Захранване със защита от късо съединение. Регулируемо захранване със защита Защита на захранването от късо съединение на полеви транзистор

Мисля, че всеки радиолюбител, който редовно проектира електронни устройства, има регулирано захранване у дома. Нещото е наистина удобно и полезно, без което, след като го опитате в действие, става трудно без него. Всъщност, ако трябва да проверим например светодиод, ще трябва точно да зададем работното му напрежение, тъй като ако напрежението, подадено към светодиода, бъде значително превишено, последният може просто да изгори. Също така с цифрови схеми задаваме изходното напрежение на мултиметъра на 5 волта или всяко друго напрежение, от което се нуждаем, и продължаваме.

Много начинаещи радиолюбители първо сглобяват просто регулирано захранване, без да регулират изходния ток и без защита от късо съединение. Така беше и с мен, преди около 5 години сглобих просто захранване само с регулируемо изходно напрежение от 0,6 до 11 волта. Диаграмата му е показана на фигурата по-долу:

Но преди няколко месеца реших да надстроя това захранване и да добавя малка верига за защита от късо съединение към неговата верига. Намерих тази диаграма в един от броевете на списание Радио. При по-внимателно разглеждане се оказа, че веригата в много отношения напомня на горната електрическа схема на захранването, което сглобих по-рано. Ако има късо съединение в захранващата верига, светодиодът за късо съединение изгасва, сигнализирайки това и изходният ток става равен на 30 милиампера. Беше решено да взема част от тази схема и да я допълня със собствена, което направих. Оригиналната диаграма от списание Radio, която включва допълнение, е показана на фигурата по-долу:

Следващата снимка показва частта от тази верига, която ще трябва да бъде сглобена.

Стойността на някои части, по-специално резистори R1 и R2, трябва да се преизчисли нагоре. Ако някой все още има въпроси относно това къде да свържете изходните проводници от тази верига, ще предоставя следната фигура:

Ще добавя също, че в сглобената схема, независимо дали е първата верига или веригата от списанието Radio, трябва да поставите резистор 1 kOhm на изхода, между плюс и минус. На диаграмата от списание Radio това е резистор R6. Всичко, което остава, е да ецваме платката и да сглобим всичко заедно в кутията на захранването. Огледални дъски в програмата Спринт оформлениеняма нужда. Чертеж на платка за защита от късо съединение:

Преди около месец попаднах на диаграма на приставка за регулатор на изходен ток, която може да се използва заедно с това захранване. Взех го от този сайт. След това сглобих тази приставка в отделен корпус и реших да го свържа, ако е необходимо, за зареждане на батерии и подобни действия, при които наблюдението на изходния ток е важно. Ето диаграмата на приемника, транзисторът KT3107 в него е заменен с KT361.

Но по-късно ми хрумна идеята да обединя, за удобство, всичко това в една сграда. Отворих кутията на захранването и погледнах, нямаше достатъчно място, променливият резистор не влизаше. Схемата на регулатора на тока използва мощен променлив резистор, който има доста големи размери. Ето как изглежда:

Тогава реших просто да свържа двата корпуса с винтове, като направих връзката между платките с жици. Също така поставих превключвателя на две позиции: изход с регулируем ток и нерегулиран. В първия случай изходът от основната платка на захранването беше свързан към входа на токовия регулатор, а изходът на токовия регулатор отиде към скобите на корпуса на захранването, а във втория случай скобите бяха свързани директно към изхода от основната платка на захранването. Всичко това се превключваше с шест-пинов превключвател на 2 позиции. Ето чертеж на печатната платка на токовия регулатор:

На фигурата на печатната платка R3.1 и R3.3 показват първия и третия извод на променливия резистор, като се брои отляво. Ако някой иска да го повтори, ето диаграма за свързване на превключвател за превключване:

В архива са приложени печатни платки на захранването, вериги за защита и вериги за контрол на тока. Материалът е подготвен от АКВ.

Съвременните транзистори за превключване на мощността имат много малки съпротивления дрейн-източник в състояние, което осигурява нисък спад на напрежението, когато големи токове преминават през тази структура. Това обстоятелство позволява използването на такива транзистори в електронни предпазители.

Например, транзисторът IRL2505 има съпротивление дрейн-източник, с напрежение източник-гейт от 10V, само 0,008 ома. При ток от 10А на кристала на такъв транзистор ще се освободи мощност P=I²R; P = 10 10 0,008 = 0,8 W. Това предполага, че при даден ток транзисторът може да бъде инсталиран без използване на радиатор. Въпреки че винаги се опитвам да инсталирам поне малки радиатори. В много случаи това ви позволява да защитите транзистора от термична повреда в аварийни ситуации. Този транзистор се използва в защитната верига, описана в статията "". Ако е необходимо, можете да използвате повърхностно монтирани радиоелементи и да направите устройството под формата на малък модул. Диаграмата на устройството е показана на фигура 1. Тя е изчислена за ток до 4A.

Схема на електронни предпазители

В тази схема транзистор с полеви ефекти с p канал IRF4905 се използва като ключ, имащ отворено съпротивление от 0,02 Ohm, с напрежение на затвора = 10V.

По принцип тази стойност също ограничава минималното захранващо напрежение на тази верига. С ток на изтичане от 10A, той ще генерира мощност от 2 W, което ще доведе до необходимостта от инсталиране на малък радиатор. Максималното напрежение порта-източник на този транзистор е 20 V, следователно, за да се предотврати разрушаването на структурата порта-източник, във веригата се въвежда ценеров диод VD1, който може да се използва като всеки ценеров диод със стабилизиращо напрежение от 12 волта. Ако напрежението на входа на веригата е по-малко от 20V, тогава ценеровият диод може да бъде премахнат от веригата. Ако инсталирате ценеров диод, може да се наложи да регулирате стойността на резистора R8. R8 = (Upit - Ust)/Ist; Където Upit е напрежението на входа на веригата, Ust е стабилизиращото напрежение на ценеровия диод, Ist е токът на ценеровия диод. Например, Upit = 35V, Ust = 12V, Ist = 0,005A. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 ома.

Преобразувател ток-напрежение

Резистор R2 се използва като датчик за ток във веригата, за да се намали мощността, освободена от този резистор; неговата стойност е избрана да бъде само една стотна от ома. При използване на SMD елементи може да бъде съставен от 10 резистора по 0,1 Ohm, размер 1206, с мощност 0,25 W. Използването на токов сензор с такова ниско съпротивление доведе до използването на усилвател на сигнала от този сензор. Като усилвател се използва операционният усилвател DA1.1 на микросхемата LM358N.

Коефициентът на усилване на този усилвател е равен на (R3 + R4)/R1 = 100. По този начин, при датчик за ток със съпротивление от 0,01 Ohm, коефициентът на преобразуване на този преобразувател на ток-напрежение е равен на единица, т.е. Един ампер ток на натоварване е равен на напрежение от 1 V на изход 7 DA1.1. Можете да регулирате Kus с резистор R3. С посочените стойности на резисторите R5 и R6, максималният защитен ток може да се настрои в рамките на .... Сега да преброим. R5 + R6 = 1 + 10 = 11kOhm. Нека намерим тока, протичащ през този делител: I = U/R = 5A/11000Ohm = 0,00045A. Следователно максималното напрежение, което може да бъде зададено на щифт 2 на DA1, ще бъде равно на U = I x R = 0,00045A x 10000 Ohm = 4,5 V. По този начин максималният защитен ток ще бъде приблизително 4,5A.

Сравнител на напрежението

На втория операционен усилвател е монтиран компаратор на напрежение, който е част от тази MS. Инвертиращият вход на този компаратор се захранва с референтно напрежение, регулирано от резистор R6 от стабилизатор DA2. Неинвертиращият вход 3 на DA1.2 се захранва с усилено напрежение от токовия датчик. Натоварването на компаратора е последователна верига, светодиод на оптрона и резистор за регулиране на демпфирането R7. Резисторът R7 задава тока, преминаващ през тази верига, около 15 mA.

Работа по веригата

Схемата работи по следния начин. Например, при ток на натоварване от 3A, напрежение от 0,01 x 3 = 0,03V ще бъде освободено на сензора за ток. Изходът на усилвателя DA1.1 ще има напрежение, равно на 0.03V x 100 = 3V. Ако в този случай на вход 2 на DA1.2 има референтно напрежение, зададено от резистор R6, по-малко от три волта, тогава на изхода на компаратора 1 ще се появи напрежение, близко до захранващото напрежение на операционния усилвател, т.е. пет волта. В резултат на това светодиодът на оптрона ще светне. Тиристорът на оптрона ще отвори и ще свърже портата на полевия транзистор с неговия източник. Транзисторът ще се изключи и ще изключи товара. Можете да върнете веригата в първоначалното й състояние с бутона SB1 или като изключите и включите отново захранването.

Тази схема е просто транзисторно захранване, оборудвано със защита от късо съединение. Диаграмата му е показана на фигурата.

Основни параметри:

• Изходно напрежение - 0..12V;
• Максималният изходен ток е 400 mA.

Схемата работи по следния начин. Входното напрежение на мрежата 220V се преобразува от трансформатор в 16-17V, след което се коригира от диоди VD1-VD4. Филтрирането на ректифицираните пулсации на напрежението се извършва от кондензатор C1. След това коригираното напрежение се подава към ценеровия диод VD6, който стабилизира напрежението на неговите клеми до 12V. Остатъкът от напрежението се гаси от резистор R2. След това напрежението се регулира от променлив резистор R3 до необходимото ниво в рамките на 0-12V. Това е последвано от усилвател на ток на транзистори VT2 и VT3, който усилва тока до ниво от 400 mA. Натоварването на текущия усилвател е резистор R5. Кондензатор C2 допълнително филтрира пулсациите на изходното напрежение.

Ето как работи защитата. При липса на късо съединение на изхода, напрежението на клемите на VT1 е близо до нула и транзисторът е затворен. Веригата R1-VD5 осигурява отклонение в основата си на ниво от 0,4-0,7 V (спад на напрежението през отворения p-n преход на диода). Това отклонение е достатъчно, за да отвори транзистора при определено ниво на напрежение колектор-емитер. Веднага щом възникне късо съединение на изхода, напрежението колектор-емитер става различно от нула и равно на напрежението на изхода на устройството. Транзисторът VT1 се отваря и съпротивлението на неговия колекторен възел става близо до нула и следователно при ценеровия диод. По този начин към текущия усилвател се подава нулево входно напрежение; през транзисторите VT2, VT3 ще тече много малък ток и те няма да се повредят. Защитата се изключва веднага след отстраняване на късото съединение.

Подробности

Трансформаторът може да бъде всеки с площ на напречното сечение на сърцевината от 4 cm 2 или повече. Първичната намотка съдържа 2200 оборота от проводник PEV-0.18, вторичната намотка съдържа 150-170 оборота от проводник PEV-0.45. Готов трансформатор за сканиране на кадри от стари тръбни телевизори от серията TVK110L2 или подобни също ще работи. Диодите VD1-VD4 могат да бъдат D302-D305, D229Zh-D229L или всякакви с ток най-малко 1 A и обратно напрежение най-малко 55 V. Транзисторите VT1, VT2 могат да бъдат всякакви нискочестотни с ниска мощност, напр. , MP39-MP42. Можете да използвате и по-модерни силициеви транзистори, например KT361, KT203, KT209, KT503, KT3107 и други. Като VT3 - германий P213-P215 или по-модерен силиций с висока мощност с ниска честота KT814, KT816, KT818 и др. При смяна на VT1 може да се окаже, че защитата от късо съединение не работи. След това трябва да свържете друг диод (или два, ако е необходимо) последователно с VD5. Ако VT1 е направен от силиций, тогава е по-добре да използвате силициеви диоди, например KD209(A-B).

В заключение, заслужава да се отбележи, че вместо p-n-p транзисторите, посочени в диаграмата, могат да се използват n-p-n транзистори с подобни параметри (не вместо някой от VT1-VT3, а вместо всички). След това ще трябва да промените полярността на диодите, ценеровия диод, кондензаторите и диодния мост. На изхода, съответно, полярността на напрежението ще бъде различна.

Списък на радиоелементите

Много домашни модули имат недостатъка, че нямат защита срещу обратна полярност на захранването. Дори опитен човек може по невнимание да обърка полярността на захранването. И има голяма вероятност след това зарядното устройство да стане неизползваемо.

Тази статия ще обсъди 3 опции за защита срещу обратен поляритет, които работят безупречно и не изискват никакви настройки.

Опция 1

Тази защита е най-простата и се различава от подобни по това, че не използва никакви транзистори или микросхеми. Релета, диодна изолация - това са всички негови компоненти.

Схемата работи по следния начин. Минусът във веригата е често срещан, така че ще се вземе предвид положителната верига.

Ако към входа няма свързана батерия, релето е в отворено състояние. Когато батерията е свързана, плюсът се подава през диода VD2 към намотката на релето, в резултат на което контактът на релето се затваря и основният заряден ток преминава към батерията.

В същото време зеленият LED индикатор светва, което показва, че връзката е правилна.

И ако сега извадите батерията, тогава ще има напрежение на изхода на веригата, тъй като токът от зарядното устройство ще продължи да тече през диода VD2 към намотката на релето.

Ако полярността на свързване е обърната, диодът VD2 ще бъде заключен и няма да се подава захранване към намотката на релето. Релето няма да работи.

В този случай ще светне червеният светодиод, който умишлено е свързан неправилно. Това ще покаже, че полярността на връзката на батерията е неправилна.

Диодът VD1 предпазва веригата от самоиндукция, която възниква, когато релето е изключено.

Ако се въведе такава защита в , струва си да вземете реле от 12 V. Допустимият ток на релето зависи само от мощността . Средно си струва да използвате реле 15-20 A.

Тази схема все още няма аналози в много отношения. Едновременно предпазва от обръщане на захранването и късо съединение.

Принципът на работа на тази схема е следният. По време на нормална работа плюсът от източника на захранване през светодиода и резистора R9 отваря транзистора с полеви ефекти, а минусът през отворения преход на „превключвателя на полето“ отива към изхода на веригата към батерията.

Когато възникне обръщане на полярността или късо съединение, токът във веригата се увеличава рязко, което води до спад на напрежението през „превключвателя на полето“ и през шунта. Този спад на напрежението е достатъчен, за да задейства транзистора с ниска мощност VT2. Отваряйки, последният затваря транзистора с полеви ефекти, затваряйки портата към земята. В същото време светодиодът светва, тъй като захранването за него се осигурява от отворения преход на транзистора VT2.

Благодарение на високата си скорост на реакция, тази верига гарантира защита за всеки проблем на изхода.

Веригата е много надеждна при работа и може да остане в защитено състояние за неопределено време.

Това е особено проста схема, която дори не може да се нарече верига, тъй като използва само 2 компонента. Това е мощен диод и предпазител. Тази опция е доста жизнеспособна и дори се използва в индустриален мащаб.

Захранването от зарядното устройство се подава към батерията чрез предпазителя. Предпазителят се избира въз основа на максималния ток на зареждане. Например, ако токът е 10 A, тогава е необходим предпазител 12-15 A.

Диодът е свързан паралелно и е затворен при нормална работа. Но ако полярността е обърната, диодът ще се отвори и ще възникне късо съединение.

И предпазителят е слабото звено в тази верига, което ще изгори в същия момент. След това ще трябва да го промените.

Диодът трябва да бъде избран според листа с данни въз основа на факта, че максималният му краткотраен ток е няколко пъти по-голям от тока на изгаряне на предпазителя.

Тази схема не осигурява 100% защита, тъй като има случаи, когато зарядното устройство изгаря по-бързо от предпазителя.

Долен ред

От гледна точка на ефективност първата схема е по-добра от останалите. Но от гледна точка на гъвкавостта и скоростта на реакция най-добрият вариант е схема 2. Е, третият вариант често се използва в промишлен мащаб. Този тип защита може да се види например на всяко автомобилно радио.

Всички вериги, с изключение на последната, имат функция за самовъзстановяване, т.е. работата ще бъде възстановена веднага след отстраняване на късото съединение или промяна на полярността на връзката на батерията.

Прикачени файлове:

Как да направите обикновена Power Bank със собствените си ръце: диаграма на домашна Power Bank

Това е малка универсална защита от късо съединение, предназначена за използване в мрежи. Той е специално проектиран, за да се побере в повечето захранващи устройства, без да се препроектира веригата им. Веригата, въпреки наличието на микросхема, е много лесна за разбиране. Запазете го на вашия компютър, за да го видите в по-добър размер.

За запояване на веригата ще ви трябва:

1. 1 - TL082 двоен операционен усилвател
2. 2 - диод 1n4148
3. 1 - връх122 NPN транзистор
4. 1 - BC558 PNP транзистор BC557, BC556
5. 1 - резистор 2700 ома
6. 1 - 1000 ома резистор
7. 1 - 10 kohm резистор
8. 1 - резистор 22 kom
9. 1 - потенциометър 10 kohm
10. 1 - кондензатор 470 uF
11. 1 - кондензатор 1 µF
12. 1 - нормално затворен ключ
13. 1 - реле модел T74 "G5LA-14"

Свързване на веригата към захранването

Тук резистор с ниска стойност е свързан последователно с изхода на захранването. След като токът започне да тече през него, ще има малък спад на напрежението и ние ще използваме този спад на напрежението, за да определим дали мощността е резултат от претоварване или късо съединение. Тази схема се основава на операционен усилвател (op-amp), включен като компаратор.

• Ако напрежението на неинвертиращия изход е по-високо от това на инвертиращия изход, тогава изходът е настроен на „високо“ ниво.
• Ако напрежението на неинвертиращия изход е по-ниско от това на инвертиращия изход, тогава изходът е настроен на „ниско“ ниво.

Вярно е, че това няма нищо общо с логичното 5-волтово ниво на конвенционалните микросхеми. Когато операционният усилвател е "висок", неговият изход ще бъде много близо до положителния потенциал на захранващото напрежение, така че ако захранването е +12V, "високото" ще бъде близо до +12V, когато операционният усилвател е "ниско". ", неговият изход ще бъде почти при минус захранващо напрежение, следователно, близо до 0 V.

Когато използваме операционни усилватели като компаратори, обикновено имаме входен сигнал и референтно напрежение, с които да сравним този входен сигнал. Така че имаме резистор с променливо напрежение, което се определя според тока, който протича през него, и еталонното напрежение. Този резистор е най-важната част от веригата. Той е свързан последователно с изходната мощност. Трябва да изберете резистор, който има спад на напрежението от приблизително 0,5~0,7 волта, когато има претоварване на тока, преминаващ през него. Токът на претоварване възниква, когато защитната верига работи и затваря изходната мощност, за да предотврати повреда.

Можете да изберете резистор, като използвате закона на Ом. Първото нещо, което трябва да определите, е претоварването на захранването. За да направите това, трябва да знаете максимално допустимия ток на захранването.

Да приемем, че вашето захранване може да изведе 3 ампера (напрежението на захранването няма значение). И така, имаме P = 0,6 V / 3 A. P = 0,2 Ohm. Следващото нещо, което трябва да направите, е да изчислите разсейването на мощността през този резистор, като използвате формулата: P=V*I. Ако използваме последния пример, получаваме: P = 0,6 V * 3 A. P = 1,8 W - 3 или 5 W резистор ще бъде повече от достатъчен.

За да работи веригата, ще трябва да подадете напрежение към нея, което може да бъде от 9 до 15 V. За да калибрирате, подайте напрежение към инвертиращия вход на операционния усилвател и завъртете потенциометъра. Това напрежение ще се увеличава или намалява в зависимост от посоката, в която го завъртите. Стойността трябва да се регулира според усилването на входния етап от 0,6 волта (нещо около 2,2 до 3 волта, ако вашето усилвателно стъпало е като моето). Тази процедура отнема известно време и най-добрият метод за калибриране е научният метод на мушкане. Може да се наложи да настроите потенциометъра на по-високо напрежение, така че защитата да не се задейства при пикови натоварвания. Изтеглете файла на проекта.