Вам надоело менять предохранители каждый раз, когда они сгорают? Используйте электронный предохранитель постоянного тока, который будет защищать ваши устройства, подключенные к . Этот "предохранитель" может быть восстановлен, просто отключив и снова включив его. Такой предохранитель использует N-канальный FET полевой транзистор как датчик тока. Также транзистор осуществляет отключение линии нагрузки по массе, когда ток превысит максимально допустимое значение.
Схема предохранителя
Печатная плата
Ток отсечки (срабатывания) можно регулировать переменным резистором Р1 от 0 до 5 А. Данная схема может корректно работать с максимальным током нагрузки до 5 ампер. Не перегружайте её, если не хотите сжечь детали. На длительном высоком токе транзистор может становиться горячим, поэтому нужен небольшой радиатор.
Теперь о конденсаторах в базовой цепи - С1 и С2 транзистора Т2. В зависимости от их ёмкости, меняется скорость срабатывания. Например с С1 будет отключаться медленно (пропуская кратковременные пики нагрузки), а С2 мгновенно. При настройке отрегулируйте резистор Р1 до тех пор, пока предохранитель не "перегорит".
Сброс предохранителя прост: отключите его питание, и при повторной подаче напряжения схема готова защитить ваши приборы снова. Устройство подходит как приставка для любого источника питания постоянного тока (с переменным схема не заработает) на напряжение выхода до 25 В. При более высоком напряжении потребуется изменить номиналы некоторых резисторов и поставить транзисторы по мощнее. А для защиты самого БП можно сделать вот .
|
|
О. СИДОРОВИЧ, г. Львов, Украина
В статье автор предлагает ряд оригинальных электронных предохранителей для низковольтных цепей, выполненных с использованием реле или реле и тиристоров. Возврат предохранителей в исходное состояние осуществляется кнопкой.
Как известно, геркон (герметичный контакт) представляет собой баллон из стекла, в который впаяны контакты из сплава с большой магнитной проницаемостью. Если геркон поместить в магнитное поле, то возникающая в зазоре магнитная сила притягивает контакты, которые замкнутся после того, как эта сила превысит механические силы упругости контактов . Если катушку, намотанную на корпусе геркона, подсоединить в разрыв цепи, ток через которую необходимо контролировать, то геркон можно использовать в качестве элемента электронного предохранителя, объединяющего в себе датчик тока (катушка) и устройство отключения цепи (контакты). Рассмотрим электронные предохранители на базе геркона КЭМ-3, имеющего такие параметры: время срабатывания - 1,5 мс; время отпускания - 2 мс; максимальный коммутируемый постоянный ток - 1 А; максимальное сопротивление контактов - 0,15 Ом; наработка на отказ - 10 в 6 степени циклов.
Отсюда видно, что быстродействие геркона выше, чем у обычного реле и уж тем более выше, чем у плавких вставок. У плавкой вставки ВП1-1, например, по техническим условиям оно равно 0,1 с при четырехкратной перегрузке. Для описываемых ниже электронных предохранителей необходимо герконовое реле, которое легко изготовить самостоятельно.
На рис. 1 показана конструкция самодельного герконового реле.
Стеклянный корпус геркона 1 служит каркасом для обмотки 2 катушки реле. Щечки 3 катушки, представляющие собой текстолитовые шайбы с вырезами для выводов, приклеивают по краям геркона КЭМ-3 эпоксидным клеем 4. Чертеж щечки дан на рис. 2.
Обмотка катушки содержит 60 витков провода ПЭВ диаметром 0,3 мм (для тока срабатывания 1 А). Сопротивление обмотки настолько мало, что им можно пренебречь.
На рис. 3 представлена схема простого электронного предохранителя, выполненного на таком реле (К2).
Кроме того, в его состав входит герконовое реле заводского изготовления РЭС55А (К1). В нормальном режиме ток нагрузки проходит по цепи: входная клемма ("+" источника питания), замкнутые контакты кнопки SB1, обмотка реле К2, нормально-замкнутые контакты К1.1 реле К1, нормально-замкнутые контакты К2.1 реле К2. При возникновении токовой перегрузки резко возрастает ток через обмотку реле К2, что вызывает срабатывание его контактов К2.1, которые размыкают цепь тока. К реле К1 подводится почти все напряжение питания, реле срабатывает и размыкает цепь обмотки реле К2 контактами К1.1. Таким образом, разрывается цепь тока перегрузки, и через аварийную нагрузку протекает ток, ограниченный параллельным соединением сопротивлений обмотки реле К1 и цепи индикации, состоящей из светодиода HL1 и резистора R1. Свечение светодиода HL1 говорит об отключении предохранителя. Для запуска предохранителя необходимо кратковременно нажать на кнопку SB1.
Ток срабатывания предохранителя выбирают не более 1 А исходя из максимально допустимого тока для герконов КЭМ-3. Чертеж печатной платы предохранителя показан на рис. 4.
На рис. 5 представлена схема еще одного варианта электронного предохранителя.
В его состав, кроме герконового реле К1, выполненного в соответствии с рис. 1, входит тринистор VS1. Устройство запускается кратковременным нажатием кнопки SB1. При этом открывается тринистор VS1 и по цепи: плюс источника питания, тринистор VS1, обмотка реле К1, нормально замкнутые контакты К1.1, нагрузка - протекает ток. При уменьшении сопротивления нагрузки, т. е. при возникновении токовой перегрузки или короткого замыкания, увеличивается ток через обмотку реле К1, контакты К1.1 которого размыкаются, размыкая цепь тринистора VS1. Тринистор VS1 закрывается, отключая тем самым источник питания от нагрузки. При этом загорается светодиод HL1, свидетельствуя об отключении предохранителя. Для его повторного запуска необходимо кратковременно нажать кнопку SB1. Падение напряжения на предохранителе определяется в основном падением напряжения на тринисторе VS1 (около 1,5 В при токе 1 А). Чертеж печатной платы предохранителя дан на рис. 6.
В таблице указано число витков обмотки самодельного герконового реле для разного тока срабатывания предохранителей, выполненных по схемам рис. 3 и 5.
Провод обмотки во всех случаях выбран диаметром 0,3 мм.
На рис. 7 представлена схема третьего варианта электронного предохранителя, содержащего тринистор VS1 и два герконовых реле К1, К2 типа РЭС55А.
В качестве порогового элемента используется одно из реле - К2 (паспорт РС4.569.610П2). Оно имеет напряжение срабатывания 1,46 В и подключено своей обмоткой параллельно к последовательно соединенным тринистору VS1 и резистору R3, падение напряжения на которых является измеряемой величиной. Для тока нагрузки 1 А (ток предохранителя) сопротивление резистора R3 равно 0,2 Ом. Увеличивая сопротивление резистора R3, можно изменять (в сторону уменьшения) ток срабатывания предохранителя. Напряжение срабатывания реле К1 (РЭС55А паспорт РС4.569.602П2) равно 7,3 В.
Для приведения предохранителя в рабочее состояние необходимо кратковременно нажать на сдвоенную кнопку SB1. При этом включается тринистор VS1 и обесточиваются реле К1 и К2. Ток от плюса источника питания проходит по цепи: тринистор VS1, резистор R3, нормально-замкнутые контакты К2.1, нагрузка. Этот ток увеличивается при перегрузке или коротком замыкании. Соответственно увеличивается и падение напряжения на предохранителе. Когда оно достигнет порогового значения, срабатывает реле К2, контакты К2.1 которого размыкаются, отключая нагрузку от источника питания. При этом к предохранителю прикладывается напряжение, почти равное напряжению источника питания. Реле К1 срабатывает, его контакты К1.1 размыкаются, реле К2 обесточивается, его контакты К2.1 замыкаются, но ток по ним не проходит, так как вследствие их предыдущего размыкания закрыт тринистор VS1. Загорается светодиодный индикатор HL1. Реле К1 необходимо для того, чтобы отключить реле К2, к которому при размыкании его контактов К2.1 прикладывается напряжение, значительно превышающее номинальное напряжение этого реле. Благодаря наличию реле К1 время приложения этого напряжения к обмотке реле К2 равно времени включения реле К1 - примерно 1 мс. После срабатывания предохранителя от источника к нагрузке будет протекать незначительный ток через сопротивление параллельно соединенных обмотки реле К1 и цепи: резистор R1, светодиод HL1. После устранения перегрузки необходимо кратковременно нажать на кнопку SB1 для приведения предохранителя в рабочее состояние.
Чертеж печатной платы этого устройства показан на рис. 8.
В двух последних устройствах (см. рис. 5 и 7) тринистор установлен на кронштейне, чертеж которого приведен на рис. 9.
Все описанные электронные предохранители испытаны при напряжении источника питания 12 В. Это, однако, не исключает возможности их использования и при другом напряжении.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коммутационные устройства радиоэлектронной аппаратуры. Под редакцией Рыбина Г. Я. - М.: Радио и связь, 1985.
2. Терещук Р. М. и др. Справочник радиолюбителя. - Киев: Наукова думка, 1982.
Радио №12 2005
Схема электронного предохранителя (ЭП) на полевом транзисторе:
В качестве датчика тока используется малое сопротивление открытого канала полевого транзистора (27 мОм). В этой схеме ПТ выполняет две функции: электронного ключа и датчика тока. Микросхема LM358 используется как компаратор напряжения. Источник образцового напряжения 2,5 В собран на микросхеме TL431.
Кнопкой SB1 осуществляется запуск ЭП, при кратковременном нажатии которой напряжение питания через диод VD2 и резистор R4 поступает на затвор ПТ, вследствие чего он откроется и подключит нагрузку к источнику питания.
Когда ток нагрузки достигнет определённого значения (устанавливается резистором R1), устройство скачком закрывает транзистор и обесточивает нагрузку. Светодиод HL1 сигнализирует о том, что нагрузка отключена.
Для включения нагрузки необходимо снова кратковременно нажать на кнопку SB1.
Компоненты:
В электронном предохранителе можно применить любой операционный усилитель (ОУ), работоспособный при нулевом напряжении на обоих входах, при условии однополярного питания (LM358, KP1040УД1A, K1464УД1P) в корпусе DIP8.
TL431 - любой из этой серии. Полевой транзистор любой N- канальный (IRLR2905, IRL1404, IRF1010N, IRLZ44, IRF840). Указанный на схеме ПТ – в корпусе D-Pak.
Остальные детали ЭП:
Резисторы:
R1 - 10кОм типа СП3-19а, СП3-28 или аналогичные;
R2 - 200 кОм;
R3 – 3 кОм;
R4-R5-1 кОм - 0,125 Вт.
Диоды:
VD1,VD2-1N4148, КД522Б
Конденсатор: С1 - 0,1 мкФ - К10-17В
Светодиод: АЛ307.
Печатная плата:
Фото готового устройства:
Настройка:
Итак, устройство собрали. Подключаем его к источнику питания, подсоединяем нагрузку. Повышаем напряжение источника питания (резистор R1 установил в положение максимального сопротивления).
При 2,5 В начинает светиться HL1. Поднял напряжение до 10В. На нагрузке ноль вольт. Нажимаем кнопку SB1, гаснет светодиод и на нагрузке появляется напряжение источника питания.
Ток на амперметре - 4,5 А. Повышаем напряжение до 20 В. При токе 9 А засветился светодиод, сигнализируя о том, что нагрузка отключена. Минимальный ток срабатывания, который удалось выставить – 3 А.
Интервал изменения тока срабатывания можно установить подбором сопротивления резистора R2. Для уменьшения тока срабатывания необходимо в разрыв цепи стока ПТ (на схеме отмечено звёздочкой) установить мощный резистор сопротивлением около 0,1 Ом.
Электронный предохранитель работоспособен при напряжении от 5 В до 20 В и токе нагрузки до 40 А. Для источника питания с напряжением до 40 В необходимо внести изменения в схему:
1) применить ОУ, рассчитанный на соответствующее однополярное плюсовое напряжение, их не так много, надо искать. У LM358 предельное напряжение однополярного питания 32 В.
2) Резистор R4 увеличить до 47 кОм. Между истоком и затвором ПТ установить резистор 47 кОм (на плате это резистор R6), поскольку у IRLR2905 допустимое напряжение сток-исток 20 В.
Резисторы R3, R5 увеличить до 10 кОм, а мощность резистора R5 увеличить до 0,25 Вт.
Скачать печатную плату:
В статье рассматривается схема электронного предохранителя на большой ток нагрузки, до 30 ампер. В статье была рассмотрена схема амперметра постоянного тока на основе модуля с микросхемой ACS712, в данной статье этот модуль будет использован в качестве датчика тока нагрузки для электронного предохранителя. Принципиальная схема электронного предохранителя показана на рисунке 1.
На схеме показан модуль, рассчитанный на ток нагрузки до пяти ампер. На AliExpress можно так же приобрести модули на ток 20 ампер и 30 ампер и использовать их в данной схеме. Но тогда транзистор VT1 IRL2505 следует заменить двумя такими же транзисторами. Хотя можно использовать и другие MOSFET. Напряжение питание данной схемы ограничено лишь максимальным напряжением питания микросхемы стабилизатора питания LM7805 – 35 вольт.
Работа схемы
После подачи напряжения на вход схемы появляется напряжение пять вольт на выходе стабилизатора напряжения питания микросхемы DA3 и модуля датчика тока DA2. На схеме нарисована микросхема одноименного модуля, а не сам модуль. Модуль имеет три вывода и конденсатор С2 находится на его плате. Появляется напряжение на выходе 7 микросхемы DA2 (Вывод Out модуля) примерно 2,5 В. Это напряжение подается на вход 2 компаратора, реализованного на операционном усилителе LM358N. На его инвертирующий вход, вывод 3 микросхемы DA3, подается опорное напряжение с резистивного регулируемого делителя R3 и R4. С помощью резистора R3 устанавливается порог срабатывания схемы по току. Это напряжение выставляется больше напряжения с выхода ACS712. Значит, при таком уровне напряжений на входах ОУ на его выходе будет присутствовать напряжение близкое к его напряжению питания. Это напряжение будет приложено к цепи светодиода оптрона U1. Вывод 1 DA3 — > вывод 1 U1 — > вывод 2 U1 — > гасящий резистор R2 — > общий провод. Светодиод оптрона засветится, что приведет к появлению открывающего для транзистора VT1 напряжения на его выходе в районе восьми вольт. Транзистор VT1 откроется и через модуль входное напряжение схемы практически полностью будет подано на ее выход. Диод VD1 будет закрыт положительным напряжением на его катоде, и ни какого влияния, в данном случае, оказывать на работу схемы компаратора не будет. В качестве этого диода можно использовать любой маломощный диод.
Модули датчиков тока, реализованных на микросхеме ACS712 и предназначенные для разных токов нагрузки в 5, 20 и тридцать ампер, имеют разные коэффициенты передачи преобразования ток – напряжение. Соответствующие коэффициенты составляют 185 мВ/А, 100 мВ/А и 66 мВ/A. Для пятиамперного датчика, указанного на схеме, выходное напряжение относительно 2,5 вольта, при токе 5А увеличится на 5 х 185 = 925мВ = 0,925 В. То есть общее выходное напряжение с датчика будет примерно 2,5 + 0,925 = 3,425 В. Пишу: примерно, потому, что у разных датчиков выходное напряжение при отсутствии тока нагрузки разное и не равно точно 2,5 вольта. И так, далее, когда напряжение на выходе датчика превысит установленное опорное напряжение на входе 3 микросхемы DA3, сработает компаратор и напряжение на его выходе будет практически равно нулю. Катод диода VD1 через внутренний выходной транзистор операционного усилителя будет подключен к общему проводу и зашунтирует собой на общий провод и опорное напряжение на неинвертирующем входе ОУ. Через открытый диод возникает положительная обратная связь. Возникает эффект «защелки». В таком положении компаратор может находиться сколь угодно долго. После снятия напряжения со светодиода оптрона пропадет и открывающее напряжение на затворе ключевого транзистора VT1. Транзистор закроется и обесточит нагрузку. Для восстановления работоспособности схемы необходимо снять с нее напряжение с последующей подачей.
Ключевые MOSFET транзисторы IRL2505 имеют очень маленькое сопротивление открытого канала, оно равно 0,008 Ом. Исходя из этого, при токе стока, равного десяти амперам, на кристалле транзистора выделится тепловая мощность, равная: P = I² R = 100 0,008 = 0,8 Вт. Это говорит о том, что транзистор при данном токе может работать без дополнительного теплоотвода. Но я всегда советую ставить хоть небольшой теплоотвод в виде алюминиевой пластинки. Это убережет транзистор от теплового пробоя при аварийной ситуации.