Электронный предохранитель переменного тока – 7. Электронные предохранители переменного тока

7. Электронные предохранители переменного тока

Схемы защиты радиоэлектронного оборудования, работающие на переменном токе, обычно более сложны и получили меншее распространение. Это обусловлено тем, что большинство полупроводниковых приборов работает на постоянном токе и, <роме того, надежность работы полупроводниковых приборов на повышенных напряжениях сетевого уровня невелика, поскольку пюбой случайный бросок напряжения, например, при переходных процессах, может легко пробить переход даже самого высоковольтного полупроводникового прибора.

Рис. 6.1. Схема полупроводникового биполярного предохранителя на позисторе

Полупроводниковый биполярный «предохранитель» (рис. 6.1) способен защитить электронную схему от перегрузки по току [6.1]. ля уменьшения остаточного тока в отключенном состоянии в схе-ie использован позистор. Когда ток нагрузки меньше допустимого, ранзистор VT1 заперт, a VT2 — открыт и находится в состоянии насыщения. Падение напряжения на участке эмиттер — коллектор ранзистора VT2 мало. При перегрузке это напряжение заметно юзрастает, что вызывает открывание транзистора VT1 и возрастаие его коллекторного тока. При этом транзистор VT2 закрывается, ок через электронный предохранитель уменьшается. К позистору рикладывается значительно большее напряжение, в связи с чем

он разогревается. Сопротивление позистора резко увеличивается на несколько порядков, VT2 закрывается еще больше, и остаточный ток через предохранитель существенно снижается.
«Предохранитель» можно использовать в цепях как постоянного, так и переменного тока, а также для защиты выходных каскадов транзисторных усилителей.
Конденсатор С2 снижает чувствительность устройства к импульсным перегрузкам малой длительности. Диоды VD5 и VD6 защищают транзистор VT2 от импульсов тока большой величины при работе устройства на переменном токе.
Быстрое отключение радиоаппаратуры от питающей сети при изменении ее напряжения более допустимых пределов осуществляет т.н. полуавтомат (рис. 6.2) [6.2]. От подобного устройства [6.3] он отличается тем, что при «скачках» напряжения отключает нагрузку от сети, и повторное его включение возможно только после нажатия на пусковую кнопку SB1.

Рис. 6.2. Схема полуавтомата защиты аппаратуры при изменении напряжения сети

Для питания обмотки электромагнитного реле К1 использован мостовой выпрямитель VD1 — VD4, подключенный к сети через гасящие конденсаторы С1 и С2. Включают устройство фатковременным нажатием на кнопку SB1. Реле К1 срабатыва-эт, его контакты К1.1 блокируют контакты пусковой кнопки. Конденсатор С1 обеспечивает необходимый пусковой ток реле при включении.
При повышении напряжения сети до 240 Б начинают прово-?ить ток стабилитроны VD7 и VD8. Ток через оптрон U1 отпирает ринистор VS1, который блокирует цепь питания обмотки реле (1. Реле отключает нагрузку устройства от сети.
В рабочем режиме реле удерживается током, протекающим !ерез конденсатор С2. При снижении напряжения сети ниже 160 В юле самоотключается.
Налаживают устройство подбором емкости конденсаторов /2 и С1 по срабатыванию устройства при снижении напряжения ети до 160... 170 В и надежному включению его пусковой кнопкой !В1. Подбор емкостей производят путем параллельного подклю-ения конденсаторов малой емкости к конденсаторам большой мкости. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть е ниже 300 В. В цепь анода тиристора VS1 желательно устано-ить ограничительный резистор сопротивлением 10 Ом.

Оптрон можно заменить маломощным импульсным транс-юрматором, например, согласующим трансформатором УЗЧ, об-отки которого содержат по 150...300 витков провода ПЭВ-2 ,15...0,3. Обмотку с меньшим числом витков подключают вместо ютодиода оптрона U1, а обмотку с большим числом витков — место его светодиода; резисторы R3 и R4 удаляют. Реле К1 — на абочее напряжение 12...60 В, его контакты должны быть рассчи-мы на ток 2...3 А при напряжении сети 220 В.
Все элементы устройства гальванически связаны с электро-лъю, что требует повышенной осторожности при работе с ним.
Электронный предохранитель, работающий на переменном же и срабатывающий при токе нагрузки около 10 А разработал Флавицкий (рис. 6.3) [6.4].
В качестве ключевого элемента использован тиристор VS1, (пряженный с элементом управления — оптоэлектронной парой I типа АОУ103А. В свою очередь светодиод оптронной пары лючен в качестве нагрузки в схему контроля тока нагрузки. Дат-IKOM этого тока служит проволочный резистор R11. Как только
напряжение на нем возрастет до 1,3 В, что соответствует току нагрузки 10 А, откроется транзистор VT1 и включит тиристор VS2. Нагрузкой этого тиристора и является светодиод оптрона LJ1, а также индикатор визуального контроля — светодиод HL1.

Рис. 6.3. Схема электронного предохранителя переменного тока

Питание устройство контроля тока получает от простейшего выпрямителя с использованием гасящего конденсатора и параметрического стабилизатора на стабилитроне VD3.
Для принудительного отключения нагрузки и проверки работы устройства, а также для повторного запуска (включения) устройства после устранения причин перегрузки служат кнопки SB1 и SB2.

lib.qrz.ru

Электронные предохранители переменного тока

 

Схемы защиты радиоэлектронного оборудования, работающие на переменном токе, обычно более сложны и получили меньшее распространение. Это обусловлено тем, что большинство полупроводниковых приборов работает на постоянном токе и, кроме того, надежность работы полупроводниковых приборов на повышенных напряжениях сетевого уровня невелика, поскольку пюбой случайный бросок напряжения, например, при переходных процессах, может легко пробить переход даже самого высоковольтного полупроводникового прибора.

Рис. 1. Схема полупроводникового биполярного предохранителя на позисторе

Полупроводниковый биполярный «предохранитель» (рис. 1) способен защитить электронную схему от перегрузки по току для уменьшения остаточного тока в отключенном состоянии в схемe использован позистор. Когда ток нагрузки меньше допустимого, ранзистор VT1 заперт, a VT2 — открыт и находится в состоянии насыщения. Падение напряжения на участке эмиттер — коллектор ранзистора VT2 мало. При перегрузке это напряжение заметно юзрастает, что вызывает открывание транзистора VT1 и возрастаие его коллекторного тока. При этом транзистор VT2 закрывается, ок через электронный предохранитель уменьшается. К позистору рикладывается значительно большее напряжение, в связи с чем
он разогревается. Сопротивление позистора резко увеличивается на несколько порядков, VT2 закрывается еще больше, и остаточный ток через предохранитель существенно снижается.

«Предохранитель» можно использовать в цепях как постоянного, так и переменного тока, а также для защиты выходных каскадов транзисторных усилителей.
Конденсатор С2 снижает чувствительность устройства к импульсным перегрузкам малой длительности. Диоды VD5 и VD6 защищают транзистор VT2 от импульсов тока большой величины при работе устройства на переменном токе.
Быстрое отключение радиоаппаратуры от питающей сети при изменении ее напряжения более допустимых пределов осуществляет т.н. полуавтомат (рис. 2). От подобного устройства он отличается тем, что при «скачках» напряжения отключает нагрузку от сети, и повторное его включение возможно только после нажатия на пусковую кнопку SB1.

Рис. 2. Схема полуавтомата защиты аппаратуры при изменении напряжения сети

Для питания обмотки электромагнитного реле К1 использован мостовой выпрямитель VD1 — VD4, подключенный к сети через гасящие конденсаторы С1 и С2. Включают устройство фатковременным нажатием на кнопку SB1. Реле К1 срабатыва-эт, его контакты К1.1 блокируют контакты пусковой кнопки. Конденсатор С1 обеспечивает необходимый пусковой ток реле при включении.

При повышении напряжения сети до 240 Б начинают прово-?ить ток стабилитроны VD7 и VD8. Ток через оптрон U1 отпирает ринистор VS1, который блокирует цепь питания обмотки реле (1. Реле отключает нагрузку устройства от сети.
В рабочем режиме реле удерживается током, протекающим !ерез конденсатор С2. При снижении напряжения сети ниже 160 В юле самоотключается.
Налаживают устройство подбором емкости конденсаторов /2 и С1 по срабатыванию устройства при снижении напряжения ети до 160... 170 В и надежному включению его пусковой кнопкой !В1. Подбор емкостей производят путем параллельного подклю-ения конденсаторов малой емкости к конденсаторам большой мкости. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть е ниже 300 В. В цепь анода тиристора VS1 желательно устано-ить ограничительный резистор сопротивлением 10 Ом.
Оптрон можно заменить маломощным импульсным транс-юрматором, например, согласующим трансформатором УЗЧ, об-отки которого содержат по 150...300 витков провода ПЭВ-2 ,15...0,3. Обмотку с меньшим числом витков подключают вместо ютодиода оптрона U1, а обмотку с большим числом витков — место его светодиода; резисторы R3 и R4 удаляют. Реле К1 — на абочее

 

напряжение 12...60 В, его контакты должны быть рассчи-мы на ток 2...3 А при напряжении сети 220 В.
Все элементы устройства гальванически связаны с электро-лъю, что требует повышенной осторожности при работе с ним.
Электронный предохранитель, работающий на переменном же и срабатывающий при токе нагрузки около 10 А разработал Флавицкий (рис. 3).
В качестве ключевого элемента использован тиристор VS1, (пряженный с элементом управления — оптоэлектронной парой I типа АОУ103А. В свою очередь светодиод оптронной пары лючен в качестве нагрузки в схему контроля тока нагрузки. Дат-IKOM этого тока служит проволочный резистор R11. Как только
напряжение на нем возрастет до 1,3 В, что соответствует току нагрузки 10 А, откроется транзистор VT1 и включит тиристор VS2. Нагрузкой этого тиристора и является светодиод оптрона LJ1, а также индикатор визуального контроля — светодиод HL1.

 

Рис. 3. Схема электронного предохранителя переменного тока

Питание устройство контроля тока получает от простейшего выпрямителя с использованием гасящего конденсатора и параметрического стабилизатора на стабилитроне VD3.
Для принудительного отключения нагрузки и проверки работы устройства, а также для повторного запуска (включения) устройства после устранения причин перегрузки служат кнопки SB1 и SB2.

www.radiomaster.net

Иллюстрированный самоучитель по схемотехнике › Электронные предохранители переменного тока [страница - 28] | Самоучители по инженерным программам

Электронные предохранители переменного тока

Схемы защиты радиоэлектронного оборудования, работающие на переменном токе, обычно более сложны и получили меньшее распространение. Это обусловлено тем, что большинство полупроводниковых приборов работает на постоянном токе и, кроме того, надежность работы полупроводниковых приборов на повышенных напряжениях сетевого уровня невелика, поскольку любой случайный бросок напряжения, например, при переходных процессах, может легко пробить переход даже самого высоковольтного полупроводникового прибора.


Рис. 6.1. Схема полупроводникового биполярного предохранителя на позисторе

Полупроводниковый биполярный "предохранитель" (рис. 6.1) способен защитить электронную схему от перегрузки по току [6.1]. ля уменьшения остаточного тока в отключенном состоянии в схеме использован позистор. Когда ток нагрузки меньше допустимого, транзистор VT1 заперт, а VT2 – открыт и находится в состоянии насыщения. Падение напряжения на участке эмиттер – коллектор транзистора VT2 мало. При перегрузке это напряжение заметно возрастает, что вызывает открывание транзистора VT1 и возрастание его коллекторного тока. При этом транзистор VT2 закрывается, ок через электронный предохранитель уменьшается. К позистору прикладывается значительно большее напряжение, в связи с чем он разогревается. Сопротивление позистора резко увеличивается на несколько порядков, VT2 закрывается еще больше, и остаточный ток через предохранитель существенно снижается.

"Предохранитель" можно использовать в цепях как постоянного, так и переменного тока, а также для защиты выходных каскадов транзисторных усилителей.

Конденсатор С2 снижает чувствительность устройства к импульсным перегрузкам малой длительности. Диоды VD5 и VD6 защищают транзистор VT2 от импульсов тока большой величины при работе устройства на переменном токе.

Быстрое отключение радиоаппаратуры от питающей сети при изменении ее напряжения более допустимых пределов осуществляет т.н. полуавтомат (рис. 6.2) [6.2]. От подобного устройства [6.3] он отличается тем, что при "скачках" напряжения отключает нагрузку от сети, и повторное его включение возможно только после нажатия на пусковую кнопку SB1.


Рис. 6.2. Схема полуавтомата защиты аппаратуры при изменении напряжения сети

samoychiteli.ru

Электронный предохранитель - vitsserg — LiveJournal

Хороший знакомый попросил сделать токовую защиту для двигателя переменного тока - "электронный предохранитель". Порылся в различных источниках, но выбор схем оказался не так уж велик. Больше всего мне понравилась схема из книги:
И.П. Шелестов "Радиолюбителям: полезные схемы - 3", стр. 22-26 ("Солон-Р", 2000).
В принципе, она полностью удовлетворяет "тех. заданию", не сложная, нет сильно дефицитных деталей и всё очень логично и понятно.
Принцип работы довольно простой. На одноперходном транзисторе собран генератор, который через импульсный трансформатор управляет симистором ТС132-40-6 (на схеме, по-видимому, опечатка). Сам генератор управляется тиристором КУ101. В качестве "датчика" используется токовый трансформатор, после которого стоит обычный выпрямитель и переменный резистор, с помощью которого задаётся порог срабатывания защиты. С движка этого резистора сигнал подаётся на управляющий электрод КУ101. Когда ток через нагрузку превысит заданный порог, увеличивается напряжение на УЭ тиристора КУ101, он через диод закорачивает С2, срывает работу генератора и симистор запирается. Есть так же возможность включить и выключить нагрузку вручную, с помощью кнопок. Светодиод сигнализирует о срабатывании защиты.   

         

Принципиальная схема устройства и чертёж платы.

Смущало только обилие моточных изделий и возможность найти сердечники для них. Но на Юноне подходящие ферритовые сердечники нашёл без особых проблем, впрочем, как и все остальные детали.
За выходные разработал печатную плату и всю неделю потихоньку занимался изготовлением устройства. Импульсный трансформатор на "горшкообразном" сердечнике Б14 намотал сам, а вот намотать вторичную обмотку токового трансформатора (3200 вит. провода 0,08 мм) помог знакомый специалист, который занимается намоткой трансформаторов профессионально. Первичку намотал сам - "аж" 36 вит. проводом  диаметром 0,84 мм :).

  

На фото: вид на собранное устройство.

Проверил работу генератора сначала от внешнего БП на 15 В, подстроил частоту импульсов по осциллографу, подобрав резистор R2 - всё чётко, как нарисовано в книге. Потом подключил к сети 220 В (схема имеет бестрансформаторное питание, что не есть хорошо, но зато здорово упрощает конструкцию). Тиристор КУ101 срабатывает и от кнопок, и от датчика - всё нормально. Порог регулируется, все напряжения в норме. НО симистор не запирается - всё время открыт.
Отпаял один электрод, прозвонил - в обе стороны показывает 41 Ом. Ну, думаю, дохлый подсунули (а просто не отпаял УЭ - импульсный трансформатор влиял). Прикупил пару КУ208Г для экспериментов, поскольку они не дорогие, а  ТС132-40-6 стоит немалых денег. Поставил вместо "родного" симистора - то же самое! И только после этого решил попробовать "перевернуть" (поменял местами электроды симистора в схеме) - и всё заработало, как надо, а я понял свою ошибку. В общем-то, с симисторами дел почти не имел, в справочниках нет явного указания какой электрод какой, а в "умных книжках" туманно указывают, что "управляющее напряжение д.б. приложено между выводами 1 и 2" и что "у симистора нет постоянных анода и катода". Вот как хочешь, так и понимай.
Пришлось "на ходу" переделывать крепёж симистора, сверлить отверстия и разводить электроды по-другому.  

На фото: вид на монтаж после всех переделок.

После этого ещё раз всё проверил, попробовал  сразной нагрузкой - от настольной лампы до утюга, всё работает чётко, никакие элементы сильно не греются. 
Далее всё засунл в пластиковый корпус от старого БП монитора и в  пятницу отдал готовое изделие "заказчику". Теперь жду его "отчет" о работе этого устройства в "полевых" условиях 🙂

vitsserg.livejournal.com

Электронные предохранители. Вопросы и ответы

Электронный предохранитель является мощным и универсальным инструментом защиты от перегрузок по току. Вместе с тем, при проектировании электронных предохранителей приходится решать множество задач, например, выбирать оптимальный токовый усилитель. Впрочем, при использовании специализированных ИС самые сложные задачи оказываются решенными.

Традиционный плавкий предохранитель представляет собой простейший элемент защиты от коротких замыканий (рис. 1). Среди его достоинств можно выделить низкую стоимость, высокую доступность, максимальную предсказуемость поведения, высокую надежность, простоту применения. Между собой плавкие предохранители отличаются рейтингом тока, корпусным исполнением и другими характеристиками. Тем не менее, разработчики всегда ищут новые способы решения даже для уже решенных задач, особенно если новые подходы обеспечивают большую гибкость и функциональность. Это касается и проблемы защиты от коротких замыканий. В данной статье в форме вопросов и ответов рассматриваются основные особенности электронных плавких предохранителей (e-fuse или efuse), особое внимание уделяется усилителю тока, который является наиболее важной частью схемы.

Рис. 1. Традиционные плавкие предохранители отличаются рейтингом тока, корпусным исполнением и другими характеристиками. Тип предохранителя выбирается, исходя из требований конкретного приложения

Где можно прочитать об основных характеристиках и особенностях традиционных плавких предохранителей?

В списке литературы приведены ссылки [1, 2], в которых подробно рассматриваются эти вопросы.

Если плавкие предохранители являются простым и надежным элементом защиты от КЗ, то зачем нужно искать альтернативные решения?

Традиционные плавкие предохранители имеют множество достоинств. Вместе с тем у них есть и недостатки, наиболее важными из которых являются: жесткое задание тока срабатывания, невысокое быстродействие (особенно в сравнении с новейшими электронными схемами), необходимость физической замены после срабатывания. Кроме того, точность таких предохранителей при малых токах (в диапазоне 100 мА) оказывается не такой высокой, как хотелось бы большинству разработчиков. В то же время электронные предохранители все чаще используются в автомобилях, платах расширения с возможностью горячей замены и многих других электронных устройствах.

Какая альтернатива существует для плавких предохранителей?

Альтернативой плавким предохранителям становятся полностью электронные предохранители, характеристики которых не так сильно зависят от температуры.

Как выглядит схема электронного предохранителя?

Для создания электронного предохранителя потребуется несколько основных аналоговых компонентов: прецизионный токовый резистор (шунт) [3], усилитель тока (current sense amplifier или CSA) с набором согласованных резисторов, компаратор для формирования сигнала отключения, полевой транзистор для выполнения коммутации нагрузки (рис. 2). Обратите внимание, что электронные предохранители имеют много общего с интеллектуальными силовыми ключами, о которых мы рассказывали в статье «Интеллектуальные ключи. Вопросы и ответы»[3, 4].

Рис. 2. Напряжение на шунте (прецизионном резисторе) измеряется дифференциальным усилителем тока, при этом напряжение на входах не привязано к «земле» усилителя.

Как работает электронный предохранитель?

Ток нагрузки протекает через шунт и создает на нем падение напряжения, которое усиливается дифференциальным усилителем тока. Поскольку сопротивление шунтового резистора известно, то с помощью несложной аналоговой схемы можно задать пороговое значение тока, с учетом закона Ома: I = V/ R (рис. 2).

Если пороговое значение тока превышено, компаратор формирует аварийный сигнал, и силовой полевой транзистор отключает нагрузку (рис. 3). Время отклика для такой схемы составляет всего несколько микросекунд, что намного меньше, чем у традиционных плавких предохранителей, для которых время срабатывания составляет десятки-сотни миллисекунд. Кроме того, поскольку параметры электронных компонентов слабо зависят от температуры, то температурная зависимость тока срабатывания для электронных предохранителей не является такой существенной проблемой, как для плавких предохранителей.

Рис. 3. Полевой транзистор подключен последовательно с нагрузкой и используется для коммутации тока в электронном предохранителе. Этот транзистор должен иметь очень низкое сопротивление открытого канала, чтобы обеспечивать минимальное падение напряжения и низкую рассеиваемую мощность.

Какие особенности есть у предложенной схемы электронного предохранителя?

Во-первых, резистор и усилитель тока должны обладать минимальной температурной зависимостью. При этом значительная погрешность измерения может быть вызвана как колебаниями температуры окружающей среды, так и саморазогревом шунта. Кроме того, для управления полевым транзистором во многих случаях потребуется драйвер, особенно если речь идет о мощных силовых ключах, работающих с большими токами и напряжениями.

Во-вторых, схема должна иметь некоторый гистерезис, чтобы избежать ложных переключений при возникновении перегрузки по току. Аварийный сигнал с гистерезисом может быть сформирован по-разному, например, с помощью простого аналогового компаратора. Для обнаружения перегрузки по току также могут быть применены алгоритмы цифровой обработки сигналов, для чего потребуется связка из АЦП и микроконтроллера (или процессора). Еще одним вариантом подстройки порога срабатывания становится программируемый цифровой потенциометр.

Однако усложнение схемы не идет на пользу надежности. Поэтому очень важно понять, является ли интеллектуальное поведение электронного предохранителя действительно необходимым или более критичным будет высокий уровень надежности.

Что такое усилитель тока?

Выбор усилителя тока (current sense amplifier или CSA) оказывается не таким простым, как может показаться с первого взгляда. Несмотря на название, в действительности усилитель тока фактически работает с напряжением. При этом на его выходе формируется напряжение, пропорциональное току, протекающему через шунтовой резистор. Тем не менее, многие производители используют термин «усилитель тока», что хорошо подходит в случае со схемой электронного предохранителя.

Чем усилитель тока отличается от обычного операционного усилителя?

Есть несколько важных отличий. Во-первых, усилитель тока по определению является дифференциальным усилителем (diff amp). Это связано с тем, что в большинстве схем шунтовой резистор не подключен к земле. Вместо этого он, как правило, располагается между источником питания и нагрузкой. Поэтому усилитель тока должен работать без привязки к земле, то есть измерять не синфазное, а дифференциальное напряжение.

Это единственное различие?

Нет. В отличие от обычных дифференциальных усилителей усилитель тока, должен обеспечивать работу с широким диапазоном синфазных напряжений. В качестве примера можно рассмотреть случай, когда шунтовой резистор включен последовательно с мощным электродвигателем с рабочим напряжением в несколько десятков вольт (или даже выше). Еще одним примером является схема защиты от КЗ батареи аккумуляторов с высоким суммарным напряжением.

Кроме того, усилитель тока должен гарантировать высокую точность измерений небольших дифференциальных напряжений даже при наличии высоких синфазных напряжений. Современные усилители тока способны выполнять измерения дифференциальных напряжений порядка 10…100 мВ в присутствии синфазных напряжений 50…100 В (а также отрицательных напряжений) без ухудшения точности или потери работоспособности.

Какие еще особенности есть у усилителей тока?

Усилитель тока должен обеспечивать высокую стабильность и точность усиления входного напряжения. Как уже было сказано, в большинстве случаев шунтовые резисторы имеют очень низкое собственное сопротивление. В результате, при протекании даже значительных токов, на них падает порядка 10…100 мВ. Это позволяет, с одной стороны, минимизировать падение напряжения питания, подаваемого на нагрузку, а с другой стороны - снизить уровень рассеиваемой мощности.

Однако столь низкое напряжение не подходит для большинства аналоговых схем из-за наличия шумов и помех. Таким образом, усилитель необходим для нормирования сигнала до приемлемого уровня, обычно 1…10 В. Для установки коэффициента усиления в схеме дифференциального усилителя используются точные и согласованные резисторы. Эти резисторы также должны иметь одинаковые температурные зависимости для того, чтобы любые колебания температуры оказывали минимальное влияние на точность. Другим важным требованием к усилителю тока является сверхнизкое входное напряжение смещения, которое должно быть во много раз меньше, чем измеряемое дифференциальное напряжение на шунтовом резисторе.

Какие еще преимущества есть у электронных предохранителей по сравнению с плавкими предохранителями?

Как и в случае с плавкими предохранителями, электронные предохранители включаются между источником питания и нагрузкой (рис. 4). При этом их функционал может быть гораздо шире. Интегральные электронные предохранители, такие, например, как TPS25925x от Texas Instruments, имеют целый ряд дополнительных функций и особенностей, в том числе программируемую пользователем защиту от просадки напряжения, защиту от перенапряжений, схему автоматического повторного включения, программируемое время включения, которое может быть установлено с помощью внешних компонентов (рис. 5). Возможность настройки времени включения оказывается полезной для осуществления контроля стартового тока при запуске и выполнении «горячей замены» модулей (рис. 6). Несмотря на сложную внутреннюю схему, электронные предохранители довольно просты в использовании и поставляются различными производителями, например, ST Microelectronics, Analog Devices, ON Semiconductor и т. д.

Рис. 4. Электронные предохранители просты в использовании. Как и в случае с плавкими предохранителями, они включаются между источником питания и нагрузкой

Рис. 5. Схема электронного предохранителя может включать множество различных блоков, которые добавляют такие функции, как программируемый порог тока отключения, задержка и скорость включения и т.д. Все это значительно расширяет функционал и универсальность электронных предохранителей по сравнению с традиционными плавкими предохранителями. 

Рис. 6. Электронные предохранители позволяют не только программировать значение тока отключения, но и обеспечивают быстрое отключение нагрузки, а также гистерезис тока при восстановлении после КЗ (слева). На рисунке справа: сверху представлена осциллограмма входного напряжения, под ним расположена осциллограмма выходного напряжения, а в самом низу помещена осциллограмма тока

Можно ли использовать электронный предохранитель совместно с обычным плавким предохранителем?

Да, это весьма популярная и распространенная схема. Электронный предохранитель действует как первый, быстрый и гибкий рубеж обороны. Плавкий предохранитель действует как второй и резервный механизм защиты, который гарантирует физическое размыкание цепи в случае катастрофических отказов, чего не может обеспечить электронный предохранитель. Это позволяет системе соответствовать требованиям различных нормативов и стандартов.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные особенности электронных плавких предохранителей, их функциональная схема, а также примеры реализации в виде ИС. В зависимости от требований конкретного приложения электронные предохранители могут использоваться автономно, либо совместно с традиционными плавкими предохранителями. Каждый из типов предохранителей имеет свои преимущества и недостатки, а совместно они способны обеспечить надежную и гибкую защиту от перегрузки по току.

Литература

  1. EEWorld Online, Fuses for power protection, Part 1
  2. EEWorld Online, Fuses for power protection, Part 2
  3. EEWorld Online, Options for current sensing, Part 1
  4. EEWorld Online, Load switches, Part 1: Basic role and principle

 

www.terraelectronica.ru

Ограничители тока: электронные предохранители

Содержание:
  1. Эффективность ограничителей тока
  2. Схемы электронных предохранителей
  3. Ограничители тока – стабилизаторы

Плавкие предохранители являются одноразовыми и требуют обязательной замены в случае их выхода из строя при скачках напряжения. Каждый из них рассчитан на определенный ток, однако при отсутствии подходящего элемента, ставится наиболее близкий по значению. Подобные действия оказывают негативное влияние на работу аппаратуры и снижают ее надежность. Поэтому в современных схемах используются ограничители тока, представляющие собой электронные предохранители. Эти приборы обеспечивают автоматическую защиту и существенно повышают быстродействие устройств.


Эффективность ограничителей тока

Плавкие предохранители использовались практически во всех схемах в течение длительного времени. Они часто выходили из строя и требовали ручной замены. При их отсутствии практиковалось использование самодельных устройств в виде различных перемычек, очень ненадежных и опасных во всех отношениях.

На смену этим простейшим элементам пришли электронные предохранители, исполняющие роль ограничителей тока. По своему действию они разделяются на две основные категории. Первая группа осуществляет восстановление питающей цепи после того как устранены причины аварии. Работа приборов второй группы происходит только с участием специалистов. Кроме того, существуют устройства пассивной защиты, сигнализирующие с помощью звука или света о возникновении опасной ситуации.

В радиоэлектронных устройствах защита от токовых перегрузок осуществляется с использованием резистивных или полупроводниковых датчиков тока, последовательно включаемых в цепь. Если напряжение падает ниже нормативного уровня, происходит срабатывание защитного устройства, отключающего аппаратуру от питающей сети. Данный способ защиты предполагает возможность изменения величины тока, при котором наступает срабатывание защиты.

Хорошую и эффективную защиту обеспечивает ограниченная величина предельного тока, проходящего через нагрузку. Заданный уровень не может быть превышен даже при наличии в цепи короткого замыкания. Ограничение предельного тока выполняется с помощью специальных устройств – генераторов стабильного тока.


Схемы электронных предохранителей

На представленных схемах отображаются наиболее простые автоматические защитные средства от токовых перегрузок. В основе устройства этих приборов лежат полевые транзисторы, обладающие начальным током, который не может быть превышен. Необходимая величина тока задается путем подбора определенного транзистора.

На схеме 1 используется элемент марки КП302А, указывающий на максимальное значение тока 30-50 мА. Для того чтобы повысить это значение, необходимо включить параллельно сразу несколько транзисторов.

Схема 2 работает с использованием обычных биполярных транзисторов с минимальным коэффициентом передачи тока 80-100. Путь входного напряжения начинается в резисторе R1, далее проходит через транзистор VT1, открывая его. Режим насыщения транзистора способствует уходу большей части напряжения к выходу. Если ток не превышает пороговое значение, в этом случае транзистор VT2 остается закрытым и светодиод HL1 светиться не будет. В схеме 2 резистор R3 является датчиком тока.

В случае падения напряжения транзистор VT1 закроется, ограничивая, таким образом, прохождение тока через нагрузку. Элемент VT2, наоборот, будет открыт, с одновременным включением светодиода. Номиналы элементов, указанных на схеме 2, соответствуют току короткого замыкания с напряжением 0,7 вольт, сопротивлением 3,6 Ом и силой тока 0,2 – 0,23 ампера.

На схеме 3 в электронном предохранителе в качестве ключа используется полевой транзистор VT1 повышенной мощности. Срабатывание защиты происходит при токе, зависящем от соотношения резистивных элементов. Важную роль играет величина сопротивления датчика тока, последовательно включаемого в цепь вместе с полевым транзистором. После того как защита сработала, повторное подключение нагрузки происходит путем нажатия кнопки SA1.


Ограничители тока – стабилизаторы

Стабилизаторы считаются одними из наиболее эффективных ограничителей тока. Например, с помощью устройства на схеме 1 возможно получение на выходе стабильного напряжения, с возможностью регулировки в пределах от 0 до 17 вольт.

От коротких замыканий и превышения тока применяются специальные элементы в виде тиристора VS1 и датчика тока на резисторе R2. Когда в нагрузке увеличивается ток, происходит включение тиристора с одновременным шунтированием цепи управленияVT1. После этого значение выходного напряжения становится равным нулю. Срабатывание защиты подтверждается включением светодиода.

После устранения неисправности повторный запуск стабилизатора происходит путем нажатия на кнопку SB1 и последующей разблокировки тиристора. Существуют ограничители тока, оборудованные защитой и звуковыми индикаторами перегрузок. Для управления генератором звуковой частоты используется специальный ключ на транзисторе.

electric-220.ru

Иллюстрированный самоучитель по схемотехнике › Электронные предохранители переменного тока [страница - 29] | Самоучители по инженерным программам

Электронные предохранители переменного тока

Для питания обмотки электромагнитного реле К1 использован мостовой выпрямитель VD1 – VD4, подключенный к сети через гасящие конденсаторы С1 и С2. Включают устройство кратковременным нажатием на кнопку SB1. Реле К1 срабатывает, его контакты К1.1 блокируют контакты пусковой кнопки. Конденсатор С1 обеспечивает необходимый пусковой ток реле при включении.

При повышении напряжения сети до 240 В начинают проводить ток стабилитроны VD7 и VD8. Ток через оптрон U1 отпирает тринистор VS1, который блокирует цепь питания обмотки реле (1. Реле отключает нагрузку устройства от сети.

В рабочем режиме реле удерживается током, протекающим через конденсатор С2. При снижении напряжения сети ниже 160 В юле самоотключается.

Налаживают устройство подбором емкости конденсаторов C2 и С1 по срабатыванию устройства при снижении напряжения сети до 160… 170 В и надежному включению его пусковой кнопкой В1. Подбор емкостей производят путем параллельного подключения конденсаторов малой емкости к конденсаторам большой емкости. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть е ниже 300 В. В цепь анода тиристора VS1 желательно установить ограничительный резистор сопротивлением 10 Ом.

Оптрон можно заменить маломощным импульсным трансформатором, например, согласующим трансформатором УЗЧ, обмотки которого содержат по 150…300 витков провода ПЭВ-2.15…0.3. Обмотку с меньшим числом витков подключают вместо светодиода оптрона U1, а обмотку с большим числом витков – место его светодиода; резисторы R3 и R4 удаляют. Реле К1 – на рабочее напряжение 12…60 В, его контакты должны быть рассчитаны на ток 2…3 А при напряжении сети 220 В.

Все элементы устройства гальванически связаны с электросетью, что требует повышенной осторожности при работе с ним.

Электронный предохранитель, работающий на переменном же и срабатывающий при токе нагрузки около 10 А разработал Флавицкий (рис. 6.3) [6.4].

В качестве ключевого элемента использован тиристор VS1, сопряженный с элементом управления – оптоэлектронной парой I типа АОУ103А. В свою очередь светодиод оптронной пары включен в качестве нагрузки в схему контроля тока нагрузки. Дат-IKOM этого тока служит проволочный резистор R11. Как только напряжение на нем возрастет до 1.3 В, что соответствует току нагрузки 10 А, откроется транзистор VT1 и включит тиристор VS2. Нагрузкой этого тиристора и является светодиод оптрона LJ1, а также индикатор визуального контроля – светодиод HL1.


Рис. 6.3. Схема электронного предохранителя переменного тока

Питание устройство контроля тока получает от простейшего выпрямителя с использованием гасящего конденсатора и параметрического стабилизатора на стабилитроне VD3.

Для принудительного отключения нагрузки и проверки работы устройства, а также для повторного запуска (включения) устройства после устранения причин перегрузки служат кнопки SB1 и SB2.

samoychiteli.ru

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о