Zasilacz z zabezpieczeniem przeciwzwarciowym. Regulowany zasilacz z zabezpieczeniem Ochrona zasilacza przed zwarciem na tranzystorze polowym

Myślę, że każdy radioamator zajmujący się na co dzień projektowaniem urządzeń elektronicznych ma w domu zasilacz regulowany. Rzecz jest naprawdę wygodna i przydatna, bez której po wypróbowaniu w akcji trudno się bez niej obejść. Rzeczywiście, jeśli będziemy musieli sprawdzić na przykład diodę LED, będziemy musieli dokładnie ustawić jej napięcie robocze, ponieważ jeśli napięcie dostarczane do diody LED zostanie znacznie przekroczone, ta ostatnia może po prostu się przepalić. Również w przypadku obwodów cyfrowych ustawiamy napięcie wyjściowe na multimetrze na 5 woltów lub dowolne inne napięcie, jakiego potrzebujemy i kontynuujemy.

Wielu początkujących radioamatorów najpierw montuje prosty zasilacz regulowany, bez regulacji prądu wyjściowego i bez zabezpieczenia przed zwarciem. Tak było ze mną, około 5 lat temu złożyłem prosty zasilacz z regulowanym tylko napięciem wyjściowym od 0,6 do 11 woltów. Jego schemat pokazano na poniższym rysunku:

Jednak kilka miesięcy temu zdecydowałem się na modernizację tego zasilacza i dodanie do jego obwodu małego obwodu zabezpieczającego przed zwarciem. Znalazłem ten schemat w jednym z numerów magazynu Radio. Po bliższym przyjrzeniu się okazało się, że układ pod wieloma względami przypomina powyższy schemat obwodu zasilacza, który złożyłem wcześniej. Jeżeli w zasilanym obwodzie nastąpi zwarcie, dioda LED sygnalizująca zwarcie zgaśnie, sygnalizując to, a prąd wyjściowy osiągnie wartość 30 miliamperów. Zdecydowano się wziąć udział w tym programie i uzupełnić go o własny, co też zrobiłem. Oryginalny schemat z magazynu Radia, zawierający dodatek, przedstawia poniższy rysunek:

Poniższy rysunek pokazuje część tego obwodu, która będzie wymagała montażu.

Wartość niektórych części, w szczególności rezystorów R1 i R2, należy przeliczyć w górę. Jeżeli ktoś jeszcze ma pytania gdzie podłączyć przewody wyjściowe z tego układu to podam poniższy rysunek:

Dodam jeszcze, że w złożonym układzie niezależnie od tego czy jest to obwód pierwszy czy układ z magazynu Radia, należy na wyjściu umieścić rezystor 1 kOhm, pomiędzy plusem a minusem. Na schemacie z magazynu Radio jest to rezystor R6. Pozostaje tylko wytrawić płytkę i złożyć wszystko w całość w obudowie zasilacza. W programie tablice lustrzane Układ sprintu nie ma potrzeby. Rysunek płytki drukowanej zabezpieczającej przed zwarciem:

Około miesiąc temu natknąłem się na schemat mocowania regulatora prądu wyjściowego, który można zastosować w połączeniu z tym zasilaczem. Wziąłem to z tej strony. Następnie zmontowałem ten dekoder w osobnej obudowie i zdecydowałem się go podłączyć w razie potrzeby, aby naładować akumulatory i wykonać podobne czynności, gdzie ważne jest monitorowanie prądu wyjściowego. Oto schemat dekodera, tranzystor KT3107 w nim został zastąpiony KT361.

Ale później przyszedł mi do głowy pomysł, aby dla wygody połączyć to wszystko w jednym budynku. Otworzyłem obudowę zasilacza i spojrzałem, zostało za mało miejsca, rezystor zmienny nie pasował. Obwód regulatora prądu wykorzystuje mocny rezystor zmienny, który ma dość duże wymiary. Oto jak to wygląda:

