Современные мощные переключательные транзисторы имеют очень маленькие сопротивления сток-исток в открытом состоянии, это обеспечивает малое падение напряжения при прохождении через эту структуру больших токов. Это обстоятельство позволяет использовать такие транзисторы в электронных предохранителях.
Например, транзистор IRL2505 имеет сопротивление сток-исток, при напряжении исток-затвор 10В, всего 0,008 Ом. При токе 10А на кристалле такого транзистора будет выделяться мощность P=I² R; P = 10 10 0,008 = 0,8Вт. Это говорит о том, что при данном токе транзистор можно устанавливать без применения радиатора. Хотя я всегда стараюсь ставить хотя бы небольшие теплоотводы. Это во многих случаях позволяет защитить транзистор от теплового пробоя при внештатных ситуациях. Этот транзистор применен в схеме защиты описанной в статье « ». При необходимости можно применить радиоэлементы для поверхностного монтажа и сделать устройство виде небольшого модуля. Схема устройства представлена на рисунке 1. Она рассчитывалась на ток до 4А.
Схема электронного предохранителя
В данной схеме в качестве ключа использован полевой транзистор с р каналом IRF4905, имеющий сопротивление в открытом состоянии 0,02 Ом, при напряжении на затворе = 10В.
В принципе этой величиной ограничивается и минимальное напряжение питания данной схемы. При токе стока, равном 10А, на нем будет выделяться мощность 2 Вт, что повлечет за собой необходимость установки небольшого теплоотвода. Максимальное напряжение затвор-исток у этого транзистора равно 20В, поэтому для предотвращения пробоя структуры затвор-исток, в схему введен стабилитрон VD1, в качестве которого можно применить любой стабилитрон с напряжение стабилизации 12 вольт. Если напряжение на входе схемы будет менее 20В, то стабилитрон из схемы можно удалить. В случае установки стабилитрона, возможно, потребуется коррекция величины резистора R8. R8 = (Uпит — Uст)/Iст; Где Uпит – напряжение на входе схемы, Uст – напряжение стабилизации стабилитрона, Iст – ток стабилитрона. Например, Uпит = 35В, Uст = 12В, Iст = 0,005А. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ом.
Преобразователь ток — напряжения
В качестве датчика тока в схеме применен резистор R2, чтобы уменьшить мощность, выделяющуюся на этом резисторе, его номинал выбран всего в одну сотую Ома. При использовании SMD элементов его можно составить из 10 резисторов по 0,1 Ом типоразмера 1206, имеющих мощность 0,25Вт. Применение датчика тока с таким малым сопротивление повлекло за собой применение усилителя сигнала с этого датчика. В качестве усилителя применен ОУ DA1.1 микросхемы LM358N.
Коэффициент усиления этого усилителя равен (R3 + R4)/R1 = 100. Таким образом, с датчиком тока, имеющим сопротивление 0,01 Ом, коэффициент преобразования данного преобразователя ток – напряжения равен единице, т.е. одному амперу тока нагрузки равно напряжение величиной 1В на выходе 7 DA1.1. Корректировать Кус можно резистором R3. При указанных номиналах резисторов R5 и R6, максимальный ток защиты можно установить в пределах… . Сейчас посчитаем. R5 + R6 = 1 + 10 = 11кОм. Найдем ток, протекающий через этот делитель: I = U/R = 5А/11000Ом = 0,00045А. Отсюда, максимальное напряжение, которое можно выставить на выводе 2 DA1, будет равно U = I x R = 0,00045А x 10000Ом = 4,5 B. Таким образом, максимальный ток защиты будет равен примерно 4,5А.
Компаратор напряжения
На втором ОУ, входящем в состав данной МС, собран компаратор напряжения. На инвертирующий вход этого компаратора подано регулируемое резистором R6 опорное напряжение со стабилизатора DA2. На неинвертирующий вход 3 DA1.2 подается усиленное напряжение с датчика тока. Нагрузкой компаратора служит последовательная цепь, светодиод оптрона и гасящий регулировочный резистор R7. Резистором R7 выставляют ток, проходящий через эту цепь, порядка 15 мА.
Работа схемы
Работает схема следующим образом. Например, при токе нагрузки в 3А, на датчике тока выделится напряжение 0,01 х 3 = 0,03В. На выходе усилителя DA1.1 будет напряжение, равное 0,03В х 100 = 3В. Если в данном случае на входе 2 DA1.2 присутствует опорное напряжение выставленное резистором R6, меньше трех вольт, то на выходе компаратора 1 появится напряжение близкое к напряжению питания ОУ, т.е. пять вольт. В результате засветятся светодиод оптрона. Откроется тиристор оптрона и зашунтирует затвор полевого транзистора с его истоком. Транзистор закроется и отключит нагрузку. Вернуть схему в исходное состояние можно кнопкой SB1 или выключением и повторным включением БП.
Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания. Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.
В этой статье будет рассмотрено 3 варианта защит от переполюсовки , которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.
Вариант 1
Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.
Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.
Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.
Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.
И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.
Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.
В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.
Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.
В случае внедрения такой защиты в , стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности . В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.
Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.
Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.
При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.
Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит при любой проблеме на выходе.
Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.
Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.
Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.
Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.
А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.
Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.
Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.
Итог
С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.
Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.
Прикрепленные файлы:
Как сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank
Простейшая защита от короткого замыкания актуальна как для опытного, так и для начинающего радиолюбителя, так как от ошибок не застрахован никто. В этой статье приведено простую, но весьма оригинальную схему, которая поможет вам уберечь ваше устройство от не желательного выхода из строя. Самовосстанавливающийся предохранитель обесточивает схему, а светодиоды сигнализируют об аварийной ситуации, быстро, надёжно и просто.
Схема защиты от КЗ:
Схема, приведённая на рисунке №1, является весьма простой в настройке защитой для радиолюбительского блока питания или любой другой схемы.
Рисунок №1 – Схема защиты от коротко замыкания.
Работа схемы защиты от короткого замыкания:
Схема весьма простая, и понятная. Так как ток течёт по пути наименьшего сопротивления пока предохранитель FU1 цел, то подключена выходная нагрузка Rн рисунок №2 и через неё протекает ток. При этом постоянно горит светодиод VD4 (желательно зелёного цвета свечения).
Рисунок №2 – Работа схемы при целом предохранителе
Если же ток нагрузки, превышает максимальный ток допустимый для предохранителя, он срабатывает тем самым разрывая (шунтируя) цепь нагрузки рисунок №3. При этом загорается светодиод VD3 (красного цвета свечения) а VD4 гаснет. При этом не страдает и ваша нагрузка ни схема (конечно при условии своевременно срабатывания предохранителя).
Рисунок №3 – Сработал предохранитель
Диоды VD1,VD5 и стабилитрон VD2, защищают светодиоды от обратных токов. Резисторы R1,R2 ограничивают ток в схеме защиты. В качестве предохранителя FU1 я рекомендую использовать самовосстанавливающийся предохранитель. А номиналы всех элементов схемы вы подбираете в зависимости от ваших потребностей.
Представленные ниже радиолюбительские схемы защиты блоков питания или зарядных устройств могут совместно работать практически с любыми источниками - сетевыми, импульсными и аккумуляторными батареями. Схемотехническая реализация этих конструкция относительна проста и доступна для повторения даже начинающим радиолюбителем.
Силовая часть выполнена на мощном полевом транзистор. В процессе работы он не перегревается, поэтому теплоотвод можно не использовать. Устройство одновременно является отлично защитой от переплюсовки, перегрузки и короткого замыкания в выходной цепи, ток срабатывания можно подобрать подбором резистора шунта, в нашем случае он составляет 8 Ампер, использовано 6 параллельно подключенных сопротивлений мощностью 5 ватт 0,1 Ом. Шунт можно сделать также из сопротивления мощностью 1-3 ватт.
Более точно защиту можно подстроить путем регулировки сопротивления подстроечного резистора. При коротком замыкании и перегрузке на выходе, защита почти сразу сработает, отключив блок питания. О сработавшей защите подскажет светодиод. Даже при замыкании выхода на 30-40 секунд, полевик остается почти холодным. Его тип не критичен, подойдут практически любые силовые ключи с током 15-20 Ампер на рабочее напряжение 20-60 Вольт. Отлично подойдут транзисторы из серии IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные.
Данный вариант схемы будет полезен автолюбителям в роли защиты зарядного устройства для свинцовых аккумуляторов, если вдруг перепутаете полярность подсоединения, то с ЗУ ничего страшного не случится.
Благодаря быстрому срабатыванию защиты, ее можно отлично использовать для импульсных схем, при коротком замыкании защита сработает гораздо быстрее, чем перегорят силовые ключи импульсного БП. Конструкция подойдет также для импульсных инверторов, в роли токовой защиты.
Защита от короткого замыкания на MOSFET-транзисторе |
Если в ваших блоках питания и ЗУ для переключения нагрузки используется полевой транзистор (MOSFET), то вы можете легко добавить в такую схему защиту от короткого замыкания или перегрузки. В данном примере мы будем применять внутреннее сопротивление RSD, на котором возникает падение напряжения, пропорциональное току, идущему через MOSFET.
Напряжение, следующее через внутренний резистор, может регистрироваться с помощью компаратора или даже транзистора, переключающегося при напряжении уровнем от 0.5 В, т.е, можно отказаться от применения токочувствительного сопротивления (шунта), на котором обычно возникает излишек напряжения. За компаратором можно следить с помощью микроконтроллера. В случае КЗ или перегрузки программно можно запустить ШИМ-регулирование, сигнализацию, аварийную остановку). Возможно также подсоединение выхода компаратора к затвору полевого транзистора, если при возникновении КЗ нужно сразу же отключить полевик.
Блок питания с системой защиты от КЗ |
Практически каждый в своей жизни сталкивался с коротким замыканием. Но чаще всего оно происходило так: вспышка, хлопок и всё. Так происходило лишь потому, что была защита от короткого замыкания.
Устройство защиты от короткого замыкания
Устройство может быть электронным, электромеханическим или простым предохранителем. Электронные устройства в основном применяются в сложных электронных приборах, и мы рассматривать в рамках этой статьи их не будем. Остановимся на предохранителях и электромеханических устройствах. Для защиты бытовой электросети сначала применялись предохранители. Мы привыкли их видеть в виде «пробок» в электрощите.
Их было несколько типов, но вся защита сводилась к тому, что внутри этой «пробки» находился тонкий медный проводок, который перегорал, когда происходило короткое замыкание. Нужно было бежать в магазин, покупать предохранитель или хранить дома, возможно, не скоро потребующийся запас предохранителей. Это было неудобно. И на свет появились автоматические выключатели, которые сначала выглядели тоже как «пробки».
Это был простейший электромеханический автоматический выключатель. Выпускались они на разные токи, но максимальным значением было 16 ампер. Вскоре потребовались более высокие значения, да и технический прогресс позволил выпускать автоматы такими, какими мы сейчас их видим в большинстве электрических щитков наших домов.
Как же нас защищает автомат?
В нем стоит два типа защиты. Один тип основан на индукции, второй на нагреве. Короткое замыкание характеризуется большим током, который протекает по короткозамкнутой цепи. Автомат устроен таким образом, что ток протекает через биметаллическую пластину и катушку индуктивности. Так вот, когда большой ток протекает через автомат, в катушке возникает сильный магнитный поток, который приводит в движение механизм расцепителя автомата. Ну а биметаллическая пластина предназначена для протекания номинального тока. Когда ток протекает по проводам, он всегда вызывает нагрев. Но мы часто этого не замечаем, потому что тепло успевает рассеяться и нам кажется, что провода не нагреваются. Биметаллическая пластина состоит из двух металлов с разными свойствами. При нагреве эти оба металла деформируются (расширяются), но поскольку один металл расширяется сильнее, чем другой, пластина начинает изгибаться. Пластина подбирается таким образом, чтобы при превышении номинального значения автомата, за счет изгиба, она приводила в действие механизм расцепителя. Таким образом, получается, что одна защита (индуктивная) работает на токи короткого замыкания, а вторая на токи, длительно протекающие по кабелю. Поскольку токи короткого замыкания носят стремительный характер и протекают в сети короткий промежуток времени, биметаллическая пластина не успевает нагреться до такой степени, чтобы деформироваться и отключить автомат.
Схема защиты от короткого замыкания
По сути, ничего сложного в этой схеме нет. В цепь устанавливается , который отключает либо фазный провод, либо сразу всю цепь. Но есть нюансы. Остановимся на них подробнее.
- Нельзя ставить отдельные автоматы в цепь фазы и цепь нуля. По одной простой причине. Если вдруг при коротком замыкании отключится нулевой автомат, то вся электросеть будет под напряжением, потому что фазный автомат останется включенным.
- Нельзя устанавливать провод меньшего сечения, чем позволяет автомат. Очень часто в квартирах со старой проводкой, чтобы увеличить мощность, ставят более мощные автоматы… Увы, это и является самой частой причиной коротких замыканий. Вот что происходит в таких случаях. Предположим, для наглядности, имеется провод, медный, сечением 1,5 кв.мм, который способен выдерживать ток до 16 А. На него ставится автомат 25А. К этой сети мы включаем нагрузку, скажем 4,5 кВт, по проводу потечет ток 20,5 ампер. Провод начнет сильно разогреваться, но автомат не отключит сеть. Как вы помните, у автомата два типа защиты. Защита от короткого замыкания еще не работает, потому что короткого замыкания нет, а защита по номинальному току сработает при значении, превышающем 25 ампер. Вот и получается, что провод сильно разогревается, начинает плавиться изоляция, но автомат не срабатывает. В конце концов, происходит пробой изоляции и появляется короткое замыкание и срабатывает, наконец-то автомат. Но что бы получаете? Линией больше пользоваться нельзя, ее необходимо заменить. Это несложно, если провода проложены открытым способом. Но если они скрыты в стене? Новый ремонт вам обеспечен.
- Если алюминиевой проводке более 15, а медной более 25 лет, а вы собираетесь делать ремонт – однозначно меняйте на новую проводку. Несмотря на вложения это сэкономит вам деньги. Представьте, что вы уже сделали ремонт, а в какой-нибудь распаечной коробке оказался плохой контакт? Это если говорить о медном проводе (у которого, как правило, стареет только изоляция или места соединений со временем окисляются или ослабевают, затем начинают греться, что еще быстрее приводит к разрушению скрутки). Если же говорить об алюминиевом проводе, то все еще хуже. Алюминий очень пластичный металл. При колебаниях температур сжатие и расширение провода довольно значительны. И если в проводе была микротрещинка (заводской брак, технологический брак), то со временем она увеличивается, а когда она становится довольно большой, а значит провод в этом месте тоньше, то при протекании тока этот участок начинает разогреваться и остывать, что только ускоряет процесс. Поэтому, даже если вам кажется, что с проводкой все нормально: «Ведь работала же до этого!», — лучше, все таки поменять.
- Распаечные коробки. Об этом есть статьи, но вкратце я здесь по ним пройдусь. НИКОГДА НЕ ДЕЛАЙТЕ СКРУТОК!!! Даже при условии, что вы хорошо их сделаете, это скрутка. Металл имеет свойство сжиматься и расширяться под воздействием температуры, и скрутка ослабевает. Старайтесь не использовать винтовые зажимы по той же причине. Винтовые зажимы можно использовать в открытой проводке. Тогда, по крайней мере, вы сможете периодически смотреть в коробки и проверять состояние проводки. Лучше всего подойдут для этой цели винтовые зажимы типа «СИЗ», или клеммные соединения типа «WAGO», для силовой проводки лучше всего подойдут винтовые зажимы типа «Орех» (у таких зажимов две пластины, которые стягиваются четырьмя винтами, посередине еще одна пластина, т.е. с помощью таких зажимов можно соединять медные и алюминиевые провода). Оставляйте запас зачищенного провода минимум 15 см. Это преследует две цели: если плохой контакт скрутки, провод успевает рассеивать тепло, ну и у вас есть возможность в случае чего переделать скрутку. Провода старайтесь располагать таким образом, чтобы между фазным и нулевым с заземляющим не было перехлестов. Провода могут перекрещиваться, но не лежать друг на друге. Старайтесь скрутки располагать таким образом, чтобы фазный провод был в одной стороне, а нулевой и заземляющий в другой.
- Не соединяйте непосредственно медный и алюминиевый провода. Либо используйте клеммники «WAGO», либо сжимы «Орех». Это особенно актуально касается проводов, предназначенных для подключения электрических плит. Обычно, когда делают ремонт и переносят розетку для плит, наращивают кабель. Очень часто это алюминиевые провода, которые наращивают медным.
- Немного особенный. Не экономьте на выключателях, розетках (особенно для электрических плит). Дело в том, что в нынешнее время найти хорошие розетки для электрических плит найти довольно сложно (я говорю о маленьких городах), поэтому лучше всего либо пользоваться сжимами «Орех» У739М, либо найти хорошую розетку.
- При затягивании клемм на розетках, делайте это покрепче, но не сорвите резьбу, если же это произошло, лучше поменяйте розетку сразу, не надейтесь на «авось».
- При укладке новой электрической трассы пользуйтесь нормативами: 10-15 см от углов, потолка, стен (по полу), косяков, оконных рам, пола (по стене). Этим вы себя обезопасите при установке, к примеру, подвесных потолков или плинтусов, которые крепят с помощью дюбелей, для которых надо пробить отверстие. Если же провод находится в углу между полом и стеной, очень легко попасть в провод. Все провода должны располагаться строго горизонтально или вертикально. Так вам будет проще понять, где можно продолбить новую дырку, если вдруг потребуется повесить полку или картину или телевизор.
- Не соединяйте шлейфом (от одной к другой) более 4 розеток. На кухне вообще не рекомендую соединять больше двух, особенно там, где планируется в одном месте пользование духовым шкафом, чайником, посудомоечной машиной и микроволновкой.
- На духовой шкаф лучше всего прокладывать отдельную линию или подключать его к линии, от которой питается варочная поверхность (ибо очень часто они потребляют около 3 кВт.) Не каждая розетка способна выдержать такую нагрузку, да если еще к ней будет подключен еще один мощный потребитель (например, чайник), вы рискуете получить короткое замыкание из-за сильного нагрева соединения в розетке шлейфом.
- Старайтесь не использовать удлинители для включения мощных электроприборов, как например масляные обогреватели, или используйте удлинители известных производителей, а не китайских «no name». Внимательно читайте, какую мощность способен запитать данный удлинитель, и не используйте его, если на нем стоит меньшая мощность, чем вам нужно запитать. При использовании удлинителя, старайтесь избегать скрученного в моток провода. Если провод просто лежит, то успевает рассеять тепло. Если же провод скрутить, то тепло не успевает рассеяться и провод начинает ощутимо нагреваться, что тоже может привести к короткому замыканию.
- Не включайте в одну розетку (через тройник или удлинитель с несколькими розетками) сразу несколько сильных потребителей. На хорошую розетку допускается включить нагрузку 3,5 кВт, на не очень хорошую до 2 кВт. В домах с алюминиевой проводкой в любую розетку не более 2 кВт, а еще лучше на группу розеток, питающихся от одного автомата не включать более 2 кВт.
- Прежде, чем ставить в каждую комнату по обогревателю, убедитесь, что комнаты запитаны от разных автоматов. Как говорится: «И палка иногда может выстрелить», — так же и с автоматами: «И автомат иногда может не сработать», — и последствия этого довольно жестоки. Поэтому обезопасьте себя и близких.
- Внимательно обращайтесь с нагревательными приборами, следите, чтобы провод не попал на нагревательные элементы.
Автомат защиты от короткого замыкания
Почему я вынес это отдельным пунктом? Все просто. Именно автомат обеспечивает защиту от короткого замыкания. Если вы установите , то обязательно, следом нужно поставить автомат, или поставить сразу (это устройство два в одном: УЗО и автомат). Такое устройство отключает сеть и при коротком замыкании, и при превышении номинального значения тока, и при токе утечки, когда, к примеру, вы оказались под напряжением, и через вас стал протекать электрический ток. Напомню еще раз: УЗО НЕ ЗАЩИЩАЕТ ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, УЗО защищает вас от поражения электрическим током. Конечно, может быть и такое, что УЗО отключит сеть при коротком замыкании, но оно для этого не предназначено. Срабатывание УЗО при коротком замыкании носит абсолютно случайный характер. И может сгореть вся проводка, может быть все в пламени, а УЗО не отключит сеть.
Похожие материалы.
Загрузка...