Fonte de alimentação com proteção contra curto-circuito. Fonte de alimentação ajustável com proteção Proteção da fonte de alimentação contra curto-circuito em um transistor de efeito de campo

Acho que todo radioamador que projeta regularmente dispositivos eletrônicos tem uma fonte de alimentação regulada em casa. A coisa é realmente conveniente e útil, sem a qual, depois de experimentá-la em ação, fica difícil dispensá-la. Com efeito, se necessitarmos de verificar, por exemplo, um LED, teremos de definir com precisão a sua tensão de funcionamento, pois se a tensão fornecida ao LED for significativamente ultrapassada, este pode simplesmente queimar. Também com circuitos digitais, ajustamos a tensão de saída do multímetro para 5 volts, ou qualquer outra tensão necessária e seguimos em frente.

Muitos rádios amadores novatos montam primeiro uma fonte de alimentação regulada simples, sem ajustar a corrente de saída e sem proteção contra curto-circuito. Foi assim comigo, há cerca de 5 anos montei uma fonte de alimentação simples com apenas tensão de saída ajustável de 0,6 a 11 volts. Seu diagrama é mostrado na figura abaixo:

Mas há alguns meses eu decidi atualizar esta fonte de alimentação e adicionar um pequeno circuito de proteção contra curto-circuito ao seu circuito. Encontrei esse diagrama em uma das edições da revista Rádio. Após um exame mais detalhado, descobriu-se que o circuito lembra em muitos aspectos o diagrama de circuito da fonte de alimentação acima que montei anteriormente. Caso haja curto-circuito no circuito alimentado, o LED de indicação de curto-circuito apaga, sinalizando isso, e a corrente de saída passa a ser igual a 30 miliamperes. Decidiu-se participar neste esquema e complementá-lo com o meu próprio, e foi o que fiz. O diagrama original da revista Rádio, que inclui um acréscimo, é mostrado na figura abaixo:

A figura a seguir mostra a parte deste circuito que precisará ser montada.

O valor de algumas peças, em particular dos resistores R1 e R2, precisa ser recalculado para cima. Se alguém ainda tiver dúvidas sobre onde conectar os fios de saída deste circuito, fornecerei a seguinte figura:

Acrescentarei também que no circuito montado, independente de ser o primeiro circuito ou o circuito da revista Rádio, deve-se colocar um resistor de 1 kOhm na saída, entre o positivo e o negativo. No diagrama da revista Radio este é o resistor R6. Resta gravar a placa e montar tudo no gabinete da fonte de alimentação. Placas espelhadas no programa Layout de sprint não há necessidade. Desenho da placa de circuito de proteção contra curto-circuito:

Cerca de um mês atrás me deparei com um diagrama de um regulador de corrente de saída que poderia ser usado em conjunto com esta fonte de alimentação. Eu tirei deste site. Então montei este decodificador em um gabinete separado e decidi conectá-lo conforme necessário para carregar baterias e ações semelhantes onde o monitoramento da corrente de saída é importante. Aqui está o diagrama do decodificador, o transistor KT3107 nele foi substituído pelo KT361.

Mais tarde, porém, surgiu-me a ideia de combinar, por conveniência, tudo isto num só edifício. Abri o gabinete da fonte e olhei, não tinha espaço suficiente, o resistor variável não cabia. O circuito regulador de corrente usa um poderoso resistor variável, que possui dimensões bastante grandes. Aqui está o que parece:

Resolvi então simplesmente conectar os dois gabinetes com parafusos, fazendo a ligação entre as placas com fios. Também coloquei a chave seletora em duas posições: saída com corrente ajustável e não regulada. No primeiro caso, a saída da placa principal da fonte de alimentação foi conectada à entrada do regulador de corrente, e a saída do regulador de corrente foi para as pinças da caixa da fonte e, no segundo caso, as pinças foram conectados diretamente à saída da placa principal da fonte de alimentação. Tudo isso foi alternado com uma chave seletora de seis pinos em 2 posições. Aqui está um desenho da placa de circuito impresso do regulador de corrente:

Na figura da placa de circuito impresso, R3.1 e R3.3 indicam o primeiro e terceiro terminais do resistor variável, contando da esquerda. Se alguém quiser repetir, aqui está um diagrama para conectar uma chave seletora para comutação:

Placas de circuito impresso da fonte de alimentação, circuitos de proteção e circuitos de controle de corrente estão anexados ao arquivo. Material preparado por AKV.

Os transistores chaveadores de potência modernos têm resistências dreno-fonte muito baixas quando ligados, o que garante baixa queda de tensão quando grandes correntes passam por essa estrutura. Esta circunstância permite o uso de tais transistores em fusíveis eletrônicos.

Por exemplo, o transistor IRL2505 possui resistência dreno-fonte, com tensão fonte-porta de 10V, apenas 0,008 Ohms. A uma corrente de 10A, a potência P=I² R será liberada no cristal desse transistor; P = 10 10 0,008 = 0,8 W. Isto sugere que em uma determinada corrente o transistor pode ser instalado sem o uso de radiador. Embora eu sempre tente instalar pelo menos pequenos dissipadores de calor. Em muitos casos, isso permite proteger o transistor contra ruptura térmica em situações de emergência. Este transistor é utilizado no circuito de proteção descrito no artigo “”. Se necessário, você pode usar elementos de rádio montados na superfície e fazer o dispositivo na forma de um pequeno módulo. O diagrama do dispositivo é mostrado na Figura 1. Foi calculado para uma corrente de até 4A.

Diagrama de fusíveis eletrônicos

Neste circuito, é utilizado como chave um transistor de efeito de campo com canal p IRF4905, possuindo resistência de abertura de 0,02 Ohm, com tensão de porta = 10V.

Em princípio, este valor também limita a tensão mínima de alimentação deste circuito. Com uma corrente de drenagem de 10A, gerará uma potência de 2 W, o que implicará a necessidade de instalação de um pequeno dissipador de calor. A tensão porta-fonte máxima deste transistor é de 20V, portanto, para evitar quebra da estrutura porta-fonte, um diodo zener VD1 é introduzido no circuito, que pode ser usado como qualquer diodo zener com tensão de estabilização de 12 volts. Se a tensão na entrada do circuito for inferior a 20V, o diodo zener poderá ser removido do circuito. Se você instalar um diodo zener, pode ser necessário ajustar o valor do resistor R8. R8 = (Upit - Ust)/Ist; Onde Upit é a tensão na entrada do circuito, Ust é a tensão de estabilização do diodo zener, Ist é a corrente do diodo zener. Por exemplo, Upit = 35V, Ust = 12V, Ist = 0,005A. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ohm.

Conversor de corrente-tensão

O resistor R2 é utilizado como sensor de corrente no circuito, para reduzir a potência liberada por este resistor seu valor é escolhido para ser apenas um centésimo de Ohm; Ao utilizar elementos SMD, pode ser composto por 10 resistores de 0,1 Ohm, tamanho 1206, com potência de 0,25 W. A utilização de um sensor de corrente com resistência tão baixa implicou a utilização de um amplificador de sinal deste sensor. O amplificador operacional DA1.1 do microcircuito LM358N é usado como amplificador.

O ganho deste amplificador é igual a (R3 + R4)/R1 = 100. Assim, com um sensor de corrente com resistência de 0,01 Ohm, o coeficiente de conversão deste conversor corrente-tensão é igual à unidade, ou seja, Um ampere de corrente de carga é igual a uma tensão de 1V na saída 7 DA1.1. Você pode ajustar o Kus com o resistor R3. Com os valores indicados dos resistores R5 e R6, a corrente máxima de proteção pode ser ajustada dentro.... Agora vamos contar. R5 + R6 = 1 + 10 = 11kOhm. Vamos encontrar a corrente que flui através deste divisor: I = U/R = 5A/11000Ohm = 0,00045A. Assim, a tensão máxima que pode ser ajustada no pino 2 do DA1 será igual a U = I x R = 0,00045A x 10000 Ohm = 4,5 V. Assim, a corrente máxima de proteção será de aproximadamente 4,5A.

Comparador de tensão

Um comparador de tensão é montado no segundo amplificador operacional, que faz parte deste MS. A entrada inversora deste comparador é alimentada com uma tensão de referência regulada pelo resistor R6 do estabilizador DA2. A entrada não inversora 3 do DA1.2 é alimentada com tensão amplificada do sensor de corrente. A carga do comparador é um circuito em série, um LED de acoplador óptico e um resistor de ajuste de amortecimento R7. O resistor R7 define a corrente que passa por este circuito, em cerca de 15 mA.

Operação do circuito

O esquema funciona da seguinte maneira. Por exemplo, com uma corrente de carga de 3A, uma tensão de 0,01 x 3 = 0,03V será liberada no sensor de corrente. A saída do amplificador DA1.1 terá tensão igual a 0,03V x 100 = 3V. Se neste caso, na entrada 2 do DA1.2 houver uma tensão de referência definida pelo resistor R6, inferior a três volts, então na saída do comparador 1 aparecerá uma tensão próxima à tensão de alimentação do amplificador operacional, ou seja, cinco volts. Como resultado, o LED do acoplador óptico acenderá. O tiristor do acoplador óptico abrirá e conectará a porta do transistor de efeito de campo com sua fonte. O transistor desligará e desligará a carga. Você pode retornar o circuito ao seu estado original com o botão SB1 ou desligando e ligando a fonte de alimentação novamente.

Este circuito é uma fonte de alimentação de transistor simples equipada com proteção contra curto-circuito (curto-circuito). Seu diagrama é mostrado na figura.

Parâmetros principais:

• Tensão de saída - 0..12V;
• A corrente máxima de saída é 400 mA.

O esquema funciona da seguinte maneira. A tensão de entrada da rede 220V é convertida por um transformador para 16-17V e depois retificada pelos diodos VD1-VD4. A filtragem das ondulações de tensão retificada é realizada pelo capacitor C1. Em seguida, a tensão retificada é aplicada ao diodo zener VD6, que estabiliza a tensão em seus terminais em 12V. O restante da tensão é extinto pelo resistor R2. Em seguida, a tensão é ajustada pelo resistor variável R3 para o nível necessário entre 0-12V. Isto é seguido por um amplificador de corrente nos transistores VT2 e VT3, que amplifica a corrente para um nível de 400 mA. A carga do amplificador de corrente é o resistor R5. O capacitor C2 filtra adicionalmente a ondulação da tensão de saída.

É assim que funciona a proteção. Na ausência de curto-circuito na saída, a tensão nos terminais do VT1 fica próxima de zero e o transistor é fechado. O circuito R1-VD5 fornece uma polarização em sua base em um nível de 0,4-0,7 V (queda de tensão na junção p-n aberta do diodo). Essa polarização é suficiente para abrir o transistor em um determinado nível de tensão coletor-emissor. Assim que ocorre um curto-circuito na saída, a tensão coletor-emissor torna-se diferente de zero e igual à tensão na saída da unidade. O transistor VT1 abre e a resistência de sua junção coletor fica próxima de zero e, portanto, do diodo zener. Assim, a tensão de entrada zero é fornecida ao amplificador de corrente; muito pouca corrente fluirá através dos transistores VT2, VT3 e eles não falharão. A proteção é desligada imediatamente quando o curto-circuito é eliminado.

Detalhes

O transformador pode ser qualquer um com área de seção transversal do núcleo de 4 cm 2 ou mais. O enrolamento primário contém 2.200 voltas de fio PEV-0,18, o enrolamento secundário contém 150-170 voltas de fio PEV-0,45. Um transformador de varredura de quadros pronto para uso de TVs de tubo antigas da série TVK110L2 ou similar também funcionará. Os diodos VD1-VD4 podem ser D302-D305, D229Zh-D229L ou qualquer um com corrente de pelo menos 1 A e tensão reversa de pelo menos 55 V. Os transistores VT1, VT2 podem ser quaisquer de baixa frequência e baixa potência, por exemplo , MP39-MP42. Você também pode usar transistores de silício mais modernos, por exemplo, KT361, KT203, KT209, KT503, KT3107 e outros. Como VT3 - germânio P213-P215 ou silício mais moderno de alta potência e baixa frequência KT814, KT816, KT818 e outros. Ao substituir o VT1, pode acontecer que a proteção contra curto-circuito não funcione. Então você deve conectar outro diodo (ou dois, se necessário) em série com VD5. Se o VT1 for feito de silício, é melhor usar diodos de silício, por exemplo, KD209(A-B).

Concluindo, é importante notar que em vez dos transistores p-n-p indicados no diagrama, podem ser usados ​​​​transistores n-p-n com parâmetros semelhantes (não em vez de qualquer um dos VT1-VT3, mas em vez de todos eles). Então você precisará alterar as polaridades dos diodos, diodo zener, capacitores e ponte de diodos. Na saída, respectivamente, a polaridade da tensão será diferente.

Lista de radioelementos

Muitas unidades caseiras têm a desvantagem de não terem proteção contra polaridade reversa de energia. Mesmo uma pessoa experiente pode confundir inadvertidamente a polaridade da fonte de alimentação. E há uma grande probabilidade de que depois disso o carregador fique inutilizável.

Este artigo discutirá 3 opções para proteção contra polaridade reversa, que funcionam perfeitamente e não requerem nenhum ajuste.

Opção 1

Esta proteção é a mais simples e difere de outras semelhantes por não utilizar transistores ou microcircuitos. Relés, isolamento de diodo - são todos os seus componentes.

O esquema funciona da seguinte maneira. O sinal negativo no circuito é comum, então o circuito positivo será considerado.

Se não houver bateria conectada à entrada, o relé estará no estado aberto. Quando a bateria está conectada, o positivo é fornecido através do diodo VD2 ao enrolamento do relé, como resultado o contato do relé fecha e a corrente de carga principal flui para a bateria.

Ao mesmo tempo, o indicador LED verde acende, indicando que a conexão está correta.

E se você remover a bateria agora, haverá tensão na saída do circuito, pois a corrente do carregador continuará fluindo através do diodo VD2 até o enrolamento do relé.

Se a polaridade da conexão for invertida, o diodo VD2 será bloqueado e nenhuma energia será fornecida ao enrolamento do relé. O relé não funcionará.

Neste caso, acenderá o LED vermelho, que foi intencionalmente conectado incorretamente. Isso indicará que a polaridade da conexão da bateria está incorreta.

O diodo VD1 protege o circuito da autoindução que ocorre quando o relé é desligado.

Se tal proteção for introduzida em , vale a pena usar um relé de 12 V. A corrente permitida do relé depende apenas da potência. . Em média, vale a pena usar um relé de 15 a 20 A.

Este esquema ainda não possui análogos em muitos aspectos. Protege simultaneamente contra inversão de energia e curto-circuito.

O princípio de funcionamento deste esquema é o seguinte. Durante a operação normal, o positivo da fonte de alimentação através do LED e do resistor R9 abre o transistor de efeito de campo, e o negativo através da transição aberta da “chave de campo” vai para a saída do circuito para a bateria.

Quando ocorre uma inversão de polaridade ou um curto-circuito, a corrente no circuito aumenta acentuadamente, resultando numa queda de tensão através do “interruptor de campo” e através do shunt. Essa queda de tensão é suficiente para acionar o transistor de baixa potência VT2. Abrindo, este último fecha o transistor de efeito de campo, fechando a porta ao terra. Ao mesmo tempo, o LED acende, pois a alimentação é fornecida pela junção aberta do transistor VT2.

Devido à sua alta velocidade de resposta, este circuito tem garantia de proteção para qualquer problema na saída.

O circuito é muito confiável em operação e pode permanecer protegido indefinidamente.

Este é um circuito particularmente simples, que dificilmente pode ser chamado de circuito, pois utiliza apenas 2 componentes. Este é um diodo e fusível poderosos. Esta opção é bastante viável e até utilizada em escala industrial.

A energia do carregador é fornecida à bateria através do fusível. O fusível é selecionado com base na corrente máxima de carga. Por exemplo, se a corrente for 10 A, será necessário um fusível de 12 a 15 A.

O diodo é conectado em paralelo e fechado durante a operação normal. Mas se a polaridade for invertida, o diodo abrirá e ocorrerá um curto-circuito.

E o fusível é o elo mais fraco desse circuito, que vai queimar no mesmo momento. Depois disso, você terá que alterá-lo.

O diodo deve ser selecionado de acordo com a ficha técnica com base no fato de que sua corrente máxima de curto prazo foi várias vezes maior que a corrente de combustão do fusível.

Este esquema não oferece 100% de proteção, pois houve casos em que o carregador queimou mais rápido que o fusível.

Resultado final

Do ponto de vista da eficiência, o primeiro esquema é melhor que os outros. Mas do ponto de vista da versatilidade e rapidez de resposta, a melhor opção é o esquema 2. Pois bem, a terceira opção é frequentemente utilizada em escala industrial. Este tipo de proteção pode ser visto, por exemplo, em qualquer rádio de carro.

Todos os circuitos, exceto o último, possuem função de autocura, ou seja, o funcionamento será restaurado assim que o curto-circuito for eliminado ou a polaridade da conexão da bateria for alterada.

Arquivos anexados:

Como fazer um Power Bank simples com suas próprias mãos: diagrama de um power bank caseiro

Esta é uma pequena unidade universal de proteção contra curto-circuito destinada ao uso em redes. Ele foi especialmente projetado para caber na maioria das fontes de alimentação sem modificar seus circuitos. O circuito, apesar da presença de um microcircuito, é muito fácil de entender. Salve-o em seu computador para vê-lo em tamanho melhor.

Para soldar o circuito você precisará de:

1. 1 - Amplificador operacional duplo TL082
2. 2 - diodo 1n4148
3. 1 - transistor tip122 NPN
4. 1 - BC558 Transistor PNP BC557, BC556
5. 1 - resistor 2700 ohms
6. Resistor de 1 - 1000 ohms
7. Resistor de 1 - 10 kohm
8. 1 - resistor 22 kom
9. 1 - potenciômetro 10 kohm
10. 1 - capacitor 470uF
11. 1 - capacitor 1 µF
12. 1 - interruptor normalmente fechado
13. 1 - relé modelo T74 "G5LA-14"

Conectando o circuito à fonte de alimentação

Aqui, um resistor de baixo valor é conectado em série com a saída da fonte de alimentação. Assim que a corrente começar a fluir através dele, haverá uma pequena queda de tensão e usaremos essa queda de tensão para determinar se a energia é resultado de uma sobrecarga ou de um curto-circuito. Este circuito é baseado em um amplificador operacional (amplificador operacional) incluído como comparador.

• Se a tensão na saída não inversora for maior do que na saída inversora, a saída será definida para um nível “alto”.
• Se a tensão na saída não inversora for menor do que na saída inversora, a saída será definida para um nível “baixo”.

É verdade que isso não tem nada a ver com o nível lógico de 5 volts dos microcircuitos convencionais. Quando o amplificador operacional estiver "alto", sua saída estará muito próxima do potencial positivo da tensão de alimentação, portanto, se a alimentação for de +12V, o "alto" estará próximo de +12V. Quando o amplificador operacional estiver "baixo". ", sua saída estará quase em tensão de alimentação negativa, portanto, próxima de 0 V.

Ao usar amplificadores operacionais como comparadores, geralmente temos um sinal de entrada e uma tensão de referência para comparar esse sinal de entrada. Portanto temos um resistor com tensão variável que é determinada em função da corrente que passa por ele e da tensão de referência. Este resistor é a parte mais importante do circuito. Está conectado em série com a potência de saída. Você precisa selecionar um resistor que tenha uma queda de tensão de aproximadamente 0,5 ~ 0,7 volts quando houver uma sobrecarga de corrente passando por ele. A corrente de sobrecarga ocorre quando o circuito de proteção opera e fecha a saída de energia para evitar danos a ela.

Você pode selecionar um resistor usando a lei de Ohm. A primeira coisa a determinar é a sobrecorrente da fonte de alimentação. Para fazer isso, você precisa saber a corrente máxima permitida da fonte de alimentação.

Digamos que sua fonte de alimentação possa produzir 3 amperes (a voltagem da fonte de alimentação não importa). Então, obtivemos P = 0,6 V / 3 A. P = 0,2 Ohm. A próxima coisa que você deve fazer é calcular a dissipação de potência neste resistor usando a fórmula: P=V*I. Se usarmos nosso último exemplo, obteremos: P = 0,6 V * 3 A. P = 1,8 W - um resistor de 3 ou 5 W será mais que suficiente.

Para fazer o circuito funcionar, será necessário aplicar tensão nele, que pode ser de 9 a 15 V. Para calibrar, aplique tensão na entrada inversora do amplificador operacional e gire o potenciômetro. Essa tensão aumentará ou diminuirá dependendo da direção que você virar. O valor precisa ser ajustado de acordo com o ganho do estágio de entrada de 0,6 Volts (algo em torno de 2,2 a 3 Volts se o seu estágio de amplificador for como o meu). Este procedimento leva algum tempo e o melhor método para calibração é o método científico de puxão. Pode ser necessário ajustar o potenciômetro para uma tensão mais alta para que a proteção não desarme durante picos de carga. Baixe o arquivo do projeto.