Блок защиты от перегрузки и короткого замыкания. Простая защита от короткого замыкания для блока питания схема своими руками. Схема защиты от КЗ

Интегральная микросхема (ИМС) КР142ЕН12А представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа в корпусе КТ-28-2, который позволяет питать устройства током до 1,5 А в диапазоне напряжений 1,2...37 В. Этот интегральный стабилизатор имеет термостабильную защиту по току и защиту выхода от короткого замыкания.

На основе ИМС КР142ЕН12А можно построить регулируемый блок питания, схема которого (без трансформатора и диодного моста) показана на рис.2 . Выпрямленное входное напряжение подается с диодного моста на конденсатор С1. Транзистор VT2 и микросхема DA1 должны располагаться на радиаторе.

Теплоотводящий фланец DA1 электрически соединен с выводом 2, поэтому если DAT и транзистор VD2 расположены на одном радиаторе, то их нужно изолировать друг от друга.

В авторском варианте DA1 ус-тановлена на отдельном небольшом радиаторе, который гальванически не связан с радиатором и транзистором VT2. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Резисторы R3 и R5 образуют делитель напряжения, входящий в измерительный элемент стабилизатора. На конденсатор С2 и резистор R2 (служит для подбора термостабильной точки VD1) подается стабилизированное отрицательное напряжение -5 В. В авторском варианте напряжение подается от диод-ного моста КЦ407А и стабилизатора79L05, питающихся от отдельной обмотки силового трансформатора.

Для защиты от замыкания выходной цепи стабилизатора достаточно подключить параллельно резистору R3 электролитический конденсатор емкостью не менее 10 мкФ, а резистор R5 зашунтировать диодом КД521А. Расположение деталей некритично, но для хорошей температурной стабильности необходимо применить соответствующие типы резисторов. Их надо располагать как можно дальше от источников тепла. Общая стабильность выходного напряжения складывается из многих факторов и обычно не превышает 0,25% после прогрева.

После включения и прогрева устройства минимальное выходное напряжение 0 В устанавливают резистором Rao6. Резисторы R2 (рис.2 ) и резистор Rno6 (рис.3 ) должны быть многооборотными подстроечными из серии СП5.

Возможности по току у микросхемы КР142ЕН12А ограничены 1,5 А. В настоящее время в продаже имеются микросхемы с аналогичными параметрами, но рассчитанные на больший ток в нагрузке, например LM350 - на ток 3 A, LM338 - на ток 5 А. В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1... 1,3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25...30 В при токе в нагрузке7,5/5/3 А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 7,5 А. При максимальном выходном токе, режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса. Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1%/В. На рис.4 показана схема БП для домашней лаборатории, позволяющая обойтись без транзисторов VT1 и VT2, показанных на рис.2.

Вместо микросхемы DA1 КР142ЕН12А применена микросхема КР142ЕН22А. Это регулируемый стабилизатор с малым падением напряжения, позволяющий получить в нагрузке ток до 7,5 А. Например, входное напряжение, подаваемое на микросхему, Uin=39 В, выходное напряжение на нагрузке Uout=30 В, ток на нагрузке louf=5 А, тогда максимальная рассеиваемая микросхемой мощность на нагрузке составляет 45 Вт. Электролитический конденсатор С7 применяется для снижения выходного импеданса на высоких частотах, а также понижает уровень напряжения шумов и улучшает сглаживание пульсаций. Если этот конденсатор танталовый, то его номинальная емкость должна быть не менее 22 мкФ, если алюминиевый - не менее 150 мкФ. При необходимости емкость конденсатора С7 можно увеличить. Если электролитический конденсатор С7 расположен на расстоянии более 155 мм и соединен с БП проводом сечением менее 1 мм, тогда на плате параллельно конденсатору С7, бли-же к самой микросхеме, устанавливают дополнительный электролитический конденсатор емкостью не менее 10мкФ. Емкость конденсатора фильтра С1 можно определить приближенно, из расчета 2000 мкФ на 1 А выходного тока (при напряжении не менее 50 В). Для снижения температурного дрейфа выходного напряжения резистор R8 должен быть либо проволочный, либо металлофольгированный с погрешностью не хуже 1%. Резистор R7 того же типа, что и R8. Если стабилитрона КС113А в наличии нет, можно применить узел, показанный на рис.3. Схемное решение защиты, приведенное в , автора вполне устраивает, так как работает безотказно и проверено на практике. Можно использовать любые схемные решения защиты БП, например предложенные в . В авторском варианте при срабатывании реле К1 замыкаются контакты К 1.1, закорачивая резистор R7, и напряжение на выходе БП становится равным 0 В. Печатная плата БП и расположение элементов показаны на рис.5, внешний вид БП - на рис.6.

Простейшая защита от короткого замыкания актуальна как для опытного, так и для начинающего радиолюбителя, так как от ошибок не застрахован никто. В этой статье приведено простую, но весьма оригинальную схему, которая поможет вам уберечь ваше устройство от не желательного выхода из строя. Самовосстанавливающийся предохранитель обесточивает схему, а светодиоды сигнализируют об аварийной ситуации, быстро, надёжно и просто.

Схема защиты от КЗ:

Схема, приведённая на рисунке №1, является весьма простой в настройке защитой для радиолюбительского блока питания или любой другой схемы.

Работа схемы защиты от короткого замыкания:

Схема весьма простая, и понятная. Так как ток течёт по пути наименьшего сопротивления пока предохранитель FU1 цел, то подключена выходная нагрузка Rн рисунок №2 и через неё протекает ток. При этом постоянно горит светодиод VD4 (желательно зелёного цвета свечения).

Если же ток нагрузки, превышает максимальный ток допустимый для предохранителя, он срабатывает тем самым разрывая (шунтируя) цепь нагрузки рисунок №3. При этом загорается светодиод VD3 (красного цвета свечения) а VD4 гаснет. При этом не страдает и ваша нагрузка ни схема (конечно при условии своевременно срабатывания предохранителя).

Диоды VD1,VD5 и стабилитрон VD2, защищают светодиоды от обратных токов. Резисторы R1,R2 ограничивают ток в схеме защиты. В качестве предохранителя FU1 я рекомендую использовать самовосстанавливающийся предохранитель. А номиналы всех элементов схемы вы подбираете в зависимости от ваших потребностей.

Это небольшой блок универсальной защиты от короткого замыкания, что предназначен для использования в сетевых . Она специально разработана так, чтобы вписаться в большинство блоков питания без переделки их схемы. Схема, несмотря на наличие микросхемы, очень проста для понимания. Сохраните её на компьютер, чтоб увидеть в лучшем размере.

Чтобы спаять схему вам понадобится:

1. 1 - TL082 сдвоенный ОУ
2. 2 - 1n4148 диод
3. 1 - tip122 транзистор NPN
4. 1 - BC558 PNP транзистор BC557, BC556
5. 1 - резистор 2700 ом
6. 1 - резистор 1000 ом
7. 1 - резистор 10 ком
8. 1 - резистор 22 ком
9. 1 - потенциометр 10 ком
10. 1 - конденсатор 470 мкф
11. 1 - конденсатор 1 мкф
12. 1 - нормально закрытый выключатель
13. 1 - реле модели Т74 "G5LA-14"

Подключение схемы к БП

Здесь резистор с низким значением сопротивления соединен последовательно с выходом источника питания. Как только ток начинает течь через него, появится небольшое падение напряжения и мы будем использовать это падение напряжения, чтобы определить, является ли питание результатом перегрузки или короткого замыкания. В основе этой схемы операционный усилитель (ОУ) включенный в качестве компаратора.

• Если напряжение на неинвертирующем выходе выше, чем на инвертирующем, то на выходе устанавливается "высокий" уровень.
• Если напряжение на неинвертирующем выход ниже, чем на инвертирующем, то на выходе устанавливается "низкий" уровень.

Правда это не имеет ничего общего с логическим 5 вольтовым уровнем обычных микросхем. Когда ОУ находится в "высоком уровне", его выход будет очень близким к положительному потенциалу напряжения питания, поэтому, если питание +12 В, "высокий уровень" будет приближаться к +12 В. Когда ОУ находится в "низком уровне", его выход будет почти на минусе напряжения питания, поэтому, близко к 0 В.

При использовании ОУ в качестве компараторов, мы обычно имеем входной сигнал и опорное напряжение для сравнения этого входного сигнала. Итак, у нас есть резистор с переменным напряжением, которое определяется в соответствии с током, который течет через него и опорным напряжением. Этот резистор является наиболее важной частью схемы. Он подключен последовательно с питанием выходного. Вам необходимо выбрать резистор, падение напряжения на котором составляет примерно 0.5~0.7 вольт при перегрузке тока, проходящего через него. Ток перегрузки появляется в тот момент, когда схема защиты срабатывает и закрывает выход питания для предотвращения повреждений на нем.

Вы можете выбрать резистор, используя закон Ома. Первое, что нужно определить, является перегрузка током блока питания. Для этого надо знать максимальный допустимый ток блока питания.

Допустим, ваш блок питания может выдать 3 ампера (при этом напряжение блока питания не имеет значения). Итак, мы получили Р= 0,6 В / 3 А. Р = 0.2 Ом. Следующее, что вы должны сделать, это рассчитать рассеиваемую мощность на этом резисторе по формуле: Р=V*I. Если мы используем наш последний пример, то получим: Р=0.6 В * 3 А. Р = 1,8 Вт - 3 или 5 Вт резистора будет более чем достаточно.

Чтобы заставить работать схему, вы должны будете подать на неё напряжение, которое может быть от 9 до 15 В. Для калибровки подайте напряжение на инвертирующий вход ОУ и поверните потенциометр. Это напряжение будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от стороны, куда вы поворачиваете его. Значение необходимо скорректировать согласно коэффициента усиления входного каскада 0.6 Вольт (что-то около 2.2 до 3 вольт если ваш усилительного каскада похож на мой). Эта процедура занимает некоторое время, и лучший способ для калибровки это метод научного тыка. Вам может потребоваться настроить более высокое напряжение на потенциометре, так чтоб защита не срабатывала на пиках нагрузки. Скачать файл проекта .

Предлагаю несколько несложных схем универсальных блоков питания для наладки, проверки и ремонта различного радио и электрооборудования. Предлагаемые блоки питания двухполярные, но можно использовать, конечно, и только один канал. Все блоки содержат схемы защиты от перегрузки и короткого замыкания (К.З.) на выходе. Здесь представлены разные варианты схем защиты – схема на реле, тиристоре и вообще без реле и тиристоров. Даны также варианты использования так называемых «составных» транзисторов для значительного увеличения выходного тока блока питания, которые можно использовать и в других схемах.

Блок питания с плавной регулировкой выходного напряжения

Блок питания выдает двухполярное напряжение от 1 до 15..18 В при токе нагрузки до 1 А и содержит схему защиты от перегрузки и короткого замыкания на выходе. Им удобно пользоваться при наладке радиосхем и аппаратуры, так как практически исключается возможность вывода из строя различных активных элементов схемы (транзисторов, микросхем и т.д.) при случайной переплюсовке или неправильном монтаже, а также случайных коротких замыканий.

Принципиальная схема блока представлена на рисунке ниже

При изготовлении блока питания у меня стояла задача сделать его размеры минимально возможными, что послужило причиной достаточно плотной компоновки элементов внутри корпуса. Тем не менее этот блок питания используется уже 3 года и работает без каких либо нареканий. Управляющие транзисторы практически не греются и не требуют, поэтому, применения больших теплоотводов. В качестве теплоотвода используется корпус блока, сделанный из пластин фольгированного двухстороннего текстолита. Транзисторы (VT1) крепятся к задней стенке через изоляционные прокладки из слюды.

В целях экономии места, также, применяется один вольтметр и один амперметр на оба канала. При помощи переключателя типа П2К они могут подключаться к выходу одного из каналов. Применение на выходе постоянно включенного амперметра очень удобно, так как позволяет в любой момент контролировать потребление тока налаживаемой схемы или устройства и, таким образом, вовремя заметить отклонения от нормального режима работы.

В качестве индикаторов рабочего режима и срабатывания защиты от перегрузки или короткого замыкания используются светодиоды соответственно зеленого и красного цвета свечения подключенные на выходе схемы последовательно с резисторами 2 кОм. (подключение светодиодов показано на принципиальной схеме блока питания).

Никакого налаживания собранная схема блока питания не требует. Подстроечным резистором R3 устанавливается порог срабатывания схемы защиты. Для этого к выходу каждого канала подключается нагрузка (резистор), соответствующая нужному току, например 0,9А и поворотом движка резистора R3 добиваются срабатывания реле. Чтобы вернуть блок питания в рабочий режим после срабатывания защиты, нужно на несколько секунд выключить блок питания. В схеме можно применить любые другие реле с рабочим напряжением 6 – 12 В и соответствующей группой контактов, например РЭК-53. Тиристоры КУ202 могут быть с любой буквой, можно поставить и КУ101, 104, 105. Операционный усилитель К153УД5 можно заменить на другой, из серии К140 (например К140УД7, К140УД8).

Простой блок питания с дискретным переключением

Эта схема проще, но также содержит узел защиты от перегрузки и К.З. на выходе. Выходное напряжение здесь задается дискретно, при помощи подключения опорных стабилитронов на разное напряжение стабилизации

Рис. 2

Характеристики:
- Uвых = 6 … 25 В (зависит от примененных стабилитронов);
- Iмакс (без теплоотводов) = 200 мА. При применении теплоотводов и «составных» регулирующих транзисторов (описаны далее) – до 2 .. 3 А;
- Уровень пульсаций - около 1 мВ;
- Кстаб = 700.

Стабилитроны VD2 – VD5 задают нужные значения выходного напряжения и переключаются при помощи подходящего кнопочного или галетного преключателя на нужное количество позиций. Ниже приведена примерная таблица соответствия типа стабилитрона и выходного напряжения блока:

Если нет стабилитрона на более высокие напряжения, можно использовать последовательное включение двух или трех. Например два включенных последовательно стабилитрона типа Д814А (или КС168) дадут напряжение стабилизации около 15 В. И так далее. Напряжение на входе (с трансформатора и выпрямителя, как и в схеме на рис.1) должно быть на 3 … 9 В больше выходного. Резисторы R4, R6 подбираются из расчета: Uвых. среднее х 100 (значение получается в Омах).

Блок питания защищает от перегрузки и К.З. как нагрузку, так и сам себя. Защита отключает оба канала при превышении тока даже в одном из них. В отключенном состоянии блок может находиться сколь угодно долго, для включения его нужно на несколько секунд выключить. Схема защиты (выделена на рис.2 пунктирной линией) может быть собрана и без тиристора, как показано на рис.3. В этом случае при срабатывании защиты блок питания будет переходить в рабочее состояние сам, без выключения, после устранения причины перегрузки.

При использовании для транзисторов VT1 и VT4 радиаторов площадью 100 … 200 кв. см. выходной ток блока может быть до 1 А. Транзистор VT1 можно заменить на П201 – П203, КТ816, КТ626, КТ837, а VT4 на КТ817, КТ605АМ, КТ805АМ, КТ603, КТ801. Чтобы значительно повысить выходной ток (до 2 … 3 А) можно заменить эти транзисторы на «составные», то есть состоящие из соответствующих пар. Как это сделать, показано на рис.4. Транзисторы в паре обозначены буквами «а», «б», «в» и «г». При этом транзистор, обозначенный буквой «а» может быть типа:
- П213 – П217, КТ806, КТ814, КТ816, КТ818;
«б»: - КТ203Б, КТ626Б,В; КТ209Г-М;
«в»: - П702, КТ805А, КТ803А, КТ817, КТ819;
«г»: - КТ315Г, КТ342А, КТ605А, КТ603А, КТб08А-Б.
Любой из вариантов составного транзистора VT1 может работать совместно с любым вариантом составного VT4.

Список радиоэлементов

Современные мощные переключательные транзисторы имеют очень маленькие сопротивления сток-исток в открытом состоянии, это обеспечивает малое падение напряжения при прохождении через эту структуру больших токов. Это обстоятельство позволяет использовать такие транзисторы в электронных предохранителях.

Например, транзистор IRL2505 имеет сопротивление сток-исток, при напряжении исток-затвор 10В, всего 0,008 Ом. При токе 10А на кристалле такого транзистора будет выделяться мощность P=I² R; P = 10 10 0,008 = 0,8Вт. Это говорит о том, что при данном токе транзистор можно устанавливать без применения радиатора. Хотя я всегда стараюсь ставить хотя бы небольшие теплоотводы. Это во многих случаях позволяет защитить транзистор от теплового пробоя при внештатных ситуациях. Этот транзистор применен в схеме защиты описанной в статье « ». При необходимости можно применить радиоэлементы для поверхностного монтажа и сделать устройство виде небольшого модуля. Схема устройства представлена на рисунке 1. Она рассчитывалась на ток до 4А.

Схема электронного предохранителя

В данной схеме в качестве ключа использован полевой транзистор с р каналом IRF4905, имеющий сопротивление в открытом состоянии 0,02 Ом, при напряжении на затворе = 10В.

В принципе этой величиной ограничивается и минимальное напряжение питания данной схемы. При токе стока, равном 10А, на нем будет выделяться мощность 2 Вт, что повлечет за собой необходимость установки небольшого теплоотвода. Максимальное напряжение затвор-исток у этого транзистора равно 20В, поэтому для предотвращения пробоя структуры затвор-исток, в схему введен стабилитрон VD1, в качестве которого можно применить любой стабилитрон с напряжение стабилизации 12 вольт. Если напряжение на входе схемы будет менее 20В, то стабилитрон из схемы можно удалить. В случае установки стабилитрона, возможно, потребуется коррекция величины резистора R8. R8 = (Uпит — Uст)/Iст; Где Uпит – напряжение на входе схемы, Uст – напряжение стабилизации стабилитрона, Iст – ток стабилитрона. Например, Uпит = 35В, Uст = 12В, Iст = 0,005А. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ом.

Преобразователь ток — напряжения

В качестве датчика тока в схеме применен резистор R2, чтобы уменьшить мощность, выделяющуюся на этом резисторе, его номинал выбран всего в одну сотую Ома. При использовании SMD элементов его можно составить из 10 резисторов по 0,1 Ом типоразмера 1206, имеющих мощность 0,25Вт. Применение датчика тока с таким малым сопротивление повлекло за собой применение усилителя сигнала с этого датчика. В качестве усилителя применен ОУ DA1.1 микросхемы LM358N.

Коэффициент усиления этого усилителя равен (R3 + R4)/R1 = 100. Таким образом, с датчиком тока, имеющим сопротивление 0,01 Ом, коэффициент преобразования данного преобразователя ток – напряжения равен единице, т.е. одному амперу тока нагрузки равно напряжение величиной 1В на выходе 7 DA1.1. Корректировать Кус можно резистором R3. При указанных номиналах резисторов R5 и R6, максимальный ток защиты можно установить в пределах… . Сейчас посчитаем. R5 + R6 = 1 + 10 = 11кОм. Найдем ток, протекающий через этот делитель: I = U/R = 5А/11000Ом = 0,00045А. Отсюда, максимальное напряжение, которое можно выставить на выводе 2 DA1, будет равно U = I x R = 0,00045А x 10000Ом = 4,5 B. Таким образом, максимальный ток защиты будет равен примерно 4,5А.

Компаратор напряжения

На втором ОУ, входящем в состав данной МС, собран компаратор напряжения. На инвертирующий вход этого компаратора подано регулируемое резистором R6 опорное напряжение со стабилизатора DA2. На неинвертирующий вход 3 DA1.2 подается усиленное напряжение с датчика тока. Нагрузкой компаратора служит последовательная цепь, светодиод оптрона и гасящий регулировочный резистор R7. Резистором R7 выставляют ток, проходящий через эту цепь, порядка 15 мА.

Работа схемы

Работает схема следующим образом. Например, при токе нагрузки в 3А, на датчике тока выделится напряжение 0,01 х 3 = 0,03В. На выходе усилителя DA1.1 будет напряжение, равное 0,03В х 100 = 3В. Если в данном случае на входе 2 DA1.2 присутствует опорное напряжение выставленное резистором R6, меньше трех вольт, то на выходе компаратора 1 появится напряжение близкое к напряжению питания ОУ, т.е. пять вольт. В результате засветятся светодиод оптрона. Откроется тиристор оптрона и зашунтирует затвор полевого транзистора с его истоком. Транзистор закроется и отключит нагрузку. Вернуть схему в исходное состояние можно кнопкой SB1 или выключением и повторным включением БП.