Устройство токовой защиты источника питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Описанный в этой статье узел токовой защиты разработан для источника питания, описание которого можно найти в [1], работающего совместно с измерителем выходного напряжения и тока нагрузки [2]. Узел отличается от других подобных устройств тем, что, кроме выполнения функций защиты, позволяет устанавливать и контролировать порог срабатывания по измерителю тока нагрузки блока питания, не нагружая его.

В большинстве устройств токовой защиты порог срабатывания изменяют переменным резистором с отградуированной шкалой либо переключателем с набором резисторов. В первом случае сложно установить требуемый порог точно, во втором - число его возможных значений ограничено числом положений переключателя. Кроме того, его контакты должны выдерживать максимальный ток нагрузки, а такие переключатели довольно дороги.

Представленное в этой статье защитное устройство позволяет устанавливать порог срабатывания защиты во всем интервале работы измерителя тока нагрузки с точностью, обеспечиваемой этим измерителем без всяких градуировок и подборки резисторов.

Защитное устройство работает в двух режимах - ограничения тока нагрузки и выключения выходного напряжения при превышении порога (триггерный режим). Его схема представлена на рис. 1. Оно построено на ОУ DA1, включенном по схеме неинвертирующего усилителя.

Рис. 1. Схема защитного устройства (нажмите для увеличения)

На инвертирующий вход ОУ поступает образцовое напряжение с резистивного делителя R4-R6. В качестве входного сигнала устройства защиты использовано напряжение с выхода усилителя узла измерения тока [2]. Пока нагрузки нет, на выходе этого усилителя, а следовательно, и на неинвертирующем входе ОУ DA1 напряжение нулевое. Поскольку напряжение на его инвертирующем входе выше нуля, на выходе этого ОУ напряжение ниже нуля, транзистор VT1 закрыт, а светодиод HL1 выключен.

С появлением тока нагрузки напряжение на неинвертирующем входе ОУ растет. Как только оно превысит образцовое, напряжение на выходе ОУ станет выше нуля и откроет транзистор VT1. Последний, открываясь, шунтирует выход параллельного стабилизатора напряжения DA1 (рис. 5 в [2]). Выходное напряжение источника питания, а с ним и ток нагрузки уменьшаются до тех пор, пока напряжение на неинвертирующем входе ОУ DA1 не сравняется с образцовым. Ток нагрузки будет ограничен на установившемся уровне. Светодиод HL1 сигнализирует о переходе в режим ограничения тока.

Чтобы перейти в триггерный режим, нужно замкнуть контакты кнопочного выключателя SB2. В этом случае при превышении током нагрузки установленного значения откроется транзистор VT2 и на инвертирующий вход ОУ DA1 поступит напряжение - 8 В. На выходе ОУ будет установлено напряжение около +6 В, транзистор VT1 полностью откроется, выходное напряжение источника станет близким к нулю. Светодиод в этом режиме сигнализирует о срабатывании защиты. Чтобы вернуть источник в рабочий режим, достаточно на короткое время перевести защиту в режим ограничения тока. При указанных на схеме номиналах резисторов R4-R6 порог ее срабатывания можно регулировать от 20 мА до 2 А. Чтобы изменить этот интервал, подбирают упомянутые резисторы.

Цепь R11C7 служит для предотвращения самовозбуждения ОУ. Хотя полностью устранить его, скорее всего, не удастся, цепь R11C7 значительно уменьшает амплитуду высокочастотного переменного напряжения на выходе ОУ. Чтобы генерация не влияла на работу остальных узлов, сигнал с выхода ОУ подан на базу транзистора VT1 через фильтр R2C1. Резистор R1 в цепи эмиттера VT1 создает местную отрицательную обратную связь по току.

Устранить самовозбуждение поможет и шунтирование участка коллектор-эмиттер транзистора VT1 (рис. 5 в [1]) конденсатором емкостью 4,7 мкФ на напряжение 63 В. О том, что самовозбуждения нет, косвенно свидетельствует отсутствие акустического шума источника. А самовозбуждение сопровождают характерные звуки, хорошо воспринимаемые на слух. В любом случае следует проконтролировать осциллографом размах пульсаций выходного напряжения в режиме ограничения тока и, подбирая корректирующие цепи, минимизировать его. Возможно, потребуется стабилизировать напряжения питания ОУ.

Следует отметить, что применение цепи R11C7 и резистора R1 требуется далеко не всегда. В одном из экземпляров устройства защиты их вообще не пришлось устанавливать, хотя амплитуда пульсаций частотой более 200 кГц на выходе ОУ DA1 достигала 100 мВ. Критерием служит амплитуда пульсаций на выходе источника. Если при его работе в режиме ограничения тока она не превышает 10...15 мВ, работу узла защиты можно считать удовлетворительной, поскольку такой режим в большинстве случаев считается аварийным.

Цепь R11C7 и резистор R1 можно не устанавливать и в том случае, если работа источника в режиме ограничения тока не предполагается, а требуется только триггерный режим. В этом случае коллектор транзистора VT2 следует соединить с выводом 2 DA1 напрямую, а выключатель SB2 заменить переключателем, включив его в разрыв провода, соединяющего резистор R9 с выводом 3 DA1 по схеме, изображенной на рис. 2. При выключенной триггерной защите выходной ток источника [1] будет ограничен на уровне около 2,5 А.

Рис. 2. Схеме соединения резистора R9 с выводом 3 DA1

Поскольку при токе нагрузки, равном пороговому, напряжения на входах ОУ равны, чтобы определить порог срабатывания защиты, достаточно измерить напряжение на движке переменного резистора R5 относительно минусового провода нагрузки. Чтобы сделать это, в измерителе [2] следует разорвать цепь между выходом ОУ DA1 и резистором R10 и вывести провода на контакты переключателя SB1. Измерять ток защиты можно в любом режиме работы.

Питают устройство защиты от преобразователя напряжения, встроенного в измеритель [2]. Его мощности для этого достаточно. Конечно, лучший вариант - использовать вместо преобразователя дополнительные вторичные обмотки трансформатора питания с соответствующими выпрямителями и стабилизаторами.

Блок питания, построенный из узлов, описанных в [1] и [2], с предлагаемым устройством защиты не лишен недостатков. Во-первых, при его включении в сеть на выходе возникает импульс напряжения, амплитуда которого не превышает установленного выходного напряжения. Это следствие питания узла защиты от преобразователя напряжения. Он запускается позже источника питания, поэтому переходные процессы в узле защиты происходят с задержкой. В момент запуска преобразователя на выходе ОУ DA1 кратковременно появляется напряжение +6 В и транзистор VT1 открывается, что и вызывает появление импульса.

Другой недостаток обусловлен той же причиной, что и первый, но проявляется при включенном режиме триггерной защиты. При подаче питания появляется импульс напряжения, амплитуда которого не превышает установленного выходного напряжения, а затем источник выключается. Если питать узел защиты и измеритель от дополнительных обмоток сетевого трансформатора, эти эффекты проявляются в меньшей степени.

Чтобы устранить влияние этих недостатков, можно просто не включать триггерный режим и не подключать нагрузку, пока выходное напряжение блока не установится. Но полностью избавиться от них поможет цепь, схема которой показана на рис. 3. В момент включения блока в сеть конденсатор С9 разряжен, через диод VD1 на неинвертирующий вход ОУ DA1 поступает отрицательное напряжение, поэтому импульс на его выходе не появляется. По мере зарядки конденсатора напряжение на нем плавно нарастает. Когда оно станет больше, чем на входе ОУ, диод VD1 будет закрыт, а конденсатор С9 через резистор R12 зарядится до суммарного напряжения на выходах преобразователя (16 В) и перестанет влиять на дальнейшую работу устройства. Диод VD2 служит для ускорения разрядки конденсатора С9 при выключении питания. Постоянную времени цепи С9R12 следует подобрать минимальной, при которой триггерная защита не срабатывает в момент включения источника в сеть.

Рис. 3. Схема цепи

Печатная плата для узла защиты не разрабатывалась. При оснащении блока питания [1] этим узлом следует вместо переменного резистора R11' (рис. 3 в [1]) установить постоянный номиналом 3,6 кОм, а резистор R11'' исключить.

В блоке защиты применены резисторы МЛТ и импортные оксидные конденсаторы. Переменный резистор - СП3-40. Транзисторы КТ3102Е можно заменить на SS9014, а вместо ОУ КР140УД708 применить импортные аналоги или другие отечественные ОУ, например КР1408УД1А. Следует отдавать предпочтение ОУ с низкой скоростью нарастания выходного напряжения.

Литература

1. Герасимов Е. Лабораторный блок питания из БП матричного принтера. - Радио, 2016, №7, c. 24-26.
2. Герасимов Е. Измеритель напряжения и тока. - Радио, 2016, № 5 c. 29-31.

Автор: Е. Герасимов

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Видеокарта AMD Radeon Pro W6600X 14.03.2022 Компания AMD представила новый графический ускоритель Radeon Pro W6600X. Новинка предназначается эксклюзивно для компьютеров Apple, а именно для производительных рабочих станций Mac Pro. Видеокарта построена на архитектуре RDNA 2. В составе ее графического чипа используются 32 вычислительных блока с 2048 потоковыми процессорами. Новая видеокарта получила 8 Гбайт памяти GDDR6 с поддержкой интерфейса 128 бит и пропускной способностью 256 Гбайт/с. Кроме того, ускоритель оснащен 32 Мбайт выделенной кеш-памяти Infinity Cache. Производительность AMD Radeon Pro W6600X в операциях одинарной точности (FP32) составляет до 9,8 Тфлопс, а половинной точности (FP16) - 19,6 Тфлопс. В оснащение AMD Radeon Pro W6600X входят два разъема HDMI с поддержкой вывода изображения формата 4K при 60 кадрах в секунду, а также два разъемами DisplayPort с поддержкой Thunderbolt 3. Таким образом новинка позволяет подключить до четырех экранов с разрешением 4K, одного с разрешением 5K или двух дисплеев Apple Pro Display XDR.

Другие интересные новости:

▪ Передача солнечной энергии с орбиты на Землю

▪ Перенос данных с компьютера в геном живых бактерий

▪ Квантовый секундомер

▪ Intel отказался от памяти Direct Rambus DRAM (DR DRAM)

▪ Прочный и пластичный прорезиненный бетон

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Мобильная связь. Подборка статей

▪ статья Госпитальная педиатрия. Конспект лекций

▪ статья Что такое брюшной тиф? Подробный ответ

▪ статья Магнитное поле Земли. Советы туристу

▪ статья Водопроводная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Тон-регистр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025