Для защиты радиоэлектронного оборудования традиционно применяют плавкие предохранители. Обычно в них используют тонкие неизолированные проводники калиброванного сечения, рассчитанные на заданный ток перегорания. Наиболее надежно эти приспособления работают в цепях переменного тока повышенного напряжения. С понижением рабочего напряжения эффективность их применения снижается. Обусловлено это тем, что при перегорании тонкой проволоки в цепи переменного тока возникает дуга, распыляющая проводник. Предельным напряжением, при котором может возникнуть такая дуга, считается напряжение 30. 35 6. При низковольтном питании происходит просто плавление проводника. Процесс этот занимает более продолжительное время, что в ряде случаев не спасает современные полупроводниковые приборы от повреждения.
Тем не менее, плавкие предохранители и поныне широко используют в низковольтных цепях постоянного тока, там, где от них не требуется повышенное быстродействие.
Там, где плавкие предохранители не могут эффективно решить задачу защиты радиоэлектронного оборудования и приборов от токовых перегрузок, их можно с успехом использовать в схемах защиты электронных устройств от перенапряжения.
Принцип действия этой защиты прост: при превышении уровня питающего напряжения срабатывает пороговое устройство, устраивающее короткое замыкание в цепи нагрузки, в результате которого проводник предохранителя плавится и разрывает цепь нагрузки.
Метод защиты аппаратуры от перенапряжения за счет принудительного пережигания предохранителя, конечно, не является идеальным, но получил достаточно широкое распространение благодаря своей простоте и надежности. При использовании этого метода и выбора оптимального варианта защиты стоит учитывать, насколько быстродействующим должен быть автомат защиты, стоит ли пережигать предохранитель при кратковременных бросках напряжения или ввести элемент задержки срабатывания. Желательно также ввести в схему индикацию факта перегорания предохранителя.
Простейшее защитное устройство [4.1], позволяющее спасти защищаемую радиоэлектронную схему, показано на рис. 4.1. При пробое стабилитрона включается тиристор и шунтирует нагрузку, после чего перегорает предохранитель. Тиристор должен быть рассчитан на значительный, хотя и кратковременный ток. В схеме совершенно не допустимо использование суррогатных предохранителей, поскольку в противном случае могут одновременно выйти из строя как защищаемая схема, так и источник питания, и само защитное устройство.
Рис. 4.1. Простейшая защита от перенапряжения
Рис. 4.2. Помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения
Усовершенствованная схема защиты нагрузки от превышения напряжения, дополненная резистором и конденсатором [4.2], показана на рис. 4.2. Резистор ограничивает предельный ток через стабилитрон и управляющий переход тиристора, конденсатор снижает вероятность срабатывания защиты при кратковременных бросках питающего напряжения.
Следующее устройство (рис. 4.3) защитит радиоаппаратуру от выхода из строя при случайной переполюсовке или превышении
напряжения питания, что нередко бывает при неисправности генератора в автомобиле [4.3].
При правильной полярности и номинальном напряжении питания диод VD1 и тиристор VS1 закрыты, и ток через предохранитель FU1 поступает на выход устройства.
Рис. 4.3. Схема защиты радиоаппаратуры с индикацией аварии
Если полярность обратная, то диод VD1 открывается, и сгорает предохранитель FU1. Лампа EL1 загорается, сигнализируя об аварийном подключении.
При правильной полярности, но входном напряжении, превышающем установленный уровень, задаваемый стабилитронами VD2 и VD3 (в данном случае — 16 Б), тиристор VS1 открывается и замыкает цепь накоротко, что вызывает перегорание предохранителя и зажигание аварийной лампы EL1.
Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на максимальный ток, потребляемый радиоаппаратурой.
Элементы ГТЛ-логики обычно работоспособны в узком диапазоне питающих напряжений (4,5. 5,5 Б). Если аварийное снижение питающего напряжения не столь опасно для «здоровья» микросхем, то повышение этого напряжения совершенно недопустимо, поскольку может привести к повреждению всех микросхем устройства.
На рис. 4.4 приведена простая и довольно эффективная схема защиты 7777-устройств от перенапряжения, опубликованная в болгарском журнале [4.4]. Способ защиты предельно прост: как только питающее напряжение превысит рекомендуемый уровень всего на 5% (т.е. достигнет величины 5,25 Б) сработает пороговое устройство и включится тиристор. Через него начинает протекать ток короткого замыкания, который пережигает плавкий предохранитель FU1. Разумеется, в качестве предохранителя нельзя использовать суррогатные предохранители, поскольку в таком случае может выйти из строя блок питания, защищающий схему тиристор, а затем и защищаемые микросхемы.
Недостатком устройства является отсутствие индикации перегорания предохранителя. Эту функцию в устройство несложно ввести самостоятельно. Примеры организации индикации разрыва питающей цепи приведены также в главе 36 книги [1.5].
Рис. 4.4. Схема защиты микросхем ТТЛ от перенапряжения
Рис. 4.5. Схема устройства защиты от перенапряжения, работающего на переменном и постоянном токе
Схема устройства, которое в случае аварии в электросети защитит телевизор, видеомагнитофон, холодильник и т.д. от перенапряжения, приведена на рис. 4.5 [4.5].
Напряжение срабатывания защиты определяется падением напряжения на составном стабилитроне VD5+VD6 и составляет 270 Б.
Конденсаторы С1 и С2 образуют совместно с резистором R1 RC-цепочку, которая препятствует срабатыванию устройства при импульсных выбросах в сети.
Схема работает следующим образом. При напряжении в сети до 270 В стабилитроны VD3, VD4 закрыты. Также закрыты и тиристоры VS1, VS2. При действующем напряжении более 270 В открываются стабилитроны VD3, VD4, и на управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 поступает открывающее напряжение. В зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения ток проходит либо через тиристор VS1, либо через VS2. Когда ток превышает 10 А, срабатывают автоматические выключатели (пробки, плавкие предохранители), отключая электроприборы от электросети. Нагрузка (на рисунке не показана) подключается параллельно тиристорам. Проверить работоспособность устройства можно с помощью ЛАТРа.
Устройство работоспособно и на постоянном токе.
Рис. 4.6. Схема релейного устройства защиты от перенапряжения с самоблокировкой
Устройство защиты от перенапряжения (рис. 4.6) выгодно отличается от предыдущих тем, что в нем не происходит необратимого повреждения элемента защиты [4.6]. Вместо этого при напряжении свыше 14,1 В пробивается цепочка стабилитронов VD1 — VD3, включается и самоблокируется тиристор VS1, срабатывает реле К1 и своими контактами отключает цепь нагрузки.
Восстановить исходное состояние устройства защиты можно только после вмешательства оператора — для этого следует нажать на кнопку SB1. Устройство также переходит в рабочий ждущий режим после кратковременного отключения источника питания. К числу недостатков данного устройства защиты относится его высокая чувствительность к кратковременным перенапряжениям.
Устройство (патент DL-WR 82992) [4.7], принципиальная схема которого приведена на рис. 4.7, может применяться для защиты нагрузки от недопустимо высокого выходного напряжения. В нормальных условиях транзистор VT1 работает в режиме, когда напряжение между его коллектором и эмиттером небольшое, и на транзисторе рассеивается небольшая мощность (ток базы определяется резистором R1). Сопротивление стабилитрона VD2 в этом случае большое и тиристор VS1 закрыт.
Рис. 4.7. Схема полупроводникового реле защиты нагрузки от перенапряжения
При возрастании напряжения на выходе устройства выше определенной величины через стабилитрон начинает протекать ток, который приводит к открыванию тиристора. Транзистор VT1 при этом закрывается, и напряжение на выходе устройства становится близко к нулю. Отключить защиту можно только отключением источника питания.
Описанное устройство должно включаться в выходную цепь стабилизаторов так, чтобы сигнал обратной связи подавался из цепи, расположенной за системой защиты. При номинальном выходном напряжении 12 В и токе 1 А в устройстве можно применить транзистор КТ802А, тиристор КУ201А — КУ201К, стабилитрон — Д814Б. Сопротивление резистора R1 должно быть 39 Ом (мощность рассеивания при отсутствии системы автоматики, отключающей стабилизатор от сети, составляет 10 Вт), R2 — 200 Ом, R3 — 1 кОм.
При выходе из строя как линейных, так и импульсных стабилизаторов постоянного напряжения, выполненных на транзисторах или микросхемах, выходное напряжение может стать практически равным входному (выпрямленному) напряжению, обычно снимаемому с конденсатора фильтра питания, установленного на выходе диодного моста. Например, при "прогорании" КР142ЕН5А, которая обычно используется в цепях питания цифровых устройств, на шины питания может поступить напряжение 7. 15 В вместо положенных 5 В. Это уже опасно для абсолютного большинства устройств.
Иногда для защиты чувствительных к перенапряжению узлов радиоаппаратуры используют мощный стабилитрон с напряжением стабилизации, чуть большим номинального напряжения питания. Недостаток такого способа защиты в том, что многие стабилитроны обладают достаточно большим дифференциальным сопротивлением, и защищаемое устройство может продолжать работать некоторое время, получая напряжение, на 0,5. 1,5 В больше номинального. Сильно разогревающийся в это время стабилитрон может "уйти на обрыв", и защиты как таковой не получится.
Для предохранения отдельных узлов и блоков радиоаппаратуры от повышенного напряжения при повреждении стабилизатора или неправильного подключения к источнику питания, можно собрать несложный регулируемый блок защиты (рис.1). Он включается в разрыв цепи между выходом источника питания и нагрузкой.
Рис.1. Приципиальная схема простого блока защиты
Работает этот блок следующим образом. При повышении входного напряжения ток через стабилитрон VD1 резко возрастает, соответственно, увеличивается и ток в цепи управляющего электрода тиристора VS1, тиристор открывается и шунтирует питание нагрузки до момента срабатывания предохранителя FU1. Мощный проволочный резистор R3 предотвращает пробой тиристора из-за сильного броска тока, который возникает в случае, если в цепи питания установлены оксидные конденсаторы большой емкости. Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение, примерно на 0,3. 1,5 В меньшее, чем номинальное напряжение питания. Выбор его типа зависит от ряда факторов, поэтому оптимальный вариант для каждого конкретного случая лучше определить экспериментально. Регулировкой резистора R1 можно точно установить то напряжение, при котором будет открываться тиристор. Конденсатор С1 предотвращает ложное срабатывание блока защиты при коротких импульсных помехах, которые могут появляться в цепи питания. Резистор R2 защищает стабилитрон и тиристор в случае, когда движок подстроечного резистора находится в верхнем положении. На время настройки этого блока предохранитель желательно заменить лампой накаливания, по зажиганию которой можно судить о моменте включения тиристора.
Более совершенный блок защиты можно собрать по схеме, приведенной на рис.2.
Рис.2. Приципиальная схема блока защиты с реле
При повышении входного напряжения питание нагрузки прекращается из-за размыкания контактов реле К1. Цепь R3-VD2 предназначена для уменьшения кратковременного всплеска напряжения на выходе блока, который может появиться из-за инерционности переключения контактов реле.
Для защиты установленных в автомобиле радиоэлектронных устройств, например, автомагнитолы или сигнализации от превышения напряжения в бортовой сети, можно собрать блок защиты по схеме, приведенной на рис.3.
Рис.3. Приципиальная схема блока защиты автомобильных радиоэлектронных устройств
Здесь движок резистора R1 установлен в положение, при котором срабатывание защиты происходит при входном напряжении 15. 16 В. При открывании тиристора размыкаются контакты реле, питание нагрузки прекращается, начинает вспыхивать мигающий светодиод HL1. Конденсаторы С1. СЗ повышают помехоустойчивость. Нажатием кнопки SB1 (без фиксации) можно возвратить блок защиты в режим ожидания.
Подстроечные резисторы можно взять сопротивлением 150. 470 Ом типов СПЗ-38, РП1-63М, СП5-16ВА, СП4-1 или, что лучше, многооборотные — типа СПЗ-39. Проволочные резисторы — типа С5-16МВ или самодельные из короткого отрезка толстого высокоомного провода.Конденсаторы — типов К10-17, КМ-5. Тиристоры подойдут любые из серий КУ228, КУ201, КУ202, Т122. Диод КД213А заменяется мощным диодом из серий КД202, Д242, КД2999. Мигающий светодиод использован красного цвета. Его можно заменить любым из серий L56, L36, L799, L816 и другими аналогичными. Электромагнитное реле типа РМУ (паспорт ЧП4.523.332) можно заменить на любое, надежно срабатывающее при номинальном входном напряжении и имеющее достаточно мощные нормальнозамкнутые контакты.
В узлах по схемам на рис.2 и 3 можно устанавливать реле типа РЭК29 от систем ДУ старых отечественных телевизоров, отмотав с его катушки нужное количество витков. Можно приспособить и подходящие по конструкции автомобильные реле.
Для защиты автомобильного оборудования в цепи датчика напряжения можно использовать стабилитроны КС297В, Д814Д, КС213Ж, КС508А, 1N6003B. Для конструкций на низковольтных цифровых микросхемах подойдут стабилитроны типов КС126Г, КС126Д, КС139А, КС147А, КС407Б, КС439А, 1 N5991 В. Для устройств на ИМС серий К561, 564, КР1561 нужный стабилитрон можно выбрать из ряда КС215Ж, КС216Ж, КС508Б, КС518А, 1N6005B, 1N6006B, 1N4745A.
Источник: П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. — М.: Мир, 2001, С.335.
Страницы
Ярлыки
понедельник, 5 января 2015 г.
Схема защиты блока питания и зарядных устройств
Представлена конструкция защиты для блока питания любого типа. Данная схема защиты может совместно работать с любыми блоками питания — сетевыми, импульсными и аккумуляторами постоянного тока. Схематическая развязка такого блока защиты относительна проста и состоит из нескольких компонентов.
Схема защиты блока питания
Силовая часть — мощный полевой транзистор — в ходе работы не перегревается, следовательно в теплоотводе тоже не нуждается. Схема одновременно является защитой от переплюсовки питания, перегруза и КЗ на выходе, ток срабатывания защиты можно подобрать подбором сопротивления резистора шунта, в моем случае ток составляет 8 Ампер, использовано 6 резисторов 5 ватт 0,1 Ом параллельно подключенных. Шунт можно сделать также из резисторов с мощностью 1-3 ватт.
Более точно защиту можно настроить путем подбора сопротивления подстроечного резистора. Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока
При КЗ и перегрузе выхода блока, защита мгновенно сработает, отключив источник питания. О срабатывании защиты осведомит светодиодный индикатор. Даже при КЗ выхода на пару десятков секунд, полевой транзистор остается холодным
Полевой транзистор не критичен, подойдут любые ключи с током 15-20 и выше Ампер и с рабочим напряжением 20-60 Вольт. Отлично подходят ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные — IRF3205, IRL3705, IRL2505 и им подобные.
Данная схема также отлично подходит в качестве защиты зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, если вдруг перепутали полярность подключения, то с зарядным устройством ничего страшного не произойдет, защита спасет устройство в таких ситуациях.
Благодаря быстрой работе защиты, ее можно с успехом применить для импульсных схем, при КЗ защита сработает быстрее, чем успеют сгореть силовые ключи импульсного блока питания. Схематика подойдет также для импульсных инверторов, в качестве защиты по току. При перегрузе или кз во вторичной цепи инвертора, мигом вылетают силовые транзисторы инвертора, а такая защита не даст этому произойти.
Комментарии
Защита от короткого замыкания, переплюсовки полярноси и перегруза собрана на отдельной плате. Силовой транзистор использован серии IRFZ44, но при желании можно заменить на более мощный IRF3205 или на любой другой силовой ключ, который имеет близкие параметры. Можно использовать ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и другие ключи с током более 20 Ампер. В ходе работы полевой транзистор остается ледяным,. поэтому в теплоотводе не нуждается.
Схема срисована из зарядника аккумуляторной отвертки. Красный индикатор свидетельствует о том, что имеется выходное напряжение на выходе БП, зеленый индикатор показывает процесс заряда. С таким раскладом компонентов, зеленый индикатор будет постепенно потухат и окончательно потухнет, когда напряжение на аккумуляторе будет 12,2-12,4 Вольт, когда аккумулятор отключен, индикатор гореть не будет. 
Комментарий
Схема своего рода "НОУ-ХАУ", по простоте и надежности. Плюс в том, что не нужно использовать мощное реле, или тиристор, на котором падение напряжения около двух вольт. Схема как самостоятельное устройство может быть встроена в любое зарядное устройство и блок питания. Выход из режима защиты автоматический, как только устранится короткое замыкание или преполюсовка. При срабатывании светится светодиод "ошибка подключения". Описание работы: При нормальном режиме напряжение через светодиод и резистор R9 отпирает VT1 и все напряжение со входа поступает на выход. При коротком замыкании или переполюсовке ток импульсно резко возрастает, падение напряжения на полевике и шунте резко увеличивается, что приводит к открыванию VT2, который в свою очередь шунтирует затвор исток. Добавочное отрицательное напряжение по отношению к истоку (падение на шунте) прикрывает VT1. Далее происходит лавинный процесс закрытия VT1. Светодиод засвечивается через открытый VT2. Схема может находиться в данном состоянии сколь угодно долго, до устранения замыкания.
собирал сегодня сие) Родная защита Дашенга даже не успевает сработать)
Принцип работы прост — при резком скачке напряжения, на шунте появляется падение напряжения, которое отпирает vt2 полевик закрывается (т.к. затвор садится на землю). При этом загорается св. диод (т.к. получает минус на затворе).
В нормальном состоянии затвор открывает положительным напряжением с цепочки св.диод-R9 Тот же принцип и при переплюсовке — от скачка тока.
Работает быстро, но криво — при выключенном блоке и подключенном аккумуляторе, на блок валит напряжение, т.к. полевик открывает акк. Я думаю, нужно делать какую-нить защиту, чтоб при пропадании напряжения зарядки, акк отключался от схемы.
Вот та же схема, только перевернутая по правильному. Использовал в зарядке, результатом доволен. Единственный недостаток (а может — фича!) — защелкивается, то есть после сработки требует полного отключения нагрузки. В принципе, это схема защиты от тока перегрузки, но при переполюсовке именно это и случается. Кстати, при нагрузке не на аккумулятор, а на резистор у меня почему-то сразу защелкивалась на защиту. С акком — нормально. Расчет максимального тока — напряжение на шунте и канале исток-сток должно быть 0.6в для срабатывания биполярника.
>>Единственный недостаток (а может — фича!) — защелкивается, то есть после сработки требует полного отключения нагрузки. достаточно кнопку сброса сделать с базы биполярника на землю
