Kako napraviti elektronički osigurač vlastitim rukama. Texas Instruments Upravljanje napajanjem: Zaštita, nadzor, sklopni krug s podesivim elektroničkim osiguračem
Osigurači su jednokratni i zahtijevaju obaveznu zamjenu ako zakažu zbog strujnih udara. Svaki od njih je dizajniran za određenu struju, ali u nedostatku prikladnog elementa instaliran je onaj koji je najbliži vrijednosti. Takve radnje negativno utječu na rad opreme i smanjuju njezinu pouzdanost. Stoga moderni sklopovi koriste strujne limitatore, koji su elektronički osigurači. Ovi uređaji pružaju automatsku zaštitu i značajno povećavaju učinkovitost uređaja.
Učinkovitost graničnika struje
Osigurači se već dugo koriste u gotovo svim strujnim krugovima. Često su kvarili i zahtijevali ručnu zamjenu. U njihovom nedostatku, praksa je bila da se koriste domaće naprave u obliku raznih skakača, koje su bile vrlo nepouzdane i opasne u svakom pogledu.
Ovi najjednostavniji elementi zamijenjeni su elektroničkim osiguračima koji djeluju kao limitatori struje. Prema djelovanju dijele se u dvije glavne kategorije. Prva skupina obnavlja opskrbni krug nakon otklanjanja uzroka nesreće. Rad uređaja druge skupine događa se samo uz sudjelovanje stručnjaka. Osim toga, postoje pasivni zaštitni uređaji koji zvukom ili svjetlom signaliziraju pojavu opasne situacije.
U radio-elektroničkim uređajima, zaštita od strujnih preopterećenja provodi se pomoću otpornih ili poluvodičkih strujnih senzora spojenih u seriju u krugu. Ako napon padne ispod standardne razine, aktivira se zaštitni uređaj koji isključuje opremu iz napajanja. Ova metoda zaštite pretpostavlja mogućnost promjene veličine struje pri kojoj se aktivira zaštita.
Dobra i učinkovita zaštita osigurana je ograničenom količinom granične struje koja prolazi kroz opterećenje. Postavljena razina ne može se prekoračiti čak i ako postoji kratki spoj u krugu. Ograničenje maksimalne struje provodi se pomoću posebnih uređaja - generatora stabilne struje.
Dijagrami elektroničkih osigurača
Prikazani dijagrami prikazuju najjednostavnije automatske mjere zaštite od strujnih preopterećenja. Dizajn ovih uređaja temelji se na uređajima koji imaju početnu struju koja se ne može prekoračiti. Potrebna vrijednost struje postavlja se odabirom određenog tranzistora.
U dijagramu 1 koristi se element marke KP302A, koji označava maksimalnu vrijednost struje od 30-50 mA. Da bi se povećala ova vrijednost, potrebno je spojiti nekoliko tranzistora paralelno odjednom.
Krug 2 radi pomoću konvencionalnih bipolarnih tranzistora s minimalnim omjerom prijenosa struje od 80-100. Put ulaznog napona počinje u otporniku R1, zatim prolazi kroz tranzistor VT1, otvarajući ga. Način zasićenja tranzistora uzrokuje da većina napona teče na izlaz. Ako struja ne premaši vrijednost praga, u ovom slučaju tranzistor VT2 ostaje zatvoren i LED HL1 neće svijetliti. U krugu 2, otpornik R3 je senzor struje.
U slučaju pada napona, tranzistor VT1 će se zatvoriti, čime se ograničava protok struje kroz opterećenje. Element VT2, naprotiv, bit će otvoren, a LED će se uključiti u isto vrijeme. Ocjene elemenata navedenih u dijagramu 2 odgovaraju struji kratkog spoja s naponom od 0,7 volti, otporom od 3,6 ohma i strujom od 0,2 - 0,23 ampera.
U dijagramu 3, elektronički osigurač koristi tranzistor s efektom polja VT1 velike snage kao ključ. Zaštita radi pri struji koja ovisi o omjeru otpornih elemenata. Važnu ulogu igra vrijednost otpora strujnog senzora, koji je serijski spojen s tranzistorom s efektom polja. Nakon aktiviranja zaštite, opterećenje se ponovno uključuje pritiskom na tipku SA1.
Ograničivači struje - stabilizatori
Stabilizatori se smatraju jednim od najučinkovitijih limitatora struje. Na primjer, pomoću uređaja na dijagramu 1 moguće je dobiti stabilan napon na izlazu, podesiv od 0 do 17 volti.
Za zaštitu od kratkih spojeva i prekomjerne struje koriste se posebni elementi u obliku tiristora VS1 i senzora struje na otporniku R2. Kada se struja u opterećenju poveća, tiristor se uključuje uz istovremeno ranžiranje upravljačkog kruga VT1. Nakon toga vrijednost izlaznog napona postaje nula. Aktiviranje zaštite potvrđuje se paljenjem LED diode.
Nakon otklanjanja kvara, stabilizator se ponovno pokreće pritiskom na tipku SB1 i zatim otključavanjem tiristora. Postoje strujni limitatori opremljeni zaštitom i zvučnim indikatorima preopterećenja. Za upravljanje generatorom audio frekvencije koristi se poseban ključ na tranzistoru.
(autor Tonich od 6. kolovoza 2013.) nema zaštitu od preopterećenja i struje kratkog spoja. U dubinama Interneta pronađen je jednostavan zaštitni krug - elektronički osigurač. Ovaj uređaj je spojen između opterećenja i izvora napajanja.
Ovdje je električni dijagram EP-a.
Kontakti X1 i X2 povezuju uređaj s izvorom napajanja. Opterećenje je spojeno na kontakte X3, X4. Uređaj je elektronički ključ napravljen na tranzistorima VT1 ... VT3. Elektroničkim ključem upravlja strujni senzor sastavljen na otpornicima R1, R2 i potenciometru R4.
Kada struja opterećenja premaši onu postavljenu potenciometrom R4, pad napona na emiterskom spoju tranzistora VT3 dovodi do njegovog otvaranja i, kao rezultat, ranžiranja emiterskog spoja VT1. Pokazalo se da je napon na bazi VT1 u odnosu na njegov emiter tako mali da je VT1 zaključan i kroz njega ne teče struja. Kao rezultat toga, krug VT1-R5 je prekinut, a napon na bazi VT2 postaje ispod radnog praga, tranzistor VT2 je zatvoren, a opterećenje je isključeno. Nakon otklanjanja kratkog spoja. (ili preopterećenja) procesi, počevši od VT3, odvijaju se obrnutim redoslijedom.
Prag prekidača na tranzistoru VT3 postavlja se potenciometrom R4. Ovo određuje najveću dopuštenu struju pri kojoj će ED raditi.
Snažni otpornik R3 služi za ograničavanje struje kroz VT2. Kondenzator C1 potiskuje impulsni šum (mikroiskrenje) koji se javlja kada klizač klizi duž otpornog sloja potenciometra.
Tehnički podaci:
Radni napon - 5…30V.
Raspon podešavanja radne struje je 0,1…3,5A.
Komponente:
R3 - 0,5 Ohm, snažan 10 W, preostali otpornici su 0,25 W.
R1 - 470 Ohma.
R2, R6 - 1 kOhm.
R5-110 Ohma.
R4 - otpornik za podrezivanje - 4,7 kOhm.
VT1-VT3 tranzistori BC 547B (KT 3102A)
VT2-tranzistor KT 805AM, KT 808AM, KT 819GM, 2N3055 treba instalirati na radijator s površinom od najmanje 100 sq.cm pomoću toplinske paste.
Nakon montaže, spojio sam elektronički uređaj na izvor napajanja. Kao opterećenje koristio sam snažan žičani otpornik s otporom od 3 ohma. Postavite klizač potenciometra R4 na minimalni otpor i dovedite napon na ED od nule. Na voltmetru spojenom na izvor napajanja - 30 V, struja opterećenja i napon su nula. Postavite klizač R4 na najveći otpor. Pri struji od 3,8 A ED je radio. Budući da sam želio povećati struju odziva, odlučio sam smanjiti otpor otpornika R3 na 0,3 Ohma. Uspjeli smo dovesti radnu struju na 6 A. Nisam je više pokušavao postaviti, jer Tranzistor KT805AM dizajniran je za struju od 5A. Nakon što se ED aktivira, ponovno aktiviranje moguće je nakon 15 sekundi.
Elektronički osigurač također se može napraviti pomoću snažnog tranzistora s efektom polja, ali više o tome u sljedećem članku.
Tiskana ploča u programu Layout 6.0
Moderni sklopni tranzistori snage imaju vrlo niske otpore odvod-izvor kada su uključeni, što osigurava mali pad napona kada velike struje prolaze kroz ovu strukturu. Ova okolnost dopušta upotrebu takvih tranzistora u elektroničkim osiguračima.
Na primjer, tranzistor IRL2505 ima otpor drain-source, s naponom sors-gate od 10 V, samo 0,008 Ohma. Pri struji od 10A na kristalu takvog tranzistora oslobodit će se snaga P=I² R; P = 10 10 0,008 = 0,8 W. Ovo sugerira da se pri određenoj struji tranzistor može instalirati bez upotrebe radijatora. Iako uvijek pokušavam ugraditi barem male hladnjake. U mnogim slučajevima to vam omogućuje zaštitu tranzistora od toplinskog kvara u hitnim situacijama. Ovaj se tranzistor koristi u zaštitnom krugu opisanom u članku "". Ako je potrebno, možete koristiti površinski montirane radioelemente i napraviti uređaj u obliku malog modula. Dijagram uređaja prikazan je na slici 1. Izračunat je za struju do 4A.
Elektronski dijagram osigurača
U ovom krugu, tranzistor s efektom polja s p kanalom IRF4905 koristi se kao ključ, s otvorenim otporom od 0,02 Ohma, s naponom vrata = 10 V.
U načelu, ova vrijednost također ograničava minimalni napon napajanja ovog kruga. S odvodnom strujom od 10 A, generiraće snagu od 2 W, što će podrazumijevati potrebu za ugradnjom malog hladnjaka. Maksimalni napon vrata-izvora ovog tranzistora je 20 V, stoga, kako bi se spriječio kvar strukture vrata-izvora, u krug se uvodi zener dioda VD1, koja se može koristiti kao bilo koja zener dioda sa stabilizacijskim naponom od 12 volti. Ako je napon na ulazu kruga manji od 20 V, tada se zener dioda može ukloniti iz kruga. Ako instalirate zener diodu, možda ćete morati prilagoditi vrijednost otpornika R8. R8 = (Upit - Ust)/Ist; Gdje je Upit napon na ulazu kruga, Ust je stabilizacijski napon zener diode, Ist je struja zener diode. Na primjer, Upit = 35 V, Ust = 12 V, Ist = 0,005 A. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ohma.
Strujno-naponski pretvarač
Otpornik R2 koristi se kao strujni senzor u krugu, kako bi se smanjila snaga koju oslobađa ovaj otpornik; njegova vrijednost je odabrana na samo stoti dio Ohma. Kod korištenja SMD elemenata može se sastojati od 10 otpornika od 0,1 Ohm, veličine 1206, snage 0,25 W. Korištenje strujnog senzora s tako malim otporom zahtijevalo je korištenje pojačala signala iz ovog senzora. Kao pojačalo koristi se operacijsko pojačalo DA1.1 mikro kruga LM358N.
Dobitak ovog pojačala je jednak (R3 + R4)/R1 = 100. Dakle, s strujnim senzorom otpora od 0,01 Ohm, koeficijent pretvorbe ovog strujno-naponskog pretvarača jednak je jedinici, tj. Jedan amper struje opterećenja jednak je naponu od 1 V na izlazu 7 DA1.1. Možete podesiti Kus pomoću otpornika R3. S navedenim vrijednostima otpornika R5 i R6 maksimalna zaštitna struja može se postaviti unutar .... Sada računajmo. R5 + R6 = 1 + 10 = 11 kOhm. Nađimo struju koja teče kroz ovaj razdjelnik: I = U/R = 5A/11000Ohm = 0,00045A. Stoga će maksimalni napon koji se može postaviti na pinu 2 DA1 biti jednak U = I x R = 0,00045A x 10000 Ohm = 4,5 V. Prema tome, maksimalna struja zaštite bit će približno 4,5 A.
Komparator napona
Komparator napona je sastavljen na drugom op-ampu, koji je dio ovog MS-a. Invertirajući ulaz ovog komparatora napaja se referentnim naponom reguliranim otpornikom R6 iz stabilizatora DA2. Neinvertirajući ulaz 3 DA1.2 napaja se pojačanim naponom iz strujnog senzora. Opterećenje komparatora je serijski krug, LED optokaplera i otpornik za podešavanje prigušenja R7. Otpornik R7 postavlja struju koja prolazi kroz ovaj krug, oko 15 mA.
Rad strujnog kruga
Shema radi na sljedeći način. Na primjer, sa strujom opterećenja od 3 A, na senzoru struje će se osloboditi napon od 0,01 x 3 = 0,03 V. Izlaz pojačala DA1.1 imat će napon jednak 0,03 V x 100 = 3 V. Ako u ovom slučaju na ulazu 2 DA1.2 postoji referentni napon postavljen otpornikom R6, manji od tri volta, tada će se na izlazu komparatora 1 pojaviti napon blizak naponu napajanja operacijskog pojačala, tj. pet volti. Kao rezultat toga, LED optokaplera će zasvijetliti. Optocoupler tiristor će otvoriti i premostiti vrata tranzistora s efektom polja sa svojim izvorom. Tranzistor će se isključiti i isključiti opterećenje. Strujni krug možete vratiti u prvobitno stanje tipkom SB1 ili isključivanjem i ponovnim uključivanjem napajanja.
U članku se govori o krugu elektroničkog osigurača za struju velikog opterećenja, do 30 ampera. U članku je ispitan krug istosmjernog ampermetra koji se temelji na modulu s ACS712 čipom; u ovom članku ovaj će se modul koristiti kao senzor struje opterećenja za elektronički osigurač. Dijagram strujnog kruga elektroničkog osigurača prikazan je na slici 1.
Dijagram prikazuje modul dizajniran za struju opterećenja do pet ampera. Na AliExpressu također možete kupiti module za struju od 20 ampera i 30 ampera i koristiti ih u ovom krugu. Ali tada VT1 IRL2505 tranzistor treba zamijeniti s dva ista tranzistora. Iako se mogu koristiti i drugi MOSFET-ovi. Napon napajanja ovog kruga ograničen je samo maksimalnim naponom napajanja čipa stabilizatora snage LM7805 - 35 volti.
Rad strujnog kruga
Nakon primjene napona na ulazu kruga, na izlazu stabilizatora napona napajanja mikro kruga DA3 i modula senzora struje DA2 pojavljuje se napon od pet volti. Dijagram prikazuje mikro krug istoimenog modula, a ne sam modul. Modul ima tri izlaza, a kondenzator C2 nalazi se na njegovoj ploči. Napon se pojavljuje na izlazu 7 DA2 čipa (Module Output) od približno 2,5 V. Ovaj napon se dovodi na ulaz 2 komparatora, implementiranog na operacijskom pojačalu LM358N. Njegov invertirajući ulaz, pin 3 DA3 čipa, napaja se referentnim naponom iz rezistivnog podesivog razdjelnika R3 i R4. Pomoću otpornika R3 postavlja se trenutni prag kruga. Ovaj napon je postavljen viši od napona iz ACS712 izlaza. To znači da će pri ovoj razini napona na ulazima operacijskog pojačala na njegovom izlazu biti napon blizak naponu napajanja. Ovaj napon će se primijeniti na LED krug optokaplera U1. Pin 1 DA3 -> pin 1 U1 -> pin 2 U1 -> otpornik za gašenje R2 -> zajednička žica. LED dioda optokaplera će zasvijetliti, što će dovesti do pojave napona otvaranja tranzistora VT1 na njegovom izlazu u području od osam volti. Tranzistor VT1 će se otvoriti i kroz modul će ulazni napon kruga biti gotovo u potpunosti isporučen na njegov izlaz. Dioda VD1 će biti zatvorena s pozitivnim naponom na svojoj katodi iu ovom slučaju neće imati nikakvog utjecaja na rad kruga komparatora. Kao ova dioda može se koristiti bilo koja dioda male snage.
Moduli senzora struje implementirani na čipu ACS712 i dizajnirani za različite struje opterećenja od 5, 20 i trideset ampera imaju različite omjere pretvorbe struja-napon. Odgovarajući koeficijenti su 185 mV/A, 100 mV/A i 66 mV/A. Za senzor od pet ampera prikazan na dijagramu, izlazni napon u odnosu na 2,5 volta, pri struji od 5 A, povećat će se za 5 x 185 = 925 mV = 0,925 V. To jest, ukupni izlazni napon senzora bit će približno 2,5 + 0,925 = 3,425 V. Pišem: približno, jer različiti senzori imaju različite izlazne napone u nedostatku struje opterećenja i nisu točno jednaki 2,5 volti. I tako dalje, kada napon na izlazu senzora premaši postavljeni referentni napon na ulazu 3 mikro kruga DA3, komparator će raditi i napon na njegovom izlazu bit će gotovo nula. Katoda diode VD1 bit će spojena na zajedničku žicu preko unutarnjeg izlaznog tranzistora operacijskog pojačala i bit će spojena na zajedničku žicu i referentni napon na neinvertirajućem ulazu operacijskog pojačala. Pozitivna povratna sprega javlja se kroz otvorenu diodu. Dolazi do efekta "zasuna". Komparator može ostati u ovom položaju koliko god dugo želite. Nakon uklanjanja napona s LED-a optocouplera, napon otvaranja na vratima ključnog tranzistora VT1 također će nestati. Tranzistor će se isključiti i isključiti opterećenje. Da biste vratili funkcionalnost kruga, potrebno je ukloniti napon iz njega i zatim ga ponovno primijeniti.
Ključni MOSFET tranzistori IRL2505 imaju vrlo nizak otpor otvorenog kanala, jednak je 0,008 Ohma. Na temelju toga, sa strujom odvoda jednakom deset ampera, toplinska snaga će se osloboditi na kristalu tranzistora jednaka: P = I² R = 100 0,008 = 0,8 W. Ovo sugerira da tranzistor može raditi na određenoj struji bez dodatnog hladnjaka. Ali uvijek savjetujem instaliranje barem malog hladnjaka u obliku aluminijske ploče. To će zaštititi tranzistor od toplinskog kvara u hitnim slučajevima.
Glavni nedostatak osigurača kada se koriste za zaštitu elektroničkih krugova je njihova inertnost, tj. dugo vrijeme odziva, tijekom kojeg neki elementi kruga imaju vremena za kvar. Pomoću elektroničkih osigurača možete osigurati automatsku zaštitu uređaja i istovremeno povećati njegovu učinkovitost. Ovi uređaji mogu se podijeliti u dvije skupine:
Uz samoozdravljenje strujnog kruga nakon uklanjanja uzroka nesreće;
S ponovnim pokretanjem (poseban gumb, ponovno pokretanje itd.).
Postoje i pasivni zaštitni uređaji: u hitnom načinu rada samo signaliziraju prisutnost opasne situacije svjetlosnim ili zvučnim signalom, bez odvajanja opterećenja.Za zaštitu radio-elektroničkih uređaja od strujnih preopterećenja obično se koriste otporni ili poluvodički strujni senzori , serijski spojen na krug opterećenja. Čim pad napona na strujnom senzoru prijeđe unaprijed postavljenu razinu, aktivira se zaštitni uređaj koji odspaja opterećenje od izvora napajanja. Prednost ovog načina zaštite je u tome što se veličina struje rada zaštite može jednostavno mijenjati. Druga metoda zaštite opterećenja je ograničenje struje kroz njega. Čak i ako postoji kratki spoj u krugu opterećenja, struja neće moći prijeći navedenu razinu i oštetiti opterećenje. Za ograničenje maksimalne struje opterećenja koriste se generatori stabilne struje. Krug najjednostavnijeg limitatora struje prikazan je na sl. 1.
Zapravo, ovo je stabilizator struje na tranzistoru s efektom polja. Struja opterećenja pri korištenju takvog limitera ne može premašiti početnu struju odvoda tranzistora s efektom polja. Veličina ove struje može se postaviti odabirom vrste tranzistora. Za tranzistor KP302V prikazan na dijagramu, maksimalna struja kroz opterećenje neće prelaziti 30 ... 50 mA. Vrijednost ove struje može se povećati paralelnim spajanjem nekoliko tranzistora. Ograničivač struje opterećenja (slika 2) koristi bipolarne tranzistore s koeficijentom prijenosa struje od najmanje 80 ... 100.
Ulazni napon kroz otpornik R1 ide do baze tranzistora VT1 i otvara ga. Tranzistor radi u režimu zasićenja, tako da većina ulaznog napona ide na izlaz. Kada je struja manja od praga, tranzistor VT2 je zatvoren i LED HL1 ne svijetli. Otpornik R3 djeluje kao senzor struje. Čim pad napona preko njega prijeđe prag otvaranja VT2, otvorit će se, LED HL1 će se uključiti, a tranzistor VT1 će se, naprotiv, "zatvoriti" i struja kroz opterećenje će biti ograničena. Krug drugog limitatora struje prikazan je na sl.3.
U normalnom načinu rada, tranzistor VT2 je otvoren zbog protoka bazne struje kroz otpornik R1. Kako struja raste, napon između kolektora i emitera VT2 raste i, kada postane približno 0,6 V, tranzistor VT1 se otvara i zaobilazi krug baza-emiter VT2, uzrokujući njegovo zatvaranje. Ako dođe do kratkog spoja u opterećenju, tada struja kratkog spoja teče kroz krug: "+" izvora napajanja - kratko spojeno opterećenje Rn - otpornik R2 - spoj baza-emiter VT1 - izvor. Budući da je VT2 zatvoren, struja kratkog spoja ograničena je otpornikom R2. Nakon uklanjanja kratkog spoja, limiter se ne uključuje samostalno. Da biste to učinili, morate nakratko odspojiti i ponovno spojiti opterećenje (kratko spojite terminale baze i emitera VT1 jedan s drugim). U tom slučaju, VT1 će se zatvoriti, a VT2 će se otvoriti, a napon će se isporučiti na opterećenje. Na sl. Slika 3b prikazuje dijagram zaštite potrošača od prenapona u niskonaponskim krugovima.
Kada se ulazni napon poveća iznad nazivnog napona, zener dioda VD2 se probija, tranzistor VT1 se otvara, VT2 zatvara, a opterećenje je zaštićeno od prenapona. Kao uređaj za zaštitu napajanja, možete koristiti elektronički osigurač (slika 4), spojen između izvora i opterećenja.
Kada je struja opterećenja manja od podešene radne struje, tranzistor VT2 je otvoren i pad napona na njemu je minimalan. Kako struja opterećenja raste, pad napona na VT2 se povećava, pa se stoga napon koji se dovodi kroz R4 u bazu VT1 povećava, a VT1 se otvara. Proces se odvija poput lavine zbog prisutnosti pozitivne povratne veze kroz otpornik R4. Kao rezultat toga, VT1 zaobilazi VT2, potonji se zatvara i isključuje opterećenje. U isto vrijeme, VD1 LED svijetli, signalizirajući preopterećenje. Vrijednosti otpornika prikazane na dijagramu odgovaraju naponu od 9 V i radnoj struji od 1 A. Ako je potrebno promijeniti parametre osigurača, potrebno je ponovno izračunati otpore R3 i R4. Elektronički osigurač (slika 5) sastoji se od snažnog sklopnog elementa na tranzistorima VT3-VT4, otpornika za mjerenje struje R2, tranzistorskog analoga dinistora VT1-VT2 i skretnog tranzistora VT5.
Kada je napajanje uključeno, struja koja teče kroz otpornik R1 i emiterski spoj VT4 otvara kompozitni tranzistor VT4-VT3. Preostali tranzistori ostaju zatvoreni. Opterećenje se napaja nazivnim naponom. Kada dođe do preopterećenja, pad napona na R2 postaje dovoljan za otvaranje analognog dinistora. Nakon njega, tranzistor VT5 se otvara i zaobilazi emiterski spoj VT4. Kao rezultat toga, tranzistori VT3 i VT4 se zatvaraju, odspajajući opterećenje od izvora napajanja. Struja opterećenja naglo se smanjuje, ali analogni dinistor ostaje otvoren. Osigurač može ostati u ovom stanju neograničeno dugo. Kroz opterećenje teče zaostala struja određena otporom R1, tj. desetke puta manje od nominalnog. Pad napona na zatvorenom tranzistoru VT3 uključuje LED "Alarm" HL1. Da biste nastavili s radom uređaja u nominalnom načinu rada nakon uklanjanja preopterećenja, morate nakratko isključiti izvor napajanja ili odspojiti opterećenje. Osigurač je sastavljen na tiskanoj pločici čiji je crtež prikazan na sl. 6.
Uz nazivne vrijednosti komponenti navedene na dijagramu, osigurač ima sljedeće karakteristike:
Nazivni napon napajanja - 12V;
Nazivna struja opterećenja - 1 A;
Radna struja - 1,2 A;
Preostali napon opterećenja - 1,2 V;
Pad napona na osiguraču je 0,75 V.
Elektronički osigurač (slika 7) sadrži snažan tranzistor VT2, koji je spojen na negativnu strujnu žicu, dva stabilizatora struje na tranzistorima s efektom polja (podesivi na VT1 i neregulirani na VT3) i element praga - tiristor VS1.
Upravljački napon na tiristor dovodi se kroz otpornik R2 iz strujnog senzora, koji igra otpornik R1 vrlo malog otpora (0,1 Ohm). Ova vrsta tiristora uključuje se kada je napon na upravljačkoj elektrodi (u odnosu na katodu) 0,5 ... 0,6 V. U početnom stanju kroz tranzistor VT3 teče struja od približno 8 ... 15 mA, koja ostaje stabilna kada se mijenja izlazni napon napajanja. Ova struja teče kroz LED HL2, koja signalizira rad uređaja, u osnovni krug tranzistora VT2. Budući da je statički koeficijent prijenosa struje VT2 nekoliko tisuća, otvara se i može proći struju od nekoliko ampera u opterećenje. U tom slučaju pad napona na tranzistoru ne prelazi 1 V. Struja opterećenja stvara pad napona na otporniku R1, što je napon otvaranja tiristora. Osim toga, struja koja teče kroz tranzistor VT1 (koja se može mijenjati pomoću promjenjivog otpornika R3) stvara pad napona na otporniku R2, koji također služi kao pad napona za VS1. Kada zbroj tih napona dosegne određenu vrijednost, tiristor se otvara. UTZ struja teče kroz tiristor i LED HL1. Napon na LED HL2 se smanjuje, gasi se, a tranzistor VT2 se zatvara, a opterećenje se isključuje iz napajanja. Gorući HL1 signalizira nesreću. Struja opterećenja pri kojoj će osigurač iskočiti može se namjestiti promjenjivim otpornikom R3 u rasponu od nekoliko desetaka miliampera do 5 A. Nakon otklanjanja kvara u opterećenju, osigurač se resetira tipkom SB1, koja pri zatvaranju kontakata , de-energizira tiristor, zatvara se, a VT2 se otvara , a struja teče u opterećenje.Uređaj može koristiti konstantne otpornike - MLT, S2-33, promjenjive otpornike - SPO, SP, SP4. Otpornik R1 izrađen je od komada žice visokog otpora. LED diode - sve one male snage (AL307, AL341). HL1 je bolje uzeti crveno, HL2 - zeleno. Tranzistori s efektom polja - KP303 ili slično s početnom strujom odvoda od 10 ... 15 mA i najvećim dopuštenim naponom ne manjim od izlaznog napona napajanja. Tranzistor VT2-KT829, KT827. Kada je struja opterećenja veća od 1 A, tranzistor se mora ugraditi na radijator. Tiristor -2U107. Postavljanje uređaja svodi se na postavljanje maksimalne radne struje odabirom otpora R1 s VT1 isključenim iz napajanja pozitivnog odvoda. Minimalna radna struja odabire se spajanjem otpornika R3 različite vrijednosti. U tom slučaju moguće je spojiti konstantni otpornik u seriju ili paralelno. Ako, kada osigurač iskoči, zaostala struja i dalje teče kroz tranzistor VT2 (tranzistor se ne zatvara), preporuča se koristiti HL2 LED s višim radnim naponom ili spojiti diode KD102B, KD103B, KD105B, KD522B u seriju s to. Ako napajanje ima stabilizator napona, osigurač treba spojiti ispred njega, a ne na izlazu jedinice. Stabilizator napona s ugrađenom zaštitom (slika 8) omogućuje vam da dobijete izlazni napon koji je podesivo od 0 do 17 V.
Za zaštitu stabilizatora od prekomjerne struje u opterećenju koristi se tiristor VS1 s senzorom struje na otporniku R2. Kako se struja opterećenja povećava, tiristor se uključuje i zaobilazi upravljački krug tranzistora VT1, zbog čega izlazni napon pada na nulu. LED HL1 pokazuje da je zaštita aktivirana. Za ponovno pokretanje stabilizatora nakon uklanjanja uzroka preopterećenja, pritisnite tipku SB1 i isključite tiristor. Zaštitna struja, ovisno o R otpora R2, može se postaviti od 20 mA do 1...2 A. Na primjer, s R2 = 36 Ohma, radna struja je 30 mA, s R2 = 4 Ohma - 0,5 A. Kao tranzistor VT1 možete koristiti KT815, KT801, KT807 itd., VT2 - P702, KT802...KT805 (s radijatorom). Elektronički osigurač i ujedno stabilizator napona prikazan je na sl. 9.
Stabilizator napona je sastavljen na tranzistorima VT1 i VT2 prema tradicionalnom krugu, međutim, paralelno s zener diodom VD1, kaskada releja je povezana na tranzistore VT3 ... VT5 sa strujnim senzorom na otporniku Rx. Kada se struja opterećenja poveća, ova kaskada se pokreće i šuntuje zener diodu. Napon na izlazu stabilizatora pada na beznačajnu vrijednost. Za otključavanje zaštitnog kruga samo kratko pritisnite tipku SB1. Da biste povećali koeficijent stabilizacije, umjesto Zener diode VD1, možete uključiti integrirani stabilizator napona (tri terminala). Elektronički osigurači mogu se izraditi pomoću snažnog tranzistora s efektom polja kao ključa (slika 10).
Radna struja zaštite određena je omjerom otpornih elemenata i ovisi, prije svega, o vrijednosti otpora strujnog senzora Rs, spojenog u seriju s tranzistorom s efektom polja VT1. Dijagram sklopa uređaja koji se temelji na tranzistoru s efektom polja IRL serije prikazan je na slici 11.
Osigurač je spojen između izvora napajanja (prekidača) i opterećenja. Radi na naponima od 5 do 20 V i strujama opterećenja do 40 A. Tranzistor s efektom polja VT1 istovremeno funkcionira kao elektronička sklopka i strujni senzor. Komparator napona izgrađen je na čipu DA1, a izvor referentnog napona (2,5 V) ugrađen je na čipu DA2. Za pokretanje uređaja koristite tipku SB1, kada se nakratko zatvori, napon napajanja kroz diodu VD2 i otpornik R4 dovodi se do vrata tranzistora, otvara se i povezuje opterećenje s izvorom napajanja. Izlazni napon operacijskog pojačala ovisi o omjeru napona na njegovim ulazima. Ako je struja opterećenja manja od struje okidanja osigurača, napon na neinvertirajućem ulazu je veći nego na invertirajućem ulazu, stoga je na izlazu operacijskog pojačala napon manji od napona napajanja za oko 1,5 V , Tranzistor VT1 ostaje otvoren, na neinvertirajućem ulazu op-amp postoji stabilan napon iz rezistivnog razdjelnika R2-R1. Glavni parametri korištenog tranzistora su: otpor kanala - 0,027 Ohma, maksimalna struja odvoda - 41 A, maksimalni napon odvod-izvor - 55 V i maksimalna disipacija snage - 110 W. Otpor kanala otvorenog tranzistora ovisi o naponu na njegovim stezaljkama i temperaturi kućišta. Kada je napon napajanja veći od 5 ... 6 V, mijenja se unutar 20 ... 30%, što je sasvim prihvatljivo za takve uređaje. S povećanjem potrošnje struje, pad napona na tranzistoru VT1 se povećava. Kada premaši napon na otporniku R1, napon na izlazu op-amp će se smanjiti, tranzistor će se početi zatvarati, a napon na njemu će se povećati, što će dovesti do daljnjeg smanjenja napona na op-ampu izlaz i tranzistor će se zatvoriti. Posljedično, kada struja opterećenja dosegne određenu vrijednost, uređaj naglo zatvara tranzistor i isključuje opterećenje. LED HL1 označava da je uređaj isključen. Struja koju troši osigurač u ovom stanju (bez uzimanja u obzir struje kroz LED) jednaka je nekoliko miliampera. Da biste uključili opterećenje, morate ponovno kratko pritisnuti tipku SB1. Radna struja osigurača postavlja se podrezivanjem otpornika R1. Ako je napon napajanja stabilan, mikro krug DA2 i otpornik R3 mogu se eliminirati zamjenom potonjeg žičanim premosnikom. Za stabilno odspajanje opterećenja pri niskoj radnoj struji (manje od 1 ... 1,5 A), otpornost senzor struje treba povećati uključivanjem otpornika s otporom od oko 0,1 Ohm u odvodni krug tranzistora VT1 (u otvorenom krugu u točki A). Uređaj može koristiti bilo koje operativno pojačalo (DA1) koje radi na nultom naponu na oba ulaza u uvjetima jednog napajanja. Posebno su prikladni domaći analozi mikro kruga LM358 - KR1040UD1A, K1464UD1R u paketu DIP-8 i K1464UD1T u paketu SO-8. DA2 - bilo koji čip iz serije TL431. Otpornik trimera - SPZ-19a, SPZ-28 ili slični uvozni. Stalni otpornici - MLT, S2-33, R1-4, R1-12. Kondenzator C1 - K10-17V. Gumb SB1 - bilo koji mali sa samopovratkom. Kada se koriste dijelovi za površinsku montažu: DA1 - LM358AM, DA2 - TL431CD (Sl. 12a), otpornici P1-12, itd., Uređaj se postavlja na tiskanu ploču izrađenu od jednostrane folije od fiberglasa dimenzija 20x25 mm ( Slika 12.b).
Podešavanje uređaja svodi se na podešavanje radne struje pomoću podesnog otpornika R1 (slika 11). Interval promjene ove struje može se namjestiti odabirom otpora R2.U napajanjima koja mogu kratkotrajno izdržati strujno preopterećenje (izlazni kratki spoj) koriste se pasivni zaštitni uređaji. U nuždi o tome obavještavaju svjetlosnim ili zvučnim alarmom, a da sami ne isključuju opterećenje.Slika 13 prikazuje dijagram LED indikatora (VD2).
Kada je stabilizator preopterećen, pad napona na njemu naglo se povećava. Kada se postigne probojni napon zener diode VD1, ona se otvara i LED VD2 svijetli. Stabilizacijski napon VD1 mora biti manji od minimalnog ulaznog napona stabilizatora i veći od maksimalnog pada napona na stabilizatoru u načinu rada. Otpornik R1 ograničava struju kroz LED na maksimalnu dopuštenu razinu. Krug alarma preopterećenja na minijaturnoj žarulji sa žarnom niti prikazan je na sl. 14.
Ako struja opterećenja ne prelazi maksimalno dopuštenu, pad napona na stabilizatoru je mali, pa je tranzistor VT1 zatvoren i lampica HL1 ne svijetli. Kako se opterećenje povećava, pad napona na njemu se povećava, tranzistor se otvara i lampica se pali, signalizirajući preopterećenje. Žarulja HL1 odabire se u skladu s dopuštenom strujom zener diode VD1 i tranzistora VT1. Zvučni alarm za prekomjernu potrošnju struje prikazan je na sl. 15.
Diodni ispravljač VD1...VD4 napaja transformator, čiji je sekundarni namot dizajniran za napon i struju potrebne za rad stabilizatora napona. Signalni uređaj je generator audio frekvencije HA1 na koji je spojen akustični emiter (dinamička glava) BA1. Rad generatora kontrolira se ključem na tranzistoru VT1. Kada stabilizator radi, struja opterećenja prolazi kroz senzor struje R1, stvarajući pad napona na njemu. Dok je struja mala (s otporom R1 naznačenim na dijagramu - manjim od 0,3 A), tranzistor VT1 je zatvoren. Kako struja raste, napon na otporniku raste. Kada dosegne 0,7 V, VT1 se otvara i ispravljeni napon se dovodi na alarmni uređaj. Zaštitni krugovi elektroničke opreme izmjenične struje obično su složeniji i rjeđi. To je zbog činjenice da je pouzdanost rada poluvodičkih uređaja na povećanim naponima mrežne razine manja, budući da slučajni skok mrežnog napona, na primjer, tijekom prijelaznih procesa, može lako probiti prijelaz čak i poluvodički uređaj najvišeg napona. Poluvodički osigurač (slika 16) može zaštititi spojeni elektronički krug (Rn) od prekomjerne struje.
Osigurač se također može koristiti u istosmjernim strujnim krugovima, kao i za zaštitu izlaznih stupnjeva tranzistorskih pojačala. Da bi se smanjila zaostala struja u isključenom stanju, u krugu se koristi posistor R3. Kada je struja opterećenja manja od dopuštene, tranzistor VT1 je zaključan, a VT2 je otvoren i u stanju zasićenja. Pad napona na tranzistoru VT2 je mali, a gotovo sav mrežni napon pada na Rn. Struja kroz opterećenje nije ograničena. Kada je preopterećen, napon na VT2 se značajno povećava, što uzrokuje otvaranje tranzistora VT1 i povećanje struje kolektora. U tom slučaju se tranzistor VT2 zatvara, a struja kroz osigurač se smanjuje. Na pozistor R3 dovodi se znatno viši napon, što uzrokuje njegovo zagrijavanje. Otpor pozistora naglo se povećava, VT2 se još više zatvara, a rezidualna struja kroz osigurač značajno se smanjuje.Kondenzator C2 smanjuje osjetljivost uređaja na kratkotrajna impulsna preopterećenja. Diode VD5 i VD6 štite tranzistor VT2 od velikih strujnih impulsa kada uređaj radi na izmjeničnoj struji. Krug stabilizatora-ograničivača izmjenične struje prikazan je na sl. 17.
Struja opterećenja može se glatko podešavati potenciometrom R2 u rasponu od nekoliko miliampera do 8 A. Maksimalna struja opterećenja, ako je potrebno, može se značajno povećati ugradnjom tranzistora VT1 na radijator, opremanjem ventilatorom i povećanjem broja polja -efektni tranzistori spojeni paralelno. Ograničivač struje mrežnog opterećenja prikazan je na sl. 18.
Njegove karakteristike snage određene su samo vrstom korištenog tranzistora s efektom polja. Osnova kruga je izvor struje na VT2, VT3, R3 i R4. Otpornik R3 osigurava otvaranje tranzistora s efektom polja VT3, R4 je podešavanje struje. Kada pad napona preko njega prijeđe 0,55 V, tranzistor VT2 se otvara i zaobilazi vrata tranzistora s efektom polja, prisiljavajući ga da se zatvori. Korištenje tranzistora s efektom polja kao elementa za kontrolu snage omogućilo je povećanje otpora otpornika R3 na 1 MOhm. To je smanjilo upravljačku struju (ne više od 0,4 mA) i, sukladno tome, gubitak snage na otporniku R3 (ne više od 0,16 W). Strujni stabilizator na tranzistoru s efektom polja ima značajan nedostatak: povećani pad napona na otvorenom tranzistoru. To je uzrokovano visokim naponom praga tranzistora s efektom polja. Obično se nalazi unutar 2...4 V. Ovom naponu dodaje se pad preko otpornika za podešavanje struje - 0,5 V. Kao rezultat toga, pri strujama ispod granične razine, približno 6 V pada u krugu ograničenja. konstantna struja od 1 A, na tranzistoru Snaga se oslobađa do 6 W, što zahtijeva upotrebu radijatora. Ako se otpor opterećenja znatno smanji, struja kroz njega bit će ograničena na određenu sigurnu razinu, a napon će biti znatno manji od napona napajanja. Kao rezultat toga, pad napona na tranzistoru VT3 će se povećati, kao i snaga koja se oslobađa na njemu. U ograničenju (s kratkim spojem u opterećenju) to će biti više od 300 W, što je neprihvatljivo. Stoga je u krug dodan čvor na elementima VT1, VD1, R1, R2, C1, pretvarajući izvor struje u osigurač. Njegova razina odziva određena je razdjelnikom R1-R2 i stabilizacijskim naponom zener diode VD1 (približno 25 V). Zener dioda osigurava način prebacivanja ključa za tranzistor VT3, a kondenzator C1 osigurava vremensku odgodu odziva, čineći krug neosjetljivim na smetnje i strujne udare kada je napajanje uključeno ili smetnje od napajanog uređaja. Vrijeme odziva osigurača ovisi o kapacitetu kondenzatora. Sve dok napon u krugu ne prelazi 25 V, radi kao izvor struje. Tada se tranzistor VT1 otvara i zaobilazi vrata tranzistora s efektom polja. Kao rezultat toga, zatvara se i opterećenje se isključuje. Struja opterećenja ograničena je otpornicima R1, R3 i strujom curenja VT3 iu najgorem slučaju ne prelazi 1 mA. Krug može ostati u ovom stanju koliko god dugo želite. Sam krug rasipa snagu ne veću od 0,4 W. Uređaj prikazan na slici 19 dizajniran je za brzo isključivanje potrošača energije iz mreže ako struja u krugu premaši dopuštenu vrijednost.
U usporedbi s osiguračima i elektromehaničkim osiguračima, elektronički osigurači imaju znatno veću brzinu rada. Osim toga, ovaj se uređaj može jednostavno i točno konfigurirati za rad pri bilo kojoj struji u rasponu od 0,1...10 A. Zaštitni uređaj se napaja izravno iz mreže pomoću strujnog kruga bez transformatora pomoću elemenata R7...R9, SZ, C4, VD3.. .VD5. Preklapanje opterećenja vrši se elektroničkim prekidačem - triakom VS1. Da bi se otvorio, kratki impulsi se šalju na upravljačku elektrodu kroz transformator T2. Ove impulse generira autooscilator na jednospojnom tranzistoru VT1. Za otvaranje triaka potrebna je struja kroz kontrolnu elektrodu do 100 mA. Ova struja se daje u pulsnom načinu rada. Kondenzator C2 se puni iz izvora struje preko otpornika R2. Čim napon na njemu dosegne prag otvaranja tranzistora VT1, kondenzator C2 se prazni kroz krug emiter-baza prijelaz 1 VT1 - namot 1 T2. Ovaj se proces ponavlja s frekvencijom određenom vrijednostima R2 i C2 (približno 1,5... 2 kHz). Budući da je brzina ponavljanja impulsa autooscilatora mnogo veća od mrežne (50 Hz), triac se otvara gotovo na početku svakog poluciklusa mrežnog napona. Senzor struje u krugu opterećenja je strujni transformator T1. Kada teče struja opterećenja R n također prolazi kroz primarni namot T1. U sekundarnom namotu (3-4) oslobađa se povećani napon, proporcionalan struji opterećenja. Ovaj napon se ispravlja diodnim mostom VD1 i dovodi preko otpornika R5 na upravljačku elektrodu tiristora VS2. Ako taj napon dosegne radni prag VS2, otvara i kratko spaja C2 preko diode VD2, tako da autooscilator prestaje raditi. Kada nestanu impulsi koji pokreću VS1, opterećenje se isključuje. U isto vrijeme svijetli indikator HL1. Osjetljivost odziva kruga može se glatko podesiti pomoću otpornika R3. Kondenzator C1 sprječava aktiviranje zaštite tijekom kratkotrajnih smetnji u mreži.Krug može dugo ostati u isključenom stanju, a da biste ga vratili u prvobitno stanje, morate pritisnuti tipku SB1. A pomoću tipke SB2, ako je potrebno, opterećenje se može isključiti ručno. Strujni transformator T1 je domaći. Za namatanje je prikladno koristiti okvir i magnetski krug iz bilo kojeg transformatora koji se koristi u starim domaćim telefonima. Prikladna je magnetska jezgra od željeza ili ferita M2000NM standardne veličine W5x5. Namot 3-4 izrađen je od PEL žice Ø 0,08 mm i sadrži 3000...3400 zavoja. Zadnji namot je namotan 1-2 s PEL-2 žicom Ø 0,82...1,0 mm - 30...46 zavoja. Pulsni transformator T2. izrađen unutar oklopljene magnetske jezgre veličine B14 od ferita s magnetskom permeabilnošću M2000HM. U središtu jezgre potrebno je osigurati razmak od 0,1 ... 0,2 mm, što će spriječiti njegovu magnetizaciju tijekom rada. Namotaj 1 sadrži 80 zavoja, 2 - 40 zavoja PELSHO žice Ø 0,1...0,12 mm. Krug koristi kondenzatore C1 i SZ tipa K50-35 za 25 V, C2 i C4 - K73-17 za radni napon od najmanje 63 V odnosno 400 V, otpornik za podešavanje R3 je tipa SPZ-19a, preostali otpornici su bilo koje vrste. Tipke SB1, SB2 i LED HL1 prikladne su za sve minijaturne. Postavljanje kruga počinje provjerom rada autooscilatora na tranzistoru VT1. Da biste to učinili, prikladno je napajati napajanje ne iz mreže, već koristiti vanjski izvor istosmjernog napona od 15 ... 20 V, spajajući ga na točke a i b. Kada autogenerator radi, na kondenzatoru C2 treba postojati napon, čiji je oblik prikazan na sl. 20.
Ako nema takvih impulsa, možda će biti potrebno odabrati otpor R2. Treba detektirati rad tiristora VS2 pri pritisku tipke SB2. Ako HL1 LED ne svijetli nakon što se gumb otpusti, smanjite otpor R4 da povećate struju potrebnu da VS2 ostane otvoren. Možete provjeriti rad uređaja u cjelini spajanjem svjetiljke i voltmetra s brojčanikom na utičnice XS1. Prije svega, morate biti sigurni da se triac VS1 potpuno otvara (mjerenjem napona na žarulji). Ako to nije slučaj, trebate zamijeniti stezaljke bilo kojeg namota transformatora T2. Krug elektroničkog osigurača može se pojednostaviti uklanjanjem strujnog transformatora T1 i zamjenom njegovog namota 1-2 s otpornikom s otporom od 0,2 ... 0,3 Ohma i diodom. Otpor ovog otpornika je prilagođen potrebnoj zaštitnoj struji. Ali u ovom slučaju, zaštitni krug će raditi na jednom poluvalu mrežnog napona, što će smanjiti njegovu učinkovitost kada je opterećenje isključeno. Pri korištenju kruga treba uzeti u obzir da neki potrošači, npr. svjetiljke, sklopni izvori napajanja, elektromotori itd., proizvode udarnu struju u trenutku uključivanja. U tom slučaju mora se povećati prag za aktiviranje zaštite ili, što je puno bolje, moraju se poduzeti mjere za smanjenje tog bacanja.
Radiomir broj 3,4,5 2012
