Защита блока питания от короткого замыкания
Для питания своих конструкций радиолюбители нередко используют простейшие блоки, состоящие из понижающего трансформатора и выпрямителя с конденсатором фильтра. И, конечно, в таких блоках нет никакой защиты от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке, хотя оно подчас приводит к выходу из строя выпрямителя и даже трансформатора.
Применять в таких блоках питания в качестве элемента защиты плавкий предохранитель не всегда удобно, да и, кроме того, быстродействие у него невысокое. Один из вариантов решения проблемы защиты от КЗ — включение последовательно с нагрузкой полевого транзистора средней мощности с встроенным каналом.
Дело в том, что на вольт-амперной характеристике такого транзистора есть участок, на котором ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор работает как стабилизатор (ограничитель) тока.
Вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R2 приводятся на рис.
7.1. Работает защита так. Если сопротивление резистора R2 равно нулю (т.е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5 В, и на нагрузке будет практически все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки замыкания ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер.
Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45…0,5 А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе.
Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на «здоровье» деталей блока питания.
Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R2. Нужно подобрать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром. Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. К примеру, схема включения световой сигнализации показана на рис. 7.2.
Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания свето-диода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения. Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям. Схема подключения звукового сигнализатора замыкания приведена на рис. 7.3. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
Однопереходный транзистор может быть КТ117А…КТ117Г, телефон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности). Остается добавить, что для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток-исток. Полное описание этого устройства приводится в [103].
Схемы защиты от перегрузки по току (из мирового патентного фонда)
Схема защиты от перегрузки
В патенте США 2004008463 (2004 г.) описана схема защиты от перегрузки. Функциональная схема устройства показана на рис.1. В ее состав входит выходной прибор 12 (дифференциальная пара транзисторов), на выходе которого 14 может быть либо высокий, либо низкий потенциал в зависимости от условий на входном контакте 16.
Рис. 1. Функциональная схема защиты от перегрузки по току, патент.
Блок управления 18 в зависимости от сигнала на входе 16 обеспечивает необходимые сигналы на шинах 20 и 22 для выходного прибора 12.
С выходного прибора 12 выходят шины 19 и 21, на которых отражается состояние выходного прибора 12.
К этим шинам подключен сенсор 24, который определяет выходной ток и данные измерений передает по шинам 23 и 25 на блок управления 18, который, в свою очередь, изменяет сигналы на шинах 20 и 22, регулируя ток выходного прибора. Линии задержки 24 и 26 необходимы для «мягкого» включения выходного прибора.
Устройство защитного контроля питания в автомобиле
Управление силовой линией с широким гистерезисом мониторинга напряжения — схема
Решение, показанное на рисунке выше, защищает электронику, чувствительную к переходным состояниям — провалам, скачкам и перегрузкам по току, возникающим в источнике питания авто.
Микросхема LTC2966 отслеживает как обратное напряжение, так и слишком низкое или слишком высокое прямое напряжение. Пороги контроля и уровни гистерезиса настраиваются цепями резисторов на выводах INH и INL и напряжениями на выводах RS1 и RS2. OUTA — это выход компаратора UV, а OUTB — выход компаратора OV.
Полярность этих выходов может быть выбрана обратной или нормальной по отношению к входам, использующим контакты PSA и PSB. На рисунке они настроены как не инвертирующие. Выходы OUTA и OUTB от LTC2966 подключены к выводу REF LTC2966 и подаются непосредственно на выводы UV и OV LTC4368.
LTC4368 обеспечивает защиту от обратного тока и перегрузки по току. Размер резистора измерения тока R11 определяет допустимые уровни обратного тока и перегрузки. LTC4368 решает, следует ли включить нагрузку, на основании состояния его компараторов максимального тока, а также информации мониторинга от LTC2966. Контакты UV, OV и SENSE (перегрузка по току) как раз и участвуют в процессе принятия решения. Если эти условия выполнены для всех трех выводов, вывод GATE будет подтянут выше напряжения VOUT, и нагрузка будет подключена к источнику питания через двойной N-канальный MOSFET в линии питания. Если любой из трех выводов имеет неправильный уровень напряжения, вывод GATE опускается ниже VOUT и нагрузка обесточивается.
Автомобиль, питаемый напрямую от аккумулятора, подвержен сильным колебаниям напряжения при запуске и остановке двигателя. В этом защитном решении пороги контроля напряжения основаны на номинальных рабочих напряжениях и ожидаются во время запуска автомобиля или разрядки схемы, при этом защищая находящуюся далее по пути электронику.
Пусковые переходные процессы генерируются, когда зажигание запитывается для запуска автомобиля. В этом включении канал A LTC2966 настроен на обнаружение переходного состояния при запуске. Переходные процессы во время сброса энергии возникают при выключении двигателя. На клемме аккумуляторной батареи возникают скачки большой амплитуды, когда ток в линии автомобиля внезапно прекращается. В этом случае канал LTC2966 настроен на обнаружение переходного процесса сброса энергии при остановке двигателя.
График Vout к Vin
На графике показаны входные напряжения во время работы. Запуск двигателя (канал A) обнаруживается таким образом, что он активируется при падении напряжения ниже 7 В и повторно активируется напряжением выше 10 В.
Вторая защита (канал B), предназначенная для обнаружения остановки двигателя, настроена на активацию в момент, когда напряжение превышает 18 В, и должна отключаться, когда оно падает ниже 15 В. Эти напряжения возникают непосредственно из кривой запуска и остановки машины, определяемой стандартами производителя.
При необходимости можно выбрать другие диапазоны напряжения, которые легко настраиваются путем изменения значений сопротивления элементов делителя напряжения на линиях INH и INL микросхемы LTC2966.
Полупроводниковая конфигурация для ограничения тока
В патенте Германии 19717614 (2002 г.) описана полупроводниковая конфигурация для ограничения тока. На рис.2 показана схема подключения электрического потребителя 12 к двухпроводной сети (фаза R и «земля» Mp).
Рис. 2. Полупроводниковая конфигурация для ограничения тока, патент.
В линии установлен электронный ограничитель тока 13 (специальная полупроводниковая конструкция, описанная в патенте). Его выводы 13А и 13В подключены к устройству 16, которое срабатывает при превышении заданного напряжения.
При срабатывании устройства 16 линия 17 разрывается контактами реле 14.
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
Ограничитель тока в телефонной линии
Ограничитель тока в телефонной линии описан в патенте Франции 2804550 (2001 г.
). Ограничитель тока (рис.3) включен последовательно в две телефонные линии 1 и 2. В каждой линии ограничитель содержит включенные параллельно резисторы (R1 и R2), конденсаторы (С1 и С2) и двунаправленные диоды (D1 и D2).
Рис. 3. Ограничитель тока в телефонной линии, патент.
Защита от КЗ для блока питания своими руками
Иногда при наладке самодельных электронных устройств получается короткое замыкание, из за которого может выйти из строя блок питания. Поэтому у блока питания должна быть надежная защита от короткого замыкания, способная в нужный момент быстро отключить замкнувшую нагрузку и уберечь блок питания от поломки.
На этом рисунке изображена схема простого устройства предназначенного для надежной защиты блока питания от короткого замыкания.
Схема защиты блока питания от короткого замыкания
Принцип работы релейной защиты довольно простой. При подаче напряжения на схему в режиме ожидания загорается красный светодиод. После нажатии кнопки S1 ток поступает на обмотку реле, контакты переключаются и блокируют обмотку реле, таким образом схема переходит в рабочий режим, об этом сигнализирует загоревшийся зеленый светодиод, ток поступает на нагрузку.
При возникновении короткого замыкания пропадает напряжение на обмотке реле, контакты его размыкаются, нагрузка автоматически отключается, загорается красный светодиод сигнализируя о срабатывании релейной защиты.
Схема предназначена для работы с постоянным выходным напряжением от 8 до 15 вольт, поэтому будет отлично работать с зарядным устройством из компьютерного блока питания, а также с любыми другими трансформаторными или импульсными блоками питания имеющими выходное напряжение в указанном диапазоне.
Данную схему можно считать универсальной, потому что её легко переделать под любое напряжение, достаточно всего лишь заменить реле под нужное вам напряжение, ну и конечно при необходимости подобрать резисторы R1 и R2 под установленные в схему светодиоды.
Печатная плата устройства защиты блока питания от короткого замыкания.
Печатная плата защиты блока питания от короткого замыкания
Посмотрим, как работает готовое устройство защиты блока питания от короткого замыкания.
В дежурном состоянии после подачи питания, горит красный светодиод, нагрузка отключена.
Нажимаем кнопку и устройство перейдет в рабочий режим.
Загорелся зеленый светодиод, сигнализируя о подаче питания на нагрузку, в качестве нагрузки я использую обыкновенную 12 вольтовую лампочку.
С помощью отвертки замыкаю между собой центральный контакт с цоколем лампочки, получается короткое замыкание, мгновенно срабатывает защита от КЗ, нагрузка отключается, загорается красный светодиод своим светом сообщая о коротком замыкании.
Радиодетали для сборки
- Реле SRD-12VDC-SL-C, можно использовать аналогичное на другое напряжение
- Резисторы R1, R2 1K сопротивление подбирайте для каждого светодиода
- Светодиоды 5 мм 2 шт. красный и зеленый
- Кнопка любая без фиксации с нормально разомкнутыми контактами
Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!
Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать защиту от короткого замыкания для блока питания
Защита от перегрузки
Защита от перегрузки описана в патенте Великобритании 2336046 (1999 г).
Телефонный аппарат 20 (рис.4) включен в линию 11, 12. При токе, превышающем норму, включается транзисторный каскад 40, а через него — цепь шунтирования 30, в которой транзистор 110 забирает на себя излишний ток. Таким образом, избыток тока обходит телефонный аппарат.
Рис. 4. Защита от перегрузки телефонной линии, патент.
Детали блока питания
Транзистор VT2 возможно поменять на КТ315Б — КТ315Е. Транзистор VT1 можно заменить на произвольный из серий КТ827, КТ829. Диоды VD2 — VD4 возможно применить КД522Б. Сопротивление R13 возможно собрать из трех впараллель соединенных резисторов МЛТ-1 сопротивлением по 1 Ом каждый. Стабилитрон VD1 любой с напряжением стабилизации 7…8 вольт и током от 3 до 8 мА. Емкости СЗ, С4 произвольные пленочные или керамические. Электролитические конденсаторы: С1 — К50-18 или аналогичный зарубежный, другие — марки К50-35. Кнопка SA1 без фиксации.
Источник: Радио, 9/2006
Электрическая вилка
В международном патенте РСТ 9848504 (1998 г.
) описана электрическая вилка. Это вилка для маломощной нагрузки, в которую встроена схема защиты. Схема вилки показана на рис.5. Сетевые провода обозначены 10 и 12, выходы вилки на нагрузку — 20 и 22.
Рис. 5. Вилка для маломощной нагрузки, в которую встроена схема защиты, патент.
В состав вилки входят предохранители 14 и 16 и интегральная микросхема 50. Между входным и выходным контактами включены последовательно термистор 52 и специальный диод (не обозначен). Этот диод называется «твердотельным выпрямляющим предохранителем».
Если ток диода превышает номинальный, он срабатывает как предохранитель. Кроме того, в схему включен обычный диод. Схема предназначена для включения елочных гирлянд.
Подведём итоги
Использование специализированных устройств может упростить реализацию схем безопасности в автомобилях. С минимальным количеством дополнительных цепей, микросхемы LTC2966 и LTC4368-2 были объединены для обеспечения точной, надежной и универсальной защиты от перенапряжения.
А гибкость этих устройств позволяет настраивать их для использования во многих типах бортовых сетей авто. В простейшем же случае можно применить вот такую самодельную схему защиты, хотя конечно дорогое автомобильное оборудование и бортовой компьютер требуют более профессионального подхода.
— Защитите N-MOSFET от короткого замыкания и перегрузки
Прежде всего, для защиты микроконтроллера рекомендуется использовать резистор 33 Ом между выводом ШИМ и затвором MOSFET или транзистора.
Хотя вывод ШИМ должен иметь значение HIGH или LOW , могут быть ситуации, когда ваш вывод Gate не может иметь никаких входных данных, например, когда MCU выключен. Поэтому также рекомендуется использовать подтягивающий резистор между GND и штифт Gate. Это гарантирует, что ваш MOSFET останется выключенным, если MCU не подключен или выключен.
Я бы сказал, что 10 кОм или даже 1 кОм будет достаточно, это зависит от уровня шума и потребляемой мощности.
Используйте сопротивление 1 кОм в средах с высоким уровнем шума.
Ради защиты вашего МОП-транзистора, если ваша токовая нагрузка не выше, чем потребляемый ток МОП-транзистора или Icc транзистора, вам не нужно беспокоиться об этом, если вы используете его только для управления светодиодами или даже лампами. Большинство полевых МОП-транзисторов могут пропускать до 3 ампер тока, в то время как обычные транзисторы не так много. Используйте измеритель тока, чтобы проверить, сколько тока потребляет ваше устройство на самом высоком уровне (например, когда все его части включены на самом высоком уровне и скорости).
Тем не менее, вам также следует подумать о дополнительной защите, если в вашем устройстве есть какая-либо электромагнитная катушка внутри, например, соленоиды, двигатели и реле.
Это связано с тем, что катушки генерируют всплеск обратного напряжения при отключении питания, что может привести к повреждению полевого МОП-транзистора или транзистора. Это побочный эффект, называемый индуктивностью.
Для предотвращения этого обычно используется диод, известный как обратноходовой диод или диод обратного хода. Обычно это обычный диод, который подключается с обратным смещением в цепь рядом с потребительским устройством, что позволяет зацикливать обратный ток внутри диода и устройства, тем самым позволяя отводить ток. В Википедии есть хорошая статья об этом.
Что касается вашего случая, вы планируете использовать двигатель с катушкой внутри, поэтому постарайтесь поставить диод рядом с двигателем и вдали от полевого МОП-транзистора (если возможно), чтобы отвести нежелательный обратный ток.
Я бы сказал, что здесь может быть достаточно 1N4007, просто не забудьте поместить его в схему в обратном порядке (
Анод подключается к Drain контакту MOSFET и Катод идет на VIN вашего устройства.
В отличие от резисторов, диоды должны использоваться в правильном направлении.) Пожалуйста, убедитесь, что вы подаете достаточный ток в вашу цепь. Также рекомендуется использовать конденсатор на 220 мкФ для регулировки входа
Что касается защиты от коротких замыканий, вы можете:
а) ограничить ток с помощью резистора
б) использовать самовосстанавливающийся предохранитель.
Очевидно, что ограничивать ток здесь было бы глупой идеей, поэтому вы можете использовать самовосстанавливающийся предохранитель, чтобы предотвратить протекание слишком большого тока в цепь.
Сбрасываемый предохранитель (или PTC) — это устройство, которое блокирует протекание слишком большого тока, пока вы не отключите нагрузку и не разорвете цепь; В этом случае при коротком замыкании цепь будет протекать через нее весь ток!
Удачи, играя с электроникой.
Надеюсь, я помог вам!
Защита от перегрузки по току / короткого замыкания для переключателя переменного тока на полевых транзисторах
спросил
Изменено 2 года, 4 месяца назад
Просмотрено 2к раз
Я пытаюсь придумать способ защиты от перегрузки по току для следующей цепи: Моей первой мыслью здесь было отследить увеличение падения напряжения на одном из мосфетов (M1) и через стабилитрон (D5) (устанавливающий уровень отсечки) активировать транзистор, который разряжает затвор. Стабилитрон на 1,8 В и в сочетании с падением напряжения на 1 D4, я думал, что он отключится при 2,8 В, что будет 3-4 А для irf740. Но это ничего не отключает.
.. какие мысли о том, как эту функцию можно реализовать в этой схеме?
- МОП-транзистор
- защита цепи
5
\$\начало группы\$
После долгих размышлений об этой схеме.
Сначала сосредоточьтесь на динамическом времени переключения двух IRF740. Их время включения/выключения менее 50 нсек. Режимы эксплуатационных отказов большинства импульсных источников питания переменного тока — кратковременные повреждения.
При этом не подключайте управление воротами напрямую к соединениям переменного тока. Постоянная времени вашей схемы ограничения тока слишком медленная. Вернитесь назад и подумайте о простой сети с текущим запаздыванием LC. Например, это может привести к отключению U1.
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Вы можете использовать что-то вроде детектора положительных пиков (простая RC-цепочка) для контроля напряжения на переключателе и сравнения его с фиксированным опорным значением.
