Электронный предохранитель постоянного тока

Это устройство предназначено для защиты цепей постоянного тока от перегрузки по току и замыканий цепи нагрузки. Его включают между источником питания и нагрузкой.

Предохранитель выполнен в виде двухполюсника и может работать совместно с блоком питания с регулируемым выходным напряжением в пределах 3. 35 В. Максимальное полное падение напряжения на предохранителе не превышает 1,9 В при максимальном токе нагрузки. Ток срабатывания защитного устройства можно плавно регулировать в пределах от 0,1 до 1,5 А независимо от напряжения на нагрузке. Электронный предохранитель обладает хорошими термостабильностью и быстродействием (3. 5 мкс), надежен в работе.

Принципиальная электрическая схема электронного предохранителя показана на рис.1. В рабочем режиме тринистор VS1 закрыт, а электронный ключ на транзисторах VT1, VT2 открыт током, протекающим через резистор R1 в базу транзистора VT1. При этом ток нагрузки протекает через электронный ключ, набор резисторов R3- R6, переменный резистор R8 и контакты кнопки SB1.

При перегрузке падение напряжения на цепи резисторов R3-R6, R8 достигает значения, достаточного для открывания тринистора VS1 по цепи управляющего электрода. Открывшийся тринистор замыкает цепь базы транзистора VT1, что приводит к закрыванию электронного ключа. Ток в цепи нагрузки резко уменьшается; остается незначительный остаточный ток, равный Iост=Uпит/R1. При Uпит=9 В Iост=12 мА, а при 35 В — 47 мА.

Для того чтобы восстановить рабочий режим после устранения причины перегрузки, нужно на короткое время нажать на кнопку SB1 и отпустить. При этом тринистор закроется, а транзисторы VT1 и VT2 вновь откроются.
Остаточный ток можно уменьшить, увеличив в 1,5. 2,5 раза сопротивление резистора R1 и использовав транзисторы VT1 и VT2 с большим статическим коэффициентом передачи тока. Однако чрезмерное увеличение сопротивления резистора R1 ведет к увеличению падения напряжения на транзисторе VT2, т. е. увеличению падения напряжения на предохранителе в рабочем режиме.

Остаточный ток можно существенно уменьшить (до 2. 4 мА) при любом напряжении питания, использовав для смещения транзистора VT1 источник тока на полевом транзисторе КП303А или КП303Б с начальным током стока 1…2,5 мА. При этом резистор R1 исключается. Затвор и исток полевого транзистора нужно соединить вместе и подключить к базе транзистора VT1, а сток — к его коллектору. Следует иметь в виду, что в этом случае устройство работоспособно в цепях с напряжением не более 25 В.


Рис. 1

На рис.2 показана зависимость тока срабатывания предохранителя от сопротивления резистора R8. Вид этой характеристики сильно зависит от напряжения открывания тринистора.
Следует иметь в виду, что при напряжении питания, имеющем значительные пульсации, электронный предохранитель срабатывает на пиках напряжения, поэтому средний ток через нагрузку будет несколько ниже, чем при использовании хорошо сглаженного напряжения.

Ток срабатывания предохранителя можно определить из выражения: Iсраб=UоткрVS1/(Rэкв+R8), где UоткрVS1— напряжение открывания тринистора, а Rэкв — эквивалентное сопротивление цепи резисторов R3- R6. Как показывает график на рис.2, регулирование тока срабатывания резистором R8 в зоне предельных значений довольно грубое, поэтому целесообразно либо сократить пределы регулирования уменьшением сопротивления резистора R8 в 1,5. 2 раза, либо ввести многоступенчатое регулирование переключателем с набором точно подобранных резисторов.

Предохранитель смонтирован на печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис.3). На плате размещены все детали, кроме транзистора VT2, резистора R8 и кнопки SB1. Транзистор VT2 необходимо установить на небольшой теплоотвод, например, на дюралюминиевую пластину размерами 90х35х2 мм с отогнутыми краями.

В устройстве можно применить транзисторы и в металлическом корпусе, потребуется лишь изменить конструкцию и размеры теплоотвода. Транзистор КТ817Б можно заменить на КТ815Б-КТ815Г, КТ817В, КТ817Г, КТ801А, КТ801Б, а КТ805АМ — на КТ802А, КТ805А, КТ805Б, КТ808А, КТ819Б-КТ819Г. Статический коэффициент передачи тока транзисторов должен быть не менее 45. Постоянные резисторы — МЛТ, МТ и МОН; переменный резистор — любой проволочный; кнопка SB1 — П2К без фиксатора.

В предохранителе лучше использовать тринисторы КУ103А с напряжением открывания 0,4. 0,6 В.
Собранный предохранитель налаживания, как правило, не требует. В некоторых случаях требуется подобрать сопротивление Rэкв добавлением еще одного резистора для установки максимального тока срабатывания. На плате предусмотрено место для четырех резисторов R3-R6.

Несложно рассчитать предохранитель и на больший ток срабатывания (до 3. 5 А). Для этого потребуются более мощные транзисторы.


Рис. 2


Рис. 3

Ощутимым недостатком плавких предохранителей является их одноразовость, необходимость последующей ручной замены на другой предохранитель, рассчитанный на тот же ток защиты. Зачастую, когда под рукой нет подходящего, используют предохранители на другой ток или более того, ставят самодельные (суррогатные) предохранители или просто массивные перемычки, что крайне негативно отражается на надежности работы аппаратуры и небезопасно в пожарном отношении.
Обеспечить автоматическую многоразовую защиту устройства и одновременно повысить ее быстродействие можно за счет использования электронных предохранителей. Эти устройства можно подразделить на два основных класса: первые из них самовосстанавливают цепь питания после устранения причин аварии, вторые — только после вмешательства человека. Известны также устройства с пассивной защитой — при аварийном режиме они только индицируют световым или звуковым сигналом о наличии опасной ситуации.
Для защиты радиоэлектронных устройств от перегрузок по току обычно используют резистивные или полупроводниковые датчики тока, включенные последовательно в цепь нагрузки. Как только падение напряжения на датчике тока превысит заданный уровень, срабатывает защитное устройство, отключающее нагрузку от источника питания. Преимуществом такого способа защиты является то, что величину тока срабатывания защиты можно легко изменять. Чаще всего этого достигают с помощью датчика тока.
Другим эффективным методом защиты нагрузки является ограничение величины предельного тока через нее. Даже при наличии в цепи нагрузки короткого замыкания ток ни при каких обстоятельствах не сможет превысить заданный уровень и повредить нагрузку. Для ограничения предельного тока нагрузки используют генераторы стабильного тока.
Схемы простой автоматической защиты радиоэлектронных устройств от перегрузок по току представлены на рис. 5.1 и 5.2 [5.1]. Работа устройств такого типа (стабилизатор тока на основе полевого транзистора) подробно рассматривалась ранее в главе 5 (книга 2). Ток нагрузки при использовании такого ограничителя не сможет превысить начального тока стока полевого транзистора. Величину этого тока можно задавать подбором типа транзистора, например, для приведенного на схеме транзистора типа КП302В максимальный ток через нагрузку не превысит значения 30. 50 мА. Увеличить значение этого тока можно параллельным включением нескольких транзисторов.

Читайте также:  Из чего сделать легкую стенку

Рис. 5.1. Ограничение предельного тока нагрузки при помощи полевого транзистора


Рис. 5.2. Транзисторный ограничитель предельного тока через нагрузку

В ограничителе тока нагрузки (рис. 5.2) работают обычные биполярные транзисторы с коэффициентом передачи по току не менее 80. 100. Входное напряжение через резистор R1 поступает на базу транзистора VT1 и открывает его. Транзистор работает в режиме насыщения, поэтому большая часть входного напряжения поступает на выход источника питания. При токе меньше порогового транзистор VT2 закрыт, и светодиод HL1 не горит. Резистор R3 выполняет роль датчика тока. Как только падение напряжения на нем превысит порог открывания транзистора VT2, он
откроется, включится светодиод HL1, а транзистор VT1, напротив, начнет закрываться, и ток через нагрузку ограничится.
При указанных на схеме номиналах элементов ток короткого замыкания равен (0,7 В)/(3,6 Ом)=0,2. 0,23 А.


Рис. 5.3. Схема электронного предохранителя на полевом транзисторе VT1


Рис. 5.4. Вариант электронного предохранителя на полевом транзисторе

Электронные предохранители [5.2] можно выполнить с использованием мощного полевого транзистора VT1 в качестве ключа (рис. 5.3 и 5.4). Ток срабатывания защиты определяется соотношением резистивных элементов и зависит, в первую очередь, от величины сопротивления датчика тока, включенного последовательно с полевым транзистором.
После срабатывания защиты для повторного подключения нагрузки необходимо нажать кнопку SA1.
Стаиилизатор (рис. 5.5) позволяет получить на выходе регулируемое в пределах от 0 до 17 Б стабильное напряжение [5.3]. Для защиты стабилизатора от короткого замыкания и превышения тока в нагрузке использован тиристор VS1 с датчиком тока на резисторе R2. При увеличении тока в нагрузке включается тиристор, шунтируя цепь управления транзистора VT1, после чего напряжение на выходе падает до нуля. Светодиод HL1 индицирует факт срабатывания защиты. Для повторного запуска стабилизатора после устранения причин перегрузки следует нажать кнопку SB1 и разблокировать тиристор.


Рис. 5.5. Схема стабилизатора напряжения с защитой

Ток защиты в зависимости от величины сопротивления датика тока — резистора R2 — может быть установлен от 20.. .30 мА о 1. 2 А. Например, при R2=36 Ом ток срабатывания — 30 мА; ри R2=4 Ом — 0,5 А.
В качестве транзистора VT1 можно использовать КТ815, Т801, КТ807 и др., VT2 — П702, КТ802 — КТ805 (с радиатором).
Схема источника питания со звуковым сигнализатором пре->!шения потребляемого тока [5.4] показана на рис. 5.6. Выпря-итель на диодах VD1 — VD4 питается от трансформатора, оричная обмотка которого рассчитана на напряжение 18 6 при же нагрузки не менее 1 А. Регулируемый стабилизатор напря-эния выполнен на транзисторах VT2 — VT5 по известной схеме, этенциометром R7 на выходе стабилизатора может быть уставлено напряжение от 0 до +15 В.
Сигнализатор, обозначенный на схеме устройства как ЗГ (звуковой генератор), представляет собой генератор звуковой частоты с подключенным к нему акустическим излучателем, например, динамической головкой. Для управления работой звукового генератора использован ключ на транзисторе VT1.

Читайте также:  Поменять пластиковые окна в квартире

Рис. 5.6. Схема стабилизатора напряжения со звуковой индикацией перегрузки

При работе стабилизатора ток нагрузки проходит через датчик тока R1, создавая на нем падение напряжения. Пока ток небольшой (при указанной на схеме величине этого резистора не более 0,3 А), транзистор VT1 закрыт. По мере роста тока потребления и, соответственно, увеличения напряжения на резисторе, транзистор приближается к порогу открывания. Когда напряжение между базой и эмиттером транзистора VT1 достигнет 0,7 В, он открывается и при дальнейшем росте тока переходит в состояние насыщения. При открывании транзистора выпрямленное напряжение поступает на акустический сигнализатор и приводит его в действие.
Звуковой сигнализатор перегрузки на транзисторе VT1 может быть встроен в любой другой источник питания.
Электронный предохранитель для цепей постоянного тока и, одновременно, стабилизатор напряжения [5.5] может быть выполнен по схеме, показанной на рис. 5.7. На первых двух транзисторах (VT1 и VT2) собран стабилизатор напряжения по традиционной схеме, однако параллельно стабилитрону VD1
цключен релейный каскад на транзисторах VT3 — VT5 с дат-сом тока на резисторе Rx. При увеличении сверх заданной эмы тока в нагрузке этот каскад сработает и зашунтирует ста-питрон. Напряжение на выходе стабилизатора упадет до не-(чительной величины.


5.7. Схема электронного предохранителя — стабилизатора напряжения постоянного тока

Для разблокировки схемы защиты достаточно кратковре—ю нажать кнопку SB1.
Использование автоматических выключателей нагрузки по-!яет предотвратить разряд элементов питания или защитить чник питания от перегрузки. Выполнять функции таймера и матически отключать нагрузку при коротком замыкании по-яет устройство по схеме на рис. 5.8 [5.6].
Автовыключатель нагрузки работает следующим образом, кратковременном нажатии кнопки SB1 конденсатор С1 заря-ся от источника питания через резистор R1. Одновременно атывает ключ (ключи) /ШО/7-коммутатора (DA1), обеспе-я тем самым включение мощного транзистора VT1. Если ключатель SA1 разомкнут, устройство работает по схеме ера. Конденсатор С1 разряжается через цепочку включен-1араллельно ему резисторов R3 и R2. Когда конденсатор С1 чдится, устройство самостоятельно отключится от источника Таблица 5.1. Сопротивление резистора R1 при различном напряжении батареи

Напряжение батареи, В Сопротивление резистора, кОм
6,0 1,6
7,2 2,7
8,4 3,9
4,7
10,8 6,2
12,0 7,5

Данное устройство может давать ложные срабатывания, если к источнику питания подключают слишком мощную нагрузку, при которой напряжение батареи мгновенно «подсаживается». В этом случае отключение нагрузки еще не говорит о том, что элемент (элементы) батареи аккумуляторов разрядился до нижней допустимой границы. Повысить помехозащищенность
/стройства позволит подключение конденсаторов параллельно $ходам компаратора.
Зарядные устройства (ЗУ) обычно снабжены электронной ощитой от короткого замыкания на выходе [5.8]. Однако еще !стречаются простые ЗУ, состоящие из понижающего транс-рорматора и выпрямителя. В этом случае можно применить неложную электромеханическую защиту с использованием реле 1ли автоматических выключателей многократного действия (на-|ример, автоматические предохранители или АВМ в квартирных >лектросчетчиках) [5.8]. Быстродействие релейной защиты со-тавляет примерно 0,1 сек, а с использованием ABM — 1. 3 сек.
Когда аккумулятор (или аккумуляторная батарея) соединен выходом устройства, реле К1 срабатывает и своими контактами 11.1 подключает ЗУ (рис. 5.10).


Рис. 5.10. Схема устройства защиты для зарядных устройств

При коротком замыкании выходное напряжение резко уменьится, обмотка реле будет обесточена, что приведет к размыка-ию контактов и отключению аккумулятора от ЗУ. Повторное ключение после устранения неисправности осуществляется кноп-эй SB1. Конденсатор С1, заряженный до выходного напряжения эшрямителя, подключается к обмотке реле. Резистор R1 огранивает импульс тока при ошибочном включении, когда короткое тыкание на выходе еще не устранено.
Резистор R2 ограничивает ток короткого замыкания. Его ожно не устанавливать, если диоды имеют запас по току. Сле-/ет помнить, что в этом случае выходное напряжение ЗУ долж-з быть больше на значение падения напряжения на резисторе 2 при номинальном зарядном токе. АВМ защищает при пере->узках по току, чего релейная защита выполнить не может.
Автоматический предохранитель (или выключатель) подключают последовательно с контактами реле. Сопротивление АВМ — около 0,4 Ом. В этом случае резистор R2 можно не включать.
Для ЗУ автомобильных аккумуляторных батарей необходимо выбрать реле на номинальное напряжение 12 Б с допустимым током через контакты не менее 20 А. Этим условиям удовлетворяет реле РЭН-34 ХП4.500.030-01, контакты которого следует включить параллельно. Для ЗУ с номинальным током до 1 А можно применить реле РЭС-22 РФ4.523.023-05.
Тиристорно-транзисторная схема защиты источника питания от короткого замыкания [5.9] показана на рис. 5.11. Схема работает следующим образом. При номинальном режиме тиристор отключен, транзисторы устройства, включенные по схеме Дарлингтона, находятся в состоянии насыщения, падение напряжения на них минимально (обычно единицы вольт). При возникновении короткого замыкания в нагрузке начинает протекать ток через управляющий переход тиристора VS1, происходит его включение. Открытый тиристор шунтирует цепь управления составного транзистора, ток через который снижается до минимума.

Читайте также:  Картина из пластилина море


Рис. 5.11. Схема защиты источника питания от короткого замыкания

Светодиод HL1 индицирует наличие короткого замыкания в нагрузке.
Схема рассчитана на работу при больших токах, поэтому на самой схеме защиты падает довольно значительная часть напряжения питания и рассеивается, соответственно, большая мощность.
Устройство, описанное ниже, одновременно может выпол-ять роль стабилизатора постоянного и переменного тока боль-юй величины, защищать цепь нагрузки от короткого замыкания, ыполнять роль регулируемой активной нагрузки с предельной ощностью рассеяния сотни бг[5.10, 5.11].
Основой стабилизатора тока является токостабилизирую-(ий двухполюсник, схема которого приведена на рис. 5.12. Он эедставляет собой модифицированный источник тока, описанный работе [5.12]. Ток через канал полевого транзистора VT1 опреде-чется, преимущественно, напряжением U1 (рис. 5.12) и может эггь вычислен из выражения: I=U1/RM. Напряжение U1 является 1стыо напряжения +Е, приложенного к двухполюснику, а посколь-/ резистивный делитель R1/R2 обеспечивает прямо пропорцио-1льную зависимость между величинами U1 и +Е, то такое же ютношение будет наблюдаться между током I и напряжением +Е.


Рис. 5.12. Токостабилизирующий двухполюсник на основе дифференциального усилителя и полевого транзистора

Эквивалентное сопротивление двухполюсника можно пред-авить как: R3=E/l=ExRM/U1. В свою очередь U1=E*RM/(R1+R2).
Отсюда R3=RM+(R1XRM/R2) или R3=R|/,’

Я нашел ее в интернете. Немного о работе этого предохранителя. Устройство предназначено для бесконтактного аварийного отключения питания от электронного прибора при токах, превышающих определенное значение. Для этих целей ставятся обычно плавкие предохранители, но быстродействие их таково, что сначала выгорает вся электроника и лишь потом сгорает предохранитель. Электронный же предохранитель отключает нагрузку гораздо быстрее и вероятность повреждения от перенапряжения, или непредвиденного повышения тока потребления резко сокращается.

Главным элементом схемы является транзистор VT2, который в нормальном состоянии открыт и падение напряжения на нем минимально. Светодиод VD1 погашен. При увеличении потребляемого тока падение напряжения на транзисторе увеличивается, и начинает открывать транзистор VT1. В результате этого процесса транзистор VT1 быстро открывается, а VT2 – закрывается, и отключает нагрузку от источника питания. При этом загорается индикатор перегрузки светодиод VD1. При устранении короткого замыкания, или же отключении нагрузки от электронного предохранителя, работоспособность устройства восстанавливается.

Подключается предохранитель между выходом блока питания и нагрузкой. Все это показано на схеме. Для сборки этого устройства нам понадобятся следующие детали и инструменты

1 – монтажная или печатная плата небольшого размера, например , 5 на 5 см; транзистор КТ817; транзистор КТ315; светодиод АЛ 307в, желательно красный; резисторы МЛТ 0,25 вт 360 ом; 0,125 вт 1,5 ком; 0,5 вт 91 ом; 0,25 вт 450 ом; монтажные провода. 2 – паяльник; припой; пинцет; кусачки; пассатижи; мультиметр; автомобильная лампа 12 в на 21 вт– для подключения ее вместо нагрузки. Собираем следующим образом.

Шаг 1. Проверяем все детали при помощи мультиметра, так как среди них есть и Б/У

Шаг 3. Подключаем собранное устройство к выходу блока питания согласно схеме, а к выходу предохранителя подключаем нагрузку, например, автомобильную лампу 12 в 21 вт. При указанных номиналах устройство срабатывает при токе 1А и напряжении питания 9В.

Для изменения характеристик предохранителя номиналы резисторов R3 и R4 придется пересчитать по приведенным ниже формулам.

R3= Uвх *Вст/Iн. maх,

где Uвх –входное напряжение в вольтах; В ст. –статический коэффициент передачи тока транзистора VT2 ; I н.maх – ток нагрузки максимальный в амперах.

R4 при токах до 1,5 А рассчитывается из условия: R4 = 0,05* Uвх( ком). При токах 1,5А— 10А , R4= 0,02* Uвх .(ком).

Шаг 4 . Проверяем работу электронного предохранителя. Для этого на выход предохранителя подключаем автомобильную лампу 12 в 21 вт с током потребления более 1- 1,5 А. Так как предохранитель рассчитан на срабатывание при токе 1А, то лампа тут же погаснет, и загорится индикатор перегрузки светодиод VD1. В таком состоянии предохранитель будет находиться сколько угодно времени, пока не будет отключена нагрузка (лампа) от его выхода. После отключения нагрузки, работа устройства восстанавливается автоматически. Это говорит о том, что схема работает. При минимуме деталей предохранитель работает довольно – таки не плохо, и лампа цела, и блок питания не сгорел.

Вот вроде бы и все.
Желаю всем вам удачи в создании своих самоделок.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector