Oncool.ru

Строй журнал
22 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Блок розеток с защитой от перегрузок по току

Простые схемы электронных предохранителей для блоков питания.

Эффективные средства защиты источников питания от КЗ и перегрузки по току на
мощных полевых переключающих МОП-транзисторах.
Плавный пуск (Soft Start) — нужен ли он блоку питания с быстродействующей защитой.

На странице (ссылка на страницу) мы познакомились с несколькими простыми схемами электронных предохранителей, предназначенных для работы в составе блоков питания. Главное назначение этих устройств — защита как самих БП, так и подключаемых к ним узлов от короткого замыкания (КЗ) или превышения тока, которое может возникнуть в них в силу той или иной причины.

Основными преимуществами таких устройств защиты (по сравнению с плавкими предохранителями) являются возможность введения регулировки тока срабатывания и высокое быстродействие, позволяющее в большинстве случаев предотвратить выход из строя электронного оборудования.
Основной недостаток, как не странно, тот же самый — высокое быстродействие, приводящее к ложным срабатываниям в начальный момент включения источника питания при наличии в нагрузке значительной ёмкостной составляющей (например, могучих электролитов, часто являющихся обязательным атрибутом многих усилителей мощности).
Перемещение этих электролитов с выхода на вход электронного предохранителя во многих случаях приводит к положительному результату, однако, если мы хотим поиметь универсальный блок питания с возможностью работы с различными устройствами, в том числе и с электролитами на борту, приходится озадачиваться и таким прибамбасом, как плавный пуск (или Soft Start по буржуйски).

Давайте более подробно рассмотрим две, на мой взгляд, наиболее удачные схемы электронных предохранителей, бегло описанных на странице по ссылке.
Схема, приведённая на Рис.1, относится к устройствам с резистивным датчиком тока, позволяющим заранее произвести точный расчёт номиналов элементов, а также ввести плавную (посредством переменного резистора) или ступенчатую (посредством переключателя) регулировку тока срабатывания.

Рис.1 Схема электронного предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки по току

На элементах Т1 и Т2 выполнен транзисторный аналог тиристора со стабильным напряжением срабатывания

0,6В. Ток срабатывания этого тиристора, а соответственно и всего предохранителя зависит от номинала резистора R4, который рассчитывается по формуле: R4 (Ом) ≈ 0,6/Iср (А) .
При желании ввести в электронный предохранитель плавную регулировку тока срабатывания, R4 следует заменить на цепочку из последовательно соединённых: постоянного резистора, рассчитанного на максимальный ток, и проволочного переменного номиналом, рассчитанным под минимальный ток срабатывания.
Суммарная мощность, рассеиваемая на этих резисторах при максимальном токе, равна Р(Вт) ≈ 0,6 * Iср (А) .

При включении блока питания и условии отсутствия в нагрузке недопустимых токов предохранитель автоматически устанавливается в рабочее (открытое) состояние. При превышении тока напряжение на R4 достигает уровня открывания Т1 и транзисторный эквивалент тиристора (Т1, Т2) срабатывает и притягивает уровень напряжения на затворе Т3 к напряжению на его истоке, что приводит к закрыванию полевика.
Для возврата электронного предохранителя в рабочее (открытое) состояние необходимо: либо выключить и снова включить источник питания, дождавшись, когда напряжение на его выходе упадёт до нуля, либо нажать кнопку сброса S1.

Если входное напряжение, подаваемое на предохранитель, не превышает 20В, то цепочку R1 D1 допустимо исключить, а нижний вывод R3 подключить к минусу.

Применение источника тока на полевом транзисторе Т4 обусловлено желанием обеспечить ток через светодиод Led1 (индикатор наличия выходного напряжения) на постоянном уровне, независимо от приложенного к предохранителю напряжения. Если электронный предохранитель предполагается использовать при фиксированном напряжении питания, то для простоты этот транзистор можно заменить резистором.

Посредством несложных манипуляций в приведённое выше устройство можно добавить функцию плавный пуск (Soft Start), позволяющую электронному предохранителю избегать ложных срабатываний в начальный момент включения источника питания при наличии в нагрузке электролитических конденсаторов значительной ёмкости. Рассмотрим получившуюся схему на Рис.2.

Рис.2 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (положительная полярность)

В начальный момент включения источника питания конденсатор С3 замыкает цепь затвора полевого транзистора Т3 на его исток, заставляя его находиться в закрытом состоянии. По мере заряда конденсатора напряжение на нём (а соответственно и разница потенциалов между истоком и затвором) плавно растёт, что приводит к постепенному открыванию полевика. Длительность данного переходного процесса (от полного закрытия до полного открывания) составляет 15. 20 миллисекунд, чего вполне достаточно для значительного снижения стартовых токов заряда даже очень ёмких электролитов, расположенных в нагрузке.

Для того чтобы после срабатывания защиты вернуть предохранитель в рабочее состояние и сохранить функцию плавного пуска, необходимо не только сбросить транзисторный аналог тиристора, но и дождаться полного разряда конденсатора С3. В связи с этим кнопка сброса перенесена в цепь питания и выполняет функцию обесточивания всего устройства, а дополнительный резистор R7 ускоряет разряд С3 до комфортных 0,3. 0,4 секунд.

Диод D3 выполняет функцию устранения выбросов отрицательной полярности, возникающих на конденсаторе С3 при размыкании S1, а D2 — функцию отсечения этого конденсатора от цепи затвора при срабатывании защиты, что позволяет обойтись без потери быстродействия предохранителя. Диоды могут быть любыми с допустимыми напряжениями, превышающими величину напряжения питания.

Включение датчика тока и коммутирующего транзистора в цепь питания (в нашем случае — в положительную цепь), а не земляную шину позволяет с лёгкостью осуществить релизацию защитного устройства для двуполярных источников. Приведём схему предохранителя и для отрицательной шины двуполяного блока питания.

Рис.3 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (отрицательная полярность)

Всем хороши эти устройства защиты с резистивными датчиками, особенно для цепей с умеренными токами (до 10А). Однако если возникает необходимость предохранять устройства, для которых рабочими являются токи в несколько десятков, а то и сотен ампер, то мощность, рассеиваемая на резистивном датчике, может оказаться чрезмерно высокой. Так, при максимальном токе в нагрузке равном 20А, на резисторе рассеется около 12Вт, а при токе 100А — 60Вт.
Уменьшать уровень срабатывания электронного предохранителя (скажем до 100мВ) посредством введения в схему чувствительного элемента ОУ или компаратора — не самая хорошая затея, ввиду того, что помехи, гуляющие по шинам земли и питания, в сильноточных цепях могут превышать эти пресловутые 100мВ. В таких ситуациях приходится искать другие решения.
Датчик магнитного поля — геркон и несколько сантиметров толстого провода могут стать выходом из положения в источниках питания с максимальными токами вплоть до десятков и сотен ампер.

Рис.4 Датчик тока на герконе

При прохождении тока через обмотку, намотанную поверх датчика (Рис.4), внутри неё возникает магнитное поле, которое приводит к замыканию контактов геркона.
Намотав обмотку из десяти (или любого другого количества) витков и измерив ток срабатывания геркона, можно масштабировать это значение на любой интересующий нас ток.
Так например, если геркон КЭМ-1 при десяти витках замыкается при токе через обмотку около 15А, то, намотав 2 витка, мы увеличим ток срабатывания в 5 раз, т. е. до 75 А, а перемещая геркон внутри катушки, сможем регулировать это ток в некоторых пределах вплоть до 85. 90 А.
К достоинствам герконов также можно отнести и относительно высокое быстродействие. Время срабатывания у них, как правило, не превышает 1. 2 миллисекунд.
Всё, что теперь остаётся — это нарисовать триггерную схему мощного транзисторного ключа, управляемого герконовым токовым датчиком.

Рис.5 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки с датчиком тока на герконе

Схема, приведённая на Рис.4, довольно универсальна и позволяет осуществлять защиту устройств от перегрузки в широком диапазоне входных напряжений (9. 80 вольт) без изменения номиналов элементов.
Устройство состоит из транзисторной защёлки, выполненной на элементах Т1 и Т2, и находится в устойчивом состоянии до момента подачи на базу транзистора Т2 короткого положительного или отрицательного импульса.
Для того, чтобы включить электронный предохранитель необходимо нажать на нефиксируемый включатель S1, подав на базу Т2 импульс положительной полярности.
Срабатывает защита от импульса отрицательной полярности, который формируют контакты геркона SF1.
Мощный P-канальный полевой транзистор Т1 следует выбирать с некоторым запасом, исходя из тока срабатывания электронного предохранителя. Если транзистор не удовлетворяет токовым и мощностным характеристикам — допустимо использовать параллельное включение нескольких полупроводников.
Цепочка D1 R6 защищает полевик от недопустимых уровней Uзи при входных напряжениях свыше 20В. Если предохранитель предполагается использовать с меньшими подаваемыми напряжениями, то эту цепочку вполне допустимо исключить.

Защита от перегрузки: требования, особенности

Защита от перегрузки («overload protection») — защита, отключающая электрическую цепь при возникновении в ней перегрузки.

Требования.

Обратимся к книге [1] автора Харечко Ю.В., который, проведя анализ нормативной документации, заключил следующее:

« Требования к защите электрических цепей от перегрузки приведены в разделе 433 «Защита от тока перегрузки» стандарта МЭК 60364‑4‑43 и разработанного на его основе ГОСТ Р 50571.4.43-2012. Обоими стандартами предусмотрено обязательное выполнение в электроустановках зданий защиты от перегрузки проводников ее электрических цепей, как правило, посредством их отключения устройствами защиты от сверхтока, к которым, прежде всего, относятся автоматические выключатели и плавкие предохранители.

Читать еще:  Соединение проводов по цветам розетка

В соответствии с требованиями п. 433.1 [2] международного и национального стандартов устройства защиты от перегрузки должны иметь время-токовую характеристику с обратно-зависимой выдержкой времени и обеспечивать отключение токов перегрузки раньше, чем произойдет опасное повышение температуры проводников и их соединений. Рабочая характеристика любого устройства защиты от сверхтока, применяемого для защиты кабеля (проводов) электропроводки от перегрузки, должна отвечать следующим условиям:

  • где IB – расчетный ток электрической цепи, А;
  • In – номинальный ток устройства защиты от сверхтока, А;
  • Iz – допустимый длительный ток жил кабеля (провода), А;
  • I2 – ток, обеспечивающий надежное срабатывание устройства защиты от сверхтока в течение условного времени 1 , А. »

Примечание 1: В ГОСТ Р 50571.4.43-2012 вместо условного времени ошибочно указано стандартное время, которое не определено и не разъяснено национальным стандартом.

В приложениях B обоих стандартов приведен рисунок B.1, иллюстрирующий эти условия.

Рис. B.1. Иллюстрация условий 1 и 2 из 433.1 МЭК 60364‑4‑43

Примечание к рисунку: Приведен рисунок B.1 из стандарта МЭК 60364‑4‑43. В ГОСТ Р 50571.4.43-2012 некоторые характеристики на этом рисунке названы неправильно.

Ток I2 для автоматических выключателей принимают равным условному току расцепления, для плавких предохранителей – условному току плавления. Условный ток расцепления для автоматических выключателей, соответствующих требованиям стандарта МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020, а также для АВДТ, соответствующих требованиям стандарта МЭК 61009‑1 и ГОСТ IEC 61009-1-2020, установлен равным It = 1,45In. Любой автоматический выключатель и АВДТ должны расцепиться при таком сверхтоке в течение условного времени, которое равно 1 ч, если их номинальный ток In до 63 А включительно, и 2 ч, если In больше 63 А.

Таким образом, применительно к автоматическим выключателям, соответствующим требованиям стандарта МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020, I2 = 1,45 In. Поэтому указанную выше вторую формулу можно преобразовать так:

Особенности.

Харечко Ю.В. в своей книге [1] акцентирует внимание на некоторых особенностях защиты от перегрузки:

« В стандарте МЭК 60364‑4‑43 и ГОСТ Р 50571.4.43-2012 отмечается, что при соблюдении указанных требований нельзя обеспечить защиту проводников от малых длительных токов перегрузки, которые меньше, чем I2. В таких случаях следует предусматривать выбор проводников с бóльшим сечением, т. е. если подобные токи могут протекать в электрических цепях электроустановки здания, то для обеспечения гарантированной защиты их проводников от малых токов перегрузки целесообразно обеспечить следующее согласование характеристик устройств защиты от сверхтока и защищаемых им проводников:

IB ≤ In 2 , 2,5 мм 2 и 4,0 мм 2 и имеющих изоляцию из поливинилхлорида, применяют устройства защиты от сверхтока с номинальным током не более соответственно 13 А (при некоторых условиях – не более 10 А), 16 А и 25 А (при некоторых условиях – не более 20 А).

Подобную практику целесообразно «узаконить» и в нашей стране, обеспечив на этапе создания электроустановок зданий повсеместное применение устройств защиты от сверхтока с номинальным током не более 10 А для защиты от сверхтока медных проводников электропроводок сечением 1,5 мм 2 , 16 А – 2,5 мм 2 и 20 А – 4,0 мм 2 . Аналогичного подхода следует придерживаться и при проведении реконструкции существующих электроустановок зданий, когда заменяют проводники электропроводок. »

Блоки розеток с функциями мониторинга и управления

управляемый 1U, 230 В, 16 А, (8) С13, шнур питания с вилкой С20, 3.0 метра

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

управляемый ATS 19″, горизонтальный, 1U, 6 х IEC320 C13 + 2 х IEC320 C19, 220V, 16А, кабель питания 3х1.5 мм2 с вилкой DIN 49441 16A, со встроенным модулем ATS-SNMP,482.6 ммх220.0 ммх44.4мм (ШхГхВ)

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 16А, автомат, с локальным мониторингом, выход: С13-10, вход: С20, черный

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 16А, автомат, с локальным мониторингом, выход: С13-10, вход: С20, серый

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 16А, автомат, с локальным мониторингом, выход: Schuko-6, вход: С20, черный

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 16А, автомат, с локальным мониторингом, выход: Schuko-6, вход: С20, серый

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 16А, автомат, с локальным мониторингом, выход: С19-6, вход: С20, черный

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 16А, автомат, с локальным мониторингом, выход: С19-6, вход: С20, серый

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 32А, 2 автомата, с локальным мониторингом, выход: С13-10, вход: IEC309, кабель 2.5 м, черный

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 32А, 2 автомата, с локальным мониторингом, выход: С13-10, вход: IEC309, кабель 2.5 м, серый

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 32А, 2 автомата, с локальным мониторингом, выход: Schuko-6, вход: IEC309, кабель 2.5 м, черный

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 32А, 2 автомата, с локальным мониторингом, выход: Schuko-6, вход: IEC309, кабель 2.5 м, серый

Гарантия 12 мес.

На заказ, от 5 до 20 дней

горизонтальный, 230В, 32А, 2 автомата, с локальным мониторингом, выход: С19-6, вход: IEC309, кабель 2.5 м, черный

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

горизонтальный, 230В, 32А, 2 автомата, с локальным мониторингом, выход: С19-6, вход: IEC309, кабель 2.5 м, серый

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

контролируемых электрических розеток, Серия MN (Monitored), 14 розеток C13, 2 розетки C19 , макс. нагрузка 32 А, шнур питания 3 м., Вилка 1-фазная 32А 250В, IEC 60309, цифровое измерение силы тока на

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

контролируемых электрич.розеток, вертикальный, PM-POM, 21 х C13, 3 х С19, макс.нагрузка 16А, счетчик электроэнергии кВт*ч, шнур питания 3м, вилка 1-фазная 32А 250В, IEC 60309, металл.корпус, макс. мощ

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

контролируемых электрических розеток, PM — POM, 21 розетка C13, 3 розетки С19, макс. нагрузка 16 А, Счетчик электроэнергии кВт*ч, Удаленное управление через облако, шнур питания 3 м., Вилка 3-фазная

Гарантия 12 мес.

На заказ, от 3 до 5 дней

контролируемых электрических розеток , SW — Switched, (включение и отключение каждой розетки, измерение общего потребления и отправка показаний через LAN), Вертикальный, 14 розеток C13

Гарантия 12 мес.

На заказ, от 5 до 20 дней

контролируемых электрических розеток, SW — Switched, 21 розеток C13, 3 розетки С19, макс. нагрузка 16 А*3 фазы, шнур питания 3 м., 6 — Вилка 3-фазная 16А 400В, IEC 60309, Защита 16А

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

контролируемых электрических розеток , 19″, AT — ATS, Автоматическое переключение питания между вводными линиями, 10 розеток C13, макс. нагрузка 16 А, 2 ввода питания, 2* шнур питания 3 м

Гарантия 12 мес.

В наличии , склад «Тверь»

— Блоки розеток с функциями мониторинга и управления

  • Прием жалоб
    и предложений
  • Отдел рекламаций
  • Уцененные товары
  • Техническая поддержка
  • Установка ПО
    и модернизация ПК
  • Аутсорсинг
    офисной печати
  • Установка
    видеонаблюдения

Офис м. Ладожская
195027, г. Санкт-Петербург,
ул. Магнитогорская, д.30, лит. А.

Оформление заказа:
+7 (812) 740-11-10 розничные продажи
+7 (812) 740-11-20 корпоративные продажи
email: zakaz-spb@xcom.ru
с 9.00 до 21.00 в будни,
с 10.00 до 18.00 в выходные,
через сайт — круглосуточно.

Отдел доставки:
+7 (812) 740-11-20
с 09.00 до 18.00 в будни.

Схемы защиты от короткого замыкания и перегрузок в блоке питания

Короткое замыкание (и перегрузка, как частный случай), являются самой опасной аварийной ситуацией при эксплуатации блока питания. И дело не только в повышенной вероятности выхода из строя элементов силовой цепи БП. Термическое действие многократно выросшего тока может привести к возгоранию изоляции проводников и дальнейшему развитию пожара.

У мощных БП также могут возникнуть значительные динамические усилия в токоведущих элементах, исходом которых будет смещение проводников и их механическое повреждение. Поэтому защита от КЗ для источников питания – не роскошь, а насущная необходимость.

Принцип работы защиты от короткого замыкания

Большинство схем представляют собой отдельный узел, который можно применить в любом устройству (с поправкой на номинальный ток). Его можно встроить в уже имеющийся блок питания или собрать в отдельном корпусе.

Короткое замыкание сопровождается двумя явлениями:

  • увеличение тока;
  • снижение напряжения (чем ближе к месту КЗ, тем больше снижение, а в месте короткого замыкания оно равно нулю).

Большинство устройств защиты используют первый признак. Датчиком тока обычно служит резистор с номиналом от нескольких сотых до единиц Ом. Проходящий ток создает пропорциональное падение напряжение на шунте – чем больше ток, тем больше напряжение. Схема сравнения сравнивает это напряжение с заданным уровнем, и, при достижении порога, дает сигнал на размыкание ключевого элемента, ток прерывается. Узел индикации подает световой или звуковой сигнал о срабатывании защиты. Недостаток такого решения – КЗ может произойти до места установки измерительного шунта, и тогда защита не сработает.

Читать еще:  Цифровой таймер розетка инструкция

В импульсных блоках питания с ШИМ-регулированием защита может быть построена несколько по-другому.

Ток измеряется непосредственно в цепи импульсного трансформатора. Напряжение так же сравнивается с заданным значением, при превышении происходит воздействие на ШИМ-регулятор. Генерация либо прекращается полностью, либо напряжение снижается до безопасного уровня. Минусом является ограниченная область (только БП с PWR-регулированием) и привязка к конкретной схемотехнике БП. Зато сверхток контролируется на всех участках силовой цепи.

Примеры схем и их описание

Схемы защиты блока питания от замыкания на выходе или перегрузки строятся на разной элементной базе. Их можно разделить по типу применяемого в качестве ключа элемента.

На биполярном транзисторе

Несложную защиту от КЗ можно собрать на биполярном транзисторе. В качестве измерительного шунта применено сопротивление на 0,5 Ом.

В исходном положении транзистор T1 открыт (через резистор R1). Транзистор T2 закрыт. При увеличении тока через шунт и достижения на нем напряжения, достаточного для открывания транзистора T2, на базе T1 напряжение падает почти до нуля, он закрывается, прерывая ток. При этом загорается светодиод, сигнализируя о КЗ. При уменьшении тока ниже предела, схема возвращается в исходное положение.

При напряжении БП выше 25 и ниже 8 вольт, возможно, придется подобрать резистор R1 так, чтобы ключевой транзистор был надежно открыт. Резистор R3 можно применить готовый керамический или сделать из нихрома.

Ток срабатывания устанавливается подбором сопротивления шунта – чем оно выше, тем при меньшем токе сработает защита. Также на ток срабатывания влияет сопротивление резистора R2 и коэффициент усиления транзистора T2, в качестве которого может быть применен любой маломощный прибор структуры n-p-n. Рабочий ток ограничен наибольшим током коллектора ключа, в качестве которого может быть применен мощный транзистор n-p-n.

Тип транзистораМаксимальный ток коллектора, А
КТ81910
КТ729А(Б)30(20)
2N54907
2N61297
2N62887
BD2916
BD7096

Врожденный недостаток подобного схемотехнического решения – через ключ течет полный ток нагрузки (и ток КЗ до момента закрывания транзистора). Поэтому ключевой элемент надо устанавливать на радиатор соответствующих размеров.

На полевом транзисторе

Этот недостаток можно несколько сгладить применением в качестве ключа полевого транзистора. Его сопротивление в открытом состоянии заметно ниже, значит, и рассеиваемая на нем мощность также меньше. Да и ток нагрузки ограничивается в меньшей степени.

Здесь ключ находится в отрицательной шине выходного напряжения. В исходном положении полевой транзистор открыт напряжением, поступающим через светодиод. Ток в этой цепи очень мал, светодиод не светится. Транзистор Т2 закрыт. При увеличении тока потребления напряжение на шунте R1 начинает расти, когда оно увеличится до уровня открывания Т2, ключ T1 закроется, а ток через светодиод увеличится, индицируя об активации защиты. Уровень срабатывания регулируется выбором сопротивления шунта.

Ток защиты можно настраивать и изменением сопротивления R4. Если вместо него установить потенциометр, можно сделать регулируемую защиту по току. Использовать в качестве R1 переменный или подстроечный элемент нельзя.

Транзистор T2 любой маломощный. Т1 должен быть рассчитан на полный ток нагрузки. Можно применить транзисторы из таблицы или другие подходящие по току и напряжению.

Тип транзистораМаксимальный ток стока, А
IRFZ4050
IRFZ4441-55 (в зависимости от исполнения)
IRFZ4646-55 (в зависимости от исполнения)
IRFZ4861-72 (в зависимости от исполнения)

Если рабочий ток превышает 8..10 ампер, ключ надо установить на радиатор.

На тиристоре

Если нет мощного транзистора, защиту можно собрать и на тиристоре. Особенности данной схемы:

  • используется второй признак короткого замыкания – снижение напряжения;
  • защита работает в цепи выпрямленного (пульсирующего) напряжения (без сглаживающих конденсаторов).

Вторая особенность обусловлена тем, что тиристор выключается во время очередного снижения напряжения до нуля в конце полупериода. При постоянном напряжении он не закроется, пока не будет отключена нагрузка (или не выключится блок питания). Поэтому сфера применения этой схемы ограничена трансформаторными зарядными устройствами (аккумуляторам сглаживание напряжения не нужно).

Во время работы схемы, в начале каждого полупериода напряжение на делителе P1R4 возрастает, транзистор Т1 открывается, подавая напряжение на управляющий электрод тиристора. VS1 тоже открывается, пропуская полуволну синусоиды в нагрузку. Когда напряжение спадает, транзистор закрывается. Закрывается и тиристор, ведь в момент перехода через ноль ток через него падает до уровня, меньшего тока удержания. В новом полупериоде все повторяется снова. Если в результате КЗ напряжение на выходе снизится, транзистор не сможет открыться, не откроется и тиристор. Когда ток упадет номинального уровня, напряжение на выходе восстановится, и тиристор вновь откроется. Ток (точнее, напряжение) срабатывания устанавливается потенциометром Р1.

К недостаткам схемы можно отнести низкое быстродействие – если замыкание произойдет в начале полупериода, до отключения придется ждать его окончания – это 0,01 секунды (плюс время срабатывания тиристора), что достаточно много. Другая проблема – если замыкание произойдет в электрически удаленной точке и мощность источника будет высокой, необходимого снижения напряжения может и не произойти. Кроме того, снижение напряжения может произойти и не по причине сверхтока, и произойдет ложное срабатывание.

На реле

Несложную защиту моно выполнить на одном электромагнитном реле. Ее особенность в том, что реле является измерительным органом, пороговой схемой и ключевым элементом одновременно.

В исходном положении контакты реле находятся в положении, указанном на схеме. Положительная шина разомкнута, напряжения на выходе нет. При нажатии на кнопку S1 реле срабатывает, перекидной контакт переключается и обмотка реле самоблокируется во включенном положении. Загорится зеленый светодиод.

При возникновении короткого замыкания или перегрузки, достаточной для просадки выходного напряжения, напряжение снизится до уровня ниже напряжения удержания реле (оно всегда ниже напряжения срабатывания), реле отпустит, напряжение на потребителе исчезнет, зеленый светодиод погаснет, а красный загорится. Схема вернется в исходное положение, а для подачи напряжения на выход потребуется вновь нажать кнопку.

Кроме недостатков, характерных для всех схем, отслеживающих падение напряжение в результате сверхтока, данное решение имеет свои минусы. Ток срабатывания невозможно настроить — только подбором реле. Для выбора надо иметь запас элементов. Второе – точность настройки уровня отключения будет низкой. Ток срабатывания зависит от состояния механической части реле – упругости пружины, трения в поворотном механизме якоря и т.п. А оно может меняться при воздействии окружающей среды или просто со временем. Также следует учитывать механический износ и подгорание контактов реле при многократных срабатываниях.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Приведенные схемы не являются исчерпывающими. В литературе и интернете можно найти и другие узлы, но рассмотренные принципы построения являются базовыми, и понимание их работы позволит разобраться и в работе других, более сложных схем.

TBU: самовосстанавливающаяся быстродействующая защита по току и напряжению

Простые схемы электронных предохранителей для блоков питания.

Эффективные средства защиты источников питания от КЗ и перегрузки по току на мощных полевых переключающих МОП-транзисторах. Плавный пуск (Soft Start) — нужен ли он блоку питания с быстродействующей защитой.

На странице (ссылка на страницу) мы познакомились с несколькими простыми схемами
электронных предохранителей, предназначенных для работы в составе блоков питания. Главное назначение этих устройств — защита как самих БП, так и подключаемых к ним узлов от короткого замыкания (КЗ) или превышения тока, которое может возникнуть в них в силу той или иной причины.
Основными преимуществами таких устройств защиты (по сравнению с плавкими предохранителями) являются возможность введения регулировки тока срабатывания и высокое быстродействие, позволяющее в большинстве случаев предотвратить выход из строя электронного оборудования. Основной недостаток, как не странно, тот же самый — высокое быстродействие, приводящее к ложным срабатываниям в начальный момент включения источника питания при наличии в нагрузке значительной ёмкостной составляющей (например, могучих электролитов, часто являющихся обязательным атрибутом многих усилителей мощности). Перемещение этих электролитов с выхода на вход электронного предохранителя во многих случаях приводит к положительному результату, однако, если мы хотим поиметь универсальный блок питания с возможностью работы с различными устройствами, в том числе и с электролитами на борту, приходится озадачиваться и таким прибамбасом, как плавный пуск (или Soft Start по буржуйски).

Давайте более подробно рассмотрим две, на мой взгляд, наиболее удачные схемы электронных предохранителей, бегло описанных на странице по ссылке. Схема, приведённая на Рис.1, относится к устройствам с резистивным датчиком тока, позволяющим заранее произвести точный расчёт номиналов элементов, а также ввести плавную (посредством переменного резистора) или ступенчатую (посредством переключателя) регулировку тока срабатывания.

Читать еще:  Разблокиратор для розеток легранд


Рис.1 Схема электронного предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки по току

На элементах Т1 и Т2 выполнен транзисторный аналог тиристора со стабильным напряжением срабатывания

0,6В. Ток срабатывания этого тиристора, а соответственно и всего предохранителя зависит от номинала резистора R4, который рассчитывается по формуле: R4 (Ом) ≈ 0,6/Iср (А). При желании ввести в электронный предохранитель плавную регулировку тока срабатывания, R4 следует заменить на цепочку из последовательно соединённых: постоянного резистора, рассчитанного на максимальный ток, и проволочного переменного номиналом, рассчитанным под минимальный ток срабатывания. Суммарная мощность, рассеиваемая на этих резисторах при максимальном токе, равна Р(Вт) ≈ 0,6 * Iср (А).

При включении блока питания и условии отсутствия в нагрузке недопустимых токов предохранитель автоматически устанавливается в рабочее (открытое) состояние. При превышении тока напряжение на R4 достигает уровня открывания Т1 и транзисторный эквивалент тиристора (Т1, Т2) срабатывает и притягивает уровень напряжения на затворе Т3 к напряжению на его истоке, что приводит к закрыванию полевика. Для возврата электронного предохранителя в рабочее (открытое) состояние необходимо: либо выключить и снова включить источник питания, дождавшись, когда напряжение на его выходе упадёт до нуля, либо нажать кнопку сброса S1.

Если входное напряжение, подаваемое на предохранитель, не превышает 20В, то цепочку R1 D1 допустимо исключить, а нижний вывод R3 подключить к минусу.

Применение источника тока на полевом транзисторе Т4 обусловлено желанием обеспечить ток через светодиод Led1 (индикатор наличия выходного напряжения) на постоянном уровне, независимо от приложенного к предохранителю напряжения. Если электронный предохранитель предполагается использовать при фиксированном напряжении питания, то для простоты этот транзистор можно заменить резистором.

Посредством несложных манипуляций в приведённое выше устройство можно добавить функцию плавный пуск (Soft Start), позволяющую электронному предохранителю избегать ложных срабатываний в начальный момент включения источника питания при наличии в нагрузке электролитических конденсаторов значительной ёмкости. Рассмотрим получившуюся схему на Рис.2.


Рис.2 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (положительная полярность)

В начальный момент включения источника питания конденсатор С3 замыкает цепь затвора полевого транзистора Т3 на его исток, заставляя его находиться в закрытом состоянии. По мере заряда конденсатора напряжение на нём (а соответственно и разница потенциалов между истоком и затвором) плавно растёт, что приводит к постепенному открыванию полевика. Длительность данного переходного процесса (от полного закрытия до полного открывания) составляет 15…20 миллисекунд, чего вполне достаточно для значительного снижения стартовых токов заряда даже очень ёмких электролитов, расположенных в нагрузке.

Для того чтобы после срабатывания защиты вернуть предохранитель в рабочее состояние и сохранить функцию плавного пуска, необходимо не только сбросить транзисторный аналог тиристора, но и дождаться полного разряда конденсатора С3. В связи с этим кнопка сброса перенесена в цепь питания и выполняет функцию обесточивания всего устройства, а дополнительный резистор R7 ускоряет разряд С3 до комфортных 0,3…0,4 секунд.

Диод D3 выполняет функцию устранения выбросов отрицательной полярности, возникающих на конденсаторе С3 при размыкании S1, а D2 — функцию отсечения этого конденсатора от цепи затвора при срабатывании защиты, что позволяет обойтись без потери быстродействия предохранителя. Диоды могут быть любыми с допустимыми напряжениями, превышающими величину напряжения питания.

Включение датчика тока и коммутирующего транзистора в цепь питания (в нашем случае — в положительную цепь), а не земляную шину позволяет с лёгкостью осуществить релизацию защитного устройства для двуполярных источников. Приведём схему предохранителя и для отрицательной шины двуполяного блока питания.


Рис.3 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (отрицательная полярность)

Всем хороши эти устройства защиты с резистивными датчиками, особенно для цепей с умеренными токами (до 10А). Однако если возникает необходимость предохранять устройства, для которых рабочими являются токи в несколько десятков, а то и сотен ампер, то мощность, рассеиваемая на резистивном датчике, может оказаться чрезмерно высокой. Так, при максимальном токе в нагрузке равном 20А, на резисторе рассеется около 12Вт, а при токе 100А — 60Вт. Уменьшать уровень срабатывания электронного предохранителя (скажем до 100мВ) посредством введения в схему чувствительного элемента ОУ или компаратора — не самая хорошая затея, ввиду того, что помехи, гуляющие по шинам земли и питания, в сильноточных цепях могут превышать эти пресловутые 100мВ. В таких ситуациях приходится искать другие решения. Датчик магнитного поля — геркон и несколько сантиметров толстого провода могут стать выходом из положения в источниках питания с максимальными токами вплоть до десятков и сотен ампер.

Рис.4 Датчик тока на герконе

При прохождении тока через обмотку, намотанную поверх датчика (Рис.4), внутри неё возникает магнитное поле, которое приводит к замыканию контактов геркона. Намотав обмотку из десяти (или любого другого количества) витков и измерив ток срабатывания геркона, можно масштабировать это значение на любой интересующий нас ток. Так например, если геркон КЭМ-1 при десяти витках замыкается при токе через обмотку около 15А, то, намотав 2 витка, мы увеличим ток срабатывания в 5 раз, т. е. до 75 А, а перемещая геркон внутри катушки, сможем регулировать это ток в некоторых пределах вплоть до 85…90 А. К достоинствам герконов также можно отнести и относительно высокое быстродействие. Время срабатывания у них, как правило, не превышает 1…2 миллисекунд. Всё, что теперь остаётся — это нарисовать триггерную схему мощного транзисторного ключа, управляемого герконовым токовым датчиком.


Рис.5 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки с датчиком тока на герконе

Схема, приведённая на Рис.4, довольно универсальна и позволяет осуществлять защиту устройств от перегрузки в широком диапазоне входных напряжений (9…80 вольт) без изменения номиналов элементов. Устройство состоит из транзисторной защёлки, выполненной на элементах Т1 и Т2, и находится в устойчивом состоянии до момента подачи на базу транзистора Т2 короткого положительного или отрицательного импульса. Для того, чтобы включить электронный предохранитель необходимо нажать на нефиксируемый включатель S1, подав на базу Т2 импульс положительной полярности. Срабатывает защита от импульса отрицательной полярности, который формируют контакты геркона SF1. Мощный P-канальный полевой транзистор Т1 следует выбирать с некоторым запасом, исходя из тока срабатывания электронного предохранителя. Если транзистор не удовлетворяет токовым и мощностным характеристикам — допустимо использовать параллельное включение нескольких полупроводников. Цепочка D1 R6 защищает полевик от недопустимых уровней Uзи при входных напряжениях свыше 20В. Если предохранитель предполагается использовать с меньшими подаваемыми напряжениями, то эту цепочку вполне допустимо исключить.

Вариант 2

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 зарядное устройство при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Выдержка времени защиты МТЗ

Для обеспечения селективности выдержки времени МТЗ выбираются по ступенчатому принципу (см. рис. 4.2.1). Разница между временем действия защит двух смежных участков называется ступенью времени (ступенью селективности):

t=t2–t1. (4.7)

Ступень времени t должна быть такой, чтобы при КЗ на линии w2, МТЗ II (см. рис. 4.2.1) не успевала сработать.

Определение ступени селективности времени

При КЗ в точке К защита I работает в течение времени

tзI=tввI+tпI+tвI, (4.8)

где tввI – выдержка времени защиты I;

tпI – погрешность в сторону замедления реле времени защиты I;

tвI – время отключения выключателя Q1.

Условие несрабатывания защиты II при КЗ на линии w2

tввII>tввI+tпI+tвI. (4.9)

Выдержка времени защиты II может быть определена как

tввII=tввI+tпI+tвI+tпII+tзап, (4.10)

где tпII – погрешность в сторону снижения выдержки времени защиты II; tзап – время запаса.

Таким образом, минимальная ступень времени t может быть вычислена как

t=tввII – tввI=tпI+tвI+tпII+tзап. (4.11)

По формуле (4.11) определяется ступень времени для защит с независимой характеристикой времени срабатывания от тока.

Рекомендуется принимать t =0,35…0,6 с.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector