Site Loader

Содержание

Схема защиты блока питания от короткового замыкания » Паятель.Ру


Большинство самодельных лабораторных источников питания с регулируемым напряжением обеспечивают регулировку напряжения начиная с 23V. При замыкании на нагрузке, естественно, напряжение падает до нуля, каким бы ни было оно установлено. В связи с этими обстоятельствами хочу предложить схему электронного предохранителя (защиты от КЗ на выходе блока питания), в основе которой свойство светодиода светиться при напряжении на нем не ниже 1,5-1,8V.


Схема довольно проста и состоит из оптотранзисторной оптопары. транзисторного ключа и реле с контактами достаточной мощности. Детали VD1-VD4 и С1, — это детали выпрямителя источника питания, поэтому на данной схеме их параметры не приводятся.

Обратите внимание, контакты реле включаются сразу после выпрямителя, но до стабилизатора. Кнопка S1, без фиксации, она служит для запуска источника питания (после включения питания её нужно нажать и отпустить), а так же. для возобновления работы после устранения короткого замыкания в нагрузке.

Питание на светодиод оптопары поступает с выхода стабилизатора, через токоограничительное сопротивление R1. Величина этого сопротивления должна быть такой, чтобы при максимальном выходном напряжении ток через светодиод оптопары не превышал допустимого максимума, а при минимальном напряжении не было самопроизвольного срабатывания защиты.

После включения источника питания контакты реле разомкнуты, и питание на стабилизатор не поступает. Чтобы начать работу нужно нажать пусковую кнопку S1. Ток через неё поступит на стабилизатор, и на его выходе появится некоторое напряжение (не менее 2V).

Этого напряжения будет достаточно для зажигания светодиода опотопары. Её транзистор откроется, а вслед за ним откроется ключ VT1, который пропустит ток на обмотку реле К1. Контакты реле замкнутся. После этого можно отпустить кнопку S1, — ток на стабилизатор теперь будет поступать через контакты реле.

При возникновении короткого замыкания в нагрузке напряжение на выходе источника, естественно, упадет ниже 1,5V.

Светодиод оптопары погаснет (либо его яркость свечения станет недостаточной), и транзистор оптопары, а также транзистор VT1, закроются.

Контакты реле разомкнутся и отключат стабилизатор от выпрямителя. После устранения короткого замыкания восстановить работу источника можно нажатием пусковой кнопки S1.

Реле следует выбирать исходя из максимального тока в нагрузке, а мощность ключевого транзистора, — исходя из номинального тока обмотки реле.

Все своими руками Защита от короткого замыкания

Опубликовал admin | Дата 4 февраля, 2017

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.

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.

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.

Скачать статью

Скачать “Электронный-предохранитель-на-MOSFET-транзисторе” Электронный-предохранитель-на-MOSFET-транзисторе.rar – Загружено 1493 раза – 47 КБ

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:8 876


⚡️Регулируемый стабилизатор напряжение LM317 с защитой от КЗ

На чтение 2 мин Опубликовано Обновлено

Автор статьи никогда не специализировался на конструировании стабилизаторов напряжения (СН) и блоков питания для питания радиоаппаратуры и наладки радиолюбительских конструкций.

После выхода из строя старенького СН, аналогичного описанному в [1], изготовленного еще в студенческие годы, работать стало тяжеловато. Посетив любимый радиорынок Караваевы дачи в надежде на что-то недорогое, несложное с достойными параметрами и минимумом деталей, автор остановился на КР142ЕН12А, импортный аналог LM317. Поскольку стабилизатор напряжения на ИМС КР142ЕН12А не имеет защиты от КЗ, пришлось немного доработать его.

Схема модернизированного СН показано на рисунке, внешний вид представлен на сайте. В стандартной схеме включения КР142ЕН12А при верхнем положении движка регулировочного резистора R5 (низкий потенциал) микросхеме имеет минимальное выходное напряжение 1,2 В. При высоком потенциале – максимальное 37В. Максимальный ток стабилизации 1,5 А.

Защита от КЗ работает следующим образом: при протекании тока нагрузки (в авторском варианте более 1,1 А) на резисторе R6 увеличивается падение напряжения, соответственно увеличивается ток светодиода оптрона U1, что ведет к открытию тиристора оптопары и транзистора VT1. При открытии транзистора на выводе 1 стабилизатора DA1 низкий потенциал, СН переходит в режим минимального выходного напряжения. Ток, протекающий через тиристор оптрона U1, достаточен для поддержания его в открытом состоянии.

Светодиоды VD1 (зеленого цвета свечения) и VD2 (красного цвета свечения) служат для индикации включения стабилизатора напряжения и режима защиты при КЗ соответственно. Кнопка SA1 служит для возврата СН в рабочий режим. Недостатком конструкции является неполное отключение выходного напряжения стабилизатора. Сэкономив на площади рассеивания радиатора DA1 посредством установки на радиатор небольшого кулера от процессора ПК, автор получил достойную замену вышедшей из строя конструкции.

Детали. В стабилизаторе применены резисторы МЛТ-0,25, резистор R6 – С5- 16В. Конденсаторы импортного производства. Светодиоды малогабаритные импортные. Оптрон U1 – АОУ103 с любым буквенным индексом.

Наладка. После проверки правильности монтажа включают устройство. (На рис. 1 не показаны трансформатор и диодный мост.) Проверяют диапазон регулирования выходного напряжения, затем, подключив нагрузочное сопротивление (порядка 20 Ом), постепенно увеличивают выходное напряжение от 1,2В до максимума. Амперметром контролируют ток срабатывания защиты. Может понадобиться изменение сопротивления резистора R6, а резистор R7 может быть исключен из схемы. В зависимости от типов светодиодов VD1 и VD2 возможно придется подобрать сопротивления резисторов R1, R2.

Реализация аппаратной защиты по току / Хабр

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

возможность давать длительную гарантию на продукцию

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

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

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

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

Цель статьи

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

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

Немного о токах короткого замыкания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы защиты по току

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

1) Основная проблема — большое значения тока в цепи;

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

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

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


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

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

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

Измерение тока

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

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

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

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

В своих устройствах я люблю использовать вот такие шунты PA2512FKF7W0R002E:

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

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

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

Рекомендации по использованию:

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

2)

Датчики тока на эффекте Холла

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

дешевые

и

дорогие

.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Усиление измеренного падения напряжения

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

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

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

Получаем, что разрядность измерения будет всего лишь:

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

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

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

Скачать файл для симуляции у себя можно — тут.

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

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

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

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

Добавляем реализм в систему защиты

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

Скачать файл симуляции для MultiSIM можно — тут.

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

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

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

Сравнение сигналов с помощью компаратора


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

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

LMV7271

. На что стоит обратить внимание:

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

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

Скачать файл для симуляции в MultiSIM можно — тут.

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

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

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

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

Почему аппаратная?

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

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

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

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

Эпилог

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

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

Регулируемый источник питания с защитой от КЗ | PRACTICAL ELECTRONICS

Регулируемый источник питания с защитой от КЗ

Классикой жанра в схемотехнике маломощных регулируемых блоков питания всегда был параметрический стабилизатор состоящий из стабилитрона и резистора, напряжение с которого снималось эмиттерным повторителем, а чтобы его регулировать, параллельно стабилитрону включался переменный резистор.

Всё изменилось с появлением интегральных стабилизаторов напряжения, таких как LM7812, 7905 и т.п. Среди таких интегральных стабилизаторов есть и те, которые обеспечивают регулируемый выход с минимальной обвязкой, состоящей из двух резисторов. Например, LM317T обеспечивает стабилизированное напряжение на выходе в пределах 1,2…37 В при токе 1,5 А. Т.е. одна LM-ка и считай готовый регулируемый блок питания.

В этой статье рассмотрим схему регулируемого источника питания на LM317T, в котором применена небольшая доработка, позволяющая защитить нагрузку и саму микросхему от превышения предельно допустимого тока.

Схема электрическая принципиальная регулируемого источника питания с защитой

Схема электрическая принципиальная регулируемого источника питания с защитой

Про саму схему включения, ничего писать не стану, здесь всё стандартно, рассмотрим лишь узел защиты.

В минусовой провод, последовательно с нагрузкой включен резистор R6, при протекании тока через нагрузку на нём будет падать некоторое напряжение. При выходном токе 1,5 А получим падение напряжение 1,5 В.

Вот это значение падения напряжения и используется для подачи на транзисторную оптопару DA2 — 4N25. Резистор R1 рассчитан так, чтобы порог открытия внутреннего транзистора оптопары был равен приложенному напряжению в 1,5 В.

Переход КЭ транзистора VT1 подключен параллельно переменному резистору R5, которым регулируется выходное напряжение. При закрытом транзисторе, сопротивление перехода велико, и он мало влияет на работу схемы. Начальное напряжение на базе задаёт делитель R3, R4.

Как только ток в нагрузке вырастет до вылечены 1,5 А, начнёт работать DA2. Откроется VT1. Сопротивление КЭ будет пропорционально уменьшаться (в зависимости от сопротивления нагрузки), шунтируя R5 таким образом, чтобы поддерживать ток в нагрузке 1,5 А. Напряжение при этом, на нагрузке будет падать.

Печатная плата для регулируемого источника питания с защитой

Печатная плата для регулируемого источника питания с защитой

Схема не лишена своих недостатков, главным из которых является падение напряжения на R6. Величину этого падения мы как раз недосчитаемся на выходе. Но простота, низкая стоимость и отсутствие какой-либо наладки при исправных деталях, несомненный плюс данного решения.

Печатная плата выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Трансформатор Т1 должен обеспечивать ток больше чем 1,5 А при напряжении 32 В. Резистор R6 — проволочный, типа KNP, минимальной мощностью 2 Вт, лучше больше.

Для удобства навигации по разделу «Источники Питания» опубликована статья со ссылками на все конструкции с кратким описанием

Регулируемый источник питания с защитой от КЗ

для лабораторного и регулируемого, как сделать своими руками

Автор Акум Эксперт На чтение 8 мин Просмотров 5.5к. Опубликовано


Практически каждый автолюбитель имеет в своем арсенале сетевое зарядное устройство. Но, к сожалению, далеко не все подобные приборы оснащены защитой от короткого замыкания. То же самое можно сказать о лабораторных блоках питания – обязательном инструменте любого радиотехника. В этой статье мы рассмотрим схемы защиты от КЗ для блока питания и зарядного устройства.

3 схемы на транзисторах и тиристорах

Для начала рассмотрим схемы защиты блока питания на полупроводниковых компонентах. Они просты, надежны и, главное, обладают большим, чем у схем с электромагнитным реле быстродействием.

Простейшая на биполярном транзисторе

Эта несложная для повторения конструкция подойдет для относительно маломощного (до 5-6 А) блока питания или зарядного устройства. В качестве управляющего ключа в блоке защиты используется довольно распространенный и недорогой кремниевый  транзистор КТ819.

Схема защиты от КЗ на биполярном транзисторе

Пока ток, протекающий через токоизмерительный резистор R3 в нагрузку не превышает допустимого, управляющий транзистор Т2 закрыт. А Т1 благодаря напряжению смещения с резистора R1 открыт. Нагрузка получает питание. При перегрузке или коротком замыкании на выходе схемы напряжение, вызванное падением на токоизмерительном резисторе R3, открывает T2. Тот в свою очередь запирает ключ Т1, одновременно зажигая светодиод LED1 «Перегрузка». В этом состоянии схема будет находиться до тех пор, пока ток потребления нагрузкой не войдет в допустимый диапазон.

На месте Т1 могут работать транзисторы 2N5490, 2N6129, 2N6288, 2SD1761, BD291, BD709, BD953, КТ729.  Т2 – любой маломощный кремниевый транзистор типа n-p-n. К примеру, популярный  КТ315 с любой буквой. Светодиод – любой индикаторный. Наладка схемы сводится к подбору номинала резистора R3, выполненного из куска нихромового провода. Чем ниже сопротивление резистора, тем выше ток, при котором сработает защита. Силовой транзистор Т1 нужно установить на радиатор с эффективной площадью рассеивания не менее 300 мм2.

Схема устойчиво работает при напряжении  от 8 до 25 В. Если оно иное, придется подобрать номиналы резисторов. R1 должен надежно отпирать силовой транзистор Т1 при отсутствии перегрузки. От номиналов R2, R3 будет зависеть порог срабатывания схемы по току.

На полевом транзисторе

В этой конструкции в качестве силового ключа используется полевой транзистор, имеющий меньшее, чем биполярный падение напряжения и способный коммутировать больший ток.

Схема защиты от КЗ на полевом транзисторе 

Пока ток через нагрузку не превышает критический, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 невелико, транзистор Т2 закрыт. Т1 открывается напряжением, которое подаётся через LED1. В это время ток, протекающий через светодиод и резистор R4 очень мал и светодиод не светится.

При коротком замыкании или перегрузке падение напряжения на токоизмерительном резисторе увеличивается, транзистор Т2 открывается и запирает полевой транзистор, отключая нагрузку. При этом ток через светодиод увеличивается и последний начинает светиться, указывая на перегрузку. Налаживание конструкции сводится к подбору номинала токоизмерительного резистора R1 – чем его сопротивление ниже, тем при большем токе нагрузки включится защита.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Если вместо постоянного резистора R4 установить подстроечный номиналом около 10 кОм, то регулировать ток срабатывания схемы можно им в достаточно широком диапазоне и без подбора R1. При указанных на схеме элементах и выходном напряжении 13-14 В (ЗУ для автомобильного аккумулятора) ток срабатывания защиты составляет около 8 А.

В узле можно использовать практически любые полевые транзисторы, выдерживающие ток 15-20 А и соответствующее напряжение. Подойдут, к примеру, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48. Если ток через нагрузку не будет превышать 8 А транзистору радиатор не нужен. Т2 – любой маломощный кремниевый n-p-n проводимости, скажем КТ315 или КТ3102.

На тиристоре

Эта схема предназначена для защиты от короткого замыкания зарядного устройства, но может работать с любым трансформаторным блоком питания без сглаживающих конденсаторов.

Схема защиты зарядного устройства на тиристоре 

Пока ток через нагрузку не превышает нормальный, T1 открыт. При этом при каждой полуволне напряжения коллекторным током открытого транзистора открывается тиристор, питая нагрузку. При коротком замыкании выходное напряжение падает, Т1 закрывается и запирает тиристор. Критическое напряжение, а значит, и порог срабатывания настраивается потенциометром Р1. В схеме можно использовать любой тиристор серии КУ202, Транзистор КТ814 можно заменить на BD136, BD138, BD140. Тиристор необходимо установить на радиатор площадью не менее 300 см2.

При необходимости сглаживающие конденсаторы можно установить после блока и использовать конструкцию в качестве обычного БП. Но в этом случае на выходе конструкции нужно установить токоограничивающий резистор номиналом 0.1 – 1 Ом. В противном случае схема  будет срабатывать от перегрузки во время зарядки конденсаторов.

Схема защиты на реле

А теперь перейдем к конструкциям, в которых в качестве управляющего элемента используется электромагнитное реле. С одной стороны это несколько снижает надежность – контакты реле при больших токах могут подгорать. Но с другой такие схемы достаточно просты и могут использоваться с БП, рассчитанные на разное выходное напряжение – достаточно подобрать реле нужного типа.

На одном реле

Конструкция исключительно проста, содержит минимум деталей и не нуждается в настройке. Единственно, как было отмечено выше, необходимо подобрать реле по напряжению срабатывания и соответствующей мощности.

Блок защиты от короткого замыкания на одном реле

Работает устройство следующим образом. В исходном положении горит светодиод LED2, нагрузка обесточена. При нажатии на кнопку S2 на обмотку реле К1 поступает питание и оно срабатывает, подключая нагрузку к источнику питания и одновременно отключая кнопку и светодиод LED2. При этом конденсатор С1 служит для задержки отключения реле на время переключения его контактов. Вместе с нагрузкой питание через диод D1 поступает на обмотку К1 и оно становится на самоблокировку. Кнопку можно отпустить. Загорится светодиод LED1, сигнализируя о том, что нагрузка питается.

При коротком замыкании напряжение в цепи питания реле падает, и его отпускает, отключая нагрузку и снова подключая кнопку. LED1 гаснет, LED2 загорается. Для того, чтобы перезапустить узел необходимо устранить перегрузку и снова нажать кнопку S1.

Важно! При указанном на схеме реле устройство можно использовать с 12-ти вольтовым БП или зарядным устройством. Если напряжение источника отличается, необходимо подобрать реле, срабатывающего от этого напряжения.

На реле и однопереходном транзисторе

Эта схема несколько сложнее предыдущей, но она позволяет регулировать ток срабатывания защиты.

Защита от перегрузки с регулировкой порога срабатывания

Пока ток через нагрузку не превышает определенного значения, составной транзистор T1, T2 закрыт. При увеличении тока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 заставляет открыться Т1 и Т2, а вслед за ними и сработать реле К1. Реле отключает нагрузку и подключает к плюсовой шине резистор R4, не позволяющий отключиться реле.

Чтобы привести конструкцию в исходное состояние, достаточно нажать на кнопку S2. Реле отключится, нагрузка снова получит питание. Если причина КЗ не устранена, то после отпускания кнопки защита сработает вновь. Величину тока срабатывания можно регулировать при помощи переменного резистора P1.

Важно! Не рекомендуется держать кнопку S2 длительное время. Если причина КЗ не устранена, то БП будет перегружен и сгорит, так как узел защиты будет принудительно отключен.

В блоке можно использовать транзисторы КТ805 с любой буквой, 2SC2562, 2N3054 (Т2) и любые маломощные кремниевые транзисторы структуры p-n-p. Напряжение срабатывания реле должно быть несколько ниже напряжения источника питания. LED1 «Перегрузка» – любой индикаторный.

Регулируемый блок питания с защитой от кз своими руками

Этот лабораторный блок питания собран на специализированной  микросхеме LM723. Он позволяет регулировать выходное напряжение от 2 до 30 В, имеет защиту от короткого замыкания и обеспечивает ток до 20 А.

Схема лабораторного блока питания с защитой от КЗ

Сердцем устройства является микросхема, представляющая собой регулятор напряжения с защитой от перегрузки. Поскольку выходная мощность микросхемы невелика, она оснащена мощным ключом, собранным на транзисторах VT1-VT5. Резисторы R4, R6, R8, R10 – токовыравнивающие. Они компенсируют разброс коэффициентов передачи транзисторных ключей.

Датчик тока собран на резисторах R5, R7, R9, R11, включенных параллельно. Он подключен к выводам 2 и 3 микросхемы. Как только напряжение на этих выводах станет больше 0.6 В, сработает защита по току и закроет силовые транзисторы. Резистор R2 служит для регулировки выходного напряжения. Мощные транзисторы установлены на общий радиатор площадью около 1000 см2. Изолировать их от радиатора не нужно.

Вместо указанных на схеме 2N3055 можно установить КТ819. Выпрямительные диоды должны выдерживать ток 30 А и обратное напряжение не ниже 50 В. Трансформатор выдает напряжение 35 В и обеспечивает ток 25 А.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Не следует путать защиту от перегрузки со стабилизацией тока. Эта схема не обеспечивает стабилизацию на заданном уровне, а просто отключает нагрузку при превышении определенного тока.

Вот мы и закончили краткий обзор схем защиты от КЗ, которые можно использовать в блоках питания и зарядных устройствах. Несмотря на то, что конструкции довольно простые, они вполне справятся со своей задачей и спасут жизнь блоку питания при небрежном с ним обращении.


АВ-plus MOSFET УМЗЧ усилитель, блок питания и DC защита

   Усилители с MOSFET выходными транзисторами на выходе имеют такой существенный недостаток, как сниженный КПД по сравнению с биполярными. Основная причина в пороговом напряжении затвора Vgs(th) 5..6 вольт MOSFET, транзисторы полностью не открываются. Решается проблема повышением питания предварительных каскадов, известный способ выжать по максиму из имеющихся возможностей питания и охлаждения. Питание усилителя определяет его возможности, возможности питания определяют конденсаторы фильтров, возможности конденсаторов определяют ёмкость и рабочее напряжение (ряд 35V, 50V, 63V, 100V).  Что такое 56V = 63V-10%, соответствует допуску на бытовые 230V+-10%. Переход из 63V в 100V — это кратное удорожание и увеличение массогабаритных показателей питания и охлаждения. Нужно выжимать всё из 56V, излишки можно «прижать» программируемым лимитёром.
   Такой режим работы усилителя я называл MOSFET AB+ (AB-plus) для маркетингового позиционирования изделий. Решение требует дополнительных источников напряжения по 6..9 вольт на плечо. Потребление предварительных каскадов приведённого ниже усилителя не превышает 30ma, соответственно, требования к обмоткам питающего трансформатора минимальные.
   Проверенная схема симметричного усилителя изменена по рекомендациям Владимира Перепёлкина, транзисторы BC546 (Vceo=65V, Ic=100ma, Pc=500mW) заменены на 2N5551 (Vceo=160V, Ic=600ma, Pc=625mW), ток дифкаскада увеличен с 1,5ma до 3,8ma, ток каскада усиления напряжения 8,6ma->15,5ma, Q6-Q21 каскод и как результат увеличена полоса усиления в 1,5 раза. Узел стабилизации тока покоя изменён из технологических соображений. На электролитическом конденсаторе C4 в обратной связи присутствует постоянное напряжения до 200mV, что делает необязательным применение неполярного конденсатора. Балансировка каскодного дифкаскада RV1, R6, R36,  введена для экспериментов, без RV1 при номиналах R6=R36=51ом смещение «0» не более 30mV (в данном экземпляре +-7mV). Узел термостабилизации и управления током покоя выполнен на диодах D13, D14, D15, стабилитроне D12, светодиоде D11 и резисторе RV2. Диоды расположены на печатной плате в непосредственной близости от силовых транзисторов в наиболее горячей точке усилителя. Традиционный транзистор, вынесенный на радиатор, требует дополнительного крепления, принимает температуру медленнее и он, в итоге, холоднее на 5..20 градусов по сравнению с предложенным вариантом. Регулировка тока покоя удобно контролируется светодиодом D11. Цепи подачи питания на предварительные каскады D1, D2, R20, R21 сохранены на случай пропадания дополнительного питания и возможности работы усилителя в традиционном AB режиме.  В усилителе на фото, в качестве эксперимента, применены MOSFET транзисторы  FQA28N15 33/132A и FQA36P15 36/144A, эта пара вполне заменяет три пары RFP9240/IRFP9240. Замена  работает без замечаний, но на предельных режимах транзисторы следует ставить на керамические прокладки (НОМАКОН имеет большое тепловое сопротивление), а номиналы стоковых резисторов и их мощности следует пересчитать.

   Что даёт режим AB+ в данном усилителе, сравним работу в двух режимах:

— AB подано только +-56V на выходной каскад.2/8oHm=371W.

В режиме AB+ имеем прирост пиковой мощности по сравнению с AB 37% при питании выходного каскада +-56V.

За счёт чего — это происходит?
   В режиме AB+ выходной каскад в пиковом режиме теряет напряжение только на сопротивлении сток — исток MOSFET транзистора и на резисторе в цепи стока. Так для IRFP9240 не более 0,5oHm (7,2А) и   для IRFP240 не более 0,18oHm (12А) имеем падение на  3-х параллельных каскадах не более
U=56V/8oHm/3*(0,5oHm+0,22oHm)=1,68V.
   В режиме AB (в положительном плече) потери складываются из
U=R20(2,35V) + D2(0,74V) + R16(0,5V) + Q8ek(0,06V) +Q11gs(5,47V) +R25(0,43V)=9,55V.
Данная модель и расчёты построены на предположении стабильного напряжения 56V и 65V, учитывая просадки напряжения, при питании от реального источника пиковые значения несколько снижаются, но соотношения эффективности AB+ и AB режимов работы усилителя сохраняются.

Выводы:
Режим AB+ значительно расширяет энергетические возможности аналогового дискретного УМЗЧ, сохраняя все его преимущества.
Дополнительные обмотки трансформатора и цепи выпрямителей небольшая цена за существенный прирост мощности и КПД.

Результаты экспериментов:
— защита работает, есть вопросы по C15 (электролит 22uF?). Изредка происходили ложные срабатывания при включении питания на макетной компоновке
— НОМКОН следует менять на керамику для пары FQA28N15/FQA36P15
— термостабилизация 25 градусов 60ма, 60 градусов 75ма, 85 градусов 80ма. Следует уточнить в рабочем корпусе и погреть выше
— срабатывание предохранителей, внепланово, произошло несколько раз, работают
— c Протеус и МикроКап моделями сходится
— отлично подойдёт как измерительный, T-S параметры, многополосные активные АС
— добавив согласованные с кабелем и акустическими системами RLC цепь, можно использовать, как референсный усилитель
— конструкция послужила прототипом для создания рабочего проекта

Учебное пособие по оптопаре и приложение для оптопары

Из наших руководств по трансформаторам мы знаем, что они могут не только обеспечивать понижающее (или повышающее) напряжение, но также обеспечивать «электрическую изоляцию» между более высоким напряжением на первичной стороне и более низким напряжением на вторичной стороне. .

Другими словами, трансформаторы изолируют первичное входное напряжение от вторичного выходного напряжения с помощью электромагнитной связи, и это достигается с помощью магнитного потока, циркулирующего внутри их многослойного железного сердечника.

Но мы также можем обеспечить электрическую изоляцию между входным источником и выходной нагрузкой, используя только свет, используя очень распространенный и ценный электронный компонент, называемый оптопарой .

Базовая конструкция оптопары, также известной как оптоизолятор , состоит из светодиода, излучающего инфракрасный свет, и полупроводникового светочувствительного устройства, которое используется для обнаружения излучаемого инфракрасного луча. И светодиод, и фоточувствительное устройство заключены в светонепроницаемый корпус или корпус с металлическими ножками для электрических соединений, как показано на рисунке.

Оптопара или оптоизолятор состоит из светоизлучателя, светодиода и светочувствительного приемника, который может быть одним фотодиодом, фототранзистором, фоторезистором, фото-тиристором или фототриаком с основным режимом работы. оптопары очень просто понять.

Оптопара на фототранзисторах


Предположим, что устройство на фототранзисторах, как показано. Ток от источника сигнала проходит через входной светодиод, который излучает инфракрасный свет, интенсивность которого пропорциональна электрическому сигналу.

Этот излучаемый свет падает на базу фототранзистора, заставляя его включаться и проводить аналогично нормальному биполярному транзистору.

Базовое соединение фототранзистора может быть оставлено открытым (неподключенным) для максимальной чувствительности к энергии инфракрасного света светодиодов или подключено к земле через подходящий внешний резистор высокого номинала для управления чувствительностью переключения, что делает его более стабильным и устойчивым к воздействию ложное срабатывание из-за внешних электрических помех или скачков напряжения.

Когда ток, протекающий через светодиод, прерывается, излучаемый инфракрасным светом отключается, в результате чего фототранзистор перестает проводить. Фототранзистор можно использовать для переключения тока в выходной цепи. Спектральная характеристика светодиода и светочувствительного устройства близко согласована, поскольку они разделены прозрачной средой, такой как стекло, пластик или воздух. Поскольку нет прямого электрического соединения между входом и выходом оптопары, достигается гальваническая развязка до 10 кВ.

Оптопары доступны в четырех основных типах, каждый из которых имеет источник инфракрасного светодиода, но с различными светочувствительными устройствами. Четыре оптопары называются: фототранзистор , фототранзистор , Photo-SCR и фототранзистор , как показано ниже.

Типы оптопар

Фототранзистор и фотодарлингтона предназначены в основном для использования в цепях постоянного тока, в то время как фото-тиристор и фототиристор позволяют управлять цепями переменного тока.Есть много других видов комбинаций источник-датчик, таких как светодиод-фотодиод, светодиод-лазер, пары лампа-фоторезистор, отражающие и щелевые оптопары.

Простые самодельные оптопары могут быть сконструированы из отдельных компонентов. Светодиод и фототранзистор вставлены в жесткую пластиковую трубку или заключены в термоусаживаемую трубку, как показано на рисунке. Преимущество этой самодельной оптопары заключается в том, что трубку можно обрезать до любой длины и даже загнуть по углам. Очевидно, что трубка с отражающей внутренней стороной будет более эффективной, чем темная черная трубка.

Оптрон самодельный

Применение оптопары

Оптопары и оптоизоляторы

могут использоваться сами по себе или для переключения ряда других более крупных электронных устройств, таких как транзисторы и симисторы, обеспечивая необходимую гальваническую развязку между управляющим сигналом более низкого напряжения, например, от Arduino или микроконтроллера. , и гораздо более высокий выходной сигнал напряжения или тока сети.

Общие области применения оптопар включают микропроцессорное переключение входов / выходов, управление питанием постоянного и переменного тока, связь с ПК, изоляцию сигналов и регулировку источника питания, которые страдают от токовых контуров заземления и т. Д.Передаваемый электрический сигнал может быть аналоговым (линейным) или цифровым (импульсным).

В этом приложении оптопара используется для обнаружения срабатывания переключателя или другого типа цифрового входного сигнала. Это полезно, если обнаруживаемый переключатель или сигнал находится в электрически зашумленной среде. Выход может использоваться для управления внешней схемой, светом или как вход для ПК или микропроцессора.

Оптотранзисторный переключатель постоянного тока

Здесь, в этом примере, подключенный извне резистор 270 кОм используется для управления чувствительностью области базы фототранзисторов.Номинал резистора может быть выбран в соответствии с выбранным фотоэлементом и требуемой чувствительностью переключения. Конденсатор предотвращает любые нежелательные выбросы или переходные процессы от ложного срабатывания базы оптранзисторов.

Помимо обнаружения сигналов и данных постоянного тока, также доступны опто-симисторные изоляторы, которые позволяют управлять оборудованием с питанием от переменного тока и сетевыми лампами. Симисторы с оптической связью, такие как MOC 3020, имеют номинальное напряжение около 400 вольт, что делает их идеальными для прямого подключения к сети и максимальным током около 100 мА.Для более мощных нагрузок можно использовать опто-симистор для подачи импульса затвора на другой более мощный симистор через токоограничивающий резистор, как показано.

Применение симисторного оптопара

Этот тип конфигурации оптопары составляет основу очень простого твердотельного реле, которое можно использовать для управления любой нагрузкой с питанием от сети переменного тока, такой как лампы и двигатели. Также, в отличие от тиристора (SCR), симистор способен проводить обе половины сетевого цикла переменного тока с обнаружением перехода через нуль, позволяя нагрузке получать полную мощность без больших пусковых токов при переключении индуктивных нагрузок.

Оптопары и Оптоизоляторы — отличные электронные устройства, которые позволяют управлять такими устройствами, как силовые транзисторы и симисторы, с выходного порта ПК, цифрового переключателя или с помощью низковольтного сигнала данных, например, от логического элемента. Основным преимуществом оптопар является их высокая электрическая изоляция между входными и выходными клеммами, позволяющая относительно небольшим цифровым сигналам управлять очень большими переменными напряжениями, токами и мощностью.

Оптопара может использоваться как с сигналами постоянного, так и переменного тока с оптопарами, использующими тиристор (тиристор) или симистор, поскольку устройство фотодетектирования в первую очередь предназначено для приложений управления мощностью переменного тока.Основным преимуществом фото-тиристоров и фототиристоров является полная изоляция от любых шумов или скачков напряжения, присутствующих в линии питания переменного тока, а также обнаружение перехода через ноль синусоидальной формы волны, что снижает коммутационные и пусковые токи, защищая любые используемые силовые полупроводники. от термического напряжения и ударов.

Драйвер нагрузки на стороне высокого давления улучшает защиту от короткого замыкания

Эта схема основана на предыдущей идее, в которой добавление оптопары к выходу микроконтроллера преобразовало «тупой» драйвер верхнего плеча в «умный» драйвер с диагностикой и защитой от короткого замыкания. 1

Схема адаптирует эту концепцию для случаев, когда микроконтроллер либо не требуется, либо не подходит. Он также добавляет защиту от короткого замыкания к еще более «тупому» драйверу, такому как выход простого логического элемента (Рис. 1) . В результате это также позволяет «глупому» устройству низкого уровня управлять мощной нагрузкой, работающей при гораздо более высоком напряжении, не опасаясь деструктивных условий короткого замыкания.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ebf6d5f267ee20eaba» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Электронный дизайн com Загрузка файлов 2014 07 Ifd2594fig1web «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2014/07/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2014_07_IFD2594fig1web.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed 1-high caption side. Драйвер может защитить даже простой логический вентиль от короткого замыкания нагрузки, управляя периодами включения и выключения оптопары.

Предположим, что C1 изначально не заряжен, на выходе драйвера 0 В, а N-канальный полевой МОП-транзистор Q1 выключен. Когда выходной сигнал драйвера переходит с низкого уровня на высокий, импульс проходит через C1 и R2 на затвор Q1, включая его.Без обратной связи, обеспечиваемой через оптопару U1, конденсатор C1 будет быстро заряжаться через R1, напряжение затвора Q1 упадет до нуля, а полевой МОП-транзистор отключится примерно через миллисекунду. Однако наличие оптопары позволяет схеме эффективно контролировать напряжение на нагрузке.

Если нагрузка нормальная, при включении Q1 на ней появляется полное напряжение питания (+ V S ), смещая фотодиод U1 через R3 в прямом направлении. Это включает фототранзистор U1, который шунтирует C1, подтягивая затвор Q1 до высокого напряжения возбуждения.Поскольку C1 теперь эффективно «зажат» фототранзистором U1, он не может заряжаться, поэтому Q1 остается включенным, а нагрузка остается под напряжением.

Если в любой момент в нагрузке происходит короткое замыкание из-за неисправности, фототранзистор U1 отключается, C1 быстро заряжается через R1, а напряжение затвора Q1 быстро падает до нуля. Теперь полевой МОП-транзистор выключается, прерывая прохождение тока к неисправной нагрузке, и остается выключенным до тех пор, пока на выходе драйвера не будет циклически низкий уровень (чтобы позволить C1 разряжаться), а затем снова высокий уровень. Схема будет продолжать «сбрасываться» в выключенное состояние до тех пор, пока неисправность нагрузки не будет устранена.

Резистор R2 обеспечивает ограничение тока, чтобы предотвратить повреждение емкости затвор-исток Q1 на выходе драйвера при включении. Также может потребоваться предотвратить колебания полевого МОП-транзистора. Обычно подходит значение в несколько сотен Ом.

На рисунке 2 показана работа схемы, построенной на МОП-транзисторе BUK455-60A для Q1. Напряжение питания нагрузки + V S составляло 12 В, нагрузка составляла 100 Ом, а управляющий сигнал представлял собой прямоугольную волну 5 В. 60 Гц.

В нормальном режиме работы (рис.2a) , высокий уровень управляющего сигнала приводит к низкому уровню на выводе стока Q1 (полное падение напряжения питания на нагрузке). На рисунке 2b нагрузка была замкнута накоротко.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ebf6d5f267ee20eabc» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Сайты Электронный дизайн com Загрузка файлов 2014 07 Ifd2594 Fig2combo Web «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2014/07/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2014_07_IFD2594Fig2comboWEB.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 2. Нормальная работа имеет низкий уровень на выводе стока Q1 и полное напряжение питания на нагрузке (нижний график) , из-за высокого уровня управляющего сигнала (верхний график) (a). Когда нагрузка закорочена, полное напряжение подается на нагрузку менее миллисекунды (b). Напряжение драйвера составляет 2 В / дел, сток Q1 составляет 5 В / дел, а по горизонтальной оси — 2 мс / дел.

Когда сигнал драйвера становится высоким, выходной сигнал схемы на выводе стока Q1 падает до нуля только на очень короткое время (менее миллисекунды), а затем сразу же снова поднимается до +12 В.Другими словами, полное напряжение питания появляется на неисправной нагрузке менее миллисекунды, пока схема не «сбросится», в результате чего напряжение на нагрузке упадет до нуля.

В случае неисправной нагрузки постоянная времени C1 / R1 в значительной степени определяет длительность короткого импульса включения. Если эта постоянная времени слишком мала, оптопара не успеет правильно включиться, чтобы зафиксировать C1 в случае нормальной нагрузки. Но если постоянная времени слишком велика, короткозамкнутая нагрузка может привести к превышению номинального импульсного тока Q1 во время короткого импульса включения, что может привести к повреждению полевого МОП-транзистора.

Использование C1 22 нФ и R1 56 кОм хорошо зарекомендовало себя в тестовой схеме. Дополнительный токоограничивающий резистор R CL (обычно несколько Ом), включенный последовательно со стоком Q1, может быть рекомендован для ограничения максимального выходного тока до безопасного уровня.

Номер ссылки

1. «Добавьте защиту от короткого замыкания и диагностику в автомобильный драйвер высокого / низкого давления», Вишвас Вайдья, Electronic Design , 7 марта 2013 г.

Энтони Х. Смит в течение последнего десятилетия работал инженером-консультантом, разрабатывая продукты для промышленного, бытового и автомобильного рынков.Он получил степень бакалавра электроники в Салфордском университете, Большой Манчестер. Он также имеет два патента. С ним можно связаться по адресу [email protected]

Автоматический выключатель / устройство защиты от короткого замыкания сети переменного тока

— Электронный MCB

В этом посте мы попытаемся понять, как сделать простой автоматический выключатель короткого замыкания сети переменного тока 220 В, 120 В переменного тока с использованием комбинации тиристора и симистора (разработанной и разработанной мной). ).

Схема представляет собой электронную версию обычных автоматических выключателей MCB, которые мы используем в наших домах.

Примечание: я не использовал реле для отключения, потому что контакты реле будут просто плавиться друг с другом из-за сильного тока дуги на контактах во время короткого замыкания, и, следовательно, это очень ненадежно.

Почему короткое замыкание в доме может быть опасным

Короткое замыкание в домашней электропроводке может показаться чем-то, что случается очень редко, и люди не слишком заинтересованы в том, чтобы установить какие-либо соответствующие меры предосторожности в своих домах и принять на себя опасность очень случайно.

Однако время от времени из-за какой-либо случайной неисправности короткое замыкание в электропроводке становится неизбежным, что приводит к катастрофе и огромным потерям.

Иногда последствия приводят к опасностям пожара и даже к гибели людей и имущества.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — ПРЕДЛАГАЕМАЯ ЦЕПЬ НЕ ИЗОЛИРОВАНА ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО ПРИКАСАТЬСЯ В НЕОКРЫТОМ ПОЛОЖЕНИИ И ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ ПИТАНИЯ.

Хотя многие типы выключателей короткого замыкания доступны на рынке в готовом виде, они, как правило, очень дороги.

Более того, любителю электроники всегда захочется сделать такое оборудование самостоятельно и наслаждаться его демонстрацией в доме.

Изготовление дешевого, но многообещающего электронного автоматического выключателя

Схема выключателя короткого замыкания, описанная в этой статье, действительно представляет собой кусок пирога, и после установки обеспечит пожизненную защиту от всех коротких замыканий, подобных условиям, которые могут случайно состоятся.

Схема также защитит домашнюю проводку от возможных условий перегрузки.

Как это работает

Схема, показанная на схеме, выглядит довольно просто и может быть смоделирована следующим образом:

Сенсорный каскад схемы фактически становится сердцем всей системы и состоит из оптрона. OP1.

Как мы все знаем, оптопара внутри состоит из светодиода и переключающего транзистора, транзистор включается в ответ на свечение встроенного светодиода.

Таким образом, срабатывание транзистора, формирующего выходной сигнал устройства, происходит без какого-либо физического или электрического контакта, а скорее через прохождение световых лучей от светодиода.

Светодиод, который становится входом устройства, может переключаться через какой-либо внешний агент или источник напряжения, который необходимо держать отдельно от выходного каскада оптрона.

Почему используется оптопара

В нашей схеме светодиод оптрона питается через мостовую сеть, которая получает его источник напряжения от потенциала, генерируемого на резисторе R1.

Этот резистор R1 подключен таким образом, что сетевой ток переменного тока в домашнюю проводку проходит через него, и поэтому любая перегрузка или перегрузка по току проходят через этот резистор.

В условиях перегрузки или короткого замыкания резистор мгновенно создает на нем потенциал, который выпрямляется и отправляется на светодиод оптопары.

Светодиод opto сразу загорается, включая соответствующий транзистор.

Использование SCR для запуска основного каскада отключения симистора

Обращаясь к схеме, мы видим, что эмиттер оптранзистора подключен к затвору внешнего SCR, анод которого дополнительно подключен к затвору симистора.

В нормальных условиях симистор остается включенным, позволяя подключенной к нему нагрузке оставаться в рабочем состоянии.

Это происходит потому, что тиристор остается выключенным и позволяет симистору получать ток затвора через R3.

Однако в случае перегрузки или короткого замыкания, как обсуждалось ранее, транзистор оптопары проводит и запускает SCR.

Это мгновенно подтягивает потенциал затвора симистора к земле, препятствуя тому, чтобы он проводил.

Симистор немедленно отключается, защищая нагрузку и домашнюю проводку, на которую он настроен.

SCR остается заблокированным до тех пор, пока проблема не будет устранена и цепь не будет перезапущена. Секция, состоящая из C1, Z1, C2, представляет собой простую бестрансформаторную схему источника питания, используемую для питания цепи SCR и симистора.

Список деталей

  • R1 = железная спиральная проволока; его сопротивление рассчитано для создания на нем 2 В при определенных условиях критической нагрузки.
  • R2, R3, R4 = 100 Ом
  • R5 = 1K,
  • R6 = 1M,
  • C1, C2 = 474/400 В
  • SCR = C106,
  • Симистор = BTA41 / 60014 Opto 902-15 902 Разветвитель = MCT2E,
  • ЗЕНЕР = 12 В, 5 Вт
  • Диоды = 1N4007

Как работает оптрон | ОРЕЛ

Необходимо защитить чувствительные низковольтные компоненты и изолировать цепи на вашей печатной плате? Оптопара может сделать эту работу. Да будет свет! Это устройство позволяет передавать электрический сигнал между двумя изолированными цепями, состоящими из двух частей: светодиода, излучающего инфракрасный свет, и светочувствительного устройства, которое обнаруживает свет от светодиода.Обе эти части содержатся в традиционном черном ящике с парой контактов для подключения. С первого взгляда легко перепутать оптопару с интегральной схемой (ИС).

Эта симисторная оптопара выглядит как ИС. (Источник изображения)

Как это работает

Сначала к оптрону подается ток

А, который заставляет инфракрасный светодиод излучать свет, пропорциональный току. Когда свет попадает на светочувствительное устройство, он включается и начинает проводить ток, как любой обычный транзистор.

Как работает оптрон. (Источник изображения)

Светочувствительное устройство по умолчанию обычно не подсоединяется, чтобы обеспечить максимальную чувствительность к инфракрасному свету. Его также можно подключить к земле с помощью внешнего резистора для большей степени контроля чувствительности переключения.

Оптопара эффективно изолирует выходную и входную цепи. (Источник изображения)

Это устройство в основном работает как переключатель, соединяющий две изолированные цепи на вашей печатной плате.Когда ток перестает течь через светодиод, светочувствительное устройство также перестает проводить и отключается. Все это переключение происходит через пустоту из стекла, пластика или воздуха без каких-либо электрических частей между светодиодом или светочувствительным устройством. Все дело в свете.

Преимущества и типы

Если вы разрабатываете электронное устройство, которое будет восприимчиво к скачкам напряжения, ударам молнии, скачкам напряжения питания и т. Д., Тогда вам понадобится способ защиты низковольтных устройств.При правильном использовании оптопара может эффективно:

  • Устранение электрических помех из сигналов
  • Изолируйте низковольтные устройства от высоковольтных цепей
  • Позволяет использовать небольшие цифровые сигналы для управления более высокими напряжениями переменного тока

Оптопары бывают четырех конфигураций. Каждая конфигурация использует один и тот же инфракрасный светодиод с другим светочувствительным устройством. К ним относятся:

Фототранзистор и Photo-Darlington , которые обычно используются в цепях постоянного тока, и Photo-SCR и Photo-TRIAC , которые используются для управления цепями переменного тока.

Четыре типа оптопар. (Источник изображения)

Если вы любите приключения, вы даже можете сделать самодельную оптопару с некоторыми запасными частями. Просто совместите светодиод и фототранзистор внутри светоотражающей пластиковой трубки.

Самодельная оптопара, состоящая всего из трех простых частей. (Источник изображения)

Типичные области применения

Оптопары

могут использоваться либо сами по себе в качестве переключающего устройства, либо использоваться с другими электронными устройствами для обеспечения изоляции между цепями низкого и высокого напряжения.Обычно эти устройства используются для:

  • Микропроцессорное переключение входов / выходов
  • Контроль мощности постоянного и переменного тока
  • Защита коммуникационного оборудования
  • Регламент электропитания

В этих приложениях вы встретите различные конфигурации. Некоторые примеры включают:

Оптранзисторный переключатель постоянного тока

Эта конфигурация обнаруживает сигналы постоянного тока, а также позволяет управлять оборудованием с питанием от переменного тока. MOC3020 идеально подходит для управления подключением к сети или подачи импульса затвора на другой фото-симистор с токоограничивающим резистором.

(Источник изображения)

Симисторный оптрон

Эта конфигурация позволит вам управлять нагрузками с питанием от переменного тока, такими как двигатели и лампы. Он также способен проводить обе половины цикла переменного тока с обнаружением перехода через ноль. Это позволяет нагрузке получать полную мощность без значительных скачков тока при переключении индуктивных нагрузок.

(Источник изображения)

Рекомендации по компоновке печатной платы

Перед добавлением оптопары в компоновку печатной платы примите во внимание следующие три правила:

  • Держите заземляющие соединения оптопары отдельно

Стандартная оптопара включает в себя два контакта заземления: один для светодиода, а другой — для светочувствительного устройства.Соединение обоих этих заземлений вместе откроет вашу чувствительную схему для любого шума от внешнего заземления. Чтобы избежать этого, всегда создавайте две точки подключения: одну для контактов внешнего заземления, а другую — для входных заземляющих проводов.

  • Выберите правильное значение резистора ограничения тока

Выбор резистора ограничения тока, который работает при минимальном значении оптопары, приведет к нестабильному поведению. Также можно выбрать резистор, обеспечивающий слишком большой ток, при котором светодиод лопнет.При выборе значения для вашего резистора обязательно найдите значение минимального прямого тока из таблицы Current Transfer Ratio в таблице данных оптопары. У Vishay есть отличное руководство по чтению таблицы данных оптопары здесь.

  • Знайте, какой тип оптопары вам нужен

Не все оптопары созданы равными, и вам нужно будет выбрать правильный тип для вашего приложения. Например, опто-симистор используется, если вам нужно управлять нагрузкой переменного тока.Opto-Darlington предназначены только для малых входных токов. Если все, что вам нужно, это стандартная изоляция входа, то обычная оптопара PC817 справится с этой задачей. Эту статью от Nuts and Volts определенно стоит прочитать, чтобы понять типы и различия оптопар.

Библиотеки оптопар в EAGLE

Управляемые онлайн-библиотеки Autodesk EAGLE включают целую категорию оптопар для использования в вашем следующем проекте. Это лучше, чем создавать свои собственные пакеты и символы с нуля! Чтобы использовать эту библиотеку, убедитесь, что optocoupler.lbr активируется в панели управления Autodesk EAGLE, как показано ниже. Если это так, то в следующий раз, когда вам понадобится добавить компонент, у вас будет доступ ко всем этим устройствам.

Готовы начать изоляцию цепей и защиту низковольтных устройств? Загрузите Autodesk EAGLE бесплатно сегодня, чтобы начать использовать прилагаемые библиотеки оптопары!

Его типы и различные применения в цепях постоянного / переменного тока

Оптрон — это электронный компонент, который передает электрические сигналы между двумя изолированными цепями. Оптопара также называется оптоизолятором, фотоэлементом или оптическим изолятором.

Часто в схемах, особенно низковольтных или высокочувствительных к шумам, оптопара используется для изоляции схемы, чтобы предотвратить вероятность электрического столкновения или исключить нежелательные шумы. На нынешнем коммерческом рынке мы можем купить оптопару с 10 кВ до 20 кВ выдерживаемым напряжением от входа до выхода, со спецификацией переходных напряжений 25 кВ / мкс.

Внутренняя структура оптопары

Это внутренняя структура оптрона.На левой стороне открыты контакты 1 и 2, это светодиод (светоизлучающий диод), светодиод излучает инфракрасный свет на светочувствительный транзистор на правой стороне. Фототранзистор переключает выходную схему своим коллектором и эмиттером, как и типичные транзисторы BJT. Яркость светодиода напрямую регулирует фототранзистор. Поскольку светодиод может управляться другой схемой, а фототранзистор может управлять другой схемой, то двумя независимыми схемами можно управлять с помощью оптопары.Кроме того, между фототранзистором и инфракрасным светодиодом пространство выполнено из прозрачного непроводящего материала; он электрически изолирует две разные цепи. Полое пространство между светодиодом и фототранзистором может быть выполнено из стекла, воздуха или прозрачного пластика, электрическая изоляция намного выше, обычно 10 кВ или выше.

Типы оптопар

Существует множество различных типов оптопар. коммерчески доступны в зависимости от их потребностей и коммутационных возможностей.В зависимости от использования в основном доступны четыре типа оптопар.

  1. Оптрон, использующий фототранзистор .
  2. Оптрон, использующий фото транзистор Дарлингтона .
  3. Оптрон, использующий Photo TRIAC .
  4. Оптрон, использующий Photo SCR .

Оптопара на фототранзисторах

На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптопары на фототранзисторе.Тип транзистора может быть любым, будь то PNP или NPN .

Фототранзистор

может быть двух типов в зависимости от наличия выходного контакта. На втором изображении слева есть дополнительный вывод, который внутренне связан с базой транзистора. Этот вывод используется для управления чувствительностью фототранзистора . Часто вывод используется для соединения с землей или минусом с помощью резистора высокого номинала. В этой конфигурации можно эффективно контролировать ложное срабатывание из-за шума или электрических переходных процессов.

Кроме того, перед использованием оптопары на основе фототранзистора пользователь должен знать максимальный номинал транзистора. PC816, PC817, LTV817, K847PH — несколько широко используемых оптопар на основе фототранзисторов. Фото — Оптопара на основе транзистора используется в изоляции цепей постоянного тока .

Транзисторная оптопара Фото-Дарлингтона

На верхнем изображении изображены два типа символа, показана внутренняя конструкция оптопары на базе Photo-Darlington .

Транзистор Дарлингтона — это пара из двух транзисторов, в которой один транзистор управляет базой другого транзистора. В этой конфигурации транзистор Дарлингтона обеспечивает высокий коэффициент усиления. Как обычно, светодиод излучает инфракрасный светодиод и управляет базой парного транзистора.

Оптопара этого типа также используется для изоляции в цепях постоянного тока. Шестой вывод, который внутренне соединен с базой транзистора, используется для управления чувствительностью транзистора, как обсуждалось ранее в описании фототранзистора. 4N32, 4N33, h31B1, h31B2, h31B3 — несколько примеров оптопары на основе фотодарлингтона.

Оптопара Photo-TRIAC

На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптрона TRIAC .

TRIAC в основном используется там, где требуется управление или переключение на основе переменного тока. Светодиод может управляться с помощью постоянного тока, а TRIAC используется для управления переменным током. Оптопара и в этом случае обеспечивает отличную изоляцию.Вот одно приложение симистора. Примеры оптопары на основе фото-TRIAC: IL420 , 4N35 и т. Д. Являются примерами оптопары на основе TRIAC.

Оптрон на основе фото-SCR

SCR подставка для Кремниевый выпрямитель , SCR также обозначается как Thyristor . На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптопары на основе Photo-SCR. Как и другие оптопары, светодиод излучает инфракрасное излучение.SCR регулируется яркостью светодиода. Оптопара на основе Photo-SCR, используемая в схемах, связанных с переменным током. Узнайте больше о тиристоре здесь.

Несколько примеров оптопар на основе фото-SCR: — MOC3071, IL400, MOC3072 и т. Д.

Применение оптопары

Как обсуждалось ранее , несколько оптопар используются в цепи постоянного тока и несколько оптопар используются в операциях, связанных с переменным током. . Поскольку оптопара не допускает прямого электрического соединения между двумя сторонами, основное применение оптопары — изоляция двух цепей .

От переключения другого приложения, как и в случае, когда для переключения приложения можно использовать транзистор, можно использовать оптопару. Его можно использовать в различных операциях, связанных с микроконтроллером, где требуются цифровые импульсы или аналоговая информация от схемы высокого напряжения, оптопара может использоваться для превосходной изоляции между этими двумя.

Оптопара может использоваться для обнаружения переменного тока, операций, связанных с управлением постоянным током. Давайте посмотрим на несколько применений оптранзисторов.

Оптопара для переключения цепи постоянного тока:

В верхней схеме используется оптопара на основе фототранзистора .Он будет действовать как типичный транзисторный переключатель. В схеме использован недорогой оптрон на фототранзисторе PC817 . Инфракрасный светодиод будет управляться переключателем S1 . Когда переключатель будет включен, аккумуляторный источник 9 В будет подавать ток на светодиод через токоограничивающий резистор 10 кОм. Интенсивность регулируется резистором R1. Если мы изменим значение и уменьшим сопротивление, интенсивность светодиода будет высокой, а коэффициент усиления транзистора будет высоким.

С другой стороны, транзистор представляет собой фототранзистор, управляемый внутренним инфракрасным светодиодом , когда светодиод излучает инфракрасный свет, фототранзистор контактирует, и VOUT будет равен 0, отключая нагрузку, подключенную к нему. Необходимо помнить, что коллекторный ток транзистора согласно паспорту составляет 50 мА. R2 обеспечивает VOUT 5v. R2 — это подтягивающий резистор.

Вы можете увидеть включение светодиода с помощью оптрона на видео ниже…

В этой конфигурации оптопара на основе фототранзистора может использоваться с микроконтроллером для обнаружения импульсов или прерывания .

Оптопара для определения напряжения переменного тока:

Здесь показана еще одна схема для определения переменного напряжения . Инфракрасный светодиод управляется двумя резисторами 100 кОм. Два резистора 100 кОм, используемые вместо одного резистора 200 кОм, предназначены для дополнительной безопасности в случае короткого замыкания. Светодиод подключается через линию розетки (L) и нейтраль (N). При нажатии S1 светодиод начинает излучать инфракрасный свет. Фототранзистор реагирует и преобразует VOUT с 5В на 0В.

В этой конфигурации оптопара может быть подключена к цепи низкого напряжения, такой как блок микроконтроллера, где требуется определение напряжения переменного тока. На выходе будет прямоугольный импульс от высокого к низкому.

На данный момент первая схема используется для управления или переключения цепи постоянного тока, а вторая предназначена для обнаружения цепи переменного тока и управления или переключения цепи постоянного тока. Далее мы увидим управление цепью переменного тока с помощью цепи постоянного тока.

Оптопара для управления цепью переменного тока с использованием постоянного напряжения:

В верхней цепи Светодиод снова управляется батареей 9 В через резистор 10 кОм и состоянием переключателя.С другой стороны, используется оптрон на основе фото-TRIAC , который управляет ЛАМПОЙ переменного тока от розетки переменного тока 220 В. Резистор 68R используется для управления TRIAC BT136, который управляется фото-TRIAC внутри блока оптопары.

Этот тип конфигурации используется для управления электроприборами с использованием схемы низкого напряжения . В верхней схеме используется IL420, который представляет собой оптопару на основе фото-TRIAC.

Помимо этого типа схемы, в SMPS можно использовать оптопару для отправки информации о коротком замыкании или перегрузке по току на вторичной стороне первичной стороне.

Если вы хотите увидеть микросхему оптопары в действии , проверьте следующие схемы:

Оптопара

— обзор | Темы ScienceDirect

6.5 Управление нагрузками высокого уровня с помощью оптопар

Часто нагрузка, приводимая в действие оптопарой, требует большего тока, напряжения или того и другого, чем оптопара может обеспечить на своем выходе. Доступный выходной ток оптопары определяется путем умножения входного тока светодиода на CTR. Для проектирования наихудшего случая следует использовать минимальное указанное значение.Температурное снижение номинальных значений обычно не требуется в диапазоне 0–60 ° C, поскольку световой поток светодиода и транзистор β имеют приблизительно компенсирующие коэффициенты (для компонентов, подобных IL1). Умножение минимального CTR на 0,9 обеспечит безопасную конструкцию в этом температурном диапазоне. Для более широкого диапазона потребуется больше маржи.

Ток источника светодиода ограничен его номинальной рассеиваемой мощностью. Таблица 6-1 показывает максимально допустимую I F в зависимости от максимальной температуры окружающей среды.Значения в таблице 6-1 основаны на снижении мощности на 1,33 мВт / ° C по сравнению с 100 мВт при номинальной мощности 25 ° C.

Таблица 6-1. Максимальный прямой ток диода в зависимости от температуры для IL1, исходя из коэффициента снижения мощности 1,33 мВт / ° C.

906 Воспроизведено с разрешения Infineon Technologies.)

На основании информации в Таблице 6-1 и с учетом 10% запаса на температурные воздействия минимальный доступный выходной ток для IL1 будет 6,3 мА.

Если IL1 управляется логической схемой с управляющим транзистором 5 В и для управляющего транзистора предполагается насыщение 0,2 В В CE , резистор R IF будет обеспечивать 48 мА. Прямое напряжение ИК-светодиода составляет примерно 75 R 1,2 В. На рисунке 6-11 показаны две такие схемы возбуждения.

Рисунок 6-11. Управление эмиттером от цепей TTL: (a) драйвер NPN, (b) драйвер PNP

«Буферный затвор», такой как SN7440, представляет собой очень хорошую альтернативу драйверам дискретных транзисторов. На рис. 6-12 показано, как это делается. Обратите внимание, что затвор используется в режиме «потребления тока», а не в режиме «источника тока». Другими словами, обычный ток течет в буферный затвор для включения светодиода, потому что затвор TTL будет потреблять больше тока, чем отводить. SN7440 рассчитан на работу с тридцатью 1.6 мА нагрузки или 48 мА. Изменение R IF с 75 Ом на 68 Ом регулирует более высокое напряжение насыщения монолитного устройства.

Рисунок 6-12. Привод буферного затвора

6.5.1 Более высокий ток нагрузки

Для токов нагрузки более 6,3 мА требуется усилитель тока. На рисунке 6-13 показаны две схемы однотранзисторного усилителя тока.

Рисунок 6-13. Цепи усилителя тока: (a) тип NPN, (b) тип PNP

Поскольку транзистор в оптопаре рассматривается как двухконтактное устройство, между цепями NPN и PNP нет рабочих различий. R b обеспечивает обратный путь для I CBO выходного транзистора. Его значение составляет R b = 400 мВ / I CBO ( T ), где I CBO ( T ) находится для максимальной ожидаемой температуры перехода.

Для расчета необходимо использовать максимальную рассеиваемую мощность, указанное максимальное тепловое сопротивление перехода к окружающей среде и максимальную расчетную температуру окружающей среды в сочетании с указанным максимальным значением I CBO при 25 ° C I CBO ( T ), предполагая, что токи утечки удваиваются каждые десять градусов.

В качестве примера предположим, что 2 N3568 используются для обеспечения тока нагрузки 100 мА. Также предположим, что максимальная рассеиваемая мощность транзистора в установившемся режиме составляет 100 мВт и максимальная температура окружающей среды 60 ° C. Тепловое сопротивление перехода транзистора к окружающей среде составляет 333 ° C / Вт, поэтому ожидается максимальная температура перехода 93 ° C (60 ° C + 33 ° C). Это примерно на семь десятилетий выше 25 ° C. Следовательно, I CBO ( T ) = I CBO (макс.) × 27 = 50 мА × 128 = 6.5 мкА. Безопасное значение для R b составляет 400 мВ / 6,5 мкА = 62 кОм.

При работе в обратном направлении максимальный базовый ток под нагрузкой будет I O / ч FE (мин) = 100 мА / 100 = 1 мА. Ток в R b составляет В BE / R b = 600 мВ / 60 кОм = 10 мкА, что незначительно. IL1 с приводом 9 мА будет работать эффективно. Если нагрузка требует большего тока, чем можно получить с помощью имеющегося транзистора β наивысшего уровня, то в каскаде необходимо использовать более одного транзистора.Например, предположим, что требуется ток нагрузки 3 А и рассеиваемая мощность 10 Вт. Motorola MJE3055 ( Q 2 ) может использоваться в качестве выходного транзистора, управляемого MJE205 ( Q 1 ), как показано на рисунке 6-14. Используя радиатор 5 ° C / Вт и номинальное тепловое сопротивление перехода MJE3055 к корпусу 1,4 ° C / Вт, мы обнаружили, что повышение температуры перехода составляет 64 ° C (6,4 × 10). Следовательно, максимальная температура перехода составляет 124 ° C. Это на десять десятилетий выше 25 ° C, что составляет I CBO ( T ) = 2 10 / cso (макс.) ≏ 10 3 I CBO (макс.).

Рисунок 6-14. Два усилителя тока NPN

I CBO (макс.) При 30 В или менее не указаны, но для MJE3055 указано значение I CEO с максимальным током 0,7 мА. Используя значение 20 (для безопасности) для минимального слаботочного ч FE устройства, I CBO может быть таким же большим, как I CEO / 20 = 35 мкА. Тогда I CBO ( T ) составляет 35 мА, а R b2 = 400 мВ / 35 мА = 11 Ом.Для I b используйте I O / ч FE (минимум при 4 A) = 3 A / 20150 мА. I Rb 2 = 600 мВ / 10 Ом = 60 мА, поэтому I E ( Q 1) = 210 мА.

Максимальная мощность в Q 1 будет примерно на 1/14 мощности в Q 2 , так как его ток ниже на это соотношение, а два напряжения между коллектором и эмиттером почти одинаковы.Это означает, что Q 1 должно рассеивать 700 мВт. Предполагая, что небольшой радиатор «флагового типа» имеет тепловое сопротивление 50 ° / Вт, мы находим температуру перехода около 95 ° C. Температура корпуса 150 ° C I CBO Номинальное значение для этого устройства составляет 2 мА, поэтому можно работать в обратном направлении и принять примерно 1/30 этого значения, или 70 мкА. С другой стороны, I CBO с номиналом 25 ° C составляет 100 мкА. Выбирая большую из этих противоречивых спецификаций, R b 1 = 400 мВ / 0.1 мА = 4 кОм ≈ 3,9 кОм. Базовый ток Q 1 равен I E ( Q 1) / ч FE ( Q 1 мин) = 210 мА / 50 = 4,2 мА. Суммарный ток I b ( Q 1) + I Rb 1 = 4,2 + 0,24 = 4,5 мА. Здесь можно использовать IL1.

6.5.2 Более высокие напряжения нагрузки

Все схемы усиления тока, показанные до сих пор, имеют одну общую особенность: напряжение нагрузки ограничивается номинальным напряжением оптопары, а не напряжением или номинальной мощностью транзистора (ов). .На рис. 6-15 (а) показан способ преодоления этого ограничения. Эта цепь будет стоять от BV CEO из Q 1 . Номинальное напряжение фототранзистора не имеет значения, поскольку его максимальное напряжение коллектор-эмиттер равно напряжению база-эмиттер Q 1 (около 0,7 В). В отличие от конфигураций Дарлингтона, показанных ранее, эта схема работает в обычном режиме. Когда в светодиоде нет тока и фототранзистор выключен, ток R 1 может течь в базу Q 1 , включая Q 1 .Когда оптопара находится под напряжением, ее фототранзистор «закорачивает» ток R 1 , отключая Q 1 .

Рисунок 6-15. Высоковольтные бустеры: (a) NPN, (b) PNP

Значение R 1 зависит только от напряжения питания нагрузки ( В cc + V cc ) и максимальный требуемый базовый ток для Q 1 . Это получено из минимума β Q 1 при минимальной температуре и токе нагрузки.Требуемая способность управления током такая же, как у I R 1 , поскольку I R 1 изменяется незначительно, когда цепь переключается между включенным и выключенным состояниями.

В некоторых приложениях потребуется либо большее усиление по току, чем может обеспечить один транзистор, либо мощность, рассеиваемая в R 1 , будет нежелательной. В этих случаях решением является использование высоковольтных бустеров Дарлингтона (как показано на рис. 6-16 (а)).Если работает более одной нагрузки и отрицательные клеммы должны быть общими, необходимо использовать схему PNP, как показано на Рисунке 6-16 (b). В противном случае NPN лучше, потому что транзисторы стоят дешевле. Рабочие характеристики версий NPN и PNP идентичны, если параметры устройства совпадают.

Рисунок 6-16. Высоковольтные усилители Дарлингтона: (a) NPN, (b) PNP

6.5.3 Более высокая скорость

На рисунке 6-17 показана типовая схема, в которой используется оптопара для передачи логических сигналов между электрически изолированными частями системы.В показанной схеме оптопара должна «отводить» ток от одной ТТЛ нагрузки плюс подтягивающий резистор до В CC . Резистор, включенный последовательно со светодиодом оптопары, должен обеспечивать разделенный ток нагрузки наихудшего случая. по CTR оптопары. Если используется оптопара с минимальным CTR 0,2 и допускается изменение нагрузки 80%, требуется 8,1 мА. Это обеспечивается резистором 430 Ом.

Рисунок 6-17. Ступень низкоскоростной развязки для приложений TTL.

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Максимальная частота повторения, с которой будет работать эта схема, составляет всего около 8 кГц. Это серьезное ограничение полностью связано с характеристиками фототранзисторной половины оптопары. Устройство имеет большую площадь перехода база-коллектор и очень толстую область основания, что делает его чувствительным к свету. C ob обычно составляет 25 пФ. Эта емкость в схеме на рис. 6-17 эффективно умножается на большой коэффициент из-за «эффекта Миллера».Кроме того, поскольку объем базовой области велик, время базового хранения велико.

Очень простой способ уменьшить оба эффекта — добавить резистор между базой и эмиттером, как показано на рисунке 6-18. Этот резистор помогает за счет уменьшения постоянной времени из-за C ob и удаления накопленного заряда из базовой области быстрее, чем рекомбинация. Когда используется резистор база-эмиттер, требуемая мощность светодиода увеличивается, поскольку большая часть фототока, генерируемого в переходе база-коллектор, намеренно «сбрасывается».”

Рисунок 6-18. Высокоскоростной изолирующий каскад для приложений TTL.

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Использование этого метода обычно не приводит к большому потреблению тока от источника питания, поскольку средняя частота повторения в большинстве приложений низкая. По мере увеличения привода и уменьшения R BE время включения и выключения уменьшается. Общее количество накопленного заряда может быть уменьшено за счет уменьшения длительности импульса возбуждения светодиода. Кроме того, при использовании более высоких уровней возбуждения сопротивление нагрузки R L может быть уменьшено для дальнейшего повышения скорости цепи.Эти параметры связаны друг с другом, поэтому для достижения наилучших результатов все должны быть изменены вместе. Можно сделать одно важное обобщение относительно их взаимозависимости. Длительность импульса возбуждения светодиода, — T в , время спада на выходе ( t f ), время нарастания выхода ( t r ) и задержка распространения ( t p ) должны примерно в соотношении 1,5: 1: 1: 1. Если этого отношения не возникает, схема не будет работать с такой высокой частотой повторения, как могла бы при том же уровне возбуждения.Длительность выходного импульса T out равна T in при малых токах, но увеличивается при больших токах.

На Рисунке 6-19 показаны графики, связывающие важные параметры типичного оптоизолятора, такого как IL1. Оптимальные значения T в , R BE , и R L показаны в зависимости от тока импульса светодиода, а также результирующая ширина выходного импульса и максимальная частота развертки. Время нарастания, спада и распространения можно считать как две трети от T в .На рисунке 6-19 показано, что увеличение мощности до 200 мА и использование оптимальных R BE и R L увеличит максимальную частоту повторения с 3 кГц до 500 кГц, то есть улучшение 167: 1.

Рисунок 6-19. Параметры в зависимости от импульсного тока светодиода.

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Оптопары более низкого класса будут вести себя аналогичным образом, если уровень возбуждения светодиода масштабируется соответствующим образом, чтобы обеспечить более низкий CTR. Другой метод увеличения скорости — использование фототранзистора как фотодиода.В этом методе напряжение смещения подается между выводом коллектора и базы, эмиттер не используется. Таким образом возможна работа на частоте не менее 1,0 МГц, но необходимо внешнее усиление. На рис. 6-20 показан график зависимости пикового выходного тока от длительности управляющего импульса для пикового управляющего тока 200 мА.

Рисунок 6-20. Зависимость выходного тока диодного режима от длительности управляющего импульса.

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Поскольку выходной ток невелик, для управления нагрузками TTL необходимо использовать какой-либо тип широкополосного усилителя.Одним из простых решений для работы на средней скорости является использование MOS-инвертора (1/6 74HC04), как показано на Рисунке 6-21 (a). Еще одно устройство, обеспечивающее хороший интерфейс, — это интегрированный усилитель-компаратор, показанный на Рисунке 6-21 (b).

Рисунок 6-21. Схемы для работы на средней скорости: (а) использование MOS-инвертора, (б) компаратор на базе

Что такое оптоизолятор и как он работает?

Что такое оптоизолятор (оптопара или оптрон)?

Оптоизолятор (также известный как оптический соединитель, оптопара, оптрон) — это полупроводниковое устройство, которое передает электрический сигнал между изолированными цепями с помощью света.

Эти электронные компоненты используются в широком спектре систем связи и мониторинга, в которых используется гальваническая развязка, чтобы излучатели высокого напряжения не влияли на схемы с низким энергопотреблением, принимающие сигнал.

Как работают оптоизоляторы?

Схема оптоизолятора состоит из излучателя, в данном случае инфракрасного светодиода (IRED) или лазерного диода для передачи входного сигнала и фотодатчика (или фототранзистора) для приема сигнала.Таким образом, входной сигнал может генерировать электрическую энергию или модулировать электрический ток, исходящий от электронного устройства или другого источника питания.

Когда входной ток подается на светодиодный фотодиод (обычный тип фотодатчика), генерируется инфракрасный свет, который проходит через материал внутри оптического изолятора. Луч проходит через прозрачный зазор и улавливается приемником, который действует как преобразователь. Используя изоляцию сигнала, датчик может преобразовывать модулированный свет обратно в выходной сигнал.

Входной стороной оптоизоляторов может быть фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, кремниевый выпрямитель или симистор. Твердотельное реле с оптопарой содержит оптоизолятор на фотодиоде, который управляет переключателем питания на выходной стороне, обычно это пара дополнительных полевых МОП-транзисторов.

Почему так важны оптоизоляторы?

Электронное оборудование, такое как микроконтроллеры, печатные платы и трансформаторы, подвержено скачкам напряжения из-за радиочастотных передач, ударов молнии и скачков напряжения источника питания.

Оптоизоляторы на основе фоторезисторов были впервые использованы в 1968 году в аудио- и музыкальной индустрии, чтобы избежать поломки оборудования, такого как гитарные усилители. Оптоизоляторы предлагают безопасный способ пропорциональной совместной работы высоковольтных компонентов и низковольтных устройств.

Оптоизолятор заключен в единое устройство (см. Изображение) и имеет вид интегральной схемы или транзистора с дополнительными выводами. Благодаря автоматизации организации могут использовать оптопары для изоляции цепей малой мощности от выходных цепей большей мощности и для удаления электрических помех из сигналов.

Иллюстрация того, как оптоизоляторы устраняют электрические помехи из сигналов.

Для каких целей используются оптоизоляторы? Оптоизоляторы

наиболее подходят для изоляции напряжения от цифровых сигналов, но их также можно использовать для передачи аналоговых сигналов.

Изоляция любой скорости передачи данных более 1 мегабита в секунду (Мбит / с) считается высокой скоростью. Наиболее распространенная скорость, доступная для цифровых и аналоговых оптоизоляторов, составляет 1 Мбит / с, хотя также доступны цифровые скорости 10 Мбит / с и 15 Мбит / с.

Оптоизоляторы

считаются слишком медленными для многих современных цифровых применений, но исследователи создали альтернативы с 1990-х годов.

В области связи высокоскоростные оптоизоляторы используются в источниках питания для серверов и телекоммуникационных приложений — например, технология Power over Ethernet (PoE) для проводных локальных сетей Ethernet. Компоненты оптоизоляторов также могут защитить Ethernet и оптоволоконные кабели от скачков напряжения. В телефонах VoIP электрические сигналы можно изолировать с помощью транзисторной выходной оптопары.

Хотя это уже не распространено, когда модемы используются для подключения к телефонным линиям, использование оптоизоляторов позволяет подключать компьютер к телефонной линии без риска повреждения из-за скачков напряжения или скачков напряжения.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Максимальная температура (° C) Максимальное значение Ip (мА)
40 50
60 35
6 80 17629