Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения
Аварийные «экстратоки» и «экстранапряжения» не идут на пользу ни одному электронному устройству. Необходимо вводить защитные цепи с автоматическим ограничением, снижением, отключением питания или, в крайнем случае, с визуальной/звуковой индикацией аварийного состояния.
Простейшим элементом защиты служит плавкий предохранитель. При его выборе надо ориентироваться на стандартные номинальные токи срабатывания:
• SМD-предохранители — 62; 125; 250; 375; 500; 750 мА, 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 3.5; 4.0; 5.0 А;
• обычные «стеклянные» предохранители — 50; 60; 80; 100; 160; 200; 250; 315; 500; 630; 800 мА, 1.0; 1.25; 1.6; 2.0; 3.15; 3.5; 4.0 А.
Время срабатывания предохранителя зависит от величины протекающего тока. Судя по Табл. 6.9, ориентироваться на номинальный ток ПЛАВ нельзя, необходимо его многократное превышение, например, 4/ПЛАВ. На практике считается, что плавкая вставка с надписью «1А» гарантированно «сгорает» при токе 2.5 А.
Радиолюбители за неимением времени иногда изготавливают кустарные проволочные предохранители, называемые в обиходе «жучками». Если используется медный провод, то можно взять данные из Табл. 6.10. Разумеется, «жучки» после проведения эксперимента надо заменить нормальными предохранителями.
Следует отличать плавкие предохранители (fuse) от предохранительных резисторов (fusible resistor). Последние по конструкции напоминают обычные резисторы, но при перегорании не оставляют вокруг себя чёрного пятна металлизированной сажи, которая может закоротить другие цепи на печатной плате.
Ещё один важный элемент защиты — это варисторы (Табл. 6.11). В отличие от предохранителей, они устанавливаются не последовательно, а параллельно, т.е. защита осуществляется по напряжению, а не по току.
Если напряжение меньше порогового, то сопротивление варистора большое, и он практически не оказывают влияние на защищаемую цепь. Если порог достигнут, то сопротивление варистора быстро снижается. Это позволяет эффективно защищать аппаратуру от кратковременных импульсных помех.
На Рис. 6.20, а…к показаны схемы защиты питания от всплесков напряжения и коротких замыканий.
Рис. 6.20. Схемы защиты питания от всплесков напряжения и коротких замыканий (начало):
а) защита от повышенного входного напряжения с порогом, определяемым стабилитроном VD1. Оптореле VU1 имеет нормально замкнутые контакты с током нагрузки не более 250 мА;
б) электронное отключение питания при пробое мощного регулирующего транзистора, находящегося внутри стабилизатора напряжения А1. Быстродействие определяется параметрами оптотиристора VU1. Излучатель HL1 красным цветом индицирует аварийное состояние. Резистор R3 устанавливает напряжение перехода транзистора VT1 в закрытое состояние;
в) «параллельная» защита цепи +5 В. При всплесках напряжения открывается тиристор VS1 и перегорает плавкая вставка FU1 (или самовосстанавливающийся предохранитель). Конденсатор C1устраняет ложные срабатывания тиристора. Мощный проволочный резистор R3защищает тиристор VS1 от «экстратоков». Пороговое напряжение стабилитрона VDI имеет разброс 3.1…3.5 В, поэтому его точное значение устанавливается подстройкой резистора R1.
г) аналогично Рис. 6.20, в, но с заменой тиристорного ключа мощным параллельным стабилизатором напряжения на элементах VDI, VTI, R1…R3 и дополнительной защитой по входу при помощи варистора RV1. Порог срабатывания устанавливается резистором R1 на уровне примерно на 0.2…0.4 В выше, чем напряжение питания +3…+5 В;
Рис. 6.20. Схемы защиты питания от всплесков напряжения и коротких замыканий (окончание):
д) HL1 — это индикатор снижения напряжения питания с +5 до +4 В, что может свидетельствовать о предаварийном состоянии. Точный порог устанавливается резистором R3. Схема служит только для индикации неполадок. Устранение аварии производится оператором вручную;
е) защита от помех и перенапряжений в бортовой сети автомобиля (элементы R1, C1). Мигающий светодиод HL1 служит индикатором неверной полярности подачи питания;
ж) красный цвет светодиода HL1 индицирует обрыв предохранителя FU1, зелёный — нормальную работу. При оранжевом или жёлтом цвете следует выбрать другой тип диода VD1
з) защита от превышения тока в «минусовом» проводе. Резистором R3 добиваются триггер-ного режима работы. Резистором R1 устанавливают ток защиты в пределах 10…600 мА. Для ориентира, если R2= 10 Ом, то ток срабатывания равен 85… 111 мА;
и) варисторная защита устройств, подключённых к телефонной линии. При большой амплитуде или случайной подаче сетевого напряжения 220 В перегорает плавкая вставка FU1;
к) стабилитрон VD2 защищает от всплесков входного напряжения. Ток ограничивается резистором R1, короткие импульсные помехи сглаживаются конденсатором C1.
Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.
Современные средства защиты в электросхемах SW19.ru
Элементы защиты в электронных схемах выполняют несколько функций. Первое это защита от повреждения самой схемы. Второе это защита от воспламенения при перегрузках, коротком замыкании и превышении допустимой температуры.Самая популярная защита это предохранители, которые подразделяются на несколько видов.
Есть обычные разовые предохранители, которые сгораю при превышении допустимого тока, затем требуют замены.
Разовые предохранители могут быть в стекле, керамике, пластике. Так же эту роль на схемах выполняют низкоомные сопротивления, индукторы и печатные проводники. Высоковольтные предохранители внутри выполнены в виде натянутой пружины для исключения образования дуги внутри предохранителя при его сгорании.
Есть категория самовосстанавливающиеся предохранители. При превышении тока, сопротивление и температура такого предохранителя вырастает ограничивая через себя ток. После остывания предохранитель снова восстанавливает свои прежние свойства.
Отдельно можно выделить температурные предохранители. Сегодня их можно встретить в нагревательных приборах, трансформаторах и даже в обмотке двигателя. Температурные предохранители выполнены из низкотемпературного сплава 100 — 300 градусов Цельсия. При монтаже нельзя допускать нагрев выводов таких предохранителей выше отметки плавления. Так же часто в схемах встречаются самовосстанавливающиеся термопредохранители на основе биметаллической мембраны.
Этот нелинейный элемент предохраняет схемы от скачков и превышений напряжения. Небольшие всплески напряжения варистор рассеивает в тепло своего корпуса. Если питающие напряжения превышают допустимый порог, варистор резко снижает своё сопротивление и коротит входную цепь, при этом идёт повышение потребляемого тока и горят защитные предохранители в схеме.
По такому же принципу работает супрессор или по другому — защитный диод. Работа их очень схожа с работой варистора, защитный диод переключается в закрытое состояние при превышении заданного напряжения. В отличие от варистора, у защитных диодов переключение происходит почти мгновенно и они не критичны к температуре окружающей среды.
Иногда для защиты от смены полярности в схемах используют обычный диод в обратном включении. При неправильном подключении полярности диод открывается и коротит цепь питания. Сам диод при этом должен выдерживать ток в несколько раз превышающий ток плавкого предохранителя в этой цепи.
Для ограничения и регулировки протекающего тока в электронных схемах используют термисторы и позисторы. Или по простому резисторы с отрицательным и положительным коэффициентом зависимости от температуры кристалла. 
Маркировка таких элементов обычно NTC и PTC соответственно. Однако производители могут ставит и другие маркировки на корпуса данных элементов. Что бы узнать к какой категории принадлежит такой элемент, необходимо замерить его сопротивление в холодном и нагретом состоянии кристалла. Термистор будет уменьшать своё сопротивление при нагреве, позистор — увеличивать.
Так же эффективно термисторы и позисторы используются в схемах в качестве датчиков температуры.
Для более полной защиты электронных схем используются активные элементы электроники. Так в схемах с программой контроля, идёт опрос состояний схемы перед включением питания. Если напряжения и контрольные позиции в схеме не соответствуют норме, питание не включится. По таким принципам в работают электросхемы под управлением микроконтроллера.
РадиоКот :: Токовая защита усилителя.
РадиоКот >Лаборатория >Аналоговые устройства >Токовая защита усилителя.
Часть 1. Немного еретичной теории. Пролог.
Обычные схемы защиты усилителей работают на превышение выходного напряжения. Порог срабатывания защиты может выставляться либо по максимальной нагрузке, либо по номинальной, но с большой выдержкой (2…5екунд). По сути, защита по напряжению неэффективна при работе усилителя на высокоомную нагрузку и не работает совсем при низкоомной нагрузке. Наибольший эффект работы схемы защиты по напряжению достигается только лишь при номинальной нагрузке.
Пример 1.
Усилитель с максимальной мощностью 100Вт на нагрузку 4Ом.
Схема защиты рассчитывается на срабатывание при выходном напряжении 20В (P=U^2/R). Если же к усилителю подключить нагрузку 8Ом, схема защиты сработает только лишь при 50Вт, несмотря на то, что, как правило, выходная мощность усилителя на нагрузку вдвое выше сопротивлением составляет не 50% от мощности на номинал, а примерно 60-65% (то есть 100Вт/4Ом, но 60Вт/8Ом)
Если же нагрузить усилитель на нагрузку 2Ом, мы получим перегрузку усилителя до срабатывания защиты. 100Вт на 2Ом достигается при выходном напряжении 14В. Если этот усилитель способен работать на двухомную нагрузку, то при срабатывании защиты мощность будет 20^2/2=200Вт, но это чревато выходом усилителя из строя, если он не рассчитан на такие условия работы.
Второй тип защиты — токовый — наиболее практичный в работе и обеспечивает работоспособность усилителя при любой нагрузке. Эта защита ограничивает выходной ток на уровне максимально допустимого тока при максимальной мощности и срабатывает как при номинальной нагрузке, так и при превышенной.
Пример 2.
Усилитель с максимальной мощностью 100Вт на нагрузку 4Ом.
Максимальный выходной ток будет 5А (P=I^2*R). При работе на 4Ом защита сработает на мощности 100Вт, при 8Ом токовой перегрузки просто не будет, при 2Ом защита сработает на мощности 50Вт, то есть точно на момент перегрузки усилителя. Если же усилитель не рассчитан на двухомную нагрузку, то ни полной, ни превышенной мощности с усилителя снять не получится. Выход из строя усилителя маловероятен.
Элементы токовой защиты чаще всего подключаются в эмиттерные или истоковые цепи выходных транзисторов. При возникновении токовой перегрузки защита запирает выходные транзисторы, ограничивая выходной ток. Это достаточно эффективно и надежно, если усилитель выполнен на дискретных элементах, т.к. элементы защиты не подвержены нагреву от тепловыделяющих компонентов, и их рабочие режимы практически не меняются. Если же усилитель интегральный (микросхемный), то этих элементов либо нет, либо они подвержены общему нагреву вместе с кристаллом микросхемы, и стабилизация режимов работы этих элементов затруднена. Вполне возможно, что эти элементы настроены на срабатывание при максимально допустимых значениях выходного тока, когда микросхема работает на пределе. Этим, я думаю, можно объяснить частые выходы интегральных усилителей из строя, и, как следствие, распространившееся мнение об их ненадежности.
Эксперименты.
В качестве «подопытного кролика» была выбрана TDA7294. При ее эксплуатации в штатных режимах она достаточно устойчива в работе, терпит перегрузки и перегрев. Срабатывания термозащиты не наблюдалось ни у меня, и я думаю, ни у одного пользователя. Существуют спорные вопросы о достаточном напряжении питания — кто-то эксплуатирует ее от +/-30В, кто-то от +/-40В. Я не буду навязывать свое мнение; в экспериментах было выбрано напряжение +/-16,5В как достаточное для ее работы и далеко не предельное.
Как следует из даташита, минимальная нагрузка на 7294 разрешена не ниже 4Ом. При этих параметрах и напряжении питания +/-16,5В с микросхемы можно получить не менее 25вт неискаженного сигнала и 35Вт сигнала с обрезанными верхами синусоиды, что и подтвердилось в ходе экспериментов (12,5вольт на 4Ом — 40Вт)
К сожалению, в работе был использован не совсем настроенный генератор, поэтому форма сигнала не совсем синусоидальная.
| Выходной сигнал без обрезки вершин сиусоиды.+/-16,5В питание, 1кГц сигнал, 4Ом эквивалент нагрузки, 5В/дел развертка | Обрезанные верхи.+/-16,5В питание, 1кГц сигнал, 4Ом эквивалент нагрузки, 5В/дел развертка |
А что оказалось?
Тест микросхемы на нагрузку 2Ом показал, что верхи синусоиды обрезаются при немного меньших уровнях сигнала. Это говорит о том, что микросхема держит почти прежний уровень сигнала, но на двойную нагрузку! В пересчете на мощность это примерно будет удвоенная мощность.
А вот короткое замыкание выхода микросхемы привело к неожиданному результату — у 80ваттного блока питания сработала защита и он отключился! Выходит, что при коротком замыкании вся мощность источника питания рассеивается нигде иначе, как в самой микросхеме! А если блок питания на 200Вт? 300? Легко ли ей вывести эту мощность на теплоотводящий фланец и передать радиатору?
Обратимся к даташиту.
Тепловое сопротивление переход-корпус составляет 1,5С/Вт. Под переходом подразумевается кристалл микросхемы, рассеивающий тепло. Под корпусом подразумевается не совсем корпус, а теплоотводящий фланец микросхемы, на котором закреплен кристалл. Что значит это число? А значит оно то, что с каждым рассеиваемым ваттом мощности температура кристалла поднимается на 1,5С. В моем случае, 80Вт от блока питания приступили к выжиганию кристалла. Это ни много ни мало, как 120 градусов (1,5*80) разница между фланцем с теплым радиатором и кристаллом, который за доли секунды тут же нагрелся до 160 градусов.
Сразу же возникает мысль — микросхема не смогла ограничить бросок тока, который привел к тепловыделению внутри микросхемы. Почему? Оставим это на совести изготовителя.
Какая же должна быть температура фланца, чтобы обеспечить нормальную работу микросхемы? Температура кристалла ограничена 150С. 13-ый график даташита показывает, что при питании +30В и мощности 50-60Вт рассеиваемая мощность составляет примерно 50Вт. Тогда нам надо обеспечить такое охлаждение, чтобы фланец не нагревался выше, чем 150-50*1,5=75градусов. Конечно, такие условия возможны только на ровном сигнале, при музыке все будет немного холоднее.
В примере, описанном выше, было наглядно показано, что работоспособность токовой защиты обязательна в любом усилителе для его надежной работы.
Часть 2. Практика
Поскольку внедрить защиту в существующий дискретный усилитель непросто, а в интегральный — вообще невозможно, напрашивается некий внешний блок, выполняющий ее функции. Рассмотрим примеры возможной реализации токовой защиты. Устройство коммутирует нагрузку и усилитель мощностью в пределах 100Вт.
Первый компаратор микросхемы IC2 следит за сопротивлением нагрузки, второй — за выходным током усилителя. При включении усилителя нагрузка вначале подключается к первому компаратору, который сравнивает падение напряжения на ней с опорным напряжением 0,1В. Порог срабатывания выбран 3Ом, чтобы исключить ложные срабатывания с разными акустическими системами. Соответственно, при сопротивлении нагрузки более 3Ом на выводе 3 напряжение больше, чем на выводе 2, компаратор переключается и реле подключает нагрузку к усилителю. Второй компаратор следит за током, протекающим с усилителя через нагрузку и токоизмерительный резистор R1. Как только ток превысит разрешенный, компаратор с некоторой задержкой (R11C3) с помощью транзистора Q2 переключает первый компаратор в режим замера сопротивления нагрузки с отключением ее от усилителя. Эта задержка растянута по значению тока через R1 — при пиках тока вплоть до разрешенного схема находится на пороге переключения, а чем выше бросок тока через R1, тем быстрее отключится нагрузка. Время подключения нагрузки обратно к усилителю задается номиналами R10C3 и находится в диапазоне 0,5:2с в зависимости от величины броска тока, вызвавшего срабатывание схемы. Светодиод, подключенный к разъему Х2, индицирует пики выходного сигнала. Эту функцию можно использовать как клип-детектор. Здесь возможна разная реализация схемы — либо триггерная защита (отключение до ручного сброса), либо защита с сигналом на снижение громкости. В варианте на рисунке выше схема циклично будет отключать/подключать нагрузку к усилителю, пока не снизится уровень выходного сигнала.
Посмотрим на несколько иной вариант реализации схемы:
Схема та же, только второму компаратору добавлена цепочка гистерезиса R15D3. При срабатывании он сам себя защелкивает до размыкания цепочки. ВременнАя задержка на отключение нагрузки отсутствует (отключается сразу), задержка на повторное включение нагрузки к усилителю после сброса сохранена. Схему с сигналом на снижение громкости не привожу, т.к. громкость снизить можно по-разному — через процессор звука или цифровой темброблок, просто активным уровнем или последовательностью импульсов, если регулятор громкости кнопочный. В зависимости от этого схема будет отличаться.
Внешний вид уже собранного устройства можно увидеть на фотке внизу.
Печатная плата для цикличной токовой защиты.
Монтаж и настройка.
Нзначение контактов разъемов:
| AMP+ | К выходу усилителя мощности |
| AMP- | Земля усилителя мощности |
| RL+ | Нагрузка (акустическая система) |
| RL- | Земля нагрузки |
| +15 | +15В 0,1А |
| 0V | Общий (земля) |
| -15 | -15В 0,1А |
| 1 | + светодиода |
| 2 | — светодиода |
Схема питается двуполярным напряжением +10…+15В током 100мА.
В схеме использованы два 12вольтовых реле для коммутации нагрузки — их контактные группы включены параллельно, а обмотки — последовательно. Если имеется реле на 24В достаточным током коммутации (15-20А), можно использовать и его.
Особой настройки схема не требует, но необходимо проверить работоспособность устройства во всех режимах.
При настройке проверяем наличие следующих напряжений (с отключенными усилителем и нагрузкой):
+5В на третьем выводе IC1
+0,1В на втором или шестом выводе IC2
Далее подключаем резистор около 3 Ом (2,7…3,3Ом) между корпусом и точкой соединения резисторов R7R8, мерим напряжение в этой точке. Если оно отличается от 0,1В, то подбором резистора R7 выставляем напряжение 0,1В. Теперь у нас схема будет реагировать на понижение нагрузки меньше настроенного.
Отключим резистор и схему. Подключая к контактам RL+, RL — разъема U1 разные резисторы от 2 до 5Ом и включая питание, наблюдаем четкое срабатывание реле выше настроенного порога (3 Ом).
Настроим порог срабатывания по току.
Пример настройки.
У нас есть усилитель 100Вт/4Ом. Считаем порог срабатывания по току — 5А. Резистор R1 по схеме — 0,22Ом. На токе 5А на нем падает напряжение 5*0,22=1,1В. Компаратор сравнивает это напряжение с опорным 0,1В, поэтому нам надо понизить 1,1Вольт в 11 раз (до 0,1В). Этим занимается делитель R2R3. На резисторе R3 должны выделиться наши 0,1В, поэтому всё остальное — 1В — выделится на резисторе R2. Поскольку на нем выделяется напряжение в 10 раз больше, то его сопротивление должно быть в 10раз больше R3, то есть 1кОм*10=10кОм.
На схеме указаны номиналы резисторов R2R3 для усилителя 35Вт/4Ом.
Более точную настройку можно сделать с помощью генератора и амперметра с вольтметром.
О замене элементов.
ОУ 4558 может быть от любого производителя — KA4558, NJM4558 и т.д. Транзисторы 2PC945 часто называются еще как 2SC945, можно ставить и их. С изменением цоколевки подойдут КТ3102, BC547 и др. Реле BS-115C-12V фирмы Bestar может быть аналогичным от фирм Omron, Tianbo и другие подходящие с напряжением обмотки 12В током 40-50мА на коммутацию токов до 10А.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Защита устройств от неправильной подачи полярности питания / Habr
При проектировании промышленных приборов, к которым предъявляются повышенные требования по надёжности, я не раз сталкивался с проблемой защиты устройства от неправильной полярности подключения питания. Даже опытные монтажники порой умудряются перепутать плюс с минусом. Наверно ещё более остро подобные проблемы стоят в ходе экспериментов начинающих электронщиков. В данной статье рассмотрим простейшие решения проблемы — как традиционные так и редко применяемые на практике методы защиты.
Простейшее решение, которое напрашивается с ходу — включение последовательно с прибором обычного полупроводникового диода.
Просто, дёшево и сердито, казалось бы чего ещё нужно для счастья? Однако, у такого способа есть очень серьёзный недостаток — большое напряжение падения на открытом диоде.
Вот типичная ВАХ для прямого включения диода. При токе в 2 Ампера напряжение падения составит примерно 0.85 вольт. В случае низковольтных цепей
0.85В х 2А = 1.7Вт.
Рассеиваемая на диоде мощность уже многовата для такого корпуса и он будет ощутимо греться!
Впрочем, если вы готовы расстаться с несколько большими деньгами, то можно применить диод Шоттки, который имеет меньшее напряжение падения.
Вот типичная ВАХ для диода Шоттки. Подсчитаем рассеиваемую мощность для этого случая.
0.55В х 2А = 1.1Вт
Уже несколько лучше. Но что же делать если ваше устройство потребляет ещё более серьёзный ток?
Иногда параллельно устройству ставят диоды в обратном включении, которые должны сгореть если перепутать напряжение питания и привести к короткому замыканию. Ваше устройство при этом скорее всего потерпит минимум повреждений, но может выйти из строя источник питания, не говоря уже о том, что сам защитный диод придётся заменить, а вместе с ним могут и дорожки на плате повредиться. Словом этот способ для экстрималов.
Однако, есть ещё один несколько более затратный, но весьма простой и лишённый перечисленных выше недостатков способ защиты — с помощью полевого транзистора. За последние 10 лет параметры этих полупроводниковых приборов резко улучшились, а цена наоборот сильно упала. Пожалуй то, что их крайне редко используют для защиты ответственных цепей от неправильной полярности подачи питания можно объяснить во многом инерцией мышления. Рассмотрим следующую схему:
При подаче питания напряжение на нагрузку проходит через защитный диод. Падение на нём достаточно велико — в нашем случае около вольта. Однако в результате между затвором и истоком транзистора образуется напряжение превышающее напряжение отсечки и транзистор открывается. Сопротивление исток-сток резко уменьшается и ток начинает течь уже не через диод, а через открытый транзистор.
Перейдём к конкретике. Например для транзистора FQP47З06 типичное сопротивление канала будет составлять 0.026 Ом! Нетрудно рассчитать что рассеиваемая при этом на транзисторе мощность для нашего случая будет всего 25 милливатт, а падение напряжение близко к нулю!
При смене полярности источника питания ток в цепи течь не будет. Из недостатков схемы можно пожалуй отметить разве то, что подобные транзисторы имеют не слишком большое пробивное напряжение между затвором и истоком, но слегка усложнив схему можно применить её для защиты более высоковольтных цепей.
Думаю читателям не составит труда самим разобраться как работает эта схема.
Уже после публикации статьи уважаемый пользователь Keroro в комментариях привел схему защиты на основе полевого транзистора, которая применяется в iPhone 4. Надеюсь он не будет возражать если я дополню свой пост его находкой.
Мощный блок питания с защитой по току – Sam-Sdelay.RU – Сделай сам!
Каждому человеку, собирающему электронные схемы, необходим универсальный источник питания, позволяющий в широких пределах изменять напряжение на выходе, контролировать ток и при необходимости отключать питаемое устройство. В магазинах подобные лабораторные блоки питания стоят весьма недёшево, но зато собрать такой можно самостоятельно из распространённых радиодеталей. Представленный блок питания включает в себя:
- Регулировку напряжения до 24 вольт;
- Максимальный ток, отдаваемый в нагрузку, до 5 ампер;
- Защиту по току с выбором нескольких фиксированных значений;
- Активное охлаждение для работы при больших токах;
- Стрелочные индикаторы тока и напряжения;
Схема регулятора напряжения
Самый простой и доступный вариант регулятора напряжения – схема на специальной микросхеме, называемой стабилизатором напряжения. Наиболее подходящим вариантом является LM338, она обеспечивает максимальный ток в 5 А и минимум пульсаций на выходе. Также сюда подойдут LM350 и LM317, но максимальный ток в этом случае составит 3 А и 1,5 А соответственно. Переменный резистор служит для регулировки напряжения, его номинал зависит от того, какое максимальное напряжение необходимо получить на выходе. Если максимальное выходное требуется 24 вольта – необходим переменный резистор сопротивлением 4,3 кОм. В этом случае нужно взять стандартный потенциометр на 4.7 кОм и соединить параллельно с ним постоянный на 47 кОм, общее сопротивление получится примерно 4.3 кОм. Для питания всей схемы необходим источник постоянного тока с напряжением 24-35 вольт, в моём случае это обычный трансформатор со встроенным выпрямителем. Также можно применять зарядные устройства ноутбуков или другие различные импульсные источники, подходящие по току.
Данный регулятор напряжения является линейным, а значит, вся разница между входным и выходным напряжением приходится на одну микросхему и рассеивается на ней в виде тепла. При больших токах это весьма критично, поэтому микросхема должна быть установлена на большом радиаторе, лучше всего для этого подойдёт радиатор от процессора компьютера, работающий в паре с вентилятором. Для того, чтобы вентилятор не вращался всё время зря, а включался только при нагреве радиатора, необходимо собрать небольшой датчик температуры.
Схема управления вентилятором
В его основе лежит NTC термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры – при увеличении температуры сопротивление значительно уменьшается, и наоборот. Операционный усилитель выполняет роль компаратора, регистрируя изменение сопротивление термистора. При достижении порога срабатывания на выходе ОУ появляется напряжение, транзистор отпирается и запускает вентилятор, вместе с которым загорается светодиод. Подстроечный резистор служит для настройки порога срабатывания, его номинал стоит выбирать исходя из сопротивления термистора при комнатной температуре. Допустим, термистор имеет сопротивление 100 кОм, подстроечный резистор в этом случае должен иметь номинал примерно 150-200 кОм. Главное преимущество этой схемы – наличие гистерезиса, т.е. разницы между порогами включения и выключения вентилятора. Благодаря гистерезису не происходит частого включения-выключения вентилятора при температуре, близкой к пороговой. Термистор выводится на проводках непосредственно на радиатор и устанавливается в любое удобное место.
Схема защиты по току
Пожалуй, самая важная часть всего блока питания – защита по току. Работает она следующим образом: падение напряжение на шунте (резистор сопротивлением 0.1 Ом) усиливается до уровня 7-9 вольт и с помощью компаратора сравнивается с эталонным. Эталонное напряжение для сравнения задаётся четырьмя подстроечными резисторами в диапазоне от нуля до 12 вольт, вход операционного усилителя подключается к резисторам через галетный переключатель на 4 положения. Таким образом, меняя положение галетного переключателя мы можем выбирать из 4-х заранее установленных вариантов токов защиты. Например, можно установить следующие значения: 100 мА, 500 мА, 1,5 А, 3 А. При превышении тока, заданного галетным переключателем, сработает защита, напряжение перестанет поступать на выход и загорится светодиод. Для сброса защиты достаточно кратковременно нажать на кнопку, напряжение на выходе появится вновь. Пятый подстроечный резистор необходим для установки коэффициента усиления (чувствительности), его нужно установить так, чтобы при токе через шунт 1 Ампер напряжение на выходе ОУ было примерно 1-2 вольта. Резистор настройки гистерезиса срабатывания защиты отвечает за «чёткость» защёлкивания схемы, его нужно настраивать в том случае, если напряжение на выходе не пропадает полностью.Данная схема хороша тем, что имеет высокую скорость срабатывания, моментально включая защиту при превышении тока.
Блок индикации тока и напряжения
Большинство лабораторных блоков питания оснащено цифровыми вольтметрами и амперметрами, показывающими величины в виде цифр на табло. Такой вариант компактен и обеспечивает неплохую точность показаний, однако совершенно неудобен для восприятия. Именно поэтому для индикации решено использовать стрелочные головки, показания которых легко и приятно воспринимаются. В случае с вольтметром всё просто – он подключается к выходным клеммам блок питания через подстроечный резистор с сопротивлением примерно 1-2 МОм. Для правильной работы амперметра необходим усилитель шунта, схема которого показана ниже. 
Подстроечный резистор необходим для настройки коэффициента усиления, в большинстве случаев его достаточно оставить в среднем положении (примерно 20-25 кОм). Стрелочная головка подключается через галетный переключатель, с помощью которого можно выбирать один из трёх подстроечных резисторов, с помощью которых задаётся ток максимального отклонения амперметра. Таким образом, амперметр может работать в трёх диапазонах – до 50 мА, до 500 мА, до 5А, это обеспечивает максимальную точность показаний при любом токе нагрузки.
Сборка платы блока питания
Плата печатная:
moschnyj-laboratornyj-blok-pitanija-s-zaschitoj-po-toku.zip
[135,37 Kb] (cкачиваний: 3)
Теперь, когда все теоретические аспекты учтены, можно приступать к сборке электронной части конструкции. Все элементы блока питания – регулятор напряжения, датчик температуры радиатора, блок защиты, усилитель шунта для амперметра собираются на одной плате, размеры которой 100х70 мм. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса изготовления.
Силовые дорожки, по которым течёт ток нагрузки, желательно залудить толстым слоем припоя для уменьшения сопротивления. Сперва на плату устанавливаются мелкие детали.
После этого все остальные компоненты. Микросхему 78L12, питающую датчик температуры и кулер, необходимо установить на небольшой радиатор, место для которого предусмотрено на печатной плате. В последнюю очередь на плату запаиваются провода, на которых выводятся вентилятор, термистор, кнопка сброса защиты, галетные переключатели, светодиоды, микросхема LM338, вход и выход напряжения. Вход напряжения удобнее всего подключить через DC разъём, при этом необходимо учитывать, что он должен обеспечивать большой ток. Все силовые провода необходимо использовать соответствующего току сечения, желательно медные. Плюс выхода с печатной платы идёт к выходным клеммам не напрямую, а через тумблер с двумя группами контактов. Вторая группа при этом включает и выключает светодиод, показывающий, подаётся ли на клеммы напряжение. 
Сборка корпуса
Корпус можно как найти готовый, так и собрать самостоятельно. Изготовить его можно, например, из фанеры и ДВП, как я и сделал. В первую очередь вырезается прямоугольная передняя панель, на которой будут установлены все органы управления.
Затем изготавливаются стенки и днище ящика, конструкция скрепляется воедино саморезами. Когда готов каркас, можно устанавливать внутрь всю электронику. 
Органы управления, стрелочные головки, светодиоды устанавливаются на свои места в передней панели, плата укладывается внутри корпуса, радиатор с вентилятором крепятся на заднюю панель. Для крепления светодиодов используются специальные держатели. Выходные клеммы желательно продублировать, тем более что место позволяет. Размеры корпуса получились 290х200х120 мм, внутри корпуса остаётся ещё много свободного пространства, и туда может уместиться, например, трансформатор для питания всего аппарата. 
Настройка
Несмотря на множество подстроечных резисторов, настройка блока питания довольно проста. Первых делом калибруем вольтметр, подключив к выходным клеммам внешний. Вращая подстроечный резистор, включенный последовательно со стрелочной головкой вольтметра добиваемся равенства показаний. Затем подключаем на выход какую-либо нагрузку с амперметром и калибруем усилитель шунта. Вращая каждый и трёх подстрочных резисторов добиваемся совпадений показаний на каждом из трёх диапазонов измерений амперметра – в моём случае это 50 мА, 500 мА и 5А. Далее устанавливаем необходимые токи защиты с помощью четырёх подстроечных резисторов. Сделать это несложно, учитывая, что штатный амперметр уже откалиброван и показывает точный ток. Плавно повышаем напряжение (при этом повышается и ток) и смотрим, при каком токе срабатывает защита. Затем вращаем каждый из резисторов, устанавливая четыре нужных тока защиты, между которыми можно переключаться с помощью галетного переключателя. Теперь осталось лишь установить нужный порог срабатывания датчика температуры радиатора – настройка закончена.
Смотрите видео
Источник
ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ
Начиниющие радиолюбители, которых большинство, для сборки регулированного блока питания выбирают схемы попроще. Такую схемку решил сделать и я, так как возможностей достать дорогие детали и настроить сложный БП вряд-ли получится.
Форум по блокам питания
Обсудить статью ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ
Схема защиты источника питания от перегрузки на КУ202
Добавил: Chip,Дата: 06 Фев 2015Схема защиты источника питания от перегрузки на КУ202
Для защиты блока питания при конструировании различных схем рекомендуется на выход БП добавить узел защиты от перегрузки по току. Простая схема устройства построена с применением тиристора в качестве управляющего элемента защиты по напряжению.
Пока напряжение питания на входе находится в пределах нормы, стабилитрон и тиристор закрыты, ток протекает в нагрузку. При превышении напряжения питания свыше 15,2В, открывается стабилитрон, и вслед за ним тиристор, так как между его катодом и управляющим электродом присутствует разность потенциалов, достаточная для его отпирания. Подключенный параллельно выходу источника питания тиристор VS1 при перегрузке обрывает плавкий предохранитель в течение нескольких микросекунд, если выходное напряжение окажется свыше допустимого. Порог открывания тиристора, а именно, срабатывания защиты, зависит от технических данных стабилитрона. При перегорании предохранителя включится пьезоизлучатель звука со встроенным генератором, который просигнализирует о внешней неисправности, который, так же, индицирует о возможном коротком замыкании в нагрузке. Сигнализатор будет звучать до тех пор, пока не будет отключено общее питание или устройство нагрузки.
Видео работы схемы защиты источника питания
Источник:chipdip.ru
ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ
П О П У Л Я Р Н О Е:
- Стабилизаторы 5 и 15В / 5А на LM340.
- Характеристики: U-5В, J-5A
- Характеристики: U-15В, J-5A Подробнее…
- Схема стабилизатора напряжения сети
- Солнечные батареи своими руками
Два стабилизатора на LM340
Ниже представлены две схемы на МС LM340:
Стабилизатор представляет собой сетевой автотрансформатор, отводы обмотки которого переключаются автоматически в зависимости от величины напряжения в электросети.
Стабилизатор позволяет поддерживать выходное напряжение на уровне 220V при изменении входного от 180 до 270 V. Точность стабилизации 10V. Подробнее…
САМОДЕЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР
Вчера обсуждал с родителями жены планы по строительству бани на даче. Уломал их отказаться от идеи поставить на крыше бочку для нагрева солнцем воды для летнего душа.
Бочка будет стоять на чердаке, а воду будет греть солнечный коллектор. Делать его буду сам из подручного хлама. План пока примерно такой: Подробнее…
Популярность: 20 721 просм.
Вы можете следить за комментариями к этой записи через RSS 2.0. Вы можете оставить свой комментарий, пинг пока закрыт.