Następnie zdecydowałem się po prostu połączyć obie obudowy śrubami, tworząc połączenie między płytkami za pomocą przewodów. Ustawiłem także przełącznik dwupozycyjny w dwóch pozycjach: wyjście z regulowanym prądem i nieregulowane. W pierwszym przypadku wyjście z płyty głównej zasilacza zostało podłączone do wejścia regulatora prądu, a wyjście regulatora prądu trafiło do zacisków na obudowie zasilacza, a w drugim przypadku do zacisków zostały podłączone bezpośrednio do wyjścia z płyty głównej zasilacza. Wszystko to przełączane było sześciopinowym przełącznikiem dwupozycyjnym. Oto rysunek płytki drukowanej regulatora prądu:

Na rysunku płytki drukowanej R3.1 i R3.3 wskazują pierwszy i trzeci zacisk rezystora zmiennego, licząc od lewej strony. Jeśli ktoś chce to powtórzyć to tutaj schemat podłączenia przełącznika do przełączania:

W archiwum znajdują się płytki drukowane zasilacza, obwodów zabezpieczających i obwodów kontroli prądu. Materiał przygotowany przez AKV.

Nowoczesne tranzystory przełączające moc mają bardzo niskie rezystancje dren-źródło, gdy są włączone, co zapewnia niski spadek napięcia, gdy przez tę konstrukcję przepływają duże prądy. Ta okoliczność pozwala na zastosowanie takich tranzystorów w bezpiecznikach elektronicznych.

Na przykład tranzystor IRL2505 ma rezystancję dren-źródło, przy napięciu źródło-bramka wynoszącym 10 V, tylko 0,008 oma. Przy prądzie 10A na krysztale takiego tranzystora zostanie uwolniona moc P=I² R; P = 10 10 0,008 = 0,8 W. Sugeruje to, że przy danym prądzie tranzystor można zainstalować bez użycia grzejnika. Chociaż zawsze staram się instalować przynajmniej małe radiatory. W wielu przypadkach pozwala to chronić tranzystor przed przebiciem termicznym w sytuacjach awaryjnych. Tranzystor ten jest stosowany w obwodzie zabezpieczającym opisanym w artykule „”. W razie potrzeby można zastosować elementy radiowe natynkowe i wykonać urządzenie w postaci małego modułu. Schemat urządzenia pokazano na rysunku 1. Obliczono go dla prądu do 4A.

Schemat bezpieczników elektronicznych

W tym obwodzie jako klucz zastosowano tranzystor polowy z kanałem p IRF4905, mający rezystancję otwarcia 0,02 oma i napięcie bramki = 10 V.

W zasadzie wartość ta ogranicza również minimalne napięcie zasilania tego obwodu. Przy prądzie drenu wynoszącym 10A wygeneruje moc 2 W, co będzie wiązać się z koniecznością zainstalowania małego radiatora. Maksymalne napięcie bramki-źródła tego tranzystora wynosi 20 V, dlatego aby zapobiec uszkodzeniu struktury bramki-źródła, do obwodu wprowadza się diodę Zenera VD1, którą można zastosować jak dowolną diodę Zenera o napięciu stabilizującym 12 woltów. Jeżeli napięcie na wejściu obwodu jest mniejsze niż 20 V, wówczas diodę Zenera można usunąć z obwodu. Jeśli zainstalujesz diodę Zenera, może być konieczne dostosowanie wartości rezystora R8. R8 = (Góra - Ust)/Ist; Gdzie Upit to napięcie na wejściu obwodu, Ust to napięcie stabilizacji diody Zenera, Ist to prąd diody Zenera. Na przykład Upit = 35 V, Ust = 12 V, Ist = 0,005 A. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 omów.

Przetwornik prąd-napięcie

Rezystor R2 służy jako czujnik prądu w obwodzie, aby zmniejszyć moc uwalnianą przez ten rezystor, jego wartość wynosi tylko jedną setną Ohma. Przy zastosowaniu elementów SMD może składać się z 10 rezystorów 0,1 oma, rozmiar 1206, o mocy 0,25 W. Zastosowanie czujnika prądu o tak małej rezystancji wiązało się z zastosowaniem wzmacniacza sygnału z tego czujnika. Wzmacniacz operacyjny DA1.1 mikroukładu LM358N służy jako wzmacniacz.

Wzmocnienie tego wzmacniacza jest równe (R3 + R4)/R1 = 100. Zatem przy czujniku prądowym o rezystancji 0,01 oma współczynnik konwersji tego przetwornika prądowo-napięciowego jest równy jedności, tj. Jeden amper prądu obciążenia jest równy napięciu 1 V na wyjściu 7 DA1.1. Możesz regulować Kus za pomocą rezystora R3. Przy wskazanych wartościach rezystorów R5 i R6 maksymalny prąd ochronny można ustawić w granicach.... Teraz policzmy. R5 + R6 = 1 + 10 = 11 kOhm. Znajdźmy prąd płynący przez ten dzielnik: I = U/R = 5A/11000Ohm = 0,00045A. Zatem maksymalne napięcie, jakie można ustawić na pinie 2 DA1, będzie równe U = I x R = 0,00045 A x 10000 Ohm = 4,5 V. Zatem maksymalny prąd ochronny wyniesie około 4,5 A.

Porównanie napięcia

Komparator napięcia jest montowany na drugim wzmacniaczu operacyjnym, który jest częścią tego MS. Wejście odwracające tego komparatora zasilane jest napięciem odniesienia regulowanym przez rezystor R6 ze stabilizatora DA2. Nieodwracające wejście 3 DA1.2 jest zasilane wzmocnionym napięciem z czujnika prądu. Obciążeniem komparatora jest obwód szeregowy, dioda LED transoptora i rezystor regulujący tłumienie R7. Rezystor R7 ustawia prąd przepływający przez ten obwód na około 15 mA.

Działanie obwodu

Schemat działa w następujący sposób. Na przykład przy prądzie obciążenia 3A na czujniku prądu zostanie uwolnione napięcie 0,01 x 3 = 0,03 V. Na wyjściu wzmacniacza DA1.1 będzie napięcie równe 0,03V x 100 = 3V. Jeżeli w tym przypadku na wejściu 2 DA1.2 pojawi się napięcie odniesienia ustawione przez rezystor R6 mniejsze niż trzy wolty, wówczas na wyjściu komparatora 1 pojawi się napięcie zbliżone do napięcia zasilania wzmacniacza operacyjnego, tj. pięć woltów. W rezultacie dioda transoptora zaświeci się. Tyrystor transoptora otworzy i połączy bramkę tranzystora polowego ze źródłem. Tranzystor wyłączy się i wyłączy obciążenie. Można przywrócić obwód do stanu pierwotnego za pomocą przycisku SB1 lub poprzez wyłączenie i ponowne włączenie zasilania.

Obwód ten jest prostym zasilaczem tranzystorowym wyposażonym w zabezpieczenie przeciwzwarciowe. Jego schemat pokazano na rysunku.

Główne parametry:

• Napięcie wyjściowe - 0..12V;
• Maksymalny prąd wyjściowy wynosi 400 mA.

Schemat działa w następujący sposób. Napięcie wejściowe sieci 220 V przetwarzane jest przez transformator na napięcie 16-17 V, a następnie prostowane za pomocą diod VD1-VD4. Filtrowanie wyprostowanych tętnień napięcia odbywa się za pomocą kondensatora C1. Następnie wyprostowane napięcie podawane jest na diodę Zenera VD6, która stabilizuje napięcie na jej zaciskach do 12V. Pozostała część napięcia jest gaszona przez rezystor R2. Następnie napięcie jest regulowane za pomocą rezystora zmiennego R3 do wymaganego poziomu w zakresie 0-12V. Następnie następuje wzmacniacz prądu na tranzystorach VT2 i VT3, który wzmacnia prąd do poziomu 400 mA. Obciążeniem wzmacniacza prądowego jest rezystor R5. Kondensator C2 dodatkowo filtruje tętnienia napięcia wyjściowego.

Tak działa ochrona. W przypadku braku zwarcia na wyjściu napięcie na zaciskach VT1 jest bliskie zeru, a tranzystor jest zamknięty. Obwód R1-VD5 zapewnia polaryzację u podstawy na poziomie 0,4-0,7 V (spadek napięcia na otwartym złączu p-n diody). To odchylenie wystarczy, aby otworzyć tranzystor przy pewnym poziomie napięcia kolektor-emiter. Gdy tylko na wyjściu nastąpi zwarcie, napięcie kolektor-emiter staje się różne od zera i równe napięciu na wyjściu urządzenia. Tranzystor VT1 otwiera się, a rezystancja złącza kolektora staje się bliska zeru, a zatem na diodzie Zenera. W ten sposób do wzmacniacza prądowego dostarczane jest zerowe napięcie wejściowe; przez tranzystory VT2, VT3 przepłynie bardzo mały prąd i nie zawiodą. Po usunięciu zwarcia zabezpieczenie zostaje wyłączone natychmiast.

Detale

Transformatorem może być dowolny o przekroju rdzenia 4 cm 2 lub większym. Uzwojenie pierwotne zawiera 2200 zwojów drutu PEV-0,18, uzwojenie wtórne zawiera 150-170 zwojów drutu PEV-0,45. Sprawdzi się również gotowy transformator do skanowania klatek ze starych telewizorów lampowych serii TVK110L2 lub podobnych. Diody VD1-VD4 mogą być D302-D305, D229Zh-D229L lub dowolnymi o prądzie co najmniej 1 A i napięciu wstecznym co najmniej 55 V. Tranzystory VT1, VT2 mogą być na przykład dowolnymi tranzystorami o niskiej częstotliwości i małej mocy , MP39-MP42. Możesz także użyć bardziej nowoczesnych tranzystorów krzemowych, na przykład KT361, KT203, KT209, KT503, KT3107 i innych. Jako VT3 - german P213-P215 lub bardziej nowoczesny krzem o dużej mocy i niskiej częstotliwości KT814, KT816, KT818 i inne. Podczas wymiany VT1 może się okazać, że zabezpieczenie przeciwzwarciowe nie działa. Następnie należy podłączyć kolejną diodę (lub dwie, jeśli to konieczne) szeregowo z VD5. Jeśli VT1 jest wykonany z krzemu, lepiej zastosować diody krzemowe, na przykład KD209(A-B).

Podsumowując, warto zauważyć, że zamiast wskazanych na schemacie tranzystorów p-n-p można zastosować tranzystory n-p-n o podobnych parametrach (nie zamiast któregokolwiek z VT1-VT3, ale zamiast wszystkich). Następnie będziesz musiał zmienić polaryzację diod, diody Zenera, kondensatorów i mostka diodowego. Odpowiednio na wyjściu polaryzacja napięcia będzie inna.

Lista radioelementów

Wiele domowych urządzeń ma tę wadę, że brakuje im zabezpieczenia przed odwrotną polaryzacją zasilania. Nawet doświadczona osoba może przypadkowo pomylić polaryzację zasilania. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że po tym ładowarka stanie się bezużyteczna.

W tym artykule omówimy 3 opcje zabezpieczenia przed odwrotną polaryzacją które działają bez zarzutu i nie wymagają żadnej regulacji.

opcja 1

Zabezpieczenie to jest najprostsze i różni się od podobnych tym, że nie wykorzystuje żadnych tranzystorów ani mikroukładów. Przekaźniki, izolacja diodowa – to wszystkie jego elementy.

Schemat działa w następujący sposób. Minus w obwodzie jest wspólny, dlatego uwzględniony zostanie obwód dodatni.

Jeżeli do wejścia nie jest podłączony akumulator, przekaźnik jest w stanie rozwartym. Po podłączeniu akumulatora plus jest doprowadzany przez diodę VD2 do uzwojenia przekaźnika, w wyniku czego styk przekaźnika zamyka się i główny prąd ładowania przepływa do akumulatora.

Jednocześnie zaświeci się zielona dioda LED sygnalizująca prawidłowe połączenie.

A jeśli teraz wyjmiesz akumulator, na wyjściu obwodu pojawi się napięcie, ponieważ prąd z ładowarki będzie nadal płynął przez diodę VD2 do uzwojenia przekaźnika.

W przypadku odwrócenia polaryzacji podłączenia dioda VD2 zostanie zablokowana i na uzwojenie przekaźnika nie będzie dostarczane napięcie. Przekaźnik nie będzie działać.

W takim przypadku zaświeci się czerwona dioda LED, która jest celowo nieprawidłowo podłączona. Będzie to oznaczać, że polaryzacja podłączenia akumulatora jest nieprawidłowa.

Dioda VD1 chroni obwód przed samoindukcją, która występuje, gdy przekaźnik jest wyłączony.

Jeżeli taka ochrona zostanie wprowadzona , warto wziąć przekaźnik 12 V. Dopuszczalny prąd przekaźnika zależy tylko od mocy . Średnio warto zastosować przekaźnik 15-20 A.

Schemat ten pod wieloma względami nadal nie ma analogii. Jednocześnie chroni przed odwróceniem zasilania i zwarciem.

Zasada działania tego schematu jest następująca. Podczas normalnej pracy plus ze źródła zasilania przez diodę LED i rezystor R9 otwiera tranzystor polowy, a minus poprzez otwarte przejście „przełącznika polowego” trafia na wyjście obwodu do akumulatora.

Kiedy nastąpi odwrócenie polaryzacji lub zwarcie, prąd w obwodzie gwałtownie wzrasta, co powoduje spadek napięcia na „przełączniku polowym” i na boczniku. Ten spadek napięcia wystarczy, aby wyzwolić tranzystor małej mocy VT2. Otwierając, ten ostatni zamyka tranzystor polowy, zamykając bramkę do masy. Jednocześnie zapala się dioda LED, ponieważ zasilanie zapewnia otwarte złącze tranzystora VT2.

Ze względu na dużą szybkość reakcji obwód ten gwarantuje ochronę dla każdego problemu na wyjściu.

Obwód jest bardzo niezawodny w działaniu i może pozostawać w stanie chronionym przez czas nieokreślony.

Jest to szczególnie prosty obwód, którego trudno nawet nazwać obwodem, ponieważ wykorzystuje tylko 2 elementy. To mocna dioda i bezpiecznik. Ta opcja jest całkiem realna i jest stosowana nawet na skalę przemysłową.

Zasilanie z ładowarki dostarczane jest do akumulatora poprzez bezpiecznik. Bezpiecznik dobierany jest na podstawie maksymalnego prądu ładowania. Na przykład, jeśli prąd wynosi 10 A, potrzebny jest bezpiecznik 12-15 A.

Dioda jest połączona równolegle i podczas normalnej pracy jest zwarta. Ale jeśli polaryzacja zostanie odwrócona, dioda otworzy się i nastąpi zwarcie.

A bezpiecznik jest słabym ogniwem w tym obwodzie, który w tym samym momencie się przepali. Po tym będziesz musiał to zmienić.

Diodę należy dobierać zgodnie z kartą katalogową kierując się faktem, że jej maksymalny prąd krótkotrwały był kilkukrotnie większy od prądu spalania bezpiecznika.

Ten schemat nie zapewnia 100% ochrony, ponieważ zdarzały się przypadki, gdy ładowarka przepalała się szybciej niż bezpiecznik.

Konkluzja

Z punktu widzenia wydajności pierwszy schemat jest lepszy od pozostałych. Ale z punktu widzenia wszechstronności i szybkości reakcji najlepszą opcją jest schemat 2. Cóż, trzecia opcja jest często stosowana na skalę przemysłową. Tego typu zabezpieczenie można spotkać np. w każdym radiu samochodowym.

Wszystkie obwody, za wyjątkiem ostatniego, posiadają funkcję samonaprawy, co oznacza, że ​​praca zostanie przywrócona po usunięciu zwarcia lub zmianie polaryzacji podłączenia akumulatora.

Załączone pliki:

Jak zrobić prosty Power Bank własnymi rękami: schemat domowego power banku

Jest to mały uniwersalny moduł zabezpieczający przed zwarciem przeznaczony do stosowania w sieciach. Został specjalnie zaprojektowany, aby pasował do większości zasilaczy bez modyfikowania ich obwodów. Obwód, pomimo obecności mikroukładu, jest bardzo łatwy do zrozumienia. Zapisz go na swoim komputerze, aby zobaczyć go w lepszym rozmiarze.

Do lutowania obwodu potrzebne będą:

1. 1 - Podwójny wzmacniacz operacyjny TL082
2. 2 - dioda 1n4148
3. 1 - tranzystor NPN tip122
4. 1 - BC558 Tranzystor PNP BC557, BC556
5. 1 - rezystor 2700 omów
6. Rezystor 1 - 1000 omów
7. Rezystor 1–10 kiloomów
8. 1 - rezystor 22 kom
9. 1 - potencjometr 10 kohm
10. 1 - kondensator 470 uF
11. 1 - kondensator 1 µF
12. 1 - przełącznik normalnie zamknięty
13. 1 - model przekaźnika T74 „G5LA-14”

Podłączenie obwodu do źródła zasilania

Tutaj rezystor o małej wartości jest połączony szeregowo z wyjściem zasilacza. Gdy prąd zacznie przez niego płynąć, nastąpi niewielki spadek napięcia, który wykorzystamy do ustalenia, czy moc jest wynikiem przeciążenia, czy zwarcia. Obwód ten opiera się na wzmacniaczu operacyjnym (wzmacniaczu operacyjnym) stanowiącym komparator.

• Jeżeli napięcie na wyjściu nieodwracającym jest wyższe niż na wyjściu odwracającym, wówczas wyjście zostaje ustawione na poziom „wysoki”.
• Jeżeli napięcie na wyjściu nieodwracającym jest niższe niż na wyjściu odwracającym, wówczas wyjście jest ustawiane na poziom „niski”.

To prawda, że ​​​​nie ma to nic wspólnego z logicznym poziomem 5 woltów konwencjonalnych mikroukładów. Gdy wzmacniacz operacyjny jest „wysoki”, jego moc wyjściowa będzie bardzo zbliżona do dodatniego potencjału napięcia zasilania, więc jeśli napięcie zasilania wynosi +12 V, „wysoki” będzie bliski +12 V, gdy wzmacniacz operacyjny będzie „niski”. ", jego moc wyjściowa będzie prawie przy ujemnym napięciu zasilania, a zatem blisko 0 V.

Kiedy używamy wzmacniaczy operacyjnych jako komparatorów, zwykle mamy sygnał wejściowy i napięcie odniesienia do porównania tego sygnału wejściowego. Mamy więc rezystor o zmiennym napięciu, które jest ustalane na podstawie przepływającego przez niego prądu i napięcia odniesienia. Rezystor ten jest najważniejszą częścią obwodu. Jest on połączony szeregowo z mocą wyjściową. Należy wybrać rezystor, którego spadek napięcia wynosi około 0,5 ~ 0,7 V, gdy przepływa przez niego prąd przeciążeniowy. Prąd przeciążeniowy występuje, gdy działa obwód zabezpieczający i zamyka wyjście mocy, aby zapobiec jego uszkodzeniu.

Rezystor można dobrać korzystając z prawa Ohma. Pierwszą rzeczą do ustalenia jest przetężenie prądu zasilacza. Aby to zrobić, musisz znać maksymalny dopuszczalny prąd zasilacza.

Załóżmy, że Twój zasilacz może wytwarzać prąd o natężeniu 3 amperów (napięcie zasilacza nie ma znaczenia). Mamy więc P = 0,6 V / 3 A. P = 0,2 oma. Następną rzeczą, którą powinieneś zrobić, to obliczyć moc rozpraszaną na tym rezystorze, korzystając ze wzoru: P=V*I. Jeśli skorzystamy z naszego ostatniego przykładu, otrzymamy: P = 0,6 V * 3 A. P = 1,8 W - rezystor 3 lub 5 W będzie więcej niż wystarczający.

Aby obwód działał, należy przyłożyć do niego napięcie, które może wynosić od 9 do 15 V. Aby skalibrować, należy przyłożyć napięcie do wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego i obrócić potencjometr. To napięcie będzie się zwiększać lub zmniejszać w zależności od tego, w którą stronę go obrócisz. Wartość należy dostosować w zależności od wzmocnienia stopnia wejściowego wynoszącego 0,6 V (około 2,2 do 3 V, jeśli stopień wzmacniacza jest podobny do mojego). Procedura ta zajmuje trochę czasu, a najlepszą metodą kalibracji jest metoda naukowa. Może być konieczne ustawienie potencjometru na wyższe napięcie, aby zabezpieczenie nie zadziałało podczas szczytów obciążenia. Pobierz plik projektu.