Блок живлення із захистом від короткого замикання. Регульований блок живлення із захистом Захист бп від кз на польовому транзисторі

У кожного радіоаматора, який регулярно займається конструюванням електронних пристроїв, думаю, є вдома регульований блок живлення. Штука дійсно зручна і корисна, без якого, випробувавши його в дії, стає важко. Дійсно, чи потрібно нам перевірити, наприклад світлодіод, то потрібно точно виставляти його робочу напругу, так як при значному перевищенні напруги, що подається на світлодіод, останній може просто згоріти. Також і з цифровими схемами, виставляємо вихідну напругу мультиметром 5 вольт, або будь-яке інше потрібне нам і вперед.

Багато радіоаматорів-початківців спочатку збирають простий регульований блок живлення, без регулювання вихідного струму і захисту від короткого замикання. Так було і зі мною, років 5 тому зібрав простий БП з регулюванням вихідної напруги від 0,6 до 11 вольт. Його схема наведена на малюнку нижче:

Але кілька місяців тому вирішив провести апгрейд цього блоку живлення та доповнити його схему невеликою схемою захисту від короткого замикання. Цю схему знайшов у одному з номерів журналу Радіо. При детальнішому вивченні з'ясувалося, що схема багато в чому нагадує наведену вище принципову схему, зібраного мною раніше блоку живлення. При короткому замиканні в схемі живлення світлодіод індикації КЗ гасне, сигналізуючи про це, і вихідний струм стає дорівнює 30 міліампер. Було вирішено, взявши частину цієї схеми доповнити свою, що зробив. Оригінал, схему з журналу Радіо, до якої входить доповнення, наводжу на малюнку нижче:

На наступному малюнку з'являється частина цієї схеми, яку потрібно буде зібрати.

Номінал деяких деталей, зокрема резисторів R1 та R2, потрібно перерахувати у бік збільшення. Якщо в когось залишилися питання, куди приєднувати проводи, що виходять, з цієї схеми, наведу наступний малюнок:

Ще доповню, що в схемі, незалежно, це буде перша схема, або схема з журналу Радіо необхідно поставити на виході, між плюсом і мінусом резистор 1 кОм. На схемі журналу Радіо це резистор R6. Далі залишилося протруїти плату та зібрати все разом у корпусі блоку живлення. Дзеркати плати у програмі Sprint Layoutне потрібно. Малюнок друкованої плати захисту від короткого замикання:

Приблизно місяць тому мені попалася на очі схема приставки регулятора вихідного струму, яку можна було використовувати разом із цим блоком живлення. взяв із цього сайту. Тоді зібрав цю приставку в окремому корпусі і вирішив підключати її за необхідності для заряджання акумуляторів тощо, де важливий контроль вихідного струму. Наводжу схему приставки, транзистор кт3107 замінив на кт361.

Але згодом спало на думку поєднати, для зручності, все це в одному корпусі. Відкрив корпус блоку живлення і подивився, місця залишилося обмаль, змінний резистор не поміститься. У схемі регулятора струму використовується потужний змінний резистор, що має чималі габарити. Ось як він виглядає:

Тоді вирішив просто з'єднати обидва корпуси на гвинти, зробивши з'єднання між платами проводами. Також поставив тумблер на два положення: вихід із регульованим струмом та нерегульованим. У першому випадку вихід з основної плати блоку живлення з'єднувався з входом регулятора струму, а вихід регулятора струму йшов на затискачі на корпусі блоку живлення, а в другому випадку затискачі з'єднувалися безпосередньо з виходом з основної плати блоку живлення. Комутувалося все це шести контактним тумблером на 2 положення. Наводжу малюнок друкованої плати регулятора струму:

На малюнку друкованої плати, R3.1 та R3.3 позначені висновки змінного резистора перший і третій, рахуючи зліва. Якщо хтось захоче повторити, наводжу схему підключення тумблера для комутації:

Друковані плати блоку живлення, схеми захисту та схеми регулювання струму прикріпив в архіві. Матеріал підготував AKV.

Сучасні потужні перемикальні транзистори мають дуже маленькі опори сток-витік у відкритому стані, це забезпечує мале падіння напруги при проходженні через цю структуру великих струмів. Ця обставина дозволяє використовувати такі транзистори в електронних запобіжниках.

Наприклад, транзистор IRL2505 має опір стік-витік, при напрузі витік-затвор 10В, всього 0,008 Ом. При струмі 10А кристалі такого транзистора виділятиметься потужність P=I² R; P = 1010 0,008 = 0,8Вт. Це говорить про те, що при даному струмі можна встановлювати транзистор без застосування радіатора. Хоча я завжди намагаюся ставити бодай невеликі тепловідведення. Це часто дозволяє захистити транзистор від теплового пробою при позаштатних ситуаціях. Цей транзистор застосований у схемі захисту, описаної у статті « ». При необхідності можна застосувати радіоелементи для поверхневого монтажу і зробити пристрій у вигляді невеликого модуля. Схема пристрою представлена ​​малюнку 1. Вона розраховувалася струм до 4А.

Схема електронного запобіжника

У даній схемі як ключ використаний польовий транзистор з р каналом IRF4905, що має опір у відкритому стані 0,02 Ом, при напрузі на затворі = 10В.

У принципі, цією величиною обмежується і мінімальна напруга живлення даної схеми. При струмі стоку, що дорівнює 10А, на ньому виділятиметься потужність 2 Вт, що спричинить необхідність встановлення невеликого тепловідведення. Максимальна напруга затвор-витік у цього транзистора дорівнює 20В, тому для запобігання пробою структури затвор-витік, в схему введений стабілітрон VD1, в якості якого можна застосувати будь-який стабілітрон з напругою стабілізації 12 вольт. Якщо напруга на вході схеми буде менше 20В то стабілітрон зі схеми можна видалити. У разі встановлення стабілітрону, можливо, знадобиться корекція величини резистора R8. R8 = (Uпіт - Uст) / Iст; Де Uпіт – напруга на вході схеми, Uст – напруга стабілізації стабілітрона, Iст – струм стабілітрона. Наприклад, Uпіт = 35В, Uст = 12В, Iст = 0,005А. R8 = (35-12) / 0,005 = 4600 Ом.

Перетворювач струм - напруги

Як датчик струму в схемі застосований резистор R2, щоб зменшити потужність, що виділяється на цьому резисторі, його номінал обраний всього в одну соту Ома. При використанні SMD елементів можна скласти з 10 резисторів по 0,1 Ом типорозміру 1206, що мають потужність 0,25Вт. Застосування датчика струму з таким малим опір спричинило застосування підсилювача сигналу з цього датчика. Як підсилювач застосований ОУ DA1.1 мікросхеми LM358N.

Коефіцієнт посилення цього підсилювача дорівнює (R3 + R4)/R1 = 100. Таким чином, з датчиком струму, що має опір 0,01 Ом, коефіцієнт перетворення даного перетворювача струм - напруги дорівнює одиниці, тобто. одному амперу струму навантаження дорівнює напруга величиною 1В на виході 7DA1.1. Коригувати Кус можна резистором R3. При зазначених номіналах резисторів R5 та R6, максимальний струм захисту можна встановити в межах… . Зараз порахуємо. R5 + R6 = 1 + 10 = 11кОм. Знайдемо струм, що протікає через цей дільник: I = U/R = 5А/11000 Ом = 0,00045А. Звідси, максимальна напруга, яку можна виставити на виводі 2 DA1, дорівнюватиме U = I x R = 0,00045А x 10000Ом = 4,5 B. Таким чином, максимальний струм захисту дорівнюватиме приблизно 4,5А.

Компаратор напруги

На другому ОУ, що входить до складу цієї МС, зібраний компаратор напруги. На інвертуючий вхід цього компаратора подана регульована резистором R6 опорна напруга зі стабілізатора DA2. На неінвертуючий вхід 3 DA1.2 подається посилена напруга датчика струму. Навантаженням компаратора служить послідовний ланцюг, світлодіод оптрона і регулювальний резистор R7, що гасить. Резистором R7 виставляють струм, що проходить через цей ланцюг, близько 15 мА.

Робота схеми

Працює схема в такий спосіб. Наприклад, при струмі навантаження 3А, на датчику струму виділиться напруга 0,01 х 3 = 0,03В. На виході підсилювача DA1.1 буде напруга, що дорівнює 0,03 х 100 = 3в. Якщо в даному випадку на вході 2 DA1.2 присутня опорна напруга виставлена ​​резистором R6 менше трьох вольт, то на виході компаратора 1 з'явиться напруга близька до напруги живлення ОУ, тобто. п'ять вольт. В результаті засвітяться світлодіод оптрону. Відкриється тиристор оптрона і зашунтує затвор польового транзистора з його початком. Транзистор закриється та відключить навантаження. Повернути схему у вихідний стан можна кнопкою SB1 або вимкненням та повторним включенням БП.

Дана схема є найпростішим блоком живлення на транзисторах, обладнаним захистом від короткого замикання (КЗ). Його схема представлена ​​малюнку.

Основні параметри:

• Вихідна напруга – 0..12В;
• Максимальний вихідний струм – 400 мА.

Схема працює в такий спосіб. Вхідна напруга мережі 220В перетворюється трансформатором 16-17В, потім випрямляється діодами VD1-VD4. Фільтрування пульсацій випрямленої напруги здійснюється конденсатором С1. Далі випрямлена напруга надходить на стабілізатор VD6, який стабілізує напругу на своїх висновках до 12В. Залишок напруги гаситься на резисторі R2. Далі здійснюється регулювання напруги змінним резистором R3 до необхідного рівня не більше 0-12В. Потім слідує підсилювач струму на транзисторах VT2 і VT3, який посилює струм до рівня 400 мА. Навантаженням підсилювача струму служить резистор R5. Конденсатор С2 додатково фільтрує пульсацію вихідної напруги.

Захист працює так. За відсутності КЗ на виході напруга на виводах VT1 близько до нуля транзистор закритий. Ланцюг R1-VD5 забезпечує зміщення на його базі на рівні 0,4-0,7 (падіння напруги на відкритому p-n переході діода). Цього зміщення достатньо для відкриття транзистора за певного рівня напруги колектор-емітер. Як тільки на виході відбувається коротке замикання, напруга колектор-емітер стає відмінним від нульового і рівним напрузі на виході блоку. Транзистор VT1 відкривається, і опір колекторного переходу стає близьким до нуля, а, значить, і на стабілітроні. Таким чином, на підсилювач струму надходить нульова вхідна напруга, через транзистори VT2, VT3 протікатиме дуже маленький струм, і вони не вийдуть з ладу. Захист відключається відразу при усуненні КЗ.

Деталі

Трансформатор може бути будь-який з площею перерізу сердечника 4 см 2 і більше. Первинна обмотка містить 2200 витків дроту ПЕВ-0,18, вторинна - 150-170 витків дроту ПЕВ-0,45. Підійде готовий трансформатор кадрової розгортки від старих лампових телевізорів серії ТВК110Л2 або подібний. Діоди VD1-VD4 можуть бути Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л або будь-які струм не менше 1 А і зворотна напруга не менше 55 В. Транзистори VT1, VT2 можуть бути будь-які низькочастотні малопотужні, наприклад, МП39-МП42. Можна використовувати і більш сучасні кремнієві транзистори, наприклад, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 та інші. Як VT3 - германієві П213-П215 або більш сучасні потужні кремнієві низькочастотні КТ814, КТ816, КТ818 та інші. При заміні VT1 може виявитися, що захист від КЗ не працює. Тоді слід послідовно з VD5 включити ще один діод (або два, якщо потрібно). Якщо VT1 буде кремнієвим, то і діоди краще застосовувати кремнієві, наприклад, КД209(А-В).

На закінчення варто зазначити, що замість зазначених на схемі p-n-p транзистори можна застосовувати і аналогічні за параметрами транзистори n-p-n (не замість будь-якого з VT1-VT3, а замість усіх з них). Тоді необхідно буде змінити полярності включення діодів, стабілітрона, конденсаторів, діодного мосту. На виході відповідно полярність напруги буде інша.

Список радіоелементів

Багато саморобних блоків мають такий недолік, як відсутність захисту від переполюсування живлення. Навіть досвідчена людина може через неуважність переплутати полярність харчування. І є велика ймовірність, що після цього зарядний пристрій прийде в непридатність.

У цій статті буде розглянуто 3 варіанти захисту від переполюсування, які працюють безвідмовно та не вимагають жодної налагодження.

Варіант 1

Цей захист найбільш простий і відрізняється від аналогічних тим, що в ньому не використовуються жодні транзистори або мікросхеми. Реле, діодна розв'язка – і всі її компоненти.

Працює схема в такий спосіб. Мінус у схемі загальний, тому буде розглянуто плюсовий ланцюг.

Якщо акумулятор не підключений, реле знаходиться в розімкнутому стані. При підключенні акумулятора плюс надходить через діод VD2 на обмотку реле, внаслідок чого контакт реле замикається і основний струм заряду протікає на акумулятор.

Одночасно спалахує зелений світлодіодний індикатор, що свідчить про те, що підключення правильне.

І якщо тепер прибрати акумулятор, то на виході схеми буде напруга, оскільки струм від зарядного пристрою буде надходити через діод VD2 на обмотку реле.

Якщо переплутати полярність підключення, діод VD2 виявиться замкнений і на обмотку реле не надійде живлення. Реле не спрацює.

У цьому випадку спалахне червоний світлодіод, який навмисне підключений неправильним чином. Він свідчитиме про те, що порушена полярність підключення акумулятора.

Діод VD1 захищає ланцюг від самоіндукції, що виникає при відключенні реле.

У разі впровадження такого захисту , варто взяти реле на 12 В. Допустимий струм реле залежить тільки від потужності . У середньому варто використовувати реле на 15-20 А.

Ця схема досі не має аналогів за багатьма параметрами. Вона одночасно захищає і від переполюсування живлення, і від короткого замикання.

Принцип роботи цієї схеми є наступним. При нормальному режимі роботи плюс джерела живлення через світлодіод і резистор R9 відкриває польовий транзистор, і мінус через відкритий перехід «польовика» надходить на вихід схеми до акумулятора.

При переполюсуванні або короткому замиканні струм у ланцюзі різко зростає, внаслідок чого утворюється падіння напруги на «польовику» та на шунті. Таке падіння напруга достатньо спрацьовування малопотужного транзистора VT2. Відкриваючись, останній замикає польовий транзистор, замикаючи затвор із масою. Одночасно спалахує світлодіод, оскільки живлення для нього забезпечується відкритим переходом транзистора VT2.

Через високу швидкість реагування ця схема гарантовано захистить за будь-якої проблеми на виході.

Схема дуже надійна у роботі і здатна залишатися у стані захисту нескінченно довгий час.

Це особливо проста схема, яку навіть схемою важко назвати, оскільки в ній використано лише 2 компоненти. Це потужний діод та запобіжник. Цей варіант цілком життєздатний і навіть застосовується у промислових масштабах.

Живлення із зарядного пристрою через запобіжник надходить на акумулятор. Запобіжник підбирається, виходячи з максимального струму зарядки. Наприклад, якщо струм 10 А, запобіжник потрібен на 12-15 А.

Діод підключений паралельно та закритий при нормальній роботі. Але якщо переплутати полярність, діод відкриється і станеться коротке замикання.

А запобіжник – це слабка ланка в цій схемі, яка згорить у ту саму мить. Його після цього доведеться міняти.

Діод слід підбирати по даташиту виходячи з того, що його максимальний короткочасний струм був у кілька разів більший за струм згоряння запобіжника.

Така схема не забезпечує стовідсотковий захист, оскільки траплялися випадки, коли зарядний пристрій згоряло швидше запобіжника.

Підсумок

З погляду ККД, перша схема краща за інші. Але з погляду універсальності та швидкості реагування, найкращий варіант – це схема 2. Ну а третій варіант часто застосовується у промислових масштабах. Такий варіант захисту можна побачити, наприклад, на будь-якому автомагнітолі.

Усі схеми, крім останньої, мають функцію самовідновлення, тобто робота відновиться, як тільки буде прибрано коротке замикання або зміниться полярність підключення акумулятора.

Прикріплені файли:

Як зробити простий Повір Банк своїми руками: схема саморобного power bank

Це невеликий блок універсального захисту від короткого замикання, що призначений для використання в мережевих мережах. Вона спеціально розроблена так, щоб вписатися в більшість блоків живлення без переробки їхньої схеми. Схема, незважаючи на наявність мікросхеми, дуже проста для розуміння. Збережіть її на комп'ютер, щоб побачити у кращому розмірі.

Щоб спаяти схему вам знадобиться:

1. 1 - TL082 здвоєний ОУ
2. 2 - 1n4148 діод
3. 1 - tip122 транзистор NPN
4. 1 - BC558 транзистор PNP BC557, BC556
5. 1 - резистор 2700 ом
6. 1 - резистор 1000 ом
7. 1 - резистор 10 кому
8. 1 - резистор 22 кому
9. 1 - потенціометр 10 кому
10. 1 - конденсатор 470 мкф
11. 1 - конденсатор 1 мкф
12. 1 - нормально закритий вимикач
13. 1 - реле моделі Т74 "G5LA-14"

Підключення схеми до БП

Тут резистор з низьким значенням опору послідовно з'єднаний з виходом джерела живлення. Як тільки струм починає текти через нього, з'явиться невелике падіння напруги і ми будемо використовувати це падіння напруги, щоб визначити, чи є живлення результатом перевантаження чи короткого замикання. В основі цієї схеми операційний підсилювач (ОУ) включений як компаратор.

• Якщо напруга на неинвертирующем виході вище, ніж інвертує, то виході встановлюється " високий " рівень.
• Якщо напруга на неинвертирующем вихід нижче, ніж інвертує, то виході встановлюється " низький " рівень.

Правда це не має нічого спільного з логічним 5-вольтовим рівнем звичайних мікросхем. Коли ОУ знаходиться у "високому рівні", його вихід буде дуже близьким до позитивного потенціалу напруги живлення, тому, якщо живлення +12 В, "високий рівень" буде наближатися до +12 В. Коли ОУ знаходиться в "низькому рівні", його вихід буде майже на мінусі напруги живлення, тому близько до 0 В.

При використанні ОУ як компараторів, ми зазвичай маємо вхідний сигнал та опорну напругу для порівняння цього вхідного сигналу. Отже, у нас є резистор із змінною напругою, яка визначається відповідно до струму, що тече через нього та опорною напругою. Цей резистор є найважливішою частиною схеми. Він підключений послідовно із харчуванням вихідного. Вам необхідно вибрати резистор, падіння напруги на якому становить приблизно 0.5-0.7 вольт при перевантаженні струму, що проходить через нього. Струм перевантаження з'являється в той момент, коли схема захисту спрацьовує та закриває вихід живлення для запобігання пошкодженням на ньому.

Ви можете вибрати резистор, використовуючи закон Ома. Перше, що потрібно визначити, є навантаження струмом блоку живлення. Для цього потрібно знати максимальний допустимий струм блоку живлення.

Допустимо, ваш блок живлення може видати 3 ампери (при цьому напруга блоку живлення не має значення). Отже, ми отримали Р = 0,6 В/3 А. Р = 0.2 Ом. Наступне, що ви повинні зробити, це розрахувати потужність, що розсіюється, на цьому резисторі за формулою: Р=V*I. Якщо ми використовуємо наш останній приклад, то отримаємо: Р = 0.6 * 3 А. Р = 1,8 Вт - 3 або 5 Вт резистора буде більш ніж достатньо.

Щоб змусити працювати схему, ви повинні подати на неї напругу, яка може бути від 9 до 15 В. Для калібрування подайте напругу на інвертуючий вхід ОУ і поверніть потенціометр. Ця напруга збільшуватиметься або зменшуватиметься залежно від сторони, куди ви повертаєте її. Значення необхідно скоригувати відповідно до коефіцієнта посилення вхідного каскаду 0.6 Вольт (щось близько 2.2 до 3 вольт якщо ваш підсилювальний каскад схожий на мій). Ця процедура займає деякий час, і найкращий спосіб для калібрування це метод наукового тику. Вам може знадобитися налаштувати вищу напругу на потенціометрі, так щоб захист не спрацьовував на піках навантаження. Завантажити файл проекту.