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:

Зеленый чай и метаболическое здоровье 23.01.2026

Зеленый чай на протяжении многих лет остается объектом пристального внимания ученых, поскольку его регулярно связывают с профилактикой различных хронических заболеваний. Этот напиток давно вышел за рамки повседневной традиции и стал предметом серьезных биомедицинских исследований. Недавняя научная работа показала, что полезные свойства зеленого чая могут быть гораздо шире, чем считалось ранее, особенно в контексте обмена веществ и здоровья кишечника. В рамках исследования ученые наблюдали за 40 добровольцами, среди которых 21 человек имел диагностированный метаболический синдром, а 19 участников были здоровыми взрослыми. В течение 28 дней одной группе испытуемых давали экстракт зеленого чая, тогда как другая группа получала плацебо. Такой подход позволил сравнить влияние активных компонентов напитка на разные показатели здоровья. Результаты показали, что у участников, принимавших экстракт зеленого чая, уровень глюкозы в крови оказался ниже, чем у тех, кто получал плацебо. Этот эф ...>>

Наушники Sony LinkBuds Clip 23.01.2026

Sony представила новую модель беспроводных наушников - LinkBuds Clip. Они заметно отличаются от классических устройств. Это открытые наушники с клипсой, которые не вставляются в ушной канал и не охватывают ухо. Вместо этого они фиксируются на ухе, как кафф или ювелирное украшение, позволяя слушать музыку, не отсекая окружающие звуки. Это открытые наушники с клипсовым креплением, которые не вставляются в ушной канал и не охватывают ухо целиком. Они фиксируются на внешней части уха, напоминая кафф или декоративный аксессуар, и позволяют слушать музыку, не перекрывая естественные звуки окружающей среды. В основе модели лежит концепция open-ear, благодаря которой пользователь одновременно слышит воспроизводимый контент и то, что происходит вокруг - шум транспорта, объявления или речь собеседников. По утверждению Sony, такая "всегда открытая" конструкция особенно удобна для повседневного длительного использования, поскольку отпадает необходимость каждый раз ставить воспроизведение на ...>>

Луна поглощает воздух нашей планеты 22.01.2026

Взаимодействие Земли и Луны оказывается не только гравитационным. Новые исследования показывают, что наш естественный спутник постепенно "поглощает" крошечные фрагменты атмосферы Земли, используя для этого солнечный ветер и магнитное поле нашей планеты. Этот процесс исследователи называют космическим каннибализмом. Еще во времена миссий "Аполлон" в 1970-х годах ученые обнаружили в лунном реголите необычные следы воды, углекислого газа, гелия и азота. Стало ясно, что часть этих веществ, включая ионы азота, попала на Луну из верхних слоев земной атмосферы. Долгое время считалось, что подобная передача могла происходить только до того, как Земля сформировала свое магнитное поле. Магнитосфера, как считалось, должна была защищать планету и блокировать утечку атмосферных частиц в космос. Новое моделирование показало, что это представление неверно. Ученые объединили данные лунных образцов с компьютерными моделями и выяснили, что поток ионов усиливается, когда Луна проходит через так ...>>

Случайная новость из Архива Орбиту Земли почистят спутники-дворники 28.02.2012 Швейцарские ученые из Политехнической школы Лозанны (EPFL) объявили о планах создания спутников, которые будут очищать околоземное пространство от тысяч брошенных частей спутников и ракет-носителей. Согласно данным EPFL, на околоземных орбитах находится около 16 тыс. частиц мусора более 10 сантиметров в диаметре и сотни миллионов мелких частиц, летящих со скоростью несколько километров в секунду. Каждый год спутник площадью 10 кв. метров имеет один из 10 тыс. шансов столкнуться с куском космического мусора размером более одного сантиметра. Швейцарцы рассматривают два варианта спутников-уборщиков. Первый спутник должен захватывать частицы мусора, а затем тащить их в верхние слои атмосферы, где мусор вместе с уборщиком сгорают. Второй вариант спутника сбрасывает мусор в атмосферу, но при этом не жертвует собой, а остается на орбите. Первый вариант выглядит проще и дешевле в реализации, поэтому швейцарские ученые планируют испытать прототип уборщика-камикадзе под названием CleanSpace One на одном из двух отработавших свое наноспутниках Swisscube или TIsat. CleanSpace One имеет небольшие размеры 30х10х10 см и оснащен манипулятором-захватом, способным надежно удерживать небольшие объекты во время схода с орбиты. В разработке спутника-уборщика самой сложной задачей будет создание надежной системы автоматического сближения и захвата мусора. Если учесть высокие скорости движения спутников, а также возможное хаотическое вращение орбитального мусора, то это представляется очень сложной задачей. Постройка и запуск CleanSpace One обойдутся почти в 11 млн долл. и запланированы на 2015-2016 год. Возможно, в дальнейшем небольшие спутники-уборщики станут стандартной дополнительной нагрузкой при запуске коммерческих космических аппаратов, что должно снизить стоимость очистки орбиты.

Другие интересные новости:

▪ IP-камера D-Link DCS-935L

▪ Нет слов - нет и памяти

▪ Видеокамера для низкорослых

▪ В магнитном поле Юпитера нет Северного полюса

▪ ОС Android M удвоит автономную работу смартфонов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радио - начинающим. Подборка статей

▪ статья За деревьями не видеть леса. Крылатое выражение

▪ статья Когда появился первый ледокол? Подробный ответ

▪ статья Прессовщик эмали. Должностная инструкция

▪ статья Простой металлоискатель с контуром на 4,6 кГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Химическая чистка окислением. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026