Принцип работы защиты по току
Тут необходимо применить обычную логику и увидеть причинно-следственную связь: 1) Основная проблема — большое значения тока в цепи; 2) Как понять какое значение тока? -> Измерить его; 3) Измерили и получили значение -> Сравниваем его с заданным допустимым значением; 4) Если превысили значение -> Отключаем нагрузку от источника тока.
Абсолютно любая защита, не только по току, строится именно так. В зависимости от физической величины по которой строится защита, будут возникать на пути реализации разные технические проблемы и методы их решения, но суть неизменна. Теперь предлагаю по порядку пройти по всей цепочки построения защиты и решить все возникающие технические проблемы. Хорошая защита — это защита, которую предусмотрели заранее и она работает. Значит без моделирования нам не обойтись, я буду использовать популярный и бесплатный MultiSIM Blue
, который активно продвигается Mouser-ом. Скачать его можно там же — ссылка . Также заранее скажу, что в рамках данной статьи я не буду углубляться в схемотехнические изыски и забивать вам голову лишними на данном этапе вещами, просто знайте, что все немного сложнее в реальном железе будет.
Полупроводниковая конфигурация для ограничения тока
В патенте Германии 19717614 (2002 г.) описана полупроводниковая конфигурация для ограничения тока. На рис.2 показана схема подключения электрического потребителя 12 к двухпроводной сети (фаза R и «земля» Mp).
Рис. 2. Полупроводниковая конфигурация для ограничения тока, патент.
В линии установлен электронный ограничитель тока 13 (специальная полупроводниковая конструкция, описанная в патенте). Его выводы 13А и 13В подключены к устройству 16, которое срабатывает при превышении заданного напряжения. При срабатывании устройства 16 линия 17 разрывается контактами реле 14.
ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ
И. АЛЕКСАНДРОВ, г. Курск
При налаживании различной радиоэлектронной аппаратуры желательно пользоваться блоком питания с встроенной и регулируемой электронной защитой по току нагрузки. Если имеющийся в вашем распоряжении блок не имеет такой защиты, ее можно выполнить в виде приставки, включаемой между выходными гнездами блока и нагрузкой. Таким образом, приставка-предохранитель в случае превышения заданного максимального тока нагрузки мгновенно отключит ее от блока питания.
Электронный предохранитель (см. рисунок) содержит мощный транзистор VT2, который включен в минусовый провод питания, два стабилизатора тока на полевых транзисторах — один регулируемый (на VT1), в другой — нерегулируемый (на VT3), и чувствительный элемент — тринистор VS1. Управляющее напряжение на тринистор поступает с датчика тока, в роли которого выступает резистор R1 весьма малого сопротивления (0,1 Ома), и с резистора R2. Данный тип тринистора включается при напряжении на управляющем электроде (относительно катода) 0,5…0,6 В.
Основные этапы изготовления ЗУ
Перед тем как сделать из бп компьютера надежный зарядник, изучаются требования техники безопасности, особенности работы с такими агрегатами. Ведь в первичных цепях блока питания пк присутствует напряжение.
Подготавливаем блок питания. Допускается использование отличающихся по мощности моделей. Чаще всего выполняется переделка компьютерного БП, мощность которого составляет 200–250 Вт.
После выбора модели выполняются последующие действия:
- Из блока питания компьютера откручиваются болтики. Такие действия необходимы для последующего демонтажа крышки.
- Определение сердечника, который входит в состав импульсного трансформатора. Его измеряют. Полученное значение удваивают. Для каждого элемента этот параметр индивидуален. При проведении тестов удалось выявить, что для получения мощности в 100 Вт требуется 0,95–1 см2. Ведь зарядка источника питания эффективна, если выдает 60–70 Вт.
- В состав многих моделей БП входит такая схема, как TL494. Подобная схема вводится в состав разнообразных БП, которые представлены на продажу.
Подготовка схемы
Для подготовки зарядного устройства из компьютерного блока питания своими руками требуются определенные компоненты цепи (их отличительная особенность — +12В). Все остальные элементы изымаются. Для этого используют паяльник. Для упрощения процесса изучаются схемы, которые присутствуют на специальных порталах. На них изображены основные элементы, которые потребуются для БП.
Цепи с такими показателями, как -12В, -/+5 В, изымаются. Демонтируется и переключатель, при помощи которого изменяется напряжение. Выпаивается и схема, которая требуется для сигнала запуска.
Сделать зарядное устройство из БП несложно. Но для этого потребуются резисторы (R43 и R44), которые причислены к опорному типу. Показатели резистора R43 изменяются. В случае необходимости напряжение выходное меняется.
Специалисты рекомендуют заменять R43 на 2 резистора (переменный тип — R432, постоянный тип — R431). Внедрение таких резисторов облегчает процесс создания регулируемого элемента. С его помощью проще изменять силу тока, а также выходное напряжение. Это требуется для сохранения работоспособности автоаккумулятора.
Решая, как переделать БП, стоит сосредоточиться на конденсаторе. На выходной части выпрямителя сосредотачивается стандартный конденсатор. Мастера проводят его замену на элемент, который отличается большими показателями напряжения. Так, часто пользуются конденсатором марки С9.
Рядом с вентилятором, который используется для обдува, сосредотачивается резистор. Его заменяют резистором, который выделяется большим сопротивлением.
При подготовке ЗУ для аккумулятора меняется и расположение вентилятора. Ведь воздушная масса должна поступать в подготавливаемый блок питания.
Со схемы ликвидируют дорожки, которые предназначены для соединения массы, фиксации платы непосредственно к шасси.
Сконструированный блок питания с регулировкой подводят к сети с переменным током. Для этих целей используют стандартную лампу накаливания (производительность составляет 40–100 Вт).
Такие действия выполняются для того, чтобы проверить, насколько эффективная схема получилась. Без предварительного тестирования сложно установить, перегорит ли БП с заданной мощностью при резких изменениях напряжения.
Дополнительные рекомендации
Для правильной настройки БП для автомобильной аккумуляторной батареи требуется соблюдение определенных правил.
- Введение индикаторов. Для отслеживания того, насколько зарядился автомобильный аккумулятор, используются индикаторы. В состав схемы вводят цифровые или же стрелочные индикаторы. Их легко приобрести в специализированных магазинах или же демонтировать со старой техники. Допускается введение нескольких индикаторов, с помощью которых отслеживается степень заряда, напряжение на токопроводящих выводах.
- Корпус с креплением или ручками. Наличие такой детали способствует упрощению процесса эксплуатации ЗУ из БП.
К сборке ЗУ из БП портативного компьютера допускается при условии, что есть определенный опыт, знания в области электроники. Проводить какие-либо мероприятия, если нет соответствующей подготовки, запрещено. Ведь в процессе нужно контактировать с токопроводящими выводами, элементами, на которые подается напряжение, ток.
Защита авто электроники от перенапряжения и перегрузки
Включение зажигания при запуске автомобиля или выброс большого количества энергии в электронику при выключении двигателя — это источники опасных скачков напряжения в сети авто 12 В. Такие состояния делятся на пониженное напряжение (UV) и повышенное (OV); они могут иметь значительные параметры вольтажа и повреждать цепи, не предназначенные для работы в таких экстремальных условиях. Для защиты чувствительной электроники от переходных состояний питания были разработаны специальные устройства.
Компаратор LTC4368 разработан с гистерезисом всего 25 мВ на выводах монитора для улучшения помехозащищенности. Гистерезис может предотвратить ложное включение или выключение MOSFET из-за, например, пульсаций или высокочастотных колебаний в линии питания. Гистерезис 25 мВ в LTC4368 соответствует 5% пороговых значений выводов монитора и является общим для защиты как от недо-, так и от перенапряжения.
Для безопасности или для снижения нагрузки на линию зажигания некоторые автомобильные вспомогательные цепи должны быть отключены от бортсети при запуске или остановке авто. Из-за больших амплитуд переходных процессов для этих схем может потребоваться ещё больший гистерезис, чем для самой LTC4368. В таких устройствах повышенные требования к гистерезису могут быть удовлетворены путем установки LTC4368 на мониторинг питания чипа с регулируемым гистерезисом, таким как LTC2966. На рисунке показан пример защиты автомобильной цепи с широким диапазоном напряжений. В этой схеме LTC2966 действует как компаратор, а LTC4368 отвечает за подключение нагрузки к сети.
3 схемы на транзисторах и тиристорах
Для начала рассмотрим схемы защиты блока питания на полупроводниковых компонентах. Они просты, надежны и, главное, обладают большим, чем у схем с электромагнитным реле быстродействием.
Простейшая на биполярном транзисторе
Эта несложная для повторения конструкция подойдет для относительно маломощного (до 5-6 А) блока питания или зарядного устройства. В качестве управляющего ключа в блоке защиты используется довольно распространенный и недорогой кремниевый транзистор КТ819.
Пока ток, протекающий через токоизмерительный резистор R3 в нагрузку не превышает допустимого, управляющий транзистор Т2 закрыт. А Т1 благодаря напряжению смещения с резистора R1 открыт. Нагрузка получает питание. При перегрузке или коротком замыкании на выходе схемы напряжение, вызванное падением на токоизмерительном резисторе R3, открывает T2. Тот в свою очередь запирает ключ Т1, одновременно зажигая светодиод LED1 «Перегрузка». В этом состоянии схема будет находиться до тех пор, пока ток потребления нагрузкой не войдет в допустимый диапазон.
На месте Т1 могут работать транзисторы 2N5490, 2N6129, 2N6288, 2SD1761, BD291, BD709, BD953, КТ729. Т2 – любой маломощный кремниевый транзистор типа n-p-n. К примеру, популярный КТ315 с любой буквой. Светодиод – любой индикаторный. Наладка схемы сводится к подбору номинала резистора R3, выполненного из куска нихромового провода. Чем ниже сопротивление резистора, тем выше ток, при котором сработает защита. Силовой транзистор Т1 нужно установить на радиатор с эффективной площадью рассеивания не менее 300 мм2.
На полевом транзисторе
В этой конструкции в качестве силового ключа используется полевой транзистор, имеющий меньшее, чем биполярный падение напряжения и способный коммутировать больший ток.
Схема защиты от КЗ на полевом транзисторе
Пока ток через нагрузку не превышает критический, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 невелико, транзистор Т2 закрыт. Т1 открывается напряжением, которое подаётся через LED1. В это время ток, протекающий через светодиод и резистор R4 очень мал и светодиод не светится.
При коротком замыкании или перегрузке падение напряжения на токоизмерительном резисторе увеличивается, транзистор Т2 открывается и запирает полевой транзистор, отключая нагрузку. При этом ток через светодиод увеличивается и последний начинает светиться, указывая на перегрузку. Налаживание конструкции сводится к подбору номинала токоизмерительного резистора R1 – чем его сопротивление ниже, тем при большем токе нагрузки включится защита.
В узле можно использовать практически любые полевые транзисторы, выдерживающие ток 15-20 А и соответствующее напряжение. Подойдут, к примеру, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48. Если ток через нагрузку не будет превышать 8 А транзистору радиатор не нужен. Т2 – любой маломощный кремниевый n-p-n проводимости, скажем КТ315 или КТ3102.
На тиристоре
Эта схема предназначена для защиты от короткого замыкания зарядного устройства, но может работать с любым трансформаторным блоком питания без сглаживающих конденсаторов.
Схема защиты зарядного устройства на тиристоре
Пока ток через нагрузку не превышает нормальный, T1 открыт. При этом при каждой полуволне напряжения коллекторным током открытого транзистора открывается тиристор, питая нагрузку. При коротком замыкании выходное напряжение падает, Т1 закрывается и запирает тиристор. Критическое напряжение, а значит, и порог срабатывания настраивается потенциометром Р1. В схеме можно использовать любой тиристор серии КУ202, Транзистор КТ814 можно заменить на BD136, BD138, BD140. Тиристор необходимо установить на радиатор площадью не менее 300 см2.
Защита от перегрузки и Пускового тока
Применение защиты от перегрузки и пускового тока
Защита LTC4368 отвечает за перегрузки по току и также пускового тока. Компараторы внутри LTC4368 отслеживают падение напряжения на резисторе датчика тока R11. Компаратор максимального тока отключится, когда напряжение SENSE к VOUT превысит 50 мВ. При обратном прохождении потенциала, VOUT к VIN, компаратор максимального тока отключится, когда напряжение SENSE к VOUT превысит –3 мВ. В этом включении используется измерительный резистор 20 мОм, который настраивает пределы тока на +2,5 А и –150 мА.
C4 — это конденсатор, который устанавливает задержку для повторного включения (сброса защиты) после перегрузки по току. Задержка повторной попытки — это время, в течение которого MOSFET остается на низком уровне после обнаружения перегрузки по току. В этом случае задержка повторной попытки составляет 250 мс. Резисторы на 10 Ом — R14 и R15 — добавлены к затворам MOSFET, чтобы предотвратить паразитные колебания схемы.
Защита от КЗ для блока питания своими руками
Иногда при наладке самодельных электронных устройств получается короткое замыкание, из за которого может выйти из строя блок питания. Поэтому у блока питания должна быть надежная защита от короткого замыкания, способная в нужный момент быстро отключить замкнувшую нагрузку и уберечь блок питания от поломки.
На этом рисунке изображена схема простого устройства предназначенного для надежной защиты блока питания от короткого замыкания.
Схема защиты блока питания от короткого замыкания
Принцип работы релейной защиты довольно простой. При подаче напряжения на схему в режиме ожидания загорается красный светодиод. После нажатии кнопки S1 ток поступает на обмотку реле, контакты переключаются и блокируют обмотку реле, таким образом схема переходит в рабочий режим, об этом сигнализирует загоревшийся зеленый светодиод, ток поступает на нагрузку. При возникновении короткого замыкания пропадает напряжение на обмотке реле, контакты его размыкаются, нагрузка автоматически отключается, загорается красный светодиод сигнализируя о срабатывании релейной защиты.
Схема предназначена для работы с постоянным выходным напряжением от 8 до 15 вольт, поэтому будет отлично работать с зарядным устройством из компьютерного блока питания, а также с любыми другими трансформаторными или импульсными блоками питания имеющими выходное напряжение в указанном диапазоне.
Данную схему можно считать универсальной, потому что её легко переделать под любое напряжение, достаточно всего лишь заменить реле под нужное вам напряжение, ну и конечно при необходимости подобрать резисторы R1 и R2 под установленные в схему светодиоды.
Печатная плата устройства защиты блока питания от короткого замыкания.
Печатная плата защиты блока питания от короткого замыкания
Посмотрим, как работает готовое устройство защиты блока питания от короткого замыкания. В дежурном состоянии после подачи питания, горит красный светодиод, нагрузка отключена.
Нажимаем кнопку и устройство перейдет в рабочий режим.
Загорелся зеленый светодиод, сигнализируя о подаче питания на нагрузку, в качестве нагрузки я использую обыкновенную 12 вольтовую лампочку.
С помощью отвертки замыкаю между собой центральный контакт с цоколем лампочки, получается короткое замыкание, мгновенно срабатывает защита от КЗ, нагрузка отключается, загорается красный светодиод своим светом сообщая о коротком замыкании.
Радиодетали для сборки
- Реле SRD-12VDC-SL-C, можно использовать аналогичное на другое напряжение
- Резисторы R1, R2 1K сопротивление подбирайте для каждого светодиода
- Светодиоды 5 мм 2 шт. красный и зеленый
- Кнопка любая без фиксации с нормально разомкнутыми контактами
Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!
Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать защиту от короткого замыкания для блока питания
Электрическая вилка
В международном патенте РСТ 9848504 (1998 г.) описана электрическая вилка. Это вилка для маломощной нагрузки, в которую встроена схема защиты. Схема вилки показана на рис.5. Сетевые провода обозначены 10 и 12, выходы вилки на нагрузку — 20 и 22.
Рис. 5. Вилка для маломощной нагрузки, в которую встроена схема защиты, патент.
В состав вилки входят предохранители 14 и 16 и интегральная микросхема 50. Между входным и выходным контактами включены последовательно термистор 52 и специальный диод (не обозначен). Этот диод называется «твердотельным выпрямляющим предохранителем».
Если ток диода превышает номинальный, он срабатывает как предохранитель. Кроме того, в схему включен обычный диод. Схема предназначена для включения елочных гирлянд.
Регулируемый блок питания с защитой от кз своими руками
Этот лабораторный блок питания собран на специализированной микросхеме LM723. Он позволяет регулировать выходное напряжение от 2 до 30 В, имеет защиту от короткого замыкания и обеспечивает ток до 20 А.
Сердцем устройства является микросхема, представляющая собой регулятор напряжения с защитой от перегрузки. Поскольку выходная мощность микросхемы невелика, она оснащена мощным ключом, собранным на транзисторах VT1-VT5. Резисторы R4, R6, R8, R10 – токовыравнивающие. Они компенсируют разброс коэффициентов передачи транзисторных ключей.
Датчик тока собран на резисторах R5, R7, R9, R11, включенных параллельно. Он подключен к выводам 2 и 3 микросхемы. Как только напряжение на этих выводах станет больше 0.6 В, сработает защита по току и закроет силовые транзисторы. Резистор R2 служит для регулировки выходного напряжения. Мощные транзисторы установлены на общий радиатор площадью около 1000 см2. Изолировать их от радиатора не нужно.
Вместо указанных на схеме 2N3055 можно установить КТ819. Выпрямительные диоды должны выдерживать ток 30 А и обратное напряжение не ниже 50 В. Трансформатор выдает напряжение 35 В и обеспечивает ток 25 А.
Вот мы и закончили краткий обзор схем защиты от КЗ, которые можно использовать в блоках питания и зарядных устройствах. Несмотря на то, что конструкции довольно простые, они вполне справятся со своей задачей и спасут жизнь блоку питания при небрежном с ним обращении.
Спасибо, помогло!10Не помогло1
Сейчас читают:
Как сделать импульсный блок питания своими руками: лучшие сборки и схемы
Как сделать самодельный регулируемый блок питания – подборка схем
Как сделать блок питания или зарядное устройство из компьютерного БП ATX
Как отремонтировать блок питания компьютера своими руками
Как сделать блок питания для шуруповерта
Электросхемы защиты динамиков
Транзисторные схемы защиты динамиков от постоянного напряжения обладают рядом существенных недостатков, поэтому хорошим решением проблемы будет использование схемы на интегральных компараторах. Устройство собрано на одной микросхеме, включающей четыре компаратора, и одном n-p-n транзисторе средней мощности. Контактные группы реле на схеме не показаны, но они включаются в разрыв цепей, соединяющих выходы усилителя звуковой частоты и акустические системы. Четыре диода на входе схемы выполняют защиту схемы от броска напряжения в результате неисправности усилителя звуковой частоты. Резистор R8 позволяет установить порог срабатывания от 0 до ± 1,75 V.
В схеме применены двойные интегрирующие RC цепи, поскольку одиночные цепи работают некорректно. С увеличением ёмкости конденсатора, время срабатывания увеличивается, а уменьшение ёмкости приводит к ошибочным срабатываниям на больших уровнях громкости. Данное схемное решение позволяет использовать устройство на усилителях с киловаттной мощностью. Гарантированное время срабатывания устройства не превышает 75-80 мсек. Для обеспечения задержки подключения акустических систем к выходу усилителя используется конденсатор С6. При указанной ёмкости время задержки включения составляет 2 секунды.
Электрическая вилка
В международном патенте РСТ 9848504 (1998 г.) описана электрическая вилка. Это вилка для маломощной нагрузки, в которую встроена схема защиты. Схема вилки показана на рис.5. Сетевые провода обозначены 10 и 12, выходы вилки на нагрузку — 20 и 22.
Рис. 5. Вилка для маломощной нагрузки, в которую встроена схема защиты, патент.
В состав вилки входят предохранители 14 и 16 и интегральная микросхема 50. Между входным и выходным контактами включены последовательно термистор 52 и специальный диод (не обозначен). Этот диод называется «твердотельным выпрямляющим предохранителем».
Если ток диода превышает номинальный, он срабатывает как предохранитель. Кроме того, в схему включен обычный диод. Схема предназначена для включения елочных гирлянд.
Универсальные БП с защитой от перегрузок и К.З.
Предлагаю несколько несложных схем универсальных блоков питания для наладки, проверки и ремонта различного радио и электрооборудования. Предлагаемые блоки питания двухполярные, но можно использовать, конечно, и только один канал. Все блоки содержат схемы защиты от перегрузки и короткого замыкания (К.З.) на выходе. Здесь представлены разные варианты схем защиты – схема на реле, тиристоре и вообще без реле и тиристоров. Даны также варианты использования так называемых «составных» транзисторов для значительного увеличения выходного тока блока питания, которые можно использовать и в других схемах.
Блок питания с плавной регулировкой выходного напряжения
Блок питания выдает двухполярное напряжение от 1 до 15..18 В при токе нагрузки до 1 А и содержит схему защиты от перегрузки и короткого замыкания на выходе. Им удобно пользоваться при наладке радиосхем и аппаратуры, так как практически исключается возможность вывода из строя различных активных элементов схемы (транзисторов, микросхем и т.д.) при случайной переплюсовке или неправильном монтаже, а также случайных коротких замыканий.
Принципиальная схема блока представлена на рисунке ниже
При изготовлении блока питания у меня стояла задача сделать его размеры минимально возможными, что послужило причиной достаточно плотной компоновки элементов внутри корпуса. Тем не менее этот блок питания используется уже 3 года и работает без каких либо нареканий. Управляющие транзисторы практически не греются и не требуют, поэтому, применения больших теплоотводов. В качестве теплоотвода используется корпус блока, сделанный из пластин фольгированного двухстороннего текстолита. Транзисторы (VT1) крепятся к задней стенке через изоляционные прокладки из слюды.
В целях экономии места, также, применяется один вольтметр и один амперметр на оба канала. При помощи переключателя типа П2К они могут подключаться к выходу одного из каналов. Применение на выходе постоянно включенного амперметра очень удобно, так как позволяет в любой момент контролировать потребление тока налаживаемой схемы или устройства и, таким образом, вовремя заметить отклонения от нормального режима работы.
Схемы коммутации измерительных приборов переключателями типа П2К:
В качестве индикаторов рабочего режима и срабатывания защиты от перегрузки или короткого замыкания используются светодиоды соответственно зеленого и красного цвета свечения подключенные на выходе схемы последовательно с резисторами 2 кОм. (подключение светодиодов показано на принципиальной схеме блока питания).
Никакого налаживания собранная схема блока питания не требует. Подстроечным резистором R3 устанавливается порог срабатывания схемы защиты. Для этого к выходу каждого канала подключается нагрузка (резистор), соответствующая нужному току, например 0,9А и поворотом движка резистора R3 добиваются срабатывания реле. Чтобы вернуть блок питания в рабочий режим после срабатывания защиты, нужно на несколько секунд выключить блок питания. В схеме можно применить любые другие реле с рабочим напряжением 6 – 12 В и соответствующей группой контактов, например РЭК-53. Тиристоры КУ202 могут быть с любой буквой, можно поставить и КУ101, 104, 105. Операционный усилитель К153УД5 можно заменить на другой, из серии К140 (например К140УД7, К140УД8).
Простой блок питания с дискретным переключением
Эта схема проще, но также содержит узел защиты от перегрузки и К.З. на выходе. Выходное напряжение здесь задается дискретно, при помощи подключения опорных стабилитронов на разное напряжение стабилизации
Рис. 2
Характеристики: — Uвых = 6 … 25 В (зависит от примененных стабилитронов); — Iмакс (без теплоотводов) = 200 мА. При применении теплоотводов и «составных» регулирующих транзисторов (описаны далее) – до 2 .. 3 А; — Уровень пульсаций — около 1 мВ; — Кстаб = 700.
Стабилитроны VD2 – VD5 задают нужные значения выходного напряжения и переключаются при помощи подходящего кнопочного или галетного преключателя на нужное количество позиций. Ниже приведена примерная таблица соответствия типа стабилитрона и выходного напряжения блока:
Источник
Защита от перегрузки по току
Как мы помним, сила тока – еще одна, не менее важная его характеристика. Согласно международным стандартам оргтехники, один проводник не может передавать более 240 Вольт-Ампер, то есть 240 Ватт, в случае с постоянным током.
Максимально нагруженная цепь с напряжением 12 Вольт передаст не более 20 Ампер. При таком раскладе создать БП мощностью более 300 Ватт, не получится.
Для обхода этого ограничения, выводы 12 Вольт разбиваются на несколько групп с отдельной защитой по току (OCP) для каждой. При этом некоторые производители откровенно халтурят, используя только одну защитную схему, к которой подключаются все выводы, а срабатывает защита уже при 40 Амперах.
Определить «на глаз», какой именно подход использован, возможно только при разборке устройства и проверке его электрических цепей. Поэтому советую покупать комплектующие только тех брендов, в качестве продукции которых, вы уверены.
Как подобрать компоненты
Для трансформаторного источника подбирается, в первую очередь, трансформатор. В большинстве случаев он берется готовый из того, что есть. Этот узел должен выдавать требуемый ток при максимальном напряжении. Сочетание этих параметров обеспечивается габаритной мощностью трансформатора. Для промышленных устройств параметры можно узнать из справочника. Для случайных трансформаторов мощность можно определить по размерам сердечника (в сантиметрах).
Площадь сердечника для разных типов трансформаторов.
Мощность вычисляется по формуле:
P=S2/1.44 где:
- P-мощность в Ваттах;
- S- сечение в квадратных сантиметрах.
Для практических целей мощность надо еще умножить на КПД. Для примера, трансформатор с площадью сердечника 6 кв.см. при напряжении 35 вольт и выходном напряжении стабилизатора 30 вольт (общий КПД можно взять 0.75) способен отдать мощность P=(36/1.44)*0.75=18.75 ватт. Наибольший ток при этом составит I=P/U=18.75/35=0,5 А.
Если трансформатор проходит по мощности, но вторичная обмотка рассчитана на другое напряжение, ее можно удалить и намотать новую (если уместится). Количество витков рассчитывается так:
- определяется количество витков на вольт по формуле 50/S, где S – площадь сердечника в кв.см.;
- эта величина умножается на необходимый уровень напряжения.
Так, для площади 6 см на 1 вольт приходится 50/6=8,3 витка на вольт. Для напряжения 35 вольт обмотка должна иметь 35*8,3=291 виток. Диаметр провода рассчитывается по формуле D=0,02, где I – ток в миллиамперах. Для тока в 5 ампер надо взять провод диаметром 0,02*=70*0,02=1,4 мм.
Если для линейного регулятора подбирается мощный транзистор, основной критерий для применения – ток коллектора. Он должен с запасом перекрывать ток нагрузки. Этот параметр для распространенных отечественных и зарубежных транзисторов приведен в таблице.
| Транзистор | Наибольший ток коллектора (постоянный), А |
|---|---|
| КТ818 (819) | 10 |
| КТ825 (827) | 20 |
| КТ805 | 5 |
| TIP36 | 25 |
| 2N3055 | 15 |
| MJE13009 | 12 |
Также надо обратить внимание на такой параметр, как максимальное напряжение между коллектором и эмиттером. При входном напряжении 35 вольт и выходном 1,5 разница составит 33,5 вольт, для некоторых полупроводниковых приборов это недопустимо
Емкость оксидного конденсатора, стоящего после выпрямителя, выбирается исходя из нагрузки. Существуют формулы для расчета параметров фильтра, но на практике подход простой: чем больше, тем лучше. Сверху на емкость наложено два ограничения:
- габариты конденсатора;
- бросок тока на заряд, который может быть значительным при большой емкости.
Выходной конденсатор БП может иметь емкость около 1000 мкФ.
Почему аппаратная?
Ответ на этот вопрос простой — любое программируемое решение на МК, с внешним АЦП и прочее, могут попросту «зависнуть» и даже если вы достаточно грамотный софтописатель и включили сторожевой таймер и прочие защиты от зависания — пока оно все обработается ваше устройство сгорит. Аппаратная защита позволяет реализовать систему с быстродействием в пределах нескольких микросекунд, а если бюджет позволяет, то в пределах 100-200 нс, чего достаточно вообще для любой задачи. Также аппаратная защита не сможет «зависнуть» и спасет устройство, даже если по каким-то причинам ваш управляющий микроконтроллер или DSP «зависли». Защита отключит драйвер, ваша управляющая схема спокойно перезапустится, протестирует аппаратную часть и либо подаст ошибку, например, в Modbus или запустится если все хорошо.
Тут стоит отметить, что в специализированных контроллерах для построения силовых преобразователей есть специальные входы, которые позволяют аппаратно отключить генерацию ШИМ сигнала. Например, у всеми любимого STM32 для этого есть вход BKIN.
Отдельно стоит сказать еще про такую вещь как CPLD. По сути это набор высокоскоростной логики и по надежности оно сопоставимо с аппаратным решением. Вполне здравым смыслом будет поставить на плату мелкую CPLD и реализовать в ней и аппаратные защиты, и deadtime и прочие прелести, если мы говорим о dc/dc или каких-то шкафах управления. CPLD позволяет сделать такое решение очень гибким и удобным.
