Электронная защита источников питания с регулируемым порогом тока отключения.

Сделай сам

Предлагаемое устройство позволяет защитить мощные блоки питания от превышения допустимого тока нагрузки или короткого замыкания. Кроме того, есть возможность произвольного отключения / включения нагрузки вручную. В качестве датчика тока можно использовать стандартные шунты на 75 или 60 мВ или самодельные шунты и электромагнитное реле в качестве переключателя нагрузки. Несмотря на кажущийся анахронизм последнего, реле имеет ряд преимуществ перед полупроводниковыми, а именно, оно работает в широком диапазоне токов и напряжений, постоянных и переменных, имеет высокую перегрузочную способность, при необходимости переключая несколько каналов одновременно. Ну и широкая их доступность, обзаведитесь хоть штатным автомобильным реле на 12В 30А.

Схема электронной защиты:

Электронная защита источников питания с регулируемым порогом тока срабатывания.

Сигнал с измерительного шунта по входной цепи R1, C2, VD1, VD2 поступает на вход неинвертирующего операционного усилителя DA2.1. Диоды VD1, VD2 защищают вход операционного усилителя от возможных перегрузок входного напряжения, элементы R1, C2 подавляют шумы и амплитуду коротких импульсов в случае пиковых токов в нагрузке, чтобы избежать ложного срабатывания защиты.

Схема R1 C2 вводит задержку около 4,1 мс. Если этого было недостаточно, необходимо увеличить емкость конденсатора C2. Элементы R3, R4 устанавливают коэффициент усиления операционного усилителя равным 10, а элементы VD3, R6 снимают постоянную составляющую на выходе DA2.1 при отсутствии входного сигнала. Операционный усилитель работает от униполярного источника питания, и его выходной каскад при таком включении не может подавать нулевое напряжение на выходе. Поскольку диод VD3 покрыт ООС, это никак не влияет на ошибку усиления. Операционный усилитель DA2.2 работает в режиме компаратора, сравнивая опорное напряжение, подаваемое переменным резистором R7, с напряжением от усилителя DA2.1.

В случае напряжения на пин. 5 DA 2.2 становится все более эталонным, на штыре. 6, с выхода 7 через развязывающий диод VD4 на триггер Шмитта поступает высокий уровень. Триггер состоит из транзисторов VT1, VT2. Когда на транзистор VT1 подается высокий уровень, он открывается, тем самым закрывая транзистор VT2, что приводит к отключению реле К1. В этот момент ток начинает течь через элементы К1, VD5, R11 в базе VT1, окончательно зафиксировав его в разомкнутом состоянии, тогда реле К1 будет гарантированно отключено.

Читайте также:  Как применить на даче ПЛАСТИКОВЫЕ БУТЫЛКИ- идеи, которые понравятся всем огородникам!

Элементы R12, C5, SB2 служат для включения реле. В момент нажатия кнопки SB2 конденсатор С5 находится в состоянии разряда, его сопротивление практически равно нулю, что приводит к замыканию базы транзистора VT1 на «массу» и его замыканию. Прежде чем конденсатор C5 успеет полностью зарядиться, ток, протекающий через резистор R14, откроет транзистор VT2, и реле снова включится.

В этом случае диод VD5, выполняющий положительную обратную связь для фиксации состояния триггера Шмитта, будет закрыт, резисторы R10, R11 закроют транзистор VT1, что приведет к стабильному состоянию триггера до тех пор, пока кнопка SB1 не будет нажата, или от компаратора DA2.2 получен высокий уровень. Резистор R12 нужен для разряда емкости C5 при отпускании кнопки SB2. Сам конденсатор нужен для исключения периодического включения и выключения (дребезга) реле К1, если причина срабатывания защиты не устранена, кнопка SB2 все еще нажата и при включенном реле К1 ток больше установленного резистор R7 снова будет протекать через токовый шунт.

В этом случае частично заряженный конденсатор С5 больше не сможет закрыть транзистор VT1, а при еще нажатой кнопке SB2 напряжение на нем просто достигнет уровня база-эмиттер транзистора VT1, что не позволит ему войти в закрытое состояние и открыть транзистор VT2 включением реле К1.

Фото собранного устройства:

Электронная защита источников питания с регулируемым порогом тока срабатывания.

Электронная защита источников питания с регулируемым порогом тока срабатывания.

После сборки устройства необходимо отрегулировать диапазон регулировки рабочего тока. Для начала нужно решить, какой шунт будет использоваться. Со стандартными шунтами 60/75 мВ проще, независимо от максимального тока, напряжение, измеренное на входе компаратора DA2.2, всегда будет 600 или 750 мВ соответственно. Если самодельный, считается по закону Ома.

Кроме того, на разъем XS1 от внешнего источника подается необходимое напряжение, которое соответствует предельному току, который падает на измерительный шунт. Измеряем напряжение после усилителя DA2.1 на выводе 5 DA2.2 – в идеальном случае оно должно было быть в 10 раз больше. Но на практике, вероятно, он будет другим из-за погрешности резисторов R3, R4, но в основном из-за напряжения смещения операционного усилителя LM358, которое может достигать 7 мВ. А поскольку коэффициент усиления равен 10, то в худшем случае можно получить увеличение выходного напряжения уже на 70 мВ. Переменный резистор R7 выставлен в крайнее левое положение согласно схеме, а сопротивление подстроечного резистора R5 выставлено на максимальное.

Читайте также:  Больше не трачу деньги на средства для устранения засоров в трубах, как сделать аналог 'крота' в домашних условиях

Кроме того, отслеживая напряжение на выводе 7 DA2.2 и постепенно уменьшая сопротивление резистора R5, необходимо добиться перехода выходного напряжения компаратора с высокого уровня на низкий уровень. После этого закорачиваются выводы разъема XS1, положение курсора резистора R7 по схеме предельно правильное. Вольтметр на выводе 5 DA2.2 измеряет напряжение, которое не должно превышать 70 мВ. Это худший вариант, характерный для операционных усилителей, выпущенных много лет назад, современные операционные усилители LM358 имеют существенно меньшее напряжение смещения, в данном случае оно оказалось порядка 1 мВ. Измеренное напряжение сравнивается с напряжением на резисторе R9. Если он больше, мы увеличиваем рейтинг R9 до значения, при котором падение напряжения на нем станет немного больше, чем на выводе 5 DA2.2, в этом случае на выводе 7 должен быть установлен низкий уровень, угол поворота оси переменного резистора R7 (установленный диапазон тока отключения) будет использован равным 100%.

О замене элементов.

Операционный усилитель LM358 можно заменить функциональными аналогами, например, AD822, AD823. В этом случае проблем с напряжением смещения не возникнет, а усиление можно будет делать более 10 раз. При всей доступности LM358 без коррекции выходного нуля и с однополярным источником питания это невозможно, трудно добиться хороших результатов. Здесь могут помочь более дорогие операционные усилители. Использование двойного переменного резистора не обязательно, его выбор обусловлен жестким соединением с платой за счет двухрядной пайки, вся конструкция может быть прикручена к лицевой панели только гайкой переменного резистора. Номиналы резисторов R5, R8, R7, R9 также могут иметь разные значения, в зависимости от того, какое номинал резистора R7 находится под рукой. В этом случае общее сопротивление делителя должно быть выбрано больше, чем значение R2. Диоды VD1… VD5 маломощные, например, КД521 / 522, VD6 – 1N4004 и им подобные, на ток в один ампер и более – автомобильные реле потребляют от 150 мА, обратный ток при отключении не мал. Транзисторы VT1, VT2 – аналогичные по параметрам и распиновке. Есть так много вариантов. Ну а тип реле К1 зависит от тока и напряжения на нагрузке. Все зависит от конкретных требований к коммутируемой нагрузке.

Читайте также:  Не работает видеокарта после чистки – интересный случай.

Электронная защита источников питания с регулируемым порогом тока срабатывания.

И напоследок совет. Проще всего запитать устройство от переделанного «зарядного устройства» на 5В для мобильного телефона (смартфона), если его нельзя запитать от свободной обмотки трансформатора. Практически всегда на TL431 есть стабилизатор для управления выходным напряжением, достаточно изменить номинал одного из резисторов делителя и вместо 5В будет 12В. Ток потребления защиты снижается до 27 мА в режиме ожидания, а если реле включено, до +170 мА максимум. В штатном режиме «зарядное устройство» может работать от сети 100 В переменного тока, поэтому его достаточно для работы с выходным напряжением 12 В.

# электронная защита # защита # сделай сам

Главный редактор , masterkin.ru
Иван Миров
Об авторе
Уже лет 20 работаю своими руками. Пробовал и сантехнику, монтаж конструкций, есть свое маленькое производство. Друзья постоянно спрашиваю как сделать разные вещи. Вот и делюсь я с вами своими идеями в интернете.
Оцените статью
masterkin.ru
Добавить комментарий