Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стабилизатор напряжения тока схемы защита по току

Раздел 4. Стабилизаторы напряжения (8 часов)

Лекция 11. Тема 4.1. Параметрические стабилизаторы (2 часа)

Стабилизаторами напряжения (тока) называются устройства, автоматически поддерживающие напряжение (ток) на стороне потребителя с заданной степенью точности.

Для нормальной работы РЭУ требуется стабильность питающих напряжений (Приложение 1). Основными причинами нестабильности питающих напряжений являются колебания напряжения питающей сети и изменение нагрузки на выходе выпрямителя.

Стабилизаторы напряжения (тока) классифицируются:

* по роду стабилизируемого напряжения (тока) на стабилизаторы переменного и постоянного напряжения (тока);

* по принципу действия (или методу стабилизации) на параметрические, компенсационные и импульсные;

* по способу включения регулирующего элемента (РЭ) на последовательное и параллельное включение РЭ относительно нагрузки.

Принцип действия параметрических стабилизаторов основан на использовании элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Структурная схема такого стабилизатора (рис. 4.1, а) состоит из двух элементов: линейного 1 и нелинейного 2. На рис. 4.1, б приведены ВАХ линейного элемента (U1), нелинейного элемента (U2) и всей схемы (Uвх), из которых видно, что при изменении входного напряжения на ΔUвх большая часть его падает на линейном элементе 1 и незначительная часть – на нелинейном элементе 2. Следовательно, и на нагрузке напряжение изменяется незначительно (ΔUвых). Это объясняется тем, что в области стабилизации нелинейного элемента 2 крутизна его ВАХ значительно меньше, чем у линейного элемента 1.

В параметрических стабилизаторах постоянного напряжения в качестве линейных элементов используются резисторы, а нелинейных – кремниевые стабилитроны и стабисторы. Стабилитроны работают на обратной ветви ВАХ в области электрического пробоя (рис. 4.2, а), а стабисторы – на прямой ветви ВАХ (рис. 4.2, б). Стабилитрон в области электрического пробоя сохраняет свою работоспособность, если ток не превышает предельного значения I СТ max .

Кремниевые стабилитроны выпускаются с напряжением стабилизации от единиц до сотен вольт и с ТКН от -6 до +288 мВ/ о С, а стабисторы – с напряжением стабилизации до 3 В.

Простейшая схема параметрического стабилизатора на стабилитроне показана на рис. 4.2, в. Сопротивление балластного резистора подбирается так, чтобы падение напряжения на нем составляло (0,5 – 3) Uн . КПД такого стабилизатора не более 30 % , а коэффициент стабилизации Кст = 20 – 50.

Для увеличения значения Кст применяют каскадное включение стабилитронов, но при этом уменьшается КПД стабилизатора.

Рис. 4.1. Структурная схема параметрического стабилизатора напряжения (а) и его ВАХ (б)

Рис. 4.2. ВАХ стабилитрона (а), стабистора (б) и схема стабилизатора на стабилитроне (в)

Напряжение стабилизации Uст кремниевых стабилитронов увеличивается при повышении температуры окружающей среды. Для уменьшения влияния температуры на Кст схемы включают последовательно со стабилитроном элементы с отрицательным ТКН (обычные полупроводниковые диоды или стабилитроны, включаемые в прямом направлении) – рис. 4.3. Последовательное включение нескольких стабилитронов позволяет получить большее напряжение стабилизации, чем на одном стабилитроне.

Рис. 4.3. Параметрические стабилизаторы с термокомпенсацией: а – однокаскадный; б – двухкаскадный

В параметрических стабилизаторах переменного напряжения используются реактивные линейные (ненасыщенные дроссели и конденсаторы) и нелинейные элементы (насыщенные дроссели).

Эти стабилизаторы очень просты, но имеют ряд недостатков: коэффициент стабилизации небольшой (до 10), низкие КПД (40 – 60 %) и коэффициент мощности (0,6), существенное искажение выходного синусоидального напряжения.

Более широко применяются феррорезонансные стабилизаторы напряжения (с использованием резонанса токов и напряжений). Их достоинства: простота устройства, высокая надежность, большой срок службы, КПД до 90 % ; недостатки: существенное искажение формы напряжения, большие габариты и вес, значительные изменения выходного напряжения при колебаниях частоты сети.

Читайте так же:
Лучшая схема стабилизатор тока

Лекция 12. Тема 4.2. Компенсационные стабилизаторы (2 часа)

Высокие коэффициенты стабилизации и плавное регулирование выходного напряжения можно получить только в стабилизаторах компенсационного типа, выполняемых по структурным схемам, приведенным на рис. 4.4.

Выходное напряжение подается на схему сравнения (СС), в которой оно сравнивается с его заданным значением. При отклонении значения UВЫХ от заданного на выходе СС появляется сигнал рассогласования Uу, который после усиления подается на регулирующий элемент (РЭ). При этом изменяется внутреннее сопротивление РЭ и соответственно и падение напряжения на нем, которое компенсирует отклонение UВЫХ от его заданного значения. Таким образом, по окончании процесса стабилизации выходное напряжение будет постоянным, равным заданному. Здесь происходит автоматическое регулирование выходного напряжения благодаря отрицательной обратной связи на РЭ схемы.

РЭ может включаться как параллельно, так и последовательно относительно нагрузки. Стабилизаторы с параллельным включением РЭ имеют меньший КПД (поэтому применяются в маломощных источниках питания), но более высокую надежность (отсутствует опасность перегрузки стабилизатора при коротких замыканиях на выходе).

В компенсационных стабилизаторах напряжения в качестве усилителя и РЭ используются транзисторы, а в качестве источника опорного (заданного) напряжения – кремниевые стабилитроны.

На рис. 4.5, а приведена схема полупроводникового стабилизатора напряжения с последовательно включенным регулирующим транзистором VT1 ; VT2 — усилительный транзистор; схема сравнения: делитель RР и источник опорного напряжения, состоящий из стабилитрона VD и резистора Rб . Смещающее напряжение на базе VT2 представляет собой разность напряжений Uвых II (на нижней части делителя) и опорного Uоп . При увеличении выходного напряжения Uвых (вследствие изменения тока нагрузки или входного напряжения схемы) увеличится отрицательный потенциал базы VT2 , что приведет к увеличению тока коллектора I к2 транзистора VT2 . А этот ток создает на резисторе Rк2 соответственно увеличенное падение напряжения. В результате этого понизится отрицательный потенциал базы VT1 , уменьшится ток его базы I б1 и ток коллектора I к1 , который позволит восстановить напряжение UВЫХ практически до прежнего значения.

Рис. 4.4. Структурнгые схемы стабилизатора компенсационного типа с последовательно (а) и параллельно (б) включенным регулирующим элементом

Рис. 4.5. Принципиальные схемы полупроводниковых стабилизаторов напряжения с последовательно включенными регулирующими элементами: а- с одним регулирующим транзистором; б – с составным регулирующим транзистором

При больших токах нагрузки ток базы регулирующего транзистора может достигать больших значений. В таких случаях для согласования мощности регулирующего транзистора с маломощным усилителем постоянного тока в схемах стабилизаторов применяется составной регулирующий транзистор (рис. 4.5, б – тройной составной транзистор).

Регулировка выходного напряжения UВЫХ в схеме рис. 4.5, а осуществляется потенциометром RР. При перемещении движка вверх (увеличиваются отрицательный потенциал базы VT2 , ток базы и коллектора VT2 ; уменьшаются токи базы и коллектора VT1 ) выходное напряжение UВЫХ уменьшается, а вниз – увеличивается.

Для получения малых выходных напряжений (когда Uвых 5 / 9 5 6 7 8 9 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

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.

Читайте так же:
Регулируемый стабилизатор напряжения тока радио

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.

Читайте так же:
Схема мощного импульсного стабилизатора тока

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!

Как сделать защиту от переполюсовки, от КЗ для блока питания своими руками

Содержание

  • 1 Вариант 1
  • 2 Вариант 2
  • 3 Вариант 3
  • 4 Итог

Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания. Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.

В этой статье будет рассмотрено 3 варианта защит от переполюсовки, которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.

Вариант 1

Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Вариант 2

Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.

Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.

При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.

Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Вариант 3

Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.

Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.

Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.

А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.

Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.

Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.

Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.

Автор: Эдуард Орлов –

Схемы защиты бп от переполюсовки и Кз своими руками

  1. Схемы защиты от КЗ
  2. Модель защиты 1
  3. Схема универсальная 2
  4. Вариант простой 3
  5. Анализ схемы защиты бп

Схемы защиты от КЗ

Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания и от Кз (короткого замыкания). Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.В этой статье будет рассмотрено 3 варианта схемы защиты бп от переполюсовки, которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.

Модель защиты 1

Это схема защиты бп наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.

Читайте так же:
Простой стабилизатор тока для зарядки аккумулятора

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Схема универсальная 2

Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.

Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.

При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.

Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Вариант простой 3

Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.

Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.

Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.

А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.

Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.

Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

Анализ схемы защиты бп

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.

Все Схемы защиты бп , кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector