Схема подключения транзистора к блоку питания приведена на рис.1, а вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 - на рис.2. Работает защита так. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5 В, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45...0,5 А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на "здоровье" деталей блока питания.
Рис. 2
Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1. Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром - тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (такой пример показан на рис. 3).
Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации - рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.
Рис. 3
Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
Однопереходный транзистор может быть КТ117А- КТ117Г, телефон - низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).
Рис. 4
Остается добавить, что для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток - исток.
Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.
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 - TL082 сдвоенный ОУ
- 2 - 1n4148 диод
- 1 - tip122 транзистор NPN
- 1 - BC558 PNP транзистор BC557, BC556
- 1 - резистор 2700 ом
- 1 - резистор 1000 ом
- 1 - резистор 10 ком
- 1 - резистор 22 ком
- 1 - потенциометр 10 ком
- 1 - конденсатор 470 мкф
- 1 - конденсатор 1 мкф
- 1 - нормально закрытый выключатель
- 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 .
|
|
Среди множества схем зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов, публикуемых в сети, 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.
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 , стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности . В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.
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 при любой проблеме на выходе.
Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.
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.
Итог
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.
Прикрепленные файлы:
Как сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank
Вам уже приходилось строить самоделки с самым разным напряжением питания: 4,5, 9, 12 В. И каждый раз нужно было приобретать соответствующее число батареек или элементов. Но не всегда есть нужные источники питания, да и срок службы их ограничен. Вот почему для домашней лаборатории необходим универсальный источник, пригодный практически для всех случаев радиолюбительской практики. Им может стать описанный ниже блок питания, работающий от сети переменного тока и обеспечивающий любое постоянное напряжение от 0,5 до 12 В. В то время как величина тока, потребляемого от блока, может достигать 0,5 А, выходное напряжение остается стабильным. И еще одно достоинство блока - он не боится коротких замыканий, часто встречающихся на практике во время проверки и налаживания конструкций, что особенно важно для начинающего радиолюбителя.
Схема блока питания приведена на рис. 1 . Сетевое напряжение подается через вилку XI, предохранитель FX и выключатель S1 на первичную обмотку понижающего трансформатора T1. Переменное напряжение со вторичной обмотки поступает на выпрямитель, собранный на диодах VI - V4. На выходе выпрямителя будет уже постоянное напряжение, оно сглаживается конденсатором С1.
Далее следует стабилизатор напряжения, в который входят резисторы R2- R5, транзисторы V8, V9 и стабилитрон V7. Переменным резистором R3 можно устанавливать на выходе блока (в гнездах Х2 и ХЗ) любое напряжение от 0,5 до 12 В.
Защита от короткого замыкания реализована на транзисторе V6. Как только короткое в нагрузке пропадет - на выходе снова появится напряжение установленное ранее без каких-либо перезапусков.
На вторичной обмотке понижающего трансформатора 13 – 17 вольт.
Диоды могут быть любые из серии Д226 (например, Д226В, Д226Д и т.д.)- Конденсатор С1 типа К50-16. Постоянные резисторы - МЛТ, переменный - СП-1. Вместо стабилитрона Д814Д можно применить Д813. Транзисторы V6, V8 можно взять типа МП39Б, МП41, МП41А, МП42Б с возможно большим коэффициентом передачи тока. Транзистор V9 - П213, П216, П217 с любым буквенным индексом. Подойдут и П201 - П203. Транзистор нужно установить на радиатор.
Остальные детали - выключатель, предохранитель, вилка и гнезда - любой конструкции.
Как обычно, после окончания монтажа сначала проверьте правильность всех соединений, а затем вооружитесь вольтметром и приступайте к проверке блока питания. Вставив вилку блока в сетевую розетку и подав питание выключателем S1, сразу же проверьте напряжение на конденсаторе С1- оно должно быть 15-19 В. Затем установите движок переменного резистора R3 в верхнее по схеме положение и измерьте напряжение на гнездах Х2 и ХЗ- оно должно быть около 12 В. Если напряжение намного меньше, проверьте работу стабилитрона - подключите вольтметр к его выводам и измерьте напряжение. В этих точках напряжение должно быть около 12 В. Его значение может быть значительно меньше из-за использования стабилитрона с другим буквенным индексом (например, Д814А), а также при неправильном включении выводов транзистора V6 или его неисправности. Чтобы исключить влияние этого транзистора, отпаяйте вывод его коллектора от анода стабилитрона и вновь измерьте напряжение на стабилитроне. Если и в этом случае напряжение мало, проверьте резистор R2 на соответствие его номинала заданному (360 Ом). Когда добьетесь на выходе блока питания нужного напряжения (примерно 12 В), попробуйте перемещать движок резистора вниз по схеме. Выходное напряжение блока должно плавно уменьшаться почти до нуля.
Теперь проверьте работу блока под нагрузкой. Подключите к гнездам зажимам резистор сопротивлением 40-50 Ом и мощностью не менее 5 Вт. Его можно составить, например, из четырех параллельно соединенных резисторов МЛТ-2,0 (мощностью 2 Вт) сопротивлением по 160-200 Ом. Параллельно резистору включите вольтметр и установите движок переменного резистора R3 в верхнее по схеме положение. Стрелка вольтметра должна показать напряжение не ниже 11 В. Если напряжение падает сильнее, попробуйте уменьшить сопротивление резистора R2 (установите вместо него резистор сопротивлением 330 или 300 Ом).
Настудило время проверить действие автомата защиты. Понадобится амперметр на 1-2 А, но вполне можно воспользоваться и тестером типа Ц20, включенным на измерение постоянного тока до 750 мА. Сначала установите переменным резистором блока питания выходное напряжение 5-6 В, а затем подключите щупы амперметра к выходным гнездам блока: минусовый щуп к гнезду Х2, плюсовый - к гнезду ХЗ. В первый момент стрелка амперметра должна отклониться скачком на конечное деление шкалы, а затем возвратиться на нулевую отметку. Если это так, автомат работает исправно.
Максимальное выходное напряжение блока определяется только напряжением стабилизации стабилитрона. А оно для указанного на схеме Д814Д (Д813) может быть от 11,5 до 14 В. Поэтому при необходимости несколько поднять максимальное напряжение подберите стабилитрон с нужным напряжением стабилизации или замените его другим, например Д815Е (с напряжением стабилизации 15 В). Но в этом случае придется изменить резистор R2 (уменьшить его сопротивление) и использовать трансформатор, с которым выпрямленное напряжение будет не менее 17 В при нагрузке 0,5 А (измеряется на выводах конденсатора).
Заключительный этап - градуировка шкалы переменного резистора, которую вы заранее должны наклеить на лицевую панель корпуса. Понадобится, конечно, вольтметр постоянного тока. Контролируя выходное напряжение блока, устанавливайте движок переменного резистора в разные положения и отмечайте на шкале значение напряжения для каждого из них.
Регулируемый блок питания с защитой от КЗ на транзисторе КТ805.
На рисунке ниже представлена схема несложного стабилизированного источника питания. Он содержит понижающий трансформатор (Т1), мостовой выпрямитель (VD1 – VD4), конденсаторный фильтр (C1) и полупроводниковый стабилизатор напряжения. Схема стабилизатора напряжения позволяет плавно регулировать выходное напряжение в пределах от 0 до 12 вольт и защищена от коротких замыканий на выходе (VT1). Для питания низковольтного паяльника, а также для экспериментов с переменным электрическим током предусмотрена дополнительная обмотка трансформатора. Имеется индикация постоянного напряжения (светодиод HL2) и переменного (светодиод HL1). Для включения всего устройства используется тумблер SA1, а паяльника - SA2. Нагрузку отключает SA3. Для защиты цепей переменного тока от перегрузок предусмотрены предохранители FU1 и FU2. На ручке регулятора выходного напряжения (потенциометр R4) нанесены значения выходных напряжений. При желании можно на выходе стабилизатора установить стрелочный вольтметр или собрать вольтметр с цифровой индикацией.
На рисунке ниже показан фрагмент схемы модифицированного стабилизатора с индикацией короткого замыкания в нагрузке. В нормальном режиме светится зеленый светодиод, при замыкании нагрузки - красный.
Устройств необходим блок питания (БП), в котором имеется регулировка выходного напряжения и возможность регулирования уровня срабатывания защиты от превышения по току в широких пределах. При срабатывании защиты, нагрузка (подключенное устройство) должна автоматически отключаться.
Поиск в интернете дал несколько подходящих схем блоков питания. Остановился на одной из них. Схема проста в изготовлении и наладке, состоит из доступных деталей, выполняет заявленные требования.
Предлагаемый к изготовлению блок питания выполнен на базе операционного усилителя LM358 и имеет следующие характеристики
:
Входное напряжение, В - 24...29
Выходное стабилизированное напряжение, В - 1...20 (27)
Ток срабатывания защиты, А - 0,03...2,0
Фото 2. Схема БП
Описание работы БП
Регулируемый стабилизатор напряжения собран на операционном усилителе DA1.1. На вход усилителя (вывод 3) поступает образцовое напряжение с движка переменного резистора R2, за стабильность которого отвечает стабилитрон VD1, а на инвертирующий вход (вывод 2) напряжение поступает с эмиттера транзистора VT1 через делитель напряжения R10R7. С помощью переменного резистора R2, можно изменять выходное напряжение БП.
Блок защиты от перегрузок по току выполнен на операционном усилителе DA1.2, он сравнивает напряжения на входах ОУ. На вход 5 через резистор R14 поступает напряжение с датчика тока нагрузки - резистора R13. На инвертирующий вход (вывод 6) поступает образцовое напряжение, за стабильность которого отвечает диод VD2 с напряжением стабилизации около 0,6 в.
Пока падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R13, меньше образцового, напряжение на выходе (вывод 7) ОУ DA1.2 близко к нулю. В том случае, если ток нагрузки превысит допустимый установленный уровень, увеличится напряжение на датчике тока и напряжение на выходе ОУ DA1.2 возрастет практически до напряжения питания. При этом включится светодиод HL1, сигнализируя о превышении, откроется транзистор VT2, шунтируя стабилитрон VD1 резистором R12. Вследствие чего, транзистор VT1 закроется, выходное напряжение БП уменьшится практически до нуля и нагрузка отключится. Для включения нагрузки нужно нажать на кнопку SА1. Регулировка уровня защиты выполняется с помощью переменного резистора R5.
Изготовление БП
1. Основу блока питания, его выходные характеристики определяет источник тока – применяемый трансформатор. В моем случае нашел применение тороидальный трансформатор от стиральной машины. Трансформатор имеет две выходные обмотки на 8в и 15в. Соединив обе обмотки последовательно и добавив выпрямительный мост на имеющихся под рукой диодах средней мощности КД202М, получил источник постоянного напряжения 23в, 2а для БП.
Фото 3. Трансформатор и выпрямительный мост.
2. Другой определяющей частью БП является корпус прибора. В данном случае нашел применение детский диапроектор мешающийся в гараже . Удалив лишнее и обработав в передней части отверстия для установки показывающего микроамперметра, получилась заготовка корпуса БП.
Фото 4. Заготовка корпуса БП
3. Монтаж электронной схемы выполнен на универсальной монтажной плате размером 45 х 65 мм. Компоновка деталей на плате зависит от размеров, найденных в хозяйстве компонентов. Вместо резисторов R6 (настройка тока срабатывания) и R10 (ограничение максимального напряжения на выходе) на плате установлены подстроечные резисторы с увеличенным в 1,5 раза номиналом. По окончании настройки БП их можно заменить на постоянные.
Фото 5. Монтажная плата
4. Сборка платы и выносных элементов электронной схемы в полном объеме для испытания, настройки и регулировки выходных параметров.
Фото 6. Узел управления БП
5. Изготовление и подгонка шунта и дополнительного сопротивления для использования микроамперметра в качестве амперметра или вольтметра БП. Дополнительное сопротивление состоит из последовательно соединенных постоянного и подстроечного резисторов (на фото сверху). Шунт (на фото ниже) включается в основную цепь тока и состоит из провода с малым сопротивлением. Сечение провода определяется максимальным выходным током. При измерении силы тока, прибор подключается параллельно шунту.
Фото 7. Микроамперметр, шунт и дополнительное сопротивление
Подгонка длины шунта и величины дополнительного сопротивления производится при соответствующем подключении к прибору с контролем на соответствие по мультиметру. Переключение прибора в режим Амперметр/Вольтметр выполняется тумблером в соответствии со схемой:
Фото 8. Схема переключения режима контроля
6. Разметка и обработка лицевой панели БП, монтаж выносных деталей. В данном варианте на лицевую панель вынесен микроамперметр (тумблер переключения режима контроля A/V справа от прибора), выходные клеммы, регуляторы напряжения и тока, индикаторы режима работы. Для уменьшения потерь и в связи с частым использованием, дополнительно выведен отдельный стабилизированный выход 5 в. Для чего напряжение, от обмотки трансформатора на 8в, подается на второй выпрямительный мост и типовую схему на 7805 имеющую встроенную защиту.
Фото 9. Лицевая панель
7. Сборка БП. Все элементы БП устанавливаются в корпус. В данном варианте, радиатором управляющего транзистора VT1 служит алюминиевая пластина толщиной 5 мм, закрепленная в верхней части крышки корпуса, служащего дополнительным радиатором. Транзистор закреплен на радиаторе через электроизолирующую прокладку.