выпрямителя с небольшим фильтрующим конденсатором. Выходной каскад часто будет иметь быстрый переходный отклик нагрузки.Как правило, повышающий PFC и выходной каскад от различных производителей работают на частотах от 50 до 500 кГц. Часто контуры управления, используемые в этих топологиях, будут использовать управление в текущем режиме с циклическим (при высокой частоте) ограничением тока. Из-за циклического ограничения тока и нескольких каскадных силовых каскадов оценка тока короткого замыкания импульсного зарядного устройства по импедансу трансформатора нецелесообразна. Результаты теста на короткое замыкание в коммутационном режиме могут отличаться в зависимости от производителя.Когда реализовано управление в токовом режиме, можно легко уловить короткое замыкание и ограничить наблюдаемый ток короткого замыкания 200 000 раз в секунду.

Рисунок 7 Импульсный разрядник батареи 48 В постоянного тока по 3,6 кВт каждый, 2 параллельных; Откидной ограничитель тока, снижающий мощность короткого замыкания

Когда любая из этих четырех топологий зарядного устройства подвергается короткому замыканию, происходит гонка со временем, когда может произойти одно из двух; активируйте OCPD зарядного устройства, иначе система управления переведет зарядное устройство в ограничение по току.Что быстрее: ограничение по току или OCPD? Обычный автоматический выключатель с тепловой перегрузкой не прерывает короткое замыкание так быстро, как двухэлементный автоматический выключатель с тепловым / магнитным током, но даже «мгновенные» магнитные выключатели не так быстры и стабильны.

Таблица 1 Сводка результатов теста топологии зарядного устройства

Моделирование тока короткого замыкания зарядного устройства:

Во всех четырех представленных топологиях широко используются зарядные устройства с фильтром или фильтром с фильтром аккумуляторных батарей, характеристики пульсации которых описаны в [2] NEMA PE 5.Все эти топологии будут включать в себя конденсаторы в выходной цепи, которые могут производить значительный ток в течение короткого времени. Как видите, даже в небольших зарядных устройствах есть конденсаторы, способные производить пиковый ток в несколько килоампер. Длительность импульсного тока непродолжительна, потому что в конденсаторе хранится лишь определенное количество Джоулей. Как отмечено в [3] IEEE 946 и продублировано в нашем собственном тестировании, высокий пиковый ток, поступающий от конденсатора фильтра, часто слишком быстр, чтобы активировать магнитный отключающий элемент большинства автоматических выключателей.Иногда в конденсаторе хранится достаточно Джоулей, чтобы вызвать активацию OCPD. Фактический пиковый ток от конденсатора практически ограничен импедансом проводки между самим конденсатором и коротким замыканием и намного меньше теоретического пикового выходного тока. Часть уравнения «ΔT» обычно находится в диапазоне μSec для сжатой проводки, но может простираться до mSec для некоторых соотношений L / R. Общее количество энергии, которое конденсатор вложит в короткое замыкание в Джоулях, экспоненциально зависит от напряжения шины постоянного тока.

Номинальное напряжение системы Джоулей в 30,000 мкФ
12 В постоянного тока 2,16
24Vdc 8,64
48Vdc 34.56
125Vdc 234,375
250Vdc 937,5
Таблица 2 показывает увеличение джоулева накопления для напряжения системы

Моделирование базового выпрямительного трансформатора требует понимания конструкции. После начального волнового фронта конденсатора «реальный» ток поступает от выпрямительного трансформатора через выпрямительную цепь.Импеданс трансформатора будет использоваться для оценки «наихудшего» тока короткого замыкания постоянного тока с болтовым соединением без учета ограничения тока электроники или работы OCPD.

Постоянный ток короткого замыкания зарядного устройства с неисправным ограничителем тока и неисправным OCPD будет значительно выше, чем при нормальной работе зарядного устройства. Типичный трансформатор, используемый для гальванической развязки и преобразования напряжения в зарядном устройстве, обеспечивает некоторое внутреннее ограничение тока.Обычно в зарядном устройстве SCR для повышения эффективности используется трансформатор с низким сопротивлением. Ferro и Mag-Amp по своей природе имеют больший импеданс в общей цепи и, как правило, немного больше ограничивают ток короткого замыкания. Часть индуктивности постоянного тока схемы фильтра обычно не моделируется, когда ограничение тока и OCPD не работают, потому что ток будет достаточно высоким, чтобы насыщать сердечник, снижая реактивное сопротивление до сопротивления провода. Из всех рассмотренных мною подходов к моделированию постоянного тока короткого замыкания выпрямленного трансформатора я склоняюсь к подходу, описанному [4] Йоханнесом Шеффером примерно в 1965 году в книге «Выпрямительные схемы: теория и конструкция».По сути, фильтр постоянного тока игнорируется, и путь короткого замыкания рассматривается как истинное 0 Ом «закрученное болтами» на диодах выпрямителя. Поскольку в полном мосту выпрямительные диоды обычно пропускают вторичный ток в обоих направлениях, полное сопротивление трансформатора является общим для обоих направлений тока и предполагаемого короткого замыкания постоянного тока. При коротком замыкании постоянного тока ток ограничивается импедансом трансформатора, воспринимаемым во вторичной обмотке. По напряжению обмотки и импедансу вы можете оценить ток короткого замыкания в наихудшем случае, который является очень консервативным.Для краткости мы собираемся пропустить переходный ток и сразу перейти к максимальному току в худшем случае. Реальные токи короткого замыкания постоянного тока будут меньше этого расчетного тока короткого замыкания постоянного тока наихудшего случая из-за:

A. Полное сопротивление проводки между повреждением и трансформатором, включая проводку внутри корпуса зарядного устройства.
B. Некоторое остаточное сопротивление катушки индуктивности фильтра постоянного тока.
В. Импеданс источника, питающего первичную обмотку трансформатора
зарядного устройства. Д.Фазовая задержка в зарядном устройстве SCR, неактивный режим работы Mag-Amp & Ferro
E. Быстрая работа контура управления, переводящая зарядное устройство в ограничение по току
F. Активация выхода постоянного тока OCPD
G. Активация входа переменного тока OCPD

Рисунок 8 Метод оценки импеданса трансформатора для наихудшего случая тока короткого замыкания постоянного тока

На этом этапе проектирования можно посмотреть кривую время / ток для OCPD зарядного устройства и сделать приблизительное предположение о том, будет ли устройство активироваться или нет.Определение включения или отключения OCPD следует дополнительно уточнить с помощью анализа переходных процессов, которым здесь пренебрегают, чтобы учесть время «нарастания» тока повреждения, когда учитываются дополнительные индуктивности цепи.

Однофазное зарядное устройство SCR номиналом 130 В постоянного тока при 40 А постоянного тока имело расчетный постоянный ток короткого замыкания 2,4 кА, но на практике с задержкой фазы покоя с тиристором и всеми другими не встроенными индуктивностями измеренное короткое замыкание было ближе к 1,2 кА.Как указано выше, DC OCPD действительно активировался. Причина, по которой OCPD активировалась в отличие от ограничения тока, заключалась в том, что в этом случае OCPD был быстрее, чем коррекция контура управления. Настроив коэффициенты управления с обратной связью в этом зарядном устройстве, мы смогли настроить управление так, чтобы оно превосходило OCPD, и теперь оно может работать с ограничением тока при внезапном коротком замыкании. То же зарядное устройство, та же печатная плата, простая настройка параметра изменила поведение зарядного устройства при коротком замыкании.

Рис. 8 График тока короткого замыкания при разной длине проводов.Чем больше индуктивность, тем меньше пиковый ток и больше интеграл по времени.

Оценка энергии вспышки дуги зарядного устройства:

Зарядное устройство батареи немного отличается с точки зрения расчета падающей энергии, чем батарея, трансформатор или генератор. Исторически проанализированные источники, такие как батареи, трансформаторы и генераторы, являются источниками напряжения с низким импедансом, способными создавать очень большие токи короткого замыкания.Инженеры имеют больше практики в оценке этих традиционных источников энергии падающей дуги. Они могут и часто должны быть оснащены OCPD, электрически близким к источнику, чтобы помочь защитить распределительную проводку от короткого замыкания и снизить падающую энергию дуги.

Типичное зарядное устройство для стационарных аккумуляторов имеет конструкцию с ограничением по току и постоянным потенциалом. В нормальных условиях зарядное устройство поддерживает постоянные нагрузки системы постоянного тока с полностью заряженным аккумулятором.Напряжение холостого хода выбирается таким образом, чтобы противодействовать саморазряду аккумулятора, поддерживая его полный заряд. Очевидно, что зарядное устройство регулирует напряжение, поскольку оно поддерживается постоянным в диапазоне от холостого хода до полной номинальной нагрузки. Фактически, усиление в цепи обратной связи зарядного устройства значительно снижает выходное сопротивление постоянного напряжения. Однако, когда батарея разряжена значительно ниже напряжения холостого хода зарядного устройства, например, при длительном отключении электроэнергии, напряжение батареи будет более или менее зависеть от состояния заряда.Когда аккумулятор находится на низком уровне заряда, зарядное устройство будет работать с ограничением по току, которое является источником постоянного тока. Источник тока имеет очень высокий импеданс. Зарядные устройства отличаются от батарей и трансформаторов тем, что зарядное устройство намеренно работает либо как источник постоянного напряжения, либо как источник постоянного тока в зависимости от требований системы постоянного тока. Режимы управления CC или CV могут быть реализованы аппаратно или программно.

Как указано в результатах теста на короткое замыкание выше, некоторые зарядные устройства активируют OCPD, а другие будут продолжать работать с ограничением тока.Вместо того, чтобы гадать, какой сценарий короткого замыкания представлен вашим зарядным устройством, или вычислять уникальную топологию, я бы посоветовал проконсультироваться с производителем зарядного устройства, чтобы получить данные о характеристиках короткого замыкания.

Расчеты вспышки дуги следует рассчитывать для наихудшего сценария.

  • Источник напряжения (с низким импедансом) можно смоделировать с помощью эквивалентной схемы Тевенина, где «заглядывание» с выходных клемм дает идеальный источник напряжения, последовательно соединенный с внутренним сопротивлением.
  • Источник тока (высокий импеданс) можно смоделировать с помощью эквивалентной схемы Нортона, где «заглядывание» с выходных клемм дает идеальный источник тока, параллельный внутреннему сопротивлению.

Для любого данного источника напряжения или источника тока максимальная мощность, подаваемая на нагрузку, возникает, когда импеданс нагрузки, наблюдаемый клеммами, равен импедансу источника.Сопротивление провода к короткому замыканию и сопротивление дуги фактически включены последовательно, что определяется клеммами источника напряжения или тока. Поскольку мы придерживаемся наихудшего сценария, вспышку дуги следует рассчитывать в той рабочей точке, которая обеспечивает максимальную мощность в месте повреждения. Такой подход упрощает анализ.

Рисунок 10 Рабочая точка максимальной мощности для источника напряжения или источника тока.

В рамках данной статьи я хочу найти решение только для наихудшего случая падающей энергии дугового разряда.Энергия в калориях напрямую связана с джоулями и ваттами. Путем оценки падающей энергии вспышки дуги только в точке максимальной мощности данного источника можно исключить все перестановки или возможную длину провода и / или расстояние между вспышками дуги и связанную с ними сходимость. Используемые здесь расчеты дугового разряда ссылаются на [5], [6] и [7].

таблица-3-дуговая вспышка-расчеты-для-2-зарядных-размеров.

Зарядное устройство на 40 А и 130 В постоянного тока с быстродействующим OCPD на 12 мсек привело к очень небольшой падающей энергии дуги, равной 0.009кал / см2. Когда зарядное устройство активирует OCPD, вычисления кажутся прямолинейными и достаточно простыми. Каким образом меньшее зарядное устройство SCR на 25 ампер 48 В постоянного тока в итоге получило более чем в 100 раз больше падающей энергии, чем большее зарядное устройство на 40 ампер и 130 В постоянного тока?

1. Зарядное устройство меньшего размера не отключило OCPD, оно работает с ограничением тока 27,5 А постоянного тока; Сценарий №2.
2. Расчет энергии инцидента и предыдущие расчеты предполагают, что ток короткого замыкания составляет 3627 А, а не 27.5 ампер ограничения тока.
3. Трансформатор в зарядном устройстве 25A-48V действительно имел более низкий процент импеданса; хотя и более низкой номинальной мощности.
4. Когда OCPD не работает, срок действия TARC должен быть увеличен до целых 2 секунд.
5. Нам необходимо изменить метод расчета, чтобы приспособить зарядное устройство, работающее в качестве источника тока с высоким импедансом, в режиме ограничения тока.

Таблица 4 Расчет дугового разряда сравнивает исходный иПересмотренный расчет зарядного устройства, ограничивающего ток при коротком замыкании.

Конечный результат 0,007кал / см2 более реалистичен для зарядного устройства на 25А 48В, работающего с ограничением тока, в отличие от 0,937кал / см2 при использовании половины теоретического тока короткого замыкания трансформатора с болтовым соединением.

Закрытие

Очевидно, что характеристики зарядного устройства при коротком замыкании имеют много переменных.
  • Временные характеристики цепей управления vs.OCPD в значительной степени определяет, сработает ли OCPD зарядного устройства, или если зарядное устройство перейдет на предельный ток при коротком замыкании для конструкций с трансформатором с низким сопротивлением.
  • Метод импеданса трансформатора плохо работает в конструкциях Ferro и Mag-Amp, а режим переключения довольно сложно оценить.
  • Короче говоря, некоторые зарядные устройства будут вводить ограничение по току, а другие отключат OCPD зарядного устройства.
  • Отключение OCPD — самый безопасный метод при вспышке дуги, поскольку он удаляет зарядное устройство как источник падающей энергии, но возможности активации OCPD может препятствовать большая индуктивность провода между коротким замыканием и источником питания.
  • Расчеты вспышки дуги необходимо скорректировать для зарядного устройства, работающего как источник тока с высоким импедансом, AKA; текущий предел.
  • Проконсультируйтесь с производителем зарядного устройства для получения конкретных результатов испытаний на характеристики короткого замыкания.
  • Сегодня не существует отраслевых стандартов, которые предписывают, чтобы зарядное устройство активировало OCPD, а не работало с ограничением тока.

4 способа предотвращения короткого замыкания зарядного устройства телефона

893 просмотров Yuda Electronic (HK) Technology Co.,Ограничено. 2018-11-19

Короткое замыкание зарядного устройства для мобильного телефона в основном вызвано тем, что вы купили неоригинальное зарядное устройство или используете универсальное зарядное устройство, поэтому существует опасность короткого замыкания зарядного устройства для мобильного телефона. Так как же избежать этих проблем?

1. Старайтесь не использовать «универсальное зарядное устройство»

Среди всех зарядных устройств наиболее опасным является «универсальное зарядное устройство».«Универсальное зарядное устройство» имеет простую конструкцию и не имеет защитной катушки. Существует скрытая опасность, что напряжение аккумулятора мобильного телефона будет слишком высоким. «Это похоже на надувание воздушного шара. После того, как обычное зарядное устройство надует шар, он больше не подует. Некоторое низкое «универсальное зарядное устройство» может продолжать дуть, пока воздушный шар не взорвется ».

2. Причины превышения напряжения и тока

Короткое замыкание в зарядном устройстве мобильного телефона также может быть вызвано слишком высоким напряжением в розетке или слишком большим внешним током.Если внешний ток слишком велик, это также может вызвать короткое замыкание в источнике питания. Поэтому для зарядки лучше всего использовать розетку подходящего напряжения.

3. Купить оригинальное зарядное устройство для телефона

.

Оригинальное зарядное устройство для мобильного телефона имеет защиту от перенапряжения и гарантию качества. Если телефон выйдет из строя при использовании неоригинального зарядного устройства, он может не предоставить вам послепродажное обслуживание.

4. Необходимо выбирать продукты, сертифицированные CE

Сертификация

CE — это единый символ использования государством обязательной сертификации продукции.Сертифицированный адаптер питания соответствует национальным обязательным стандартам по электробезопасности и электромагнитной совместимости. Эти зарядные устройства имеют несколько защит, таких как перегрузка по току, перенапряжение, короткое замыкание и перегрев. При этом при использовании такие зарядные устройства обладают высокой эффективностью зарядки и безопасностью. Подлинность логотипа CE можно найти на веб-сайте Национальной администрации по сертификации и аккредитации. Это позволит избежать покупки поддельного зарядного устройства.

Yuda Electronics Co., Ltd. — это оригинальные аксессуары для мобильных телефонов оптом с 15-летним опытом, включая оригинальные зарядные устройства для телефонов Apple / Samsung, аккумулятор для телефонов и другие аксессуары для телефонов. Свяжитесь с нами для получения бесплатного предложения.

Зарядное устройство для герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов

12 В (SLA), 1300 мА, с защитой от короткого замыкания: Automotive

Обычно я не из тех, кто дает восторженные отзывы, но это маленькое зарядное устройство работает отлично.У меня есть несколько известных зарядных устройств. Однако бывают случаи, когда они просто отказываются заряжать батареи, напряжение которых упало ниже определенного уровня. Иногда такая осторожность оправдана, но не всегда. В моем случае я просто заменил батарейки в блоке резервного питания для кого-то. Через несколько недель они заметили, что блок резервного питания от батареи выключен и не включается. Оказалось, что вышел из строя сам блок резервного питания. Он продолжал работать до тех пор, пока не разрядились батареи, и оставался таким в течение нескольких недель.Это не очень хорошо для батарей SLA, но это тоже не конец света. зная, что батареи на самом деле были совершенно новые, я вытащил их, чтобы зарядить на своей скамейке. Я уже знаю, что из соображений осторожности мои громкие зарядные устройства просто откажутся заряжать батареи при таком низком уровне заряда. Вот где сияет эта маленькая жемчужина зарядного устройства. Это осторожно, но не параноидально. Если батарея SLA очень разряжена и не закорочена, она попытается зарядить ее. Это именно то, что мне нужно было сделать в данном случае.

Несколько советов, если вы пытаетесь зарядить батареи с очень низким уровнем заряда SLA (герметичные свинцово-кислотные).
!!! Я не профессионал … Следующее не является инструкцией … Используйте на свой страх и риск !!!
!!! Заряжайте только те аккумуляторы, которые, как вы знаете, находятся в хорошем состоянии… Неисправные или закороченные аккумуляторы могут взорваться !!!

Первый совет:

Зарядное устройство нагревается. Корпус представляет собой простую подгонку давления. Он легко разбирается. Сделайте перфорированный непроводящий корпус и направьте на него вентилятор … просто говорю … Горячая электроника — это недолговечная электроника …

Второй совет:

Когда вы подключаете это зарядное устройство к батареям с очень низким зарядом, оно загорается зеленым светом, как и батареи уже заряжен.Это нормально. Чтобы вернуть к жизни полностью разряженный аккумулятор, требуется некоторое время. Оставьте это на время. Если аккумулятор действительно исправен, индикатор в конечном итоге станет красным, что означает, что он заряжается. Теперь вам просто нужно подождать, пока индикатор снова не станет зеленым и вы все зарядитесь.

Иногда некоторые батареи заряжаются дольше обычного. В этом случае я проверяю аккумулятор на наличие физических признаков неисправности. Если аккумулятор горячий или его боковые стороны вздулись или деформировались… НЕМЕДЛЕННО ПРЕКРАТИТЕ ЗАРЯДКУ! Аккумулятор неисправен.Пометьте его как таковой и отнесите в центр утилизации.

Если аккумулятор холодный или теплый на ощупь, и боковые стороны аккумулятора не вздуваются и не деформируются, я позволяю ему продолжать зарядку. Прежде чем я это сделаю, я отключаю зарядное устройство и проверяю его вручную, чтобы узнать уровень заряда. Для этого я использую следующий тестер:

Третий совет:

у меня были батарейки

хотеть заряжать вечно.Когда я отключаю их от зарядного устройства и проверяю, они говорят, что заряжены на 100%. Ясно, что что-то не так, иначе они бы загорелись зеленым светом от зарядного устройства. Я упоминаю об этом, потому что это может случиться с вами при использовании этого зарядного устройства. Я не знаю, есть ли что-то необычное в зарядном устройстве или в аккумуляторе. Батареи не деформируются и не нагреваются при зарядке, и они не перезаряжаются, поэтому я продолжаю их использовать, и они работают нормально.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *