Защита от превышения напряжения: Защита от скачков напряжения и обрыва нуля

Защита от скачков напряжения и обрыва нуля

Добрый день. У меня в старой квартире /загородном доме недавно на ГРЩ произошел обрыв «ноля»/ был скачок напряжения. Вся техника в квартире сгорела. Слава богу, у соседей тоже.

Данный диалог с различными вариациями  в офисе нашей компании раздается достаточно часто. Для того, чтобы Вы не произнесли его в один прекрасный день, предлагаем ознакомиться с некоторыми типовыми устройствами защиты от скачков напряжения, которые можно использовать для защиты перепадов напряжения

1. Ограничители перенапряженией –узип – предназначены для защиты оборудования от импульсных скачков перенапряжений, которые могут возникнуть например вследствие близкого удара молний в линию электропередач или близкой работы устройств с большой индуктивностью.. 

В основном применяются  в загородном жилье. 

Принцип работы: Во время импульса перенапряжения УЗИП  увеличивают свое сопротивление и замыкают на землю распространяющийся по системе разряд.

 

Более подробно читаем про ограничители перенапряжений. В основном устанавливаются в электрощиты учета

2. Реле напряжения –используют для защиты оборудования от скачков напряжения в сети или «обрыва нуля»

Применяется как в городском, так и загородном жилье..

Принципе работы- реле разрывает цепь, при отклонениях напряжения в сети больше заданных значений. После восстановления напряжения в сети, устройство автоматически замыкает цепь. . 

Наиболее известные устройства на российском рынке. Устанавливаются при монтаже квартирных щитков

Реле РН 113 

 

Максимальный ток -32А

Регулировки напряжения Umin 170-230  Umax 240-290

Наличие дисплея, отображающего текущее напряжение в сети.

Устанавливается в распределительных квартирных щитах в однофазных сетях. В случае, если в квартиру или в дом запутывается с помощью трехфазной сети, то обычно обеспечивают защиту каждой фазы

Купить реле РН 113

 Реле 101М

 

Номинальный ток 16А,

  Регулировки напряжения Umin 160-220  Umax 230-280

Устанавливается путем включения в розетку электросети, защищаемое оборудование включается непосредственно в РН 101М.

Наличие ЖК экрана, с индикацией текущего напряжения в сети

Купить реле РН 101М

Наша компания является дилером компании Новатек Электро, поэтому своим клиентам мы преимущество рекомендует использовать именно реле РН 113.

Реле УЗМ 51  

Защита нагрузки от импульсных скачков сетевого напряжения

Макс. ток шунтирования импульсов варистором – 8000 А 

Обеспечивает подавление импульсов с энергией до 200 Дж

Защита нагрузки от повышенного напряжения (более 270 В, для УЗМ-51 242-286 В)

Защита нагрузки от пониженного напряжения (менее 170 В, для УЗМ-51 154-198 В)

Фиксированная задержка срабатывания – 0,2с при превышении напряжения

Номинальный ток 63А.

Купить реле УЗМ 51

Реле напряжения РН-106 Новатек Электро (аналог УЗМ51)

Защита отходящих линий от повышенного/пониженного напряжения (в диапазоне 160-280В) и обрыва нейтрали

Номинальный ток – 63А

Мощность подключаемых электроприборов – до 14 квт

Купить реле РН-106

3.  Переключатель фаз ПЭФ 3

используется для повышения бесперебойности питания однофазных нагрузок от трехфазной сети. 

При изменении напряжения в питающей “фазе” реле переключит питание на другую фазу, в которой напряжение соответвуется зданным значениям.

Купить переключатель фаз  ПЭФ 301.

 

Защита от повышенного напряжения в сети

Величина отклонения величины напряжения в бытовой сети регламентируется ГОСТ 32144-2013. В нем указывается, что повышение или понижение напряжения не должно превышать 10% от номинальной величины. Не соблюдение требований ГОСТ приводит к выходу из строя бытовой техники. Бытовые электроприборы рассчитаны на работу в том диапазоне напряжений питания, которые и упоминаются в ГОСТ. Превышение величиной напряжения порога в 242В заставляет электроприборы работать в критическом режиме, в них происходят перегревы, выходы из строя электронных компонентов, пробои изоляции. Следствие этого – поломка прибора и даже пожар.

Пожар — последствие повышенного напряжения

Признаки повышенного напряжения в сети

1. Часто выходят из строя лампы.
2. Лампы накаливания и галогенные лампы светят ярче обычного.
3. Интенсивность освещения периодически изменяется.
4. Необычное поведение бытовой техники при работе.
5. Неожиданные перезагрузки компьютера или его выключение.
6. Сбои в работе бытовой электроники.

При выходе величины напряжения за допустимые пределы бытовые электроприборы нужно немедленно выключить. Если ситуация регулярно повторяется – обратиться в сбытовую компанию.

Причины повышения напряжения в сети

1. Перекос фаз. Сети переменного тока выполняются трехфазными. Напряжение между каждой фазой и нулем – 220 В. При проектировании электропроводки дома или дачного поселка потребители (квартиры или частные дома) распределяются по фазам поровну. Но это не значит, что нагрузка разделится одинаково по фазам. Разность в потреблении приводит к перераспределению величин напряжений по фазам: где потребляется меньше – там больше напряжение. Чаще всего этот фактор проявляется в сельской местности.
2. Обрыв нуля питающей электросети. Это аварийный режим работы сети, который должен немедленно ликвидироваться. В результате аварии с обрывом нуля напряжения перераспределяются еще сильнее, чем при перекосе фаз. Если в первом случае при отсутствии или при минимальной нагрузке одной фазы напряжение на ней повышено, то во втором –приблизится к 380 В! В результате за несколько секунд погибнет вся бытовая техника, которой не посчастливилось работать в момент аварии. Затем начинаются судебные тяжбы с сетевой организацией на предмет возмещения ущерба, ведь ее задача — ревизия контактов и контроль за их состоянием. Сгладить последствия обрыва нуля в сети помогает контур повторного заземления, но чем дальше подстанция от потребителя с контуром – тем менее он эффективен. В черте города же выполнение личного контура заземления невозможно.
3. Удары молний вблизи от потребителей вызывают кратковременное повышение напряжения в их электропроводке. В современных сетях проектом обязательно предусматривается защита от перенапряжений, но старые сети ее лишены и поэтому – уязвимы.
4. Ошибки при монтаже или ремонте. Неопытные или невнимательные электрики могут при работах в щитке либо подключить потребителю две фазы (380В), либо забыть подключить на место нулевой провод (случай с обрывом нуля). Поэтому при возникновении сомнений в уровне квалификации электрика – не доверяйте ему работу.

Способы защиты от повышенного напряжения

• 1. Установка реле контроля напряжения. При повышении напряжения в сети оно отключит электроприборы и спасет их. Когда напряжение нормализуется, реле включит их обратно. Среди реле контроля напряжения выделяются две группы: для подключения в розетку и для установки в распределительный щиток. В первом случае защищается один потребитель, во втором – вся электрика в доме.

Реле напряжения

• 2. Сетевой фильтр помогает защитить подключенное к нему оборудование: компьютер, телевизор, роутер – от незначительных перенапряжений в сети. Он сглаживает только импульсные воздействия и не изменяет величину напряжения. Помните: не все, что носит название «сетевой фильтр» на самом деле им является, иногда под таким названием продаются обычные удлинители с блоком розеток. В них нет начинки, выполняющей роль защиты от помех, перенапряжений и перегрузок. Приобретайте только сетевые фильтры известных фирм.

Сетевой фильтр

• 3. Стабилизатор защищает технику без ее отключения от сети. При изменении входного напряжения в рабочем диапазоне он выдает на выходе 220 В. Но при превышении входным напряжением порогового значения, он выключается. Этим дополнительно обеспечивается защита от обрыва нуля. Стабилизатор не защищает от импульсных перенапряжений.

Стабилизатор напряжения

• 4. Источник бесперебойного питания (ИБП) выполняет все функции стабилизатора и сетевого фильтра, но при отключении напряжения или повышении его величины выше допустимой переходит на питание нагрузки от аккумулятора.

Источник бесперебойного питания

• 5. УЗИП — устройство защиты от импульсных перенапряжений. Защищает электрооборудование от перенапряжений, вызванных близкими ударами молний.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений

Оцените качество статьи:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения

Аварийные «экстратоки» и «экстранапряжения» не идут на пользу ни одному электронному устройству. Необходимо вводить защитные цепи с автоматическим ограничением, снижением, отключением питания или, в крайнем случае, с визуальной/звуковой индикацией аварийного состояния.

Простейшим элементом защиты служит плавкий предохранитель. При его выборе надо ориентироваться на стандартные номинальные токи срабатывания:

• SМD-предохранители – 62; 125; 250; 375; 500; 750 мА, 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 3.5; 4.0; 5.0 А;

• обычные «стеклянные» предохранители — 50; 60; 80; 100; 160; 200; 250; 315; 500; 630; 800 мА, 1.0; 1.25; 1.6; 2.0; 3.15; 3.5; 4.0 А.

Время срабатывания предохранителя зависит от величины протекающего тока. Судя по Табл. 6.9, ориентироваться на номинальный ток ПЛАВ нельзя, необходимо его многократное превышение, например, 4/ПЛАВ. На практике считается, что плавкая вставка с надписью «1А» гарантированно «сгорает» при токе 2.5 А.

Радиолюбители за неимением времени иногда изготавливают кустарные проволочные предохранители, называемые в обиходе «жучками». Если используется медный провод, то можно взять данные из Табл. 6.10. Разумеется, «жучки» после проведения эксперимента надо заменить нормальными предохранителями.

Следует отличать плавкие предохранители (fuse) от предохранительных резисторов (fusible resistor). Последние по конструкции напоминают обычные резисторы, но при перегорании не оставляют вокруг себя чёрного пятна металлизированной сажи, которая может закоротить другие цепи на печатной плате.

Ещё один важный элемент защиты — это варисторы (Табл. 6.11). В отличие от предохранителей, они устанавливаются не последовательно, а параллельно, т.е. защита осуществляется по напряжению, а не по току.

Если напряжение меньше порогового, то сопротивление варистора большое, и он практически не оказывают влияние на защищаемую цепь. Если порог достигнут, то сопротивление варистора быстро снижается. Это позволяет эффективно защищать аппаратуру от кратковременных импульсных помех.

На Рис. 6.20, а…к показаны схемы защиты питания от всплесков напряжения и коротких замыканий.

Рис. 6.20. Схемы защиты питания от всплесков напряжения и коротких замыканий (начало):

а) защита от повышенного входного напряжения с порогом, определяемым стабилитроном VD1. Оптореле VU1 имеет нормально замкнутые контакты с током нагрузки не более 250 мА;

б) электронное отключение питания при пробое мощного регулирующего транзистора, находящегося внутри стабилизатора напряжения А1. Быстродействие определяется параметрами оптотиристора VU1. Излучатель HL1 красным цветом индицирует аварийное состояние. Резистор R3 устанавливает напряжение перехода транзистора VT1 в закрытое состояние;

в) «параллельная» защита цепи +5 В. При всплесках напряжения открывается тиристор VS1 и перегорает плавкая вставка FU1 (или самовосстанавливающийся предохранитель). Конденсатор C1устраняет ложные срабатывания тиристора. Мощный проволочный резистор R3защищает тиристор VS1 от «экстратоков». Пороговое напряжение стабилитрона VDI имеет разброс 3.1…3.5 В, поэтому его точное значение устанавливается подстройкой резистора R1.

г) аналогично Рис. 6.20, в, но с заменой тиристорного ключа мощным параллельным стабилизатором напряжения на элементах VDI, VTI, R1…R3 и дополнительной защитой по входу при помощи варистора RV1. Порог срабатывания устанавливается резистором R1 на уровне примерно на 0.2…0.4 В выше, чем напряжение питания +3…+5 В;

Рис. 6.20. Схемы защиты питания от всплесков напряжения и коротких замыканий (окончание):

д) HL1 — это индикатор снижения напряжения питания с +5 до +4 В, что может свидетельствовать о предаварийном состоянии. Точный порог устанавливается резистором R3. Схема служит только для индикации неполадок. Устранение аварии производится оператором вручную;

е) защита от помех и перенапряжений в бортовой сети автомобиля (элементы R1, C1). Мигающий светодиод HL1 служит индикатором неверной полярности подачи питания;

ж) красный цвет светодиода HL1 индицирует обрыв предохранителя FU1, зелёный — нормальную работу. При оранжевом или жёлтом цвете следует выбрать другой тип диода VD1

з) защита от превышения тока в «минусовом» проводе. Резистором R3 добиваются триггер-ного режима работы. Резистором R1 устанавливают ток защиты в пределах 10…600 мА. Для ориентира, если R2= 10 Ом, то ток срабатывания равен 85… 111 мА;

и) варисторная защита устройств, подключённых к телефонной линии. При большой амплитуде или случайной подаче сетевого напряжения 220 В перегорает плавкая вставка FU1;

к) стабилитрон VD2 защищает от всплесков входного напряжения. Ток ограничивается резистором R1, короткие импульсные помехи сглаживаются конденсатором C1.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.

Защита от повышенного напряжения в сети

Тут архив со схемами и печатными платами.

Бытовая техника, как правило, имеет внутренний источник питания, который в случае перегрузки выходит из строя. Постоянно контролировать сетевое напряжение невозможно, так как перегрузка при работающей радиоаппаратуре может произойти в любой момент времени.
Предлагаемые ниже устройства позволяют предотвратить повреждение электроприборов и радиоаппаратуры от повышенного или пониженного напряжения.

 

Данное устройство в качестве коммутатора использует симистор, порог открывания которого устанавливается с помощью резистора R4 на уровне 260V (действующее значение).

Конденсатор С1 устраняет срабатывание схемы от кратковременных помех (выбросов).

Устанавливать светодиод HL1 не обязательно, но при его наличии  удобно настраивать устройство (когда управление симистором отключено).

Ток потребления в ждущем режиме не более 3 мА.

 
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА.

Схема контролирует состояние сети и в случае несоответствия сетевого напряжения (170…260В) отключает нагрузку.

При нажатии на кнопку ВКЛ (SB1), реле К1 срабатывает с задержкой примерно в 1 секунду и контактами К1.2 блокирует кнопку. Время задержки включения реле зависит от номинала емкости С2 и резистора R7. Выключение реле К1 может производиться кнопкой ОТКЛ (SB2) или от схемы автоматики, когда на выходе появится импульс или лог. “1” (при выходе напряжения за допуск).

Реле К1 с рабочим напряжением 24В.

Если у трансформатора Т1 имеется свободная обмотка на напряжение 6…12 В, то она может быть подключена к цепям 5 и 6 (вместо R1,R3 установить перемычки, а R4 и R10 исключить из схемы).

Схема контроля напряжения состоит из транзисторов, работающих в режиме микротоков. В нормальном состоянии резисторами R12 и R15 устанавливаем на коллекторах VT2 и VT3 лог.

“0” и лог. “1” соответственно.

В этом случае транзисторы VT4 и VT5 заперты и на резисторе R19 нет напряжения (при его появлении сработает VS1).

Меняя напряжение, устанавливаем порог срабатывания схемы: резистором R12 при напряжении ниже 170В, а R15 — при превышении 260В.

 

Устройство аварийной защиты от превышения сетевого напряжения.

Устройство отличается малым потребляемым током в дежурном режиме — около 2 мА.

В исходном состоянии реле К1 выключено и на конденсаторе С1 накапливается энергия за счет его заряда от сети через резистор R2. Стабилитрон VD1 ограничивает величину напряжения на конденсаторе С1 уровнем 33V.

Как только напряжение в сети превысит на резисторе R5 порог открывания стабилитрона VD3 — открываются транзистор VT1 и тиристор VS1. За счет накопленной на конденсаторе С1 энергии срабатывает реле К1.

Группа контактов К1.1 подключает резистор R1 параллельно с R2. Проходящий через него ток удерживает реле во включенном состоянии после срабатывания, когда конденсатор разрядится через обмотку.

Конденсатор С2 предотвращает срабатывание защиты от кратковременных помех в сети.

Индикатором срабатывания защиты является светодиод HL1.

Диод VD8 предохраняет светодиод от воздействия высокого обратного напряжения.  Вернуть схему в исходное состояние можно, нажав на кнопку “сброс” (SB1).

Детали:

R1 типа ПЭВ на 25 Вт, а остальные — постоянные резисторы типа МЛТ соответствующей мощности.

Подстроечный R5 типа СП5-16А-1 Вт.

Диоды VD1, VD2, VD5…VD7 подойдут любые выпрямительные на ток 0,5А и обратное напряжение не менее 400 В. Транзистор VT1 КТ3102 можно заменить на КТ315 или КТ312.

Стабилитрон VD3 любой из серии прецизионных с напряжением стабилизации 6,6…9,1 В, VD4 на КС533А.

Светодиод HL1 из серии КИПД или АЛ310А. Светодиод можно заменить неонкой. Тиристор VS1 из серий Т112 или Т122, например Т122-20-6 (последняя цифра в обозначении указывает класс допустимого обратного напряжения и в данной схеме значения не имеет).

Реле К1 может быть типа ТКЕ54ПОД или из серии РНЕ44. Такие реле допускают коммутацию напряжения 220В и позволяют пропускать через свои контакты ток более 10А.

Уровень повышенного сетевого напряжения, при котором срабатывает защита, устанавливается резистором R5.

Номинал резистора R6 подбирается для получения нужной яркости свечения светодиода HL1.

 

Реле контроля напряжения «РН»  предназначено для контроля  питающей сети и автоматического отключения участка цепи (нагрузки) при превышении или понижении напряжения питания выше или ниже установленного предела с целью защиты электрооборудования.

Имеет нижний (175 ±5В) и верхний (245 ±5В) пороги включения, ток нагрузки до 40А.

Схема  рис.1

Обозначения элементов на плате:  “L” — клемма “фаза”, “N” — клемма “нейтраль”.

Элементы C1, R1, D1-D4 и С2 образуют источник постоянного напряжения величиной около 30В, который питает реле К1. Элементы R5, DW1 и С4 образуют источник постоянного напряжения величиной 12В, для питания микросхемы LM324N, содержащей 4 операционных усилителя, которые используются как компараторы. Элементы R6-R9, DW2 используются для формирования опорных напряжений для компараторов (с анода стабилитрона DW2 снимается напряжение около 6,2 В). Опорное напряжение Uoп2, определяющее величину верхнего опорного, поступает на инвертирующий вход компаратора верхнего порога DA2, опорное напряжение Uoп1, определяющее величину нижнего порога, поступает на неинвертирующий вход компаратора нижнего порога DA3. Сетевое напряжение отслеживается посредством цепочки R2;D5;R3;R4;C3.

Постоянное напряжение с плюсового вывода СЗ (величина которого находится в соответствии с напряжением питающей сети) поступает на инвертирующий вход компаратора нижнего порога и неинвертирующий  вход компаратора верхнего порога.

Если напряжение питающей сети ниже нижнего порога, то напряжение на инвертирующем входе компаратора DA3 меньше опорного напряжения Uoп1, соответственно, на его выходе имеем условную лог. “1” (напряжение, несколько меньшее напряжения питания компараторов). Транзистор Т2 открыт, напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA1 близко к нулю, поэтому на его выходе имеем условный лог.”0″ (напряжение, близкое к нулю). Транзистор Т1 закрыт, реле обесточено, нагрузка отключена.

Теперь предположим, что входное сетевое напряжение находится в пределах нормы, т.е. выше нижнего порога и ниже верхнего. При этом напряжение на инвертирующем входе компаратора DA3 превышает опорное напряжение Uоп1, поэтому на его выходе будет условный лог.”0″. В то же время напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA2 меньше опорного напряжения Uon2, поэтому но его выходе также будет условный лог.”0″. Транзистор Т2 закрыт, напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA1 больше опорного напряжения Uоп2, поэтому условная лог.”1″ на его выходе открывает транзистор Т1, реле К1 через контакты К1.1 подключает нагрузку. Если входное сетевое напряжение станет больше верхнего порога, то напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA2 превысит опорное напряжение Uon2, условная лог. “1” но его выходе откроет транзистор Т2, условный лог.”0″ на выходе компаратора DA1 закроет транзистор T1, реле выключится, нагрузка будет отключена. Индикацию роботы обеспечивает двухцветный светодиод LED. В нормальном режиме, когда нагрузка подключена, лог.”1″ с выхода DA1 зажигает нижний (по схеме) светодиод зеленого цвета свечения. Если нагрузке отключена, питающее напряжение через реле К1 зажигает верхний (по схеме) светодиод красного цвета свечения.

Задержку перед первым и повторным включением (после того, как сетевое напряжение вошло в норму) обеспечивают элементы R14 и С6.

С указанными номиналами обеспечивается задержка около 1,5 мин. Элементы R12, R11, C5 подавляют помехи и импульсы с частотой питающей сети, которые могут иметь место при колебании входного напряжения вблизи верхнего или нижнего порогов.

Резистор R10 обеспечивает гистерезис компаратора DA3.

В процессе эксплуатации было замечено, что при кратковременном пропадании напряжения (<1c), якорь реле успевает отпуститься, а коммутирующий транзистор еще не закрылся и при восстановлении сетевого напряжения конденсатор в БП не может накопить необходимый заряд для повторного включения реле т. к. шунтирован подключенной катушкой силового реле.

Так все и остается, горит светодиод все ОК, а силовое реле не включено.

Проблема исправлена заменой резистора R11 с 100кОм на 2,4кОм, С3 на 10 мкФ и С1 на 470мф. Теперь транзистору Т2 достаточно тока, чтоб успеть разрядить конденсатор С6.  Схема перейдет в аварийный режим, светодиод загорится красным цветом.

 

Защита от превышения напряжения сети

Устройство весьма экономично, поскольку для управления полевыми транзисторами IRF840, требуется очень небольшая статическая мощность.

Если вероятно появление напряжения до 380В (амплитудное —540В), следует применить полевые транзисторы с большим допустимым напряжением сток—исток.

Узел управления содержит RS-триггер на DD1 – К561ТМ2 и ключ на VT1.

Питают узел управления от выпрямителя на диоде VD3 и параметрического стабилизатора напряжения, собранного на стабилитроне VD6 и гасящем резисторе R6, с фильтрующим конденсатором С2. Диоды VD4, VD5 и резистор R8 защищают выход микросхемы от импульсных сетевых помех.

   Выпрямленное напряжение через резистор R3 поступает на подстроечