Napajanje sa zaštitom od kratkog spoja. Podesivo napajanje sa zaštitom Zaštita napajanja od kratkog spoja na tranzistoru s efektom polja

Mislim da svaki radioamater koji redovito dizajnira elektroničke uređaje ima regulirano napajanje kod kuće. Stvar je stvarno zgodna i korisna, bez koje je, nakon što je isprobate u akciji, teško učiniti. Doista, ako trebamo provjeriti, na primjer, LED, morat ćemo točno postaviti njegov radni napon, jer ako je napon koji se dovodi na LED značajno prekoračen, potonji može jednostavno izgorjeti. Također s digitalnim sklopovima, postavljamo izlazni napon na multimetru na 5 volti ili bilo koji drugi napon koji nam je potreban i idemo naprijed.

Mnogi početnici radio amateri prvo sastavljaju jednostavno regulirano napajanje, bez podešavanja izlazne struje i bez zaštite od kratkog spoja. Tako je bilo i sa mnom, prije otprilike 5 godina sastavio sam jednostavno napajanje sa samo podesivim izlaznim naponom od 0,6 do 11 volti. Njegov dijagram prikazan je na donjoj slici:

Ali prije nekoliko mjeseci odlučio sam nadograditi ovo napajanje i dodati mu mali zaštitni krug od kratkog spoja. Ovaj dijagram pronašao sam u jednom od brojeva Radio magazina. Nakon detaljnijeg ispitivanja, pokazalo se da krug na mnogo načina podsjeća na gornji dijagram strujnog kruga napajanja koji sam ranije sastavio. Ako postoji kratki spoj u napajanom krugu, LED kratkog spoja se gasi, signalizirajući to, a izlazna struja postaje jednaka 30 miliampera. Odlučeno je uzeti dio ove sheme i nadopuniti je svojom vlastitom, što sam i učinio. Izvorni dijagram iz časopisa Radio, koji uključuje dodatak, prikazan je na donjoj slici:

Sljedeća slika prikazuje dio ovog strujnog kruga koji je potrebno sastaviti.

Vrijednost nekih dijelova, posebno otpornika R1 i R2, treba preračunati naviše. Ako netko još uvijek ima pitanja o tome gdje spojiti izlazne žice iz ovog kruga, dat ću sljedeću sliku:

Još ću dodati da u sastavljenom strujnom krugu, bez obzira radi li se o prvom strujnom krugu ili o krugu iz Radio magazina, morate na izlaz postaviti otpornik od 1 kOhm, između plusa i minusa. Na dijagramu iz Radio magazina ovo je otpornik R6. Ostalo je samo urezati ploču i sve skupa sastaviti u kućište napajanja. Zrcalne ploče u programu Izgled sprinta nema potrebe. Crtež strujne ploče zaštite od kratkog spoja:

Prije otprilike mjesec dana naišao sam na dijagram priključka regulatora izlazne struje koji bi se mogao koristiti u kombinaciji s ovim napajanjem. Uzeo sam ga s ove stranice. Zatim sam sklopio ovaj set-top box u posebnom kućištu i odlučio ga spojiti po potrebi za punjenje baterija i slične radnje gdje je važno pratiti izlaznu struju. Evo dijagrama set-top box-a, tranzistor KT3107 u njemu je zamijenjen KT361.

Ali kasnije mi je pala na pamet ideja da sve to spojim, radi praktičnosti, u jednu zgradu. Otvorio sam kućište napajanja i pogledao, nije ostalo dovoljno mjesta, promjenjivi otpornik ne stane. Krug regulatora struje koristi snažan promjenjivi otpornik, koji ima prilično velike dimenzije. Evo kako to izgleda:

Tada sam odlučio jednostavno spojiti oba kućišta vijcima, spajajući ploče žicama. Također sam postavio prekidač na dva položaja: izlaz s podesivom strujom i nereguliranim. U prvom slučaju izlaz s glavne ploče napajanja bio je spojen na ulaz strujnog regulatora, a izlaz strujnog regulatora je išao na stezaljke na kućištu napajanja, au drugom slučaju stezaljke bili spojeni izravno na izlaz s glavne ploče napajanja. Sve se to prebacivalo šesteropinskim prekidačem u 2 položaja. Ovdje je crtež tiskane ploče regulatora struje:

Na slici tiskane pločice, R3.1 i R3.3 označavaju prvi i treći priključak promjenjivog otpornika, računajući slijeva. Ako netko želi ponoviti, evo dijagrama za spajanje prekidača za prebacivanje:

U arhivi su priložene tiskane pločice napajanja, sklopovi zaštite i strujni krugovi. Materijal pripremio AKV.

Moderni sklopni tranzistori snage imaju vrlo niske otpore odvod-izvor kada su uključeni, što osigurava mali pad napona kada velike struje prolaze kroz ovu strukturu. Ova okolnost dopušta upotrebu takvih tranzistora u elektroničkim osiguračima.

Na primjer, tranzistor IRL2505 ima otpor drain-source, s naponom sors-gate od 10 V, samo 0,008 Ohma. Pri struji od 10A na kristalu takvog tranzistora oslobodit će se snaga P=I² R; P = 10 10 0,008 = 0,8 W. Ovo sugerira da se pri određenoj struji tranzistor može instalirati bez upotrebe radijatora. Iako uvijek pokušavam ugraditi barem male hladnjake. U mnogim slučajevima to vam omogućuje zaštitu tranzistora od toplinskog kvara u hitnim situacijama. Ovaj se tranzistor koristi u zaštitnom krugu opisanom u članku "". Ako je potrebno, možete koristiti površinski montirane radioelemente i napraviti uređaj u obliku malog modula. Dijagram uređaja prikazan je na slici 1. Izračunat je za struju do 4A.

Elektronski dijagram osigurača

U ovom krugu, tranzistor s efektom polja s p kanalom IRF4905 koristi se kao ključ, s otvorenim otporom od 0,02 Ohma, s naponom vrata = 10 V.

U načelu, ova vrijednost također ograničava minimalni napon napajanja ovog kruga. S odvodnom strujom od 10 A, generiraće snagu od 2 W, što će podrazumijevati potrebu za ugradnjom malog hladnjaka. Maksimalni napon izlaza-izvora ovog tranzistora je 20 V, stoga, kako bi se spriječio kvar strukture vrata-izvora, u krug se uvodi zener dioda VD1, koja se može koristiti kao bilo koja zener dioda sa stabilizacijskim naponom od 12 volti. Ako je napon na ulazu kruga manji od 20 V, tada se zener dioda može ukloniti iz kruga. Ako instalirate zener diodu, možda ćete morati prilagoditi vrijednost otpornika R8. R8 = (Upit - Ust)/Ist; Gdje je Upit napon na ulazu kruga, Ust je stabilizacijski napon zener diode, Ist je struja zener diode. Na primjer, Upit = 35 V, Ust = 12 V, Ist = 0,005 A. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ohma.

Strujno-naponski pretvarač

Otpornik R2 se koristi kao strujni senzor u krugu, kako bi se smanjila snaga koju oslobađa ovaj otpornik; njegova vrijednost je odabrana na samo jednu stotinku oma. Kod korištenja SMD elemenata može se sastojati od 10 otpornika od 0,1 Ohm, veličine 1206, snage 0,25 W. Korištenje strujnog senzora s tako malim otporom zahtijevalo je korištenje pojačala signala iz ovog senzora. Kao pojačalo koristi se operacijsko pojačalo DA1.1 mikro kruga LM358N.

Dobitak ovog pojačala je jednak (R3 + R4)/R1 = 100. Dakle, s strujnim senzorom otpora od 0,01 Ohm, koeficijent pretvorbe ovog strujno-naponskog pretvarača jednak je jedinici, tj. Jedan amper struje opterećenja jednak je naponu od 1 V na izlazu 7 DA1.1. Možete podesiti Kus pomoću otpornika R3. S navedenim vrijednostima otpornika R5 i R6 maksimalna zaštitna struja može se postaviti unutar .... Sada računajmo. R5 + R6 = 1 + 10 = 11 kOhm. Nađimo struju koja teče kroz ovaj razdjelnik: I = U/R = 5A/11000Ohm = 0,00045A. Stoga će maksimalni napon koji se može postaviti na pinu 2 DA1 biti jednak U = I x R = 0,00045A x 10000 Ohm = 4,5 V. Prema tome, maksimalna struja zaštite bit će približno 4,5 A.

Komparator napona

Komparator napona je sastavljen na drugom op-ampu, koji je dio ovog MS-a. Invertirajući ulaz ovog komparatora napaja se referentnim naponom reguliranim otpornikom R6 iz stabilizatora DA2. Neinvertirajući ulaz 3 DA1.2 napaja se pojačanim naponom iz strujnog senzora. Opterećenje komparatora je serijski krug, LED optokaplera i otpornik za podešavanje prigušenja R7. Otpornik R7 postavlja struju koja prolazi kroz ovaj krug, oko 15 mA.

Rad strujnog kruga

Shema radi na sljedeći način. Na primjer, sa strujom opterećenja od 3 A, na senzoru struje će se osloboditi napon od 0,01 x 3 = 0,03 V. Izlaz pojačala DA1.1 imat će napon jednak 0,03 V x 100 = 3 V. Ako u ovom slučaju na ulazu 2 DA1.2 postoji referentni napon postavljen otpornikom R6, manji od tri volta, tada će se na izlazu komparatora 1 pojaviti napon blizak naponu napajanja operacijskog pojačala, tj. pet volti. Kao rezultat toga, LED optocoupler će svijetliti. Optocoupler tiristor će se otvoriti i svojim izvorom zaobići vrata tranzistora s efektom polja. Tranzistor će se isključiti i isključiti opterećenje. Krug možete vratiti u prvobitno stanje tipkom SB1 ili isključivanjem i ponovnim uključivanjem napajanja.

Ovaj krug je jednostavno tranzistorsko napajanje opremljeno zaštitom od kratkog spoja (kratkog spoja). Njegov dijagram prikazan je na slici.

Glavni parametri:

• Izlazni napon - 0..12V;
• Maksimalna izlazna struja je 400 mA.

Shema radi na sljedeći način. Ulazni napon mreže od 220 V pretvara se transformatorom u 16-17 V, a zatim se ispravlja diodama VD1-VD4. Filtriranje ispravljenih valova napona provodi kondenzator C1. Zatim se ispravljeni napon dovodi do zener diode VD6, koja stabilizira napon na svojim stezaljkama na 12V. Ostatak napona gasi otpornik R2. Zatim se napon podešava promjenjivim otpornikom R3 na potrebnu razinu unutar 0-12V. Zatim slijedi strujno pojačalo na tranzistorima VT2 i VT3, koje pojačava struju do razine od 400 mA. Opterećenje strujnog pojačala je otpornik R5. Kondenzator C2 dodatno filtrira valovitost izlaznog napona.

Ovako funkcionira zaštita. U nedostatku kratkog spoja na izlazu, napon na stezaljkama VT1 je blizu nule i tranzistor je zatvoren. Krug R1-VD5 osigurava pristranost na svojoj bazi na razini od 0,4-0,7 V (pad napona na otvorenom p-n spoju diode). Ovaj prednapon je dovoljan za otvaranje tranzistora na određenoj razini napona kolektor-emiter. Čim dođe do kratkog spoja na izlazu, napon kolektor-emiter postaje različit od nule i jednak naponu na izlazu jedinice. Tranzistor VT1 se otvara, a otpor njegovog kolektorskog spoja postaje blizu nule, a time i na zener diodi. Dakle, nulti ulazni napon se dovodi do trenutnog pojačala; vrlo mala struja će teći kroz tranzistore VT2, VT3 i oni neće uspjeti. Zaštita se isključuje odmah kada se eliminira kratki spoj.

pojedinosti

Transformator može biti bilo koji s površinom poprečnog presjeka jezgre od 4 cm 2 ili više. Primarni namot sadrži 2200 zavoja žice PEV-0,18, sekundarni namot sadrži 150-170 zavoja žice PEV-0,45. Također će raditi i gotovi transformator skeniranja okvira iz starih cijevnih televizora serije TVK110L2 ili slično. Diode VD1-VD4 mogu biti D302-D305, D229Zh-D229L ili bilo koje sa strujom od najmanje 1 A i obrnutim naponom od najmanje 55 V. Tranzistori VT1, VT2 mogu biti bilo koji niskofrekventni niskonaponski, na primjer , MP39-MP42. Također možete koristiti modernije silicijske tranzistore, na primjer, KT361, KT203, KT209, KT503, KT3107 i druge. Kao VT3 - germanij P213-P215 ili moderniji silicij visoke snage niske frekvencije KT814, KT816, KT818 i drugi. Prilikom zamjene VT1 može se pokazati da zaštita od kratkog spoja ne radi. Zatim biste trebali spojiti još jednu diodu (ili dvije, ako je potrebno) u seriju s VD5. Ako je VT1 izrađen od silicija, onda je bolje koristiti silicijske diode, na primjer, KD209 (A-B).

Zaključno, vrijedi napomenuti da se umjesto p-n-p tranzistora navedenih na dijagramu mogu koristiti n-p-n tranzistori sa sličnim parametrima (ne umjesto bilo kojeg od VT1-VT3, već umjesto svih njih). Tada ćete morati promijeniti polaritet dioda, zener diode, kondenzatora i diodnog mosta. Na izlazu će, prema tome, polaritet napona biti drugačiji.

Popis radioelemenata

Mnogi domaći uređaji imaju nedostatak zaštite od obrnutog polariteta napajanja. Čak i iskusna osoba može nenamjerno zbuniti polaritet napajanja. I postoji velika vjerojatnost da će nakon toga punjač postati neupotrebljiv.

Ovaj članak će raspravljati 3 opcije za zaštitu od obrnutog polariteta, koji rade besprijekorno i ne zahtijevaju nikakva podešavanja.

opcija 1

Ova zaštita je najjednostavnija i razlikuje se od sličnih po tome što ne koristi nikakve tranzistore ili mikro krugove. Releji, diodna izolacija - to su sve njegove komponente.

Shema radi na sljedeći način. Minus u krugu je uobičajen, pa će se razmotriti pozitivni krug.

Ako nema baterije spojene na ulaz, relej je u otvorenom stanju. Kada je baterija spojena, plus se dovodi kroz diodu VD2 do namota releja, zbog čega se kontakt releja zatvara i glavna struja punjenja teče u bateriju.

Istovremeno svijetli zeleni LED indikator koji pokazuje da je veza ispravna.

A ako sada uklonite bateriju, tada će na izlazu kruga biti napona, budući da će struja iz punjača nastaviti teći kroz VD2 diodu do namota releja.

Ako je polaritet spoja obrnut, VD2 dioda će biti zaključana i neće se napajati namot releja. Relej neće raditi.

U tom slučaju će zasvijetliti crvena LED lampica koja je namjerno pogrešno spojena. To će pokazati da polaritet priključka baterije nije ispravan.

Dioda VD1 štiti krug od samoindukcije koja se javlja kada je relej isključen.

Ako se takva zaštita uvede u , vrijedi uzeti relej od 12 V, dopuštena struja releja ovisi samo o snazi . U prosjeku vrijedi koristiti relej od 15-20 A.

Ova shema još uvijek nema analoga u mnogim aspektima. Istovremeno štiti od preokreta struje i kratkog spoja.

Princip rada ove sheme je sljedeći. Tijekom normalnog rada, plus iz izvora napajanja kroz LED i otpornik R9 otvara tranzistor s efektom polja, a minus kroz otvoreni spoj "prekidača polja" ide na izlaz kruga na bateriju.

Kada dođe do promjene polariteta ili kratkog spoja, struja u krugu se naglo povećava, što rezultira padom napona preko "prekidača polja" i preko šanta. Ovaj pad napona dovoljan je za pokretanje tranzistora male snage VT2. Otvaranjem, potonji zatvara tranzistor s efektom polja, zatvarajući vrata na masu. U isto vrijeme, LED svijetli, jer napajanje za njega osigurava otvoreni spoj tranzistora VT2.

Zbog svoje velike brzine odziva, ovaj sklop zajamčeno štiti za bilo kakav problem na izlazu.

Krug je vrlo pouzdan u radu i može ostati u zaštićenom stanju na neodređeno vrijeme.

Ovo je posebno jednostavan sklop, koji se teško može nazvati krugom, jer koristi samo 2 komponente. Ovo je snažna dioda i osigurač. Ova je opcija prilično održiva i čak se koristi u industrijskim razmjerima.

Napajanje iz punjača dovodi se do baterije preko osigurača. Osigurač se odabire na temelju maksimalne struje punjenja. Na primjer, ako je struja 10 A, tada je potreban osigurač od 12-15 A.

Dioda je spojena paralelno i zatvorena je tijekom normalnog rada. Ali ako je polaritet obrnut, dioda će se otvoriti i doći će do kratkog spoja.

A osigurač je slaba karika u ovom krugu, koja će izgorjeti istog trenutka. Nakon ovoga ćete ga morati promijeniti.

Diodu treba odabrati prema podatkovnoj tablici na temelju činjenice da je njezina maksimalna kratkotrajna struja bila nekoliko puta veća od struje izgaranja osigurača.

Ova shema ne pruža 100% zaštitu, jer je bilo slučajeva kada je punjač izgorio brže od osigurača.

Poanta

Sa stajališta učinkovitosti, prva shema je bolja od ostalih. Ali s gledišta svestranosti i brzine odgovora, najbolja opcija je shema 2. Pa, treća opcija se često koristi u industrijskim razmjerima. Ova vrsta zaštite može se vidjeti, na primjer, na bilo kojem auto radiju.

Svi krugovi, osim posljednjeg, imaju funkciju samoispravljanja, odnosno rad će se vratiti čim se ukloni kratki spoj ili promijeni polaritet spoja baterije.

Priložene datoteke:

Kako napraviti jednostavnu Power Bank vlastitim rukama: dijagram domaće Power Bank

Ovo je mala univerzalna jedinica za zaštitu od kratkog spoja namijenjena za korištenje u mrežama. Posebno je dizajniran da stane u većinu izvora napajanja bez redizajniranja strujnog kruga. Krug je, unatoč prisutnosti mikro kruga, vrlo jednostavan za razumijevanje. Spremite ga na svoje računalo kako biste ga vidjeli u boljoj veličini.

Za lemljenje kruga trebat će vam:

1. 1 - TL082 dvostruko operacijsko pojačalo
2. 2 - dioda 1n4148
3. 1 - tip122 NPN tranzistor
4. 1 - BC558 PNP tranzistor BC557, BC556
5. 1 - otpornik 2700 ohma
6. Otpornik od 1 - 1000 ohma
7. Otpornik od 1 - 10 kohm
8. 1 - otpornik 22 kom
9. 1 - potenciometar 10 kohm
10. 1 - kondenzator 470 uF
11. 1 - kondenzator 1 µF
12. 1 - normalno zatvoren prekidač
13. 1 - model releja T74 "G5LA-14"

Spajanje kruga na napajanje

Ovdje je otpornik male vrijednosti spojen u seriju s izlazom napajanja. Nakon što struja počne teći kroz njega, doći će do malog pada napona i mi ćemo koristiti taj pad napona da odredimo je li snaga rezultat preopterećenja ili kratkog spoja. Ovaj se sklop temelji na operacijskom pojačalu (op-amp) uključenom kao komparator.

• Ako je napon na neinvertirajućem izlazu viši nego na invertirajućem izlazu, tada je izlaz postavljen na "visoku" razinu.
• Ako je napon na neinvertirajućem izlazu niži nego na invertirajućem izlazu, tada je izlaz postavljen na "nisku" razinu.

Istina, to nema nikakve veze s logičnom razinom od 5 volti konvencionalnih mikro krugova. Kada je operacijsko pojačalo "visoko", njegov izlaz će biti vrlo blizu pozitivnog potencijala napona napajanja, tako da ako je napajanje +12 V, "visoko" će biti blizu +12 V kada je operacijsko pojačalo "nisko". ", njegov će izlaz biti gotovo na minus naponu napajanja, dakle, blizu 0 V.

Kada koristimo operacijska pojačala kao komparatore, obično imamo ulazni signal i referentni napon za usporedbu tog ulaznog signala. Dakle, imamo otpornik s promjenjivim naponom koji se određuje prema struji koja teče kroz njega i referentnom naponu. Ovaj otpornik je najvažniji dio kruga. Spojen je u seriju s izlaznom snagom. Morate odabrati otpornik koji ima pad napona od približno 0,5 ~ 0,7 volti kada postoji preopterećenje struje koja prolazi kroz njega. Struja preopterećenja se javlja kada zaštitni krug radi i zatvara izlaznu snagu kako bi se spriječilo njegovo oštećenje.

Možete odabrati otpornik pomoću Ohmovog zakona. Prvo što treba odrediti je prekostruja napajanja. Da biste to učinili, morate znati najveću dopuštenu struju napajanja.

Recimo da vaše napajanje može proizvesti 3 ampera (napon napajanja nije bitan). Dakle, dobili smo P = 0,6 V / 3 A. P = 0,2 Ohma. Sljedeće što biste trebali učiniti je izračunati rasipanje snage preko ovog otpornika pomoću formule: P=V*I. Ako koristimo naš zadnji primjer, dobivamo: P = 0,6 V * 3 A. P = 1,8 W - otpornik od 3 ili 5 W bit će više nego dovoljan.

Da bi sklop radio, trebat ćete na njega primijeniti napon, koji može biti od 9 do 15 V. Za kalibraciju, primijenite napon na invertirajući ulaz operacijskog pojačala i okrenite potenciometar. Ova napetost će se povećati ili smanjiti ovisno o tome na koji ga način okrenete. Vrijednost treba prilagoditi prema pojačanju ulaznog stupnja od 0,6 volta (nešto oko 2,2 do 3 volta ako je stupanj vašeg pojačala sličan mom). Ovaj postupak traje neko vrijeme, a najbolja metoda za kalibraciju je znanstvena metoda bockanja. Možda ćete morati postaviti potenciometar na viši napon kako se zaštita ne bi aktivirala tijekom vršnog opterećenja. Preuzmite datoteku projekta.