Схема защиты от перенапряжения: 5. Защита электронных устройств от перенапряжения

Автор: | 05.10.2021

Содержание

5. Защита электронных устройств от перенапряжения

Для защиты радиоэлектронного оборудования традиционно применяют плавкие предохранители. Обычно в них используют тонкие неизолированные проводники калиброванного сечения, рассчитанные на заданный ток перегорания. Наиболее надежно эти приспособления работают в цепях переменного тока повышенного напряжения. С понижением рабочего напряжения эффективность их применения снижается. Обусловлено это тем, что при перегорании тонкой проволоки в цепи переменного тока возникает дуга, распыляющая проводник. Предельным напряжением, при котором может возникнуть такая дуга, считается напряжение 30…35 6. При низковольтном питании происходит просто плавление проводника. Процесс этот занимает более продолжительное время, что в ряде случаев не спасает современные полупроводниковые приборы от повреждения.
Тем не менее, плавкие предохранители и поныне широко используют в низковольтных цепях постоянного тока, там, где от них не требуется повышенное быстродействие.


Там, где плавкие предохранители не могут эффективно решить задачу защиты радиоэлектронного оборудования и приборов от токовых перегрузок, их можно с успехом использовать в схемах защиты электронных устройств от перенапряжения.
Принцип действия этой защиты прост: при превышении уровня питающего напряжения срабатывает пороговое устройство, устраивающее короткое замыкание в цепи нагрузки, в результате которого проводник предохранителя плавится и разрывает цепь нагрузки.
Метод защиты аппаратуры от перенапряжения за счет принудительного пережигания предохранителя, конечно, не является идеальным, но получил достаточно широкое распространение благодаря своей простоте и надежности. При использовании этого метода и выбора оптимального варианта защиты стоит учитывать, насколько быстродействующим должен быть автомат защиты, стоит ли пережигать предохранитель при кратковременных бросках напряжения или ввести элемент задержки срабатывания. Желательно также ввести в схему индикацию факта перегорания предохранителя.

Простейшее защитное устройство [4.1], позволяющее спасти защищаемую радиоэлектронную схему, показано на рис. 4.1. При пробое стабилитрона включается тиристор и шунтирует нагрузку, после чего перегорает предохранитель. Тиристор должен быть рассчитан на значительный, хотя и кратковременный ток. В схеме совершенно не допустимо использование суррогатных предохранителей, поскольку в противном случае могут одновременно выйти из строя как защищаемая схема, так и источник питания, и само защитное устройство.


Рис. 4.1. Простейшая защита от перенапряжения

Рис. 4.2. Помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения

Усовершенствованная схема защиты нагрузки от превышения напряжения, дополненная резистором и конденсатором [4.2], показана на рис. 4.2. Резистор ограничивает предельный ток через стабилитрон и управляющий переход тиристора, конденсатор снижает вероятность срабатывания защиты при кратковременных бросках питающего напряжения.

Следующее устройство (рис. 4.3) защитит радиоаппаратуру от выхода из строя при случайной переполюсовке или превышении
напряжения питания, что нередко бывает при неисправности генератора в автомобиле [4.3].
При правильной полярности и номинальном напряжении питания диод VD1 и тиристор VS1 закрыты, и ток через предохранитель FU1 поступает на выход устройства.


Рис. 4.3. Схема защиты радиоаппаратуры с индикацией аварии

Если полярность обратная, то диод VD1 открывается, и сгорает предохранитель FU1. Лампа EL1 загорается, сигнализируя об аварийном подключении.

При правильной полярности, но входном напряжении, превышающем установленный уровень, задаваемый стабилитронами VD2 и VD3 (в данном случае — 16 Б), тиристор VS1 открывается и замыкает цепь накоротко, что вызывает перегорание предохранителя и зажигание аварийной лампы EL1.
Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на максимальный ток, потребляемый радиоаппаратурой.
Элементы ГТЛ-логики обычно работоспособны в узком диапазоне питающих напряжений (4,5. ..5,5 Б). Если аварийное снижение питающего напряжения не столь опасно для «здоровья» микросхем, то повышение этого напряжения совершенно недопустимо, поскольку может привести к повреждению всех микросхем устройства.
На рис. 4.4 приведена простая и довольно эффективная схема защиты 7777-устройств от перенапряжения, опубликованная в болгарском журнале [4.4]. Способ защиты предельно прост: как только питающее напряжение превысит рекомендуемый уровень всего на 5% (т.е. достигнет величины 5,25 Б) сработает пороговое устройство и включится тиристор. Через него начинает протекать ток короткого замыкания, который пережигает плавкий предохранитель FU1. Разумеется, в качестве предохранителя нельзя использовать суррогатные предохранители, поскольку в таком случае может выйти из строя блок питания, защищающий схему тиристор, а затем и защищаемые микросхемы.
Недостатком устройства является отсутствие индикации перегорания предохранителя. Эту функцию в устройство несложно ввести самостоятельно.
Примеры организации индикации разрыва питающей цепи приведены также в главе 36 книги [1.5].


Рис. 4.4. Схема защиты микросхем ТТЛ от перенапряжения


Рис. 4.5. Схема устройства защиты от перенапряжения, работающего на переменном и постоянном токе

Схема устройства, которое в случае аварии в электросети защитит телевизор, видеомагнитофон, холодильник и т.д. от перенапряжения, приведена на рис. 4.5 [4.5].
Напряжение срабатывания защиты определяется падением напряжения на составном стабилитроне VD5+VD6 и составляет 270 Б.
Конденсаторы С1 и С2 образуют совместно с резистором R1 RC-цепочку, которая препятствует срабатыванию устройства при импульсных выбросах в сети.

Схема работает следующим образом. При напряжении в сети до 270 В стабилитроны VD3, VD4 закрыты. Также закрыты и тиристоры VS1, VS2. При действующем напряжении более 270 В открываются стабилитроны VD3, VD4, и на управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 поступает открывающее напряжение. В зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения ток проходит либо через тиристор VS1, либо через VS2. Когда ток превышает 10 А, срабатывают автоматические выключатели (пробки, плавкие предохранители), отключая электроприборы от электросети. Нагрузка (на рисунке не показана) подключается параллельно тиристорам. Проверить работоспособность устройства можно с помощью ЛАТРа.
Устройство работоспособно и на постоянном токе.


Рис. 4.6. Схема релейного устройства защиты от перенапряжения с самоблокировкой

Устройство защиты от перенапряжения (рис. 4.6) выгодно отличается от предыдущих тем, что в нем не происходит необратимого повреждения элемента защиты [4.6]. Вместо этого при напряжении свыше 14,1 В пробивается цепочка стабилитронов VD1 — VD3, включается и самоблокируется тиристор VS1, срабатывает реле К1 и своими контактами отключает цепь нагрузки.
Восстановить исходное состояние устройства защиты можно только после вмешательства оператора — для этого следует нажать на кнопку SB1. Устройство также переходит в рабочий ждущий режим после кратковременного отключения источника питания.

К числу недостатков данного устройства защиты относится его высокая чувствительность к кратковременным перенапряжениям.
Устройство (патент DL-WR 82992) [4.7], принципиальная схема которого приведена на рис. 4.7, может применяться для защиты нагрузки от недопустимо высокого выходного напряжения. В нормальных условиях транзистор VT1 работает в режиме, когда напряжение между его коллектором и эмиттером небольшое, и на транзисторе рассеивается небольшая мощность (ток базы определяется резистором R1). Сопротивление стабилитрона VD2 в этом случае большое и тиристор VS1 закрыт.


Рис. 4.7. Схема полупроводникового реле защиты нагрузки от перенапряжения

При возрастании напряжения на выходе устройства выше определенной величины через стабилитрон начинает протекать ток, который приводит к открыванию тиристора. Транзистор VT1 при этом закрывается, и напряжение на выходе устройства становится близко к нулю. Отключить защиту можно только отключением источника питания.
Описанное устройство должно включаться в выходную цепь стабилизаторов так, чтобы сигнал обратной связи подавался из цепи, расположенной за системой защиты.

При номинальном выходном напряжении 12 В и токе 1 А в устройстве можно применить транзистор КТ802А, тиристор КУ201А — КУ201К, стабилитрон — Д814Б. Сопротивление резистора R1 должно быть 39 Ом (мощность рассеивания при отсутствии системы автоматики, отключающей стабилизатор от сети, составляет 10 Вт), R2 — 200 Ом, R3 — 1 кОм.

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.

Защита для устройств, питающихся от сети 220 В

Предельное напряжение, которое могут выдерживать стабилизированные импульсные блоки питания, которыми оснащено большинство бытовой импортной радиоаппаратуры, составляет 272 В (это действующее значение по техдокументации фирм-изго-товителей). Но в сети иногда наблюдаются скачки и помехи с более высоким уровнем, что может привести к повреждениям.

Чтобы защитить оборудование от перенапряжений, надо учитывать, что в питающей сети могут действовать следующие виды импульсных помех:

  • повышенное напряжение между линейными проводами;
  • повышенное напряжение между заземлением и одним из линейных проводов.

Указанные помехи могут присутствовать и одновременно, поэтому необходимо, чтобы защитный блок и подключенные к нему устройства имели хорошее заземление, иначе удастся обеспечить защиту только от повышенного напряжения между линейными проводами.

Для сетевых защитных устройств характерно применение всех рассмотренных выше компонентов, при этом схемы могут быть од-но-, двух- и трехступенчатые. Фрагменты наиболее распространенных схем защиты приведены на рис. 1.15 и 1.16.

В однокаскадном узле защиты обычно используется трехполюсный разрядник или варисторы (рис. 1.15). Если на любом проводнике превышено заданное напряжение пробоя — обе “половинки” трехполюсного разрядника срабатывают и выброс напряжения разряжается на землю. Это позволяет получить защиту и от синфазной помехи (она бывает гораздо мощнее дифференциальной наводки).

Рис. 1.15. Узел однокаскадной защиты от перенапряжений, выполненный на: а — разрядниках; б — варисторах

 

Рис. 1.16. Варианты схем двухкаскадной защиты от перенапряжений

В двухступенчатых схемах обычно устанавливают варисторы и диоды одновременно, рис. 1.16. Так как варисторы способны поглощать большую импульсную мощность, чем диоды, они используются в качестве первичной защиты, но дополняются более быстродействующими элементами — сапрессорами.

Для электронного оборудования наибольшую опасность представляет не ток, а напряжение в цепи, поэтому в настоящее время все более широко используют TRANSIL-диоды. Для защиты устройств в сети 220 В обычно применяют двунаправленные диоды, допускающие работу на переменном токе, например, 1.5КЕ440СА или Р6Е440СА (последние буквы — СА часто используются в обозначениях и других типов элементов для указания на Симметричную структуру и допуск по напряжению ограничения). Если сдвоенные не удастся приобрести, то можно взять два однонаправленных диода и соединить их последовательно одинаковыми полярностями.

Рабочее напряжение у защитных диодов выбирается с учетом максимальной амплитуды напряжения в линии. Так, например, по отечественному стандарту считается нормальным, если действующее напряжение (U) сети имеет отклонение от номинала 220 В -15 или +10%, т. е. может быть и 242 В, при этом его амплитуда составит:

С учетом возможного технологического разброса напряжения ограничения, имеющегося у защитных диодов, по рекомендациям разработчиков этих элементов, рабочее напряжение Ѵвя выбирается с запасом на 10 — 20%, т. е. должно быть не менее чем 400 В.

На входе цепи защиты обязательно устанавливаются токовые предохранители — при кратковременной перегрузке предохранитель сработать не успеет (у него время разрыва цепи составляет не менее 0,05…0,1 с), но защита потоку нужна, чтобы ограничить время работы остальных защитных элементов и исключить выделение на них большой мощности при продолжительном воздействии перегрузки.

Самую надежную защиту радиоаппаратуры способны обеспечить трехкаскадные схемы, два типовых варианта которых приведены на рис. 1.17.

Трехкаскадную защиту ставят в тех случаях, когда вероятно прямое попадание разряда молнии в воздушную линию питания. При этом в самом худшем случае из строя может выйти только блок защиты, но радиоаппаратура сохранится.

Мы рассмотрели построение универсальных схем сетевой защиты, но в некоторых ситуациях можно обойтись более простыми узлами, например, когда требуется защитить схему с трансформаторным питанием. Для этого случая варианты подключения сапрессоров показаны на рис. 1.18.

При установке элементов защиты следует знать, что в случае шуток отечественных энергетиков, когда в питающей сети вместо 220 продолжительное время действует 380 В, такие элементы выйдут из строя (они не могут долго рассеивать большую мощность), но при этом все же сохранят от повреждения радиоаппаратуру.

Рис. 1.17. Трехкаскадная схема защиты от перенапряжений по сети 220 В

 

Рис. 1.18. Вариант подключения защитных диодов к трансформатору: а — в первичной цепи; б, в — во вторичной цепи

Литература: Радиолюбителям полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

Устройство защита от перенапряжения электрических схем и приборов


Устройство защита от перенапряжения электронных схем. Все электронные устройства нуждаются в схемах защиты. Они используются, как следует из названия, для защиты источника питания от возникновения в цепи чрезмерного тока в результате перегрузки или короткого замыкания.

Кроме этого, такое устройство используется для защиты схемы, подключенной к источнику питания, у которого слишком большое выходное напряжение, превышающее расчетное или перепутана полярность при подключении. Все подобные электронные приборы можно классифицировать следующим образом:

Устройство защита от перенапряжения для источников питания

Схема “crowbar” (показанная на рис.1) это и есть устройство защита от перенапряжения. При нормальном использовании, питание 12В подается на выход через диод обратной защиты и предохранитель. Стабилитрон выбран с немного большим напряжением; в данном случае 15В. Когда входное напряжение достигает 15В, стабилитрон проводит ток, создавая напряжение на R2.

Когда оно достигает триггерного напряжения SCR (менее 1В), тиристор SCR срабатывает, создавая короткое замыкание на входе, которое вызывает перегорание предохранителя. C1 гарантирует, что импульсы, вызванные переходными процессами переключения, не запускают тиристор SCR. SCR и стабилитрон должны выдерживать импульсный пусковой ток, пока не перегорит предохранитель.


Защита от перенапряжения


Версия для ПК вышеуказанной схемы

На рис.2 показана почти такая же схема, за исключением того, что стабилитрон был заменен регулируемым стабилитроном D5. Изменяя напряжение на его входе с помощью R6, вы можете установить напряжение запуска, что обеспечивает большую гибкость. Наконец, на рис.3 изображена эта же схема, только с добавленным в цепь регулятора напряжения светодиодный индикатор, который сигнализирует при перегорании предохранителя, а также ниже, изображение готовой платы.


Рис.2 Программируемое устройство защита от перенапряжения


Рис.3 Схема регулятора с защитой от перенапряжения


Готовая печатная плата для указанной выше схемы

Еще одна форма перенапряжения — это скачок напряжения в линии электропередачи. Скорее всего, это проблема со стороны электросети переменного тока. Часто применяемое техническое решение состоит в том, чтобы подключить параллельно источнику питания переменный MOV-варистор.

MOV (Металл-оксидный варистор с переменной величиной), похож на резистор большого номинала (несколько сотен кОм), который очень быстро реагирует на повышение напряжения. Во время кратковременного падения напряжения, его сопротивление становится достаточно низким, тем самым предохраняя цепь от скачка. См. Рис.4 ниже.


Рис.4 Защита с помощью подстроечного варистора MOV

Защита от критического значения тока

В предыдущей статье мы рассмотрели регуляторы и способы ограничения их тока. Давайте посмотрим на это еще раз.

На рис.5 Q8 — это магистральный входной транзистор, регулируемый цепочкой Q10 и D8. R19 и Q9 — эта часть схемы контролирует максимальный ток. Если напряжение между базой и эмиттером Q9 достигает 0,6 В, Q9 начинает включаться, тем самым гасит ток в базе Q8, принуждая его отключаться.

Фокус заключается в подборе номинала R19 таким образом, чтобы при токе отсечки, напряжение снижалось на 0,6V. Итак, если мы хотим отключиться на токе 2А, R = V/I = 0,6/2 = 0,3 или 0,33 Ом. Поскольку этот резистор пропускает через себя полный ток нагрузки, он должен быть рассчитан на мощность не менее 5 Вт.

Обратите внимание, что вы должны на компонентах, которые будут нагреваться, оставить длину выводов немного побольше, и увеличить под них площадь радиатора охлаждения на печатной плате. Кроме того, припаяйте его, чтобы значительно повысить его способность рассеивать тепло (но не делайте этого с радиочастотными компонентами!)


Рис.5 Стабилизатор с максимальной токовой защитой

Еще одно устройство защита от перенапряжения

Конечно, есть и другие устройства защиты от перегрузки по току, такие как предохранители и автоматические выключатели для большого переменного тока, наверняка они имеются в линии электроснабжения и вашего дома.

Предохранители — это просто специальная тонкая проволока, которая быстро нагревается и плавится. К ним можно еще добавить различные устройства, такие как пружины растяжения, чтобы они медленнее взрывались, и порошок, окружающий предохранительный провод, чтобы предотвратить разбивание стекла при его взрыве. Обычно выбираются предохранители с номиналом 150% от нормального тока. Вот здесь есть хорошая статья о предохранителях.

Автоматические выключатели — это отдельная тема. Но в общем, это простые переключатели, у которых есть механизм их отключения. В обычном автоматическом выключателе — это биметаллическая полоса, через которую течет ток и изгибается при нагревании.

Затем он механически присоединяется к механизму отключения и срабатывает при определенном токе. Автоматические выключатели также имеют небольшую индуктивную составляющую, поэтому автоматический выключатель может отключаться медленно при перегрузке или очень быстро при коротком замыкании.

Защита от обратной полярности

Защита от обратной полярности является наиболее простой для реализации. Подойдет простой диод в цепи входящего питания. Но для этого он должен быть соответствующего номинала. На Рис.6, выпрямительный диод 1N4006 имеет номинальный ток 1А и PIV (пиковое обратное напряжение) 800V, поэтому его должно хватить для большинства схем.

Диод создает постоянное падение напряжения от 0,6 до 0,7V, но это не должно быть проблемой. Однако, если у вас есть цепь, которая должна работать при очень низком напряжении, падение 0,6V на последовательном диоде может стать проблемой. В этом случае нужно установить шунт, на рис.6 (справа) показан шунтирующий диод.

Когда входное напряжение меняется на противоположное, диод проводит ток, вызывая перегорание предохранителя. Он действительно работает, но есть некоторые вещи, о которых следует знать, например: диод должен выдерживать полный ток источника питания в течение времени, которое требуется для срабатывания предохранителя. Это будет достаточно, хотя потребуется диод рассчитанный на ток не менее 5-10А.


Рис.6 Защита от обратного напряжения

Защита от обратной полярности, обратной ЭДС

Есть еще одна форма защиты от обратной полярности, которая возникает, когда вы этого не ожидаете. Каждый раз, когда индуктивность, несущая ток, отключается, накопленное магнитное поле в катушке должно рассеяться, поэтому, ток будет пытаться сделать это в обратном направлении, через свои выводы.

Мало того, это могут быть сотни вольт. (Так работают автоматические свечи зажигания старого образца.) Вы также можете защитить свое устройство от этой обратной ЭДС, используя перевернутый диод включенный параллельно индуктивности, как показано на рис.7. Обратите внимание, что диод 1N4006 должен иметь при этом высокое пиковое обратное напряжение.


Рис.7 Защита от обратной ЭДС

Примечание: помните, что предохранители работают медленно. Бытует шутка, что транзистор за 50 долларов часто перегорает первым, чтобы защитить предохранитель на 10 центов!

Защита от перенапряжения электронных схем


Защита от перенапряжения электронных устройств

Защита от перенапряжения электронных схем — если пройтись по радио-рынкам, то там можно увидеть огромное количество всевозможных устройств защищающих бытовые приборы от бросков сетевого напряжения.

Эффективное быстродействие

Увы, большинство из них имеют существенный недостаток, а именно: незначительное по быстроте срабатывание, особенно если коммутация выполняется через электромагнитное реле. Помимо этого, нет функции мягкого включения, после того, как сработала система защиты от резкого перепада напряжения. А вот как раз такие нюансы очень полезны, в особенности это актуально для импульсных источников питания установленных в приборах бытовой технике.

Здесь мы предлагаем к повторению рабочую схему прибора защиты, которое не имеет выше перечисленных недоработок и обладает высоким быстродействием. Принцип ее работы такой: при увеличении напряжения свыше указанных значений (минимальный порог устанавливается подстроечным резистором R4, а максимальный — подстроечным сопротивлением R6) включается легендарный прибор установки интервалов времени NE555P, это одна из самых популярных интегральных микросхем.

Принцип работы защиты

Далее, на третьем выводе таймера создается малый уровень напряжения, светодиод зеленого свечения VD6 начинает погасать, симметричный тиристор (симистор) ТС106, рассчитанный на 10А 600В, разъединяет нагрузку. Малый уровень на седьмом выводе NE555P NE555P дает команду счетчику выполненному на микросхеме К176ИЕ5.

И тот, в свою очередь начинает работать, по существу выполняя действия дублирующего счетчика времени, то-есть формирует задержку включения нагрузки на определенное время. Длительность задержки определяется значением цепи R14 — C6, указанные в схеме номиналы этой цепочки, определяют задержку в пределах четырех минут.

По истечении четырех минут через дифференциальный тракт С5 R15 и Т2 появляется мгновенный импульсный сигнал, дающий команду сброса таймеру NE555P. И в случае нормализации сетевого напряжения, на третьем выводе таймера появится высокое значение уровня.

При этом начнет светится зеленый светодиод, а симметричный тиристор ТС106 включится и соединит цепь с нагрузкой. В случае сохранения нестабильного сетевого напряжения, через четыре минуты весь цикл повторится. Такое действие будет происходить до того момента, пока напряжение электросети не придет в норму.

Простота в сборке и наладке

Светодиод красного свечения VD7 сигнализирует о начале работы таймера на микросхеме К176ИЕ5. Если нет никаких проблем, то он будет мигать в промежутке двух-трех секунд.

Что касается комплектующих для этой схемы, то защита от перенапряжения специальных требований не имеет, разве, что некоторые исключения: постоянный резистор R2 должен выдерживать мощность не менее 1 Вт, емкость C3 должна иметь наименьший ток утечки. Симисторный оптрон VD9 МОС 3022, в случае необходимости можно заменять на МОС 3020-3062. Емкость С1 должна быть с рабочим напряжением 400v или более.

С помощью симистора ТС-106 можно подключать нагрузку рассчитанную на рабочий ток 10А, естественно ТС106 должен быть установлен на подходящем теплоотводе. При необходимости увеличения рабочего ток для модуля защиты, то в таком случае нужно увеличить и мощность симистора, можно поставить больший по мощности ТС132.

Приведенная здесь схема защиты от перенапряжения, способна работать в круглосуточном режиме без каких либо проблем. Единственное, что ей не нравится, так это короткого замыкания в нагрузке. При начальном включении устройства через схему защиты, нагрузка будет подключена по прошествии четырех минут, а потом уже все будет работать на автомате.

Защита от перенапряжения, скачков и перепадов напряжения в квартире

Перепады напряжения и прочие неполадки в электросетях отнюдь не редкость. Они могут привести к выходу из строя дорогостоящей техники и даже угрожать жизни и здоровью людей. Для предотвращения подобных последствий на рынке имеются различные устройства защиты электрической сети, применяемые в зависимости от характера неполадок.

В этой статье вы узнаете: что собой представляют перепады напряжения и каковы их причины; Какие существуют устройства защиты сети и в каких случаях используются.

Допустимые параметры электроэнергии

В России и на пост-советском пространстве стандартным напряжением является 220 вольт (для рядовых потребителей электроэнергии). При этом в реальности напряжение колеблется в определенных рамках от данного номинала. Допустимая амплитуда отклонения от нормы устанавливается нормами и актами, регулирующими предоставление данной услуги потребителю. При 220В минимальное допустимое значение составляет 198В, а максимальное — 242В.

Спасут ли пробки или автоматы?

Долгое время в домах использовались «пробки»: плавкие предохранители, защищающие от скачков напряжения. На смену им пришли современные и более удобные автоматы (автоматические выключатели). На сегодняшний день в большинстве квартир это единственные средства защиты от неполадок в сети.

Пробки и автоматические выключатели позволяют защититься от короткого замыкания, перегрева проводки и возгорания при перегрузке. Однако мощный электрический импульс может успеть пройти через автомат и вывести технику из строя. Такое случается, например, в следствие удара молнии. То есть обычные пробки не могут обеспечить полноценную защиту от перепадов напряжения.

Основные причины возникновения скачков напряжения в сети

Скачки напряжения могут отличаться по величине отклонения от нормы, по своей продолжительности и динамике возрастания/убывания в зависимости от причин их возникновения:

  • Большая нагрузка на сеть. Одновременное подключение большого числа электроприборов при недостаточной мощности сети приводит к нестабильности напряжения. Это может быть заметно, например, как мерцание лампочек или внезапное выключение электроприборов. Данное явление встречается часто, особенно по вечерам;
  • Мощный потребитель по соседству. Случается, если рядом находятся промышленные объекты, торговые центры, офисные здания с мощной вентиляционной системой и так далее.
  • Обрыв нулевого провода. Нулевой провод выравнивает напряжение у потребителей электроэнергии. При его обрыве (сгорании, окислении) часть потребителей получат повышенное напряжение (а другие заниженное), что с высокой вероятностью приведет к выходу из строя незащищенной электротехники.
  • Ошибки при подключении. Например, если были перепутаны нулевой и фазный провода;
  • Плохая проводка. Сбои возникают из-за изношенности проводки, использования некачественных материалов и неправильно выполненных монтажных работ.
  • Удар молнии. Попадание молнии в линии электропередачи может вызывать стремительный скачек напряжения в тысячи вольт. Представляет особую опасность, так как средства защиты не всегда успевают сработать.

Возможные последствия скачков напряжения

Производители электрической техники учитывают нестабильный характер напряжения и возможность его скачков и падений. Например, прибор с номинальным напряжением 220 вольт может работать при 200В и выдерживать скачки до 240В. При этом регулярная работа аппаратуры при больших отклонения от нормы сокращает срок ее эксплуатации. Сильные скачки напряжения могут вывести технику из строя, и даже нанести ущерб имуществу и здоровью, например, вызвав пожар.

Справка. Поломки электрических приборов в результате скачков напряжения не покрываются договорами о гарантийном обслуживании, то есть бремя расходов на ремонт и замену ложится на владельца, что может стать серьезным ударом по семейному бюджету. В некоторых случаях существует возможность предъявления иска к поставщику электроэнергии, однако это долго, сложно и дорого, а также не гарантирует успеха. Проще заранее предусмотреть защиту своего дома от подобных неприятностей.

Способы защиты от скачков напряжения

В зависимости от характеристик скачка напряжения и природы его возникновения используются различные устройства защиты. Рассмотрим основные из них:

Сетевой фильтр

Простое и доступное решение для защиты маломощного оборудования. Обычно представляет собой удлинитель или моноблок с вилкой, розеткой (или розетками) и выключателем с индикацией подачи питания. Следует отличать сетевые фильтры от обычных удлинителей, которые не имеют защиты, но очень похожи по виду. Защищает от скачков до 400 — 500 вольт, а ток нагрузки не может превышает 5 — 15 А.

Справка. С технической стороны сетевой фильтр представляет собой нехитрую систему из нескольких конденсаторов и катушек индуктивности. При этом блоки питания большинства современных электроприборов уже имеют в своем составе схемы, выполняющие аналогичную функцию. То есть на практике сетевые фильтры часто выполняют роль простого удлинителя с дополнительной защитой от скачков в сети.

Реле защиты РКН и УЗМ

Устройство прерывает подачу электроэнергии, если напряжение выходит за пределы допустимых значений. После возвращения напряжения в установленные рамки подача восстанавливается (автоматически или в ручную в зависимости от модели). Устройство подключается после входного автомата.

Основные достоинства РКН и УЗМ:

  • Скорость срабатывания в несколько миллисекунд;
  • Выдерживает нагрузку от 25 до 60 А;
  • Небольшие размеры и удобный монтаж;
  • Достаточные диапазоны максимального и минимального напряжения;
  • Отображение показателей электрического тока в реальном времени;

Прибор эффективен для защиты от разрыва нулевого провода и умеренных скачков напряжения. Однако реле не могут обеспечить стабильное напряжение и защитить от импульсного скачка, вызванного ударом молнии.

Расцепитель минимального-максимального напряжения (РММ)

Устройство защищает от высокого и низкого напряжения. Эффективен в случае разрыва нулевого провода и перекоса фаз в трехфазной сети, но не защищает от высоковольтных импульсов.

Прибор отличается небольшими размерами, простотой установки и доступной ценой.

Обратите внимание. РММ не оснащен функцией автоматического включения, что может привести к порче продуктов в холодильнике, остановке отопления помещений в зимний период и подобным проблемам.

Стабилизаторы

Приборы используются для «сглаживания» подачи электроэнергии в сетях, склонных к нестабильной работе. Эффективны в случае падения мощности, но могут не справиться с высоким напряжением.

К достоинствам прибора относятся: длительный срок эксплуатации; быстрое срабатывание; поддержание напряжения на стабильном уровне. Главным недостатком стабилизаторов является высокая цена.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Используются для защиты от быстрых мощных скачков напряжения, как правило вызываемых ударом молнии в линию электропередач. Выделяют два вида подобных устройств:

  • Вентильные и искровые разрядники. Устанавливаются в сетях высокого напряжения. В случае импульсного перенапряжения в устройстве происходит пробой воздушного зазора, фаза замыкается на заземление, разряд уходит в землю;
  • Ограничители перенапряжения (ОПН). В отличие от разрядников имеют небольшой размер и используются в частных домах. Внутри установлен варистор. При обычном напряжении ток через него не течет, но в случае скачка происходит возрастание тока, что позволяет снизить напряжение до нормальной величины.

Датчик повышенного напряжения (ДПН)

Используется вместе с УЗО (устройство защитного отключения) или дифференциальным автоматом. ДПН определяет превышение установленной нормы напряжения, после чего УЗО размыкает цепь.

Заключение

Наиболее распространенные средства защиты от скачков напряжения: автоматы и пробки, — эффективны не во всех случаях. В частности они не справляются с мощными скачками напряжения, что ставит под угрозу сохранность электротехники и всего дома в целом. Рынок предлагает разнообразными устройствами защиты электросети, применяемые в зависимости от характера перепадов напряжения и причин их возникновения. Потребителям электроэнергии остается выбрать необходимые приборы и правильно их установить.

Схема защиты от перенапряжения, перегрузки по току, переходного напряжения и обратной полярности с использованием контроллера горячей замены RT1720 с таймером неисправности

Часто в электронной схеме абсолютно необходимо использовать специальный блок защиты для защиты схемы от перенапряжения, перегрузки по току, переходного напряжения , и обратная полярность и так далее. Итак, чтобы защитить схему от этих скачков, Richtek Semiconductor представила микросхему RT1720A, которая представляет собой упрощенную ИС защиты, разработанную для удовлетворения потребностей.Недорогой, небольшой размер и очень мало требований к компонентам делают эту схему идеальной для использования во многих различных практических и встроенных приложениях.

Итак, в этой статье я собираюсь спроектировать, рассчитать и протестировать эту схему защиты и, наконец, будет подробное видео, показывающее работу схемы, так что давайте начнем. Также проверьте наши предыдущие схемы защиты.

IC RT1720

Это недорогая ИС защиты, предназначенная для упрощения внедрения.Интересным фактом об ИС является то, что размер этой ИС всего 4,8 x 2,9 x 0,75 мм . Так что не обманывайтесь изображением, эта микросхема чрезвычайно крошечная, а шаг выводов составляет всего 0,5 мм.

IC RT1720 Характеристики:

  • Широкий рабочий диапазон входного сигнала: от 5 В до 80 В
  • Номинальное отрицательное входное напряжение до −60 В
  • Регулируемое выходное напряжение зажима
  • Регулируемая защита от перегрузки по току
  • Программируемый таймер для защиты от сбоев
  • Низкий ток отключения
  • Внутренний насос заряда, привод N-MOSFET
  • Быстрое отключение полевого МОП-транзистора 80 мА при повышенном напряжении
  • Индикация выхода неисправности

Список функций и параметры размеров взяты из таблицы.

Схема

Как упоминалось ранее, эта схема может использоваться для:

  1. Ограничитель скачков напряжения
  2. Схема защиты от перенапряжения
  3. Схема защиты от перегрузки по току
  4. Схема защиты от перенапряжения
  5. Схема защиты от обратной полярности

Также проверьте наши предыдущие схемы защиты:

Необходимые компоненты

Sl.№

Детали

Тип

Кол. Акций

1

РТ1720

IC

1

2

млн МБТ3904

Транзистор

1

3

1000 пФ

Конденсатор

1

4

1N4148 (BAT20J)

Диод

1

5

470 мкФ, 25 В

Конденсатор

1

6

1 мкФ, 16 В

Конденсатор

1

7

100 тыс. , 1%

Резистор

4

8

25мР

Резистор

1

9

IRF540

Мосфет

2

10

Блок питания

30 В, постоянный ток

1

11

Разъем 5мм

Общий

2

10

Обшивка

Общий

1

Как работает эта схема защиты?

Если вы внимательно посмотрите на приведенную выше схему, вы увидите, что есть два терминала: один для ввода, а другой — для вывода.Входное напряжение подается через входную клемму.

Подтягивающий резистор 100K R8 подтягивает вывод SHDN к высокому уровню. Таким образом, установив высокий уровень на этом выводе, можно включить IC.

Резистор 25mR R7 устанавливает ограничение тока этой ИС. Если вы хотите узнать, как я получил значение 25 мР для резистора считывания тока, вы можете найти его в разделе расчетов этой статьи.

Транзистор T1 , диод D2 , резистор R6, и полевой МОП-транзистор Q2 вместе образуют схему защиты от обратной полярности.В общем, когда напряжение подается на вывод VIN схемы, напряжение сначала подтягивает вывод SHDN к высокому уровню и питает IC через вывод VCC , затем оно проходит через резистор измерения тока R6 , теперь диод D2 находится в состоянии прямого смещения, это включает транзистор T1 и ток течет через транзистор, который включает MOSFET Q2 , что также включает Q1 , и теперь ток может течь прямо через MOSFET на нагрузку.

Теперь, когда обратное напряжение подается на клемму VIN , диод D2 находится в состоянии обратного смещения и теперь не может проходить через полевой МОП-транзистор. Резисторы R3 и R4 образуют делитель напряжения, который действует как обратная связь, обеспечивающая защиту от перенапряжения. Если вы хотите узнать, как я рассчитал номиналы резисторов, вы можете найти их в разделе расчетов этой статьи.

MOSFET Q1 и Q2 образуют внешний переключатель нагрузки N-MOSFET.Если напряжение поднимается выше установленного напряжения, которое устанавливается внешним резистором обратной связи, превышает пороговое напряжение, линия RT1720 IC регулирует с помощью полевых МОП-транзисторов внешнего переключателя нагрузки до тех пор, пока регулируемый таймер неисправности не сработает и не отключит полевой МОП-транзистор для предотвращения перегрева.

Когда нагрузка потребляет больше, чем текущая уставка (установленная внешним измерительным резистором, подключенным между SNS и VCC), IC управляет переключателем нагрузки MOSFET в качестве источника тока для ограничения выходного тока, пока таймер неисправности не сработает и не выключится МОП-транзистор. Кроме того, выход FLT становится низким, сигнализируя о неисправности. MOSFET переключателя нагрузки остается включенным до тех пор, пока VTMR не достигнет 1,4 В, давая время для выполнения любых операций по обслуживанию системы, прежде чем MOSFET отключится.

Выходной сигнал PGOOD с открытым стоком RT1720 повышается, когда переключатель нагрузки полностью включается и исток полевого МОП-транзистора приближается к напряжению стока. Этот выходной сигнал можно использовать для включения последующих устройств или для подачи сигнала системе, что теперь можно начать нормальную работу.

Вход SHDN IC отключает все функции и снижает ток покоя VCC до 7 мкА.

Примечание. Подробная информация о внутренних функциях и схеме взята из таблицы данных .

Примечание: эта ИС может выдерживать обратные напряжения питания до 60 В под землей без повреждений

Строительство схем

Для демонстрации эта схема защиты от перенапряжения и перегрузки по току сконструирована на печатной плате ручной работы с помощью схемы; Большинство компонентов, используемых в этом руководстве, являются компонентами для поверхностного монтажа, поэтому для пайки и размещения всех вместе требуется печатная плата.

Примечание! Все компоненты были размещены как можно ближе, чтобы уменьшить паразитную емкость, индуктивность и сопротивление

Расчеты

Техническое описание этой ИС дает нам всю информацию, необходимую для расчета таймера отказа, защиты от перенапряжения и максимальной токовой защиты для этой ИС.

Расчет конденсатора таймера неисправности

В случае длительного сбоя GATE будет многократно включаться и выключаться.Время включения и выключения (tGATE_ON и tGATE_OFF) контролируется токами заряда и разряда TMR (iTMR_UP и iTMR_DOWN) и разностью напряжений между порогами фиксации и разблокировки TMR (VTMR_L — VTMR_UL):

  т  GATE_ON  = C  TMR  * ( VTMR_L  -  VTMR_UL ) / (i  TMR_UP ) 
  tGATE_ON = 4,7 мкФ x (1,40 В - 0,5 В) / 25 мкА = 169 мс 
  т  GATE_OFF =  C  TMR *  (V  TMR_L -  V  TMR_UL ) / (i  TMR_DOWN ) 
  tGATE_OFF = 4. 7 мкФ x (1,40 В - 0,5 В) / 3 мкА = 1,41 с  

Расчет резистора измерения тока

Токовый резистор можно рассчитать по следующей формуле

  Rsns = VSNS / ILIM 
  = 50 мВ / 2 А = 25 мР  

Примечание: значение 50 мВ указано в таблице данных

Расчет защиты от перенапряжения

  VOUT_OVP = 1,25 В x (1+ R2 / R1) 
  = 1,25 x (1+ 100 тыс. / 10 тыс.) 
  = 1.25 х (11) 
  = 13,75 В  

Проверка цепи защиты от перенапряжения и тока

Для тестирования схемы используются следующие инструменты и настройки,

  1. Импульсный источник питания 12 В (SMPS)
  2. Meco 108B + мультиметр
  3. Hantech 600BE USB-осциллограф для ПК

Для построения схемы используются 1% металлопленочные резисторы, допуск конденсаторов не принимается во внимание.

Во время тестирования температура в помещении составляла 22 градуса Цельсия.

Тестовая установка

Следующая установка используется для проверки схемы

В демонстрационных целях я использовал понижающий преобразователь для изменения входного напряжения схемы

  • Силовые резисторы 10 Ом действуют как нагрузка,
  • Переключатель предназначен для быстрого увеличения нагрузки. Вы можете увидеть это на видео, приведенном ниже.
  • Механизм 108В +, показывающий входное напряжение.
  • Механизм 450B +, показывающий ток нагрузки.

Теперь, как вы можете видеть на изображении выше, я увеличил входное напряжение, и ИС начинает ограничивать ток, потому что сейчас она находится в состоянии неисправности.

Если принцип работы схемы вам непонятен, посмотрите видео.

Примечание: обратите внимание, что в демонстрационных целях я увеличил значение таймера неисправности.

Приложения

Это очень полезная ИС, которую можно использовать во многих приложениях, некоторые из которых перечислены ниже

  • Автомобильная / авиационная защита от перенапряжения
  • Горячая замена / оперативная вставка
  • Переключатель верхнего уровня для систем с батарейным питанием
  • Приложения искробезопасности
  • Защита от обратной полярности

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали что-то новое.Продолжайте читать, продолжайте учиться, продолжайте строить, и я увижу вас в следующем проекте.

Дифференциальные схемы защиты от перенапряжения для усилителей считывания тока

Суровые условия — это реальность для многих электрических систем, используемых в системах управления двигателями или электромагнитных клапанов. Электроника, управляющая двигателями и соленоидами, по необходимости находится в непосредственной близости от высоких токов и напряжений, используемых для создания физического движения, необходимого для конечного приложения. В дополнение к близости эти системы часто обслуживаются (например, можно нанять техника для замены платы контроллера на соленоид посудомоечной машины), что оставляет возможность непреднамеренных ошибок подключения.Близость к высоким токам и напряжению в сочетании с возможностью неправильного подключения требуют разработки, включающей защиту от перенапряжения.

Для создания эффективных и безопасных систем прецизионные усилители с датчиком тока контролируют токи в этих приложениях. Цепи прецизионных усилителей должны быть спроектированы с учетом условий перенапряжения, но эти схемы защиты могут повлиять на точность усилителя.

При правильном проектировании схемы, анализе и проверке можно найти компромисс между защитой и точностью.В этой статье обсуждаются две распространенные схемы защиты и то, как реализация этих схем влияет на точность усилителей считывания тока.

Усилители считывания тока

Большинство усилителей считывания тока способны обрабатывать высокие синфазные напряжения (CMV), но не высокие дифференциальные входные напряжения. В определенных приложениях бывают случаи, когда дифференциальное входное напряжение на шунте превышает указанное максимальное напряжение усилителя. Это обычное явление в промышленных и автомобильных системах управления соленоидами (рис. 1), где могут возникать неисправные состояния, вызванные короткими замыканиями, в результате чего усилитель считывания тока подвергается воздействию высокого дифференциального входного напряжения, которое может достигать того же потенциала, что и аккумулятор.Это дифференциальное перенапряжение может привести к повреждению усилителя, особенно при отсутствии схемы защиты.

Рис. 1. Измерение тока на стороне высокого напряжения в приложении управления соленоидом.

Схема защиты от перенапряжения

На рисунке 2 показано базовое подключение для защиты от перенапряжения усилителя считывания тока. Когда дифференциальное входное напряжение превышает максимальное номинальное значение для данного усилителя, усилитель может начать пропускать ток через внутренние защитные диоды. Дополнительные последовательные резисторы, R1 и R2, предотвращают протекание большого тока к внутренним защитным диодам, если между входными контактами присутствует большой сигнал дифференциального напряжения.

Рисунок 2. Базовая схема защиты от перенапряжения.

Максимальное номинальное напряжение и максимальный входной ток, допустимый для схемы защиты, варьируются от устройства к устройству. Как правило, ограничивайте ток, проходящий через внутренние диоды дифференциальной защиты, до 3 мА, если нет спецификации, указывающей, что более высокое значение приемлемо.Зная это значение, рассчитайте значения R1 и R2, используя следующее уравнение:

где: VIN_MAX — ожидаемое максимальное дифференциальное напряжение. VRATED_MAX — максимальное номинальное напряжение (0,7 В). R — полное последовательное сопротивление (R1 + R2).

Например, если ожидаемое максимальное переходное входное напряжение составляет 10 В, уравнение будет

Если R = 3,1 кОм, то согласно уравнению 1 R1 и R2 = 1,55 кОм.

Эти значения для R1 и R2 значительны по сравнению с входным сопротивлением некоторых усилителей и могут вносить большую ошибку в общую производительность системы.

Одним из способов уменьшить значение R1 и R2 является добавление внешних защитных диодов с более высокими токами на входных контактах, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема защиты от перенапряжения с внешними входными диодами дифференциальной защиты.

Например, при использовании диода Шоттки Digi-Key B0520LW-7-F, который может выдерживать прямой ток до 500 мА, значение R уменьшается до 20 Ом.

Компромиссы в производительности системы

Добавление последовательных резисторов на вход усилителя может ухудшить некоторые рабочие характеристики.В некоторых усилителях R1 и R2 включены последовательно с внутренними прецизионными резисторами. В других усилителях токи смещения работают с резисторами, создавая напряжения смещения. Скорее всего, будут затронуты такие параметры, как ошибка усиления, коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) и напряжение смещения.

Чтобы изучить потенциальное влияние последовательного сопротивления, были проведены измерения двух усилителей считывания тока с защитными резисторами на входных контактах. Схема испытаний, используемая для оценки ошибки усиления, CMRR и напряжения смещения, показана на рисунке 4.В этой установке используется источник питания Agilent E3631A для подачи одиночного источника питания 5 В на устройство, прецизионный источник постоянного тока Yokogawa GS200 для сигнала дифференциального входного напряжения, HAMEG HMP4030 для установки CMV и прецизионный мультиметр Agilent 3458A для измерения выходное напряжение усилителей считывания тока.

Рис. 4. Испытательная установка для оценки ошибки усиления, CMRR и напряжения смещения.

И AD8210, и AD8418 были оценены для измерения влияния дополнительных последовательных резисторов на параметры ошибки усиления, CMRR и напряжения смещения устройств.

Ошибка усиления

Когда последовательные резисторы включены последовательно со входом усилителя, они образуют резистивный делитель с дифференциальным входным сопротивлением усилителя. Резисторный делитель вносит ослабление, которое проявляется на уровне схемы как дополнительная ошибка усиления. Дополнительная ошибка усиления будет больше для усилителей с более низким дифференциальным входным сопротивлением.

Таблица 1 показывает вычисленную дополнительную ошибку усиления и фактическую ошибку усиления AD8210.AD8418 также был протестирован со схемой защиты и без нее. В таблице 2 показаны вычисленная дополнительная ошибка усиления и фактическая ошибка усиления усилителя.

Таблица 1. Ошибка усиления AD8210
R1 (Ом) R2 (Ом) Дополнительная
Ошибка усиления (%)
Фактическое усиление
(В / В)
Фактическое усиление
Ошибка (%)
0 0 0 19.9781 –0,1095
10,2 10,2 0,497 19,88089 –0,59705
Таблица 2. Ошибка усиления AD8418
R1 (Ом) R2 (Ом) Дополнительная
Ошибка усиления (%)
Фактическое усиление
(В / В)
Фактическое усиление
Ошибка (%)
0 0 0 19.99815 –0,00925
10,2 10,2 0,013 19.9955 –0,0225

По результатам измерений ошибка усиления AD8418 сдвигается на 0,013%, а у AD8210 — на 0,497%. Входные импедансы AD8418 и AD8210 составляют 150 кОм и 2 кОм соответственно, из чего следует, что ошибка, вносимая в AD8418, будет меньше, чем в AD8210.

Коэффициент подавления синфазного сигнала

Поскольку усилители считывания тока обычно подвергаются воздействию сред с высоким CMV, CMRR является одной из наиболее важных спецификаций. CMRR оценивает способность устройства отклонять высокие CMV и достигать оптимальной точности и производительности. Это мера изменения выходного напряжения, когда на две входные клеммы усилителя подается одинаковое напряжение. CMRR определяется как отношение дифференциального усиления к синфазному усилению и обычно указывается в децибелах.

Используйте следующее уравнение, чтобы найти значения CMRR для обоих усилителей:

где: A DM — дифференциальное усиление AD8210 и AD8418 (A DM = 20). CM — синфазное усиление, ΔV OUT / ΔV CM .

Когда последовательные резисторы включены последовательно со входом усилителя, несоответствие последовательных резисторов добавляется к любому несовпадению внутренних резисторов, что влияет на CMRR.

Результаты измерения CMRR для усилителей считывания тока AD8210 и AD8418 показаны в Таблице 3 и Таблице 4 соответственно.

Таблица 3. Характеристики CMRR AD8210 при приросте 20
R1 (Ом) R2 (Ом) CMV = 0 В
и 4 В (дБ)
CMV = 4 В
и 6 В (дБ)
CMV = 4 В
и 65 В (дБ)
CMV = 6 В
и 65 В (дБ)
0 0 –92.77 –104,96 –121,49 –123,35
10,2 10,2 –94,37 –107,99 –121,86 –123,10
Таблица 4. Характеристики CMRR AD8418 при усилении 20
R1 (Ом) R2 (Ом) CMV = 0 В
и 35 В (дБ)
CMV = 35 В
и 70 В (дБ)
CMV = 0 В
и 70 В (дБ)
0 0 –127. 72 –123,72 –138,39
10,2 10,2 –88,89 –104,35 –93,05

Результаты показывают, что влияние дополнительных внешних последовательных резисторов приводит к уменьшению CMRR AD8418 и меньшему влиянию на CMRR AD8210. AD8418 перешел на 89 дБ, а AD8210 остался почти без изменений на уровне 94 дБ.Синфазный импеданс обоих усилителей относительно высок для устройств с фиксированным усилением с AD8418 и AD8210 при 750 кОм и 5 МОм соответственно.

Напряжение смещения

Когда токи смещения проходят через внешние резисторы, они создают напряжение ошибки последовательно с внутренним напряжением смещения устройства. Чтобы вычислить эту дополнительную ошибку напряжения смещения, умножьте входной ток смещения (I OS ), который представляет собой разницу между двумя входными токами смещения, на внешний импеданс, присутствующий на входных контактах, как показано в следующем уравнении:

где: I OS — входной ток смещения. R — дополнительный внешний импеданс.

Увеличение напряжения смещения на основании измерений усилителей считывания тока AD8210 и AD8418 показано в Таблице 5 и Таблице 6, соответственно.

Таблица 5. Дополнительное напряжение смещения AD8210 на входе Смещение тока и внешних сопротивлений
R1 (Ом) R2 (Ом) В ВЫХ (мВ) Дополнительное смещение
Напряжение (RTI) (мкВ)
0 0 5.598 0
10,2 10,2 5,938 17
Таблица 6. Дополнительное напряжение смещения AD8418 на входе Смещение тока и внешних сопротивлений
R1 (Ом) R2 (Ом) В ВЫХ (мВ) Дополнительное смещение
Напряжение (RTI) (мВ)
0 0 –0. 91 0
10,2 10,2 26,09 1,3

Результаты показывают, что увеличение напряжения смещения в AD8418 больше, чем увеличение напряжения смещения в AD8210. Это вызвано входным током смещения AD8418, который составляет около 100 мкА.

Любые дополнительные импедансы, последовательно соединенные с входными контактами (вместе) в сочетании с входным током смещения, создают дополнительную ошибку напряжения смещения.

Заключение

Установка дополнительных последовательных резисторов на входных контактах — простой способ защитить усилитель считывания тока от условий перенапряжения. Влияние на такие показатели производительности, как ошибка усиления, CMRR и напряжение смещения, можно измерить и напрямую связать с величиной внешних резисторов и типом используемого усилителя считывания тока. При правильном проектировании схема улучшает номинальные значения дифференциального входного напряжения приложения за счет небольшого увеличения количества компонентов и минимального влияния на точность.

Для получения дополнительной информации о защите от перенапряжения для надежных усилителей см. Статью Analog Dialogue «Надежные усилители обеспечивают интегрированную защиту от перенапряжения».

Ссылки

B0520LW Технический паспорт. Diodes Incorporated.

Дифференциальная защита от перенапряжения для усилителей считывания тока

Суровые условия — реальность для многих электрических систем, используемых в системах управления двигателем или электромагнитных клапанов.Электроника, управляющая двигателями и соленоидами, по необходимости находится в непосредственной близости от высоких токов и напряжений, используемых для создания физического движения, необходимого для конечного приложения. В дополнение к близости эти системы часто обслуживаются (например, можно нанять техника для замены платы контроллера на соленоид посудомоечной машины), что оставляет возможность непреднамеренных ошибок подключения. Близость к высоким токам и напряжению в сочетании с возможностью неправильного подключения требуют разработки, включающей защиту от перенапряжения.

Для создания эффективных и безопасных систем прецизионные усилители с датчиком тока контролируют токи в этих приложениях. Цепи прецизионных усилителей должны быть спроектированы с учетом условий перенапряжения, но эти схемы защиты могут повлиять на точность усилителя.

При правильном проектировании схемы, анализе и проверке можно найти компромисс между защитой и точностью. В этой статье обсуждаются две распространенные схемы защиты и то, как реализация этих схем влияет на точность усилителей считывания тока.

Усилители считывания тока

Большинство усилителей считывания тока способны обрабатывать высокие синфазные напряжения (CMV), но не высокие дифференциальные входные напряжения. В определенных приложениях бывают случаи, когда дифференциальное входное напряжение на шунте превышает указанное максимальное напряжение усилителя. Это обычное явление в промышленных и автомобильных системах управления соленоидами (рис. 1), где могут возникать неисправные состояния, вызванные короткими замыканиями, в результате чего усилитель считывания тока подвергается воздействию высокого дифференциального входного напряжения, которое может достигать того же потенциала, что и аккумулятор.Это дифференциальное перенапряжение может привести к повреждению усилителя, особенно при отсутствии схемы защиты.

Рис. 1. Измерение тока на стороне высокого напряжения в приложении управления соленоидом.

Схема защиты от перенапряжения

На рисунке 2 показано базовое подключение для защиты от перенапряжения усилителя считывания тока. Когда дифференциальное входное напряжение превышает максимальное номинальное значение для данного усилителя, усилитель может начать пропускать ток через внутренние защитные диоды.Дополнительные последовательные резисторы, R1 и R2, предотвращают протекание большого тока к внутренним защитным диодам, если между входными контактами присутствует большой сигнал дифференциального напряжения.

Рисунок 2. Базовая схема защиты от перенапряжения.

Максимальное номинальное напряжение и максимальный входной ток, допустимый для схемы защиты, варьируются от устройства к устройству. Как правило, ограничивайте ток, проходящий через внутренние диоды дифференциальной защиты, до 3 мА, если нет спецификации, указывающей, что более высокое значение приемлемо.Зная это значение, рассчитайте значения R1 и R2, используя следующее уравнение:

где: VIN_MAX — ожидаемое максимальное дифференциальное напряжение. VRATED_MAX — максимальное номинальное напряжение (0,7 В). R — полное последовательное сопротивление (R1 + R2).

Например, если ожидаемое максимальное переходное входное напряжение составляет 10 В, уравнение будет

Если R = 3,1 кОм, то согласно уравнению 1 R1 и R2 = 1,55 кОм.

Эти значения для R1 и R2 значительны по сравнению с входным сопротивлением некоторых усилителей и могут вносить большую ошибку в общую производительность системы.

Одним из способов уменьшить значение R1 и R2 является добавление внешних защитных диодов с более высокими токами на входных контактах, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема защиты от перенапряжения с внешними входными диодами дифференциальной защиты.

Например, при использовании диода Шоттки Digi-Key B0520LW-7-F, который может выдерживать прямой ток до 500 мА, значение R уменьшается до 20 Ом.

Компромиссы в производительности системы

Добавление последовательных резисторов на вход усилителя может ухудшить некоторые рабочие характеристики.В некоторых усилителях R1 и R2 включены последовательно с внутренними прецизионными резисторами. В других усилителях токи смещения работают с резисторами, создавая напряжения смещения. Скорее всего, будут затронуты такие параметры, как ошибка усиления, коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) и напряжение смещения.

Чтобы изучить потенциальное влияние последовательного сопротивления, были проведены измерения двух усилителей считывания тока с защитными резисторами на входных контактах. Схема испытаний, используемая для оценки ошибки усиления, CMRR и напряжения смещения, показана на рисунке 4.В этой установке используется источник питания Agilent E3631A для подачи одиночного источника питания 5 В на устройство, прецизионный источник постоянного тока Yokogawa GS200 для сигнала дифференциального входного напряжения, HAMEG HMP4030 для установки CMV и прецизионный мультиметр Agilent 3458A для измерения выходное напряжение усилителей считывания тока.

Рис. 4. Испытательная установка для оценки ошибки усиления, CMRR и напряжения смещения.

И AD8210, и AD8418 были оценены для измерения влияния дополнительных последовательных резисторов на параметры ошибки усиления, CMRR и напряжения смещения устройств.

Ошибка усиления

Когда последовательные резисторы включены последовательно со входом усилителя, они образуют резистивный делитель с дифференциальным входным сопротивлением усилителя. Резисторный делитель вносит ослабление, которое проявляется на уровне схемы как дополнительная ошибка усиления. Дополнительная ошибка усиления будет больше для усилителей с более низким дифференциальным входным сопротивлением.

Таблица 1 показывает вычисленную дополнительную ошибку усиления и фактическую ошибку усиления AD8210.AD8418 также был протестирован со схемой защиты и без нее. В таблице 2 показаны вычисленная дополнительная ошибка усиления и фактическая ошибка усиления усилителя.

Таблица 1. Ошибка усиления AD8210
R1 (Ом) R2 (Ом) Дополнительная
Ошибка усиления (%)
Фактическое усиление
(В / В)
Фактическое усиление
Ошибка (%)
0 0 0 19.9781 –0,1095
10,2 10,2 0,497 19,88089 –0,59705
Таблица 2. Ошибка усиления AD8418
R1 (Ом) R2 (Ом) Дополнительная
Ошибка усиления (%)
Фактическое усиление
(В / В)
Фактическое усиление
Ошибка (%)
0 0 0 19.99815 –0,00925
10,2 10,2 0,013 19.9955 –0,0225

По результатам измерений ошибка усиления AD8418 сдвигается на 0,013%, а у AD8210 — на 0,497%. Входные импедансы AD8418 и AD8210 составляют 150 кОм и 2 кОм соответственно, из чего следует, что ошибка, вносимая в AD8418, будет меньше, чем в AD8210.

Коэффициент подавления синфазного сигнала

Поскольку усилители считывания тока обычно подвергаются воздействию сред с высоким CMV, CMRR является одной из наиболее важных спецификаций. CMRR оценивает способность устройства отклонять высокие CMV и достигать оптимальной точности и производительности. Это мера изменения выходного напряжения, когда на две входные клеммы усилителя подается одинаковое напряжение. CMRR определяется как отношение дифференциального усиления к синфазному усилению и обычно указывается в децибелах.

Используйте следующее уравнение, чтобы найти значения CMRR для обоих усилителей:

где: A DM — дифференциальное усиление AD8210 и AD8418 (A DM = 20). A CM — синфазное усиление, ΔV OUT / ΔV CM

Повышенное напряжение источника питания »Примечания к электронике

Защита от перенапряжения блока питания действительно полезна — некоторые отказы блока питания могут привести к повреждению оборудования большим напряжением.Защита от перенапряжения предотвращает это как на линейных регуляторах, так и на импульсных источниках питания.


Схемы источника питания Праймер и руководство Включает:
Обзор электроники источника питания Линейный источник питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Хотя современные блоки питания сейчас очень надежны, всегда есть небольшая, но реальная вероятность того, что они могут выйти из строя.

Они могут выйти из строя по-разному, и одна особенно тревожная возможность заключается в том, что элемент последовательного прохода, то есть транзистор главного прохода или полевой транзистор, может выйти из строя таким образом, что произойдет короткое замыкание. Если это произойдет, в цепи, на которую подается питание, может появиться очень высокое напряжение, часто называемое перенапряжением, что приведет к катастрофическому повреждению всего оборудования.

Добавив небольшую дополнительную схему защиты в виде защиты от перенапряжения, можно защитить от этой маловероятной, но катастрофической возможности.

В большинстве источников питания, предназначенных для очень надежной работы дорогостоящего оборудования, предусмотрена защита от перенапряжения в той или иной форме, чтобы гарантировать, что любой отказ источника питания не приведет к повреждению оборудования, на которое подается питание. Это относится как к линейным источникам питания, так и к импульсным источникам питания.

Некоторые источники питания могут не иметь защиты от перенапряжения, и они не должны использоваться для питания дорогостоящего оборудования — можно немного спроектировать электронную схему и разработать небольшую схему защиты от перенапряжения и добавить ее в качестве дополнительного элемента. .

Основы защиты от перенапряжения

Есть много причин, по которым блок питания может выйти из строя. Однако, чтобы понять немного больше о защите от перенапряжения и проблемах схемы, легко взять простой пример линейного регулятора напряжения, использующего очень простой стабилитрон и транзистор с последовательным проходом.

Базовый последовательный стабилизатор с использованием стабилитрона и эмиттерного повторителя

. Хотя более сложные блоки питания обеспечивают лучшую производительность, они также используют последовательный транзистор для передачи выходного тока.Основное отличие заключается в способе подачи напряжения регулятора на базу транзистора.

Обычно входное напряжение таково, что на элемент последовательного регулятора напряжения падает несколько вольт. Это позволяет последовательному транзистору адекватно регулировать выходное напряжение. Часто падение напряжения на последовательном транзисторе является относительно высоким — для источника питания 12 вольт входное напряжение может составлять 18 вольт и даже больше, чтобы обеспечить необходимое регулирование и подавление пульсаций и т. Д.

Это означает, что в элементе регулятора напряжения может быть значительное количество тепла, рассеиваемого в сочетании с любыми переходными выбросами, которые могут появиться на входе, это означает, что всегда существует вероятность отказа.

Устройство последовательного прохода транзистора чаще всего выходит из строя в состоянии разомкнутой цепи, но при некоторых обстоятельствах в транзисторе может возникнуть короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Если это произойдет, то на выходе регулятора напряжения появится полное нерегулируемое входное напряжение.

Если на выходе появится полное напряжение, это может привести к повреждению многих микросхем в цепи питания. В этом случае ремонт схемы вполне может оказаться невозможным.

Принцип работы импульсных регуляторов сильно отличается, но есть обстоятельства, при которых полный выходной сигнал может появиться на выходе источника питания.

Как для источников питания с линейным стабилизатором, так и для импульсных источников питания всегда рекомендуется какая-либо защита от перенапряжения.

Типы защиты от перенапряжения

Как и во многих электронных технологиях, существует несколько способов реализации той или иной возможности. Это верно для защиты от перенапряжения.

Можно использовать несколько различных техник, каждая со своими характеристиками. При определении того, какой метод использовать на этапе проектирования электронной схемы, необходимо взвесить производительность, стоимость, сложность и режим работы.

  • Лом SCR: Как следует из названия, цепь лома вызывает короткое замыкание на выходе источника питания, если возникает состояние перенапряжения. Обычно для этого используются тиристоры, то есть тиристоры, поскольку они могут переключать большие токи и оставаться включенными до тех пор, пока не рассеется какой-либо заряд. Тиристор может быть снова подключен к предохранителю, который перегорает и изолирует регулятор от дальнейшего воздействия на него напряжения.

    Схема защиты от перенапряжения тиристорного лома

    В этой схеме стабилитрон выбран так, чтобы его напряжение было выше нормального рабочего напряжения на выходе, но ниже напряжения, при котором может произойти повреждение. При такой проводимости через стабилитрон не протекает ток, потому что его напряжение пробоя не достигается, и ток не течет на затвор тиристора, и он остается выключенным.Блок питания будет работать нормально.

    Если последовательный транзистор в блоке питания выходит из строя, напряжение начинает расти — развязка в блоке гарантирует, что оно не поднимется мгновенно. Когда он поднимается, он поднимается выше точки, в которой стабилитрон начинает проводить, и ток течет в затвор тиристора, вызывая его срабатывание.

    Когда тиристор срабатывает, он замыкает выход источника питания на землю, предотвращая повреждение схемы, которую он питает.Это короткое замыкание также можно использовать для перегорания предохранителя или другого элемента, отключая питание регулятора напряжения и изолируя устройство от дальнейшего повреждения.

    Часто развязка в виде небольшого конденсатора помещается между затвором тиристора и землей, чтобы предотвратить резкие переходные процессы или высокочастотные помехи от источника питания от устройства, которые могут попасть на соединение затвора и вызвать ложный запуск. Однако его не следует делать слишком большим, так как это может замедлить срабатывание цепи в реальном случае отказа, а защита может сработать слишком медленно.

    Примечание по защите от перенапряжения тиристорного лома:

    Тиристор или тиристор, кремниевый выпрямитель можно использовать для защиты от перенапряжения в цепи источника питания. Обнаружив высокое напряжение, схема может активировать тиристор, чтобы поместить короткое замыкание или лом на шину напряжения, чтобы гарантировать, что оно не поднимется до высокого напряжения.

    Подробнее о Схема защиты тиристорного лома от перенапряжения.

  • Фиксация напряжения: Другая очень простая форма защиты от перенапряжения использует подход, называемый фиксацией напряжения. В простейшей форме это может быть обеспечено с помощью стабилитрона, установленного на выходе регулируемого источника питания. Если напряжение на стабилитроне выбрано немного выше максимального напряжения шины, в нормальных условиях он не будет проводить. Если напряжение поднимается слишком высоко, оно начинает проводить, ограничивая напряжение на значении, немного превышающем напряжение шины.

    Если для регулируемого источника питания требуется более высокий ток, можно использовать стабилитрон с транзисторным буфером. Это увеличит пропускную способность по току по сравнению с простой схемой на стабилитроне в коэффициент, равный коэффициенту усиления по току транзистора. Поскольку для этой схемы требуется силовой транзистор, вероятные уровни усиления по току будут низкими — возможно, 20-50.

    Зажим перенапряжения на стабилитроне
    (а) — простой стабилитрон, (б) — повышенный ток с транзисторным буфером
  • Ограничение напряжения: Когда для импульсных источников питания требуется защита от перенапряжения, методы SMPS с зажимом и ломом используются менее широко из-за требований к рассеиваемой мощности, а также из-за возможных размеров и стоимости компонентов.

    К счастью, большинство импульсных регуляторов выходят из строя из-за низкого напряжения. Однако часто бывает целесообразно использовать возможности ограничения напряжения в случае возникновения перенапряжения.

    Часто этого можно достичь, определив состояние повышенного напряжения и отключив преобразователь. Это особенно применимо в случае преобразователей постоянного тока в постоянный. При реализации этого необходимо включить измерительную петлю, которая находится за пределами основного регулятора IC — многие импульсные регуляторы и преобразователи постоянного тока используют микросхему для создания большей части схемы. Очень важно использовать внешний контур считывания, потому что, если микросхема регулятора режима переключения повреждена, вызывая состояние перенапряжения, механизм считывания также может быть поврежден.

    Очевидно, что для этой формы защиты от перенапряжения требуются схемы, специфичные для конкретной схемы и используемых микросхем импульсного источника питания.

Используются все три метода, которые могут обеспечить эффективную защиту источника питания от перенапряжения. У каждого есть свои преимущества и недостатки, и выбор техники должен зависеть от конкретной ситуации.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Тиристорный лом SCR — Схема защиты от перенапряжения »Электроника

Тиристор или тиристор может предоставить простое средство защиты от перенапряжения для источников питания с использованием схемы лома.


Конструкция схемы тиристора Включает:
Праймер для разработки схемы тиристора Схема работы Конструкция цепи запуска / запуска Лом перенапряжения Цепи симистора


Источники питания обычно надежны, но в случае их выхода из строя они могут серьезно повредить схемы, которые они питают.

Тиристор или тиристор могут предложить очень простой, но эффективный метод обеспечения цепи лома для защиты от такой возможности.

Режимы отказа аналогового источника питания

Один из видов отказа для многих аналоговых регулируемых источников питания состоит в том, что последовательный транзистор может выйти из строя из-за короткого замыкания между коллектором и эмиттером. Если это произойдет, на выходе может появиться полное нерегулируемое напряжение, и это приведет к недопустимо высокому напряжению во всей системе, что приведет к отказу многих ИС и других компонентов.

Глядя на соответствующие напряжения, очень легко понять, почему включение защиты от перенапряжения так важно. Типичный источник питания может обеспечивать стабилизацию логической схемы 5 вольт. Чтобы обеспечить достаточное входное напряжение для обеспечения адекватной стабилизации, подавления пульсаций и т.п., входной сигнал регулятора источника питания может быть в диапазоне от 10 до 15 вольт. Даже 10 вольт было бы достаточно, чтобы уничтожить многие используемые сегодня микросхемы, особенно более дорогие и сложные. Соответственно предотвращение этого имеет большое значение.

Цепь лома защиты от перенапряжения тиристора / тиристора

Показанная схема тиристорного лома очень проста и состоит из нескольких компонентов.Его можно использовать во многих источниках питания и даже можно дооснастить в ситуациях, когда не может быть встроена защита от перенапряжения.

Он использует всего четыре компонента: кремниевый управляемый выпрямитель или SCR, стабилитрон, резистор и конденсатор.

Схема защиты тиристора от перенапряжения

Шина SCR от перенапряжения или схема защиты подключается между выходом источника питания и массой. Напряжение на стабилитроне выбирается немного выше, чем на выходной шине.Обычно шина 5 В может работать с стабилитроном на 6,2 В. Когда напряжение на стабилитроне достигнуто, ток будет проходить через стабилитрон и запускать кремниевый выпрямитель или тиристор. Затем это приведет к короткому замыканию на землю, тем самым защищая цепь, которая питается от любого повреждения, а также сработает предохранитель, который затем снимет напряжение с последовательного регулятора.

Поскольку кремниевый управляемый выпрямитель, тиристор или тиристор могут пропускать относительно высокий ток — даже довольно средние устройства могут проводить ток в пять ампер и короткие пики тока могут составлять 50 и более ампер, дешевые устройства могут обеспечить очень хороший уровень защиты. за небольшую стоимость.Кроме того, напряжение на тиристоре будет низким, обычно только вольт, когда он сработал, и в результате отвод тепла не является проблемой.

Небольшой резистор, часто около 100 Ом от затвора тиристора или тиристора до земли, необходим для того, чтобы стабилитрон мог подавать разумный ток при включении. Он также фиксирует напряжение затвора на уровне потенциала земли, пока не включится стабилитрон. Конденсатор C1 присутствует, чтобы гарантировать, что короткие выбросы не вызовут срабатывание цепи. Для выбора правильного значения может потребоваться некоторая оптимизация, хотя 0.1 микрофарад — хорошая отправная точка.

Если источник питания должен использоваться с радиопередатчиками, фильтрация на входе в затвор может быть немного более сложной, в противном случае RF от передатчика может попасть на затвор и вызвать ложное срабатывание. Конденсатор C1 должен быть в наличии, но небольшая индуктивность также может помочь. Может хватить даже ферритовой бусины. Эксперименты, чтобы гарантировать, что задержка срабатывания тиристора не слишком велика, чтобы исключить отключение RF.Также может помочь фильтрация линии электропередачи к / от передатчика.

Ограничения цепи лома

Хотя эта схема защиты от перенапряжения источника питания широко используется, она имеет некоторые ограничения.

  • Напряжение зажигания лома: Напряжение зажигания цепи тиристорного лома устанавливается стабилитроном. Необходимо выбрать стабилитрон с подходящим напряжением. Стабилитроны нельзя регулировать, и они имеют допуск в лучшем случае 5%.Напряжение зажигания должно быть значительно выше номинального выходного напряжения источника питания, чтобы любые всплески, которые могут появиться на линии, не привели к срабатыванию цепи.
  • Восприимчивость к RF: Если источник питания должен использоваться для питания передатчика, требуется фильтрация на линии к / от передатчика, а также тщательная разработка защиты от всплесков на затворе.
  • Порог цепи: С учетом всех допусков и пределов гарантированное напряжение, при котором цепь может загореться, может быть на 20-40% выше номинального в зависимости от напряжения источника питания.Чем ниже напряжение, тем больше требуемый запас. Часто при питании от источника 5 В может возникнуть трудность спроектировать его так, чтобы лом срабатывал при перенапряжении ниже 7 В, что может привести к повреждению защищаемых цепей.

Эта простая схема тиристорного лома может быть очень эффективной. Он прост, даже если немного грубоват, но может защитить дорогостоящее оборудование от возможного выхода из строя элемента последовательного регулятора.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

% PDF-1.3 % 1 0 obj > поток конечный поток endobj 2 0 obj > endobj 4 0 obj > поток h ޼ [rG) UBrlRk ٖ%> XsHMl ~ Pa! r ǯku9 +: t *> UaTUšҪ ۣ R] ͊, u ~ oG? E? 3WT || g «u, 7c ] n9 # g : y =? e’iL (^ mQMӨezq (^ 3PhTi \ _ ה sq | X ;.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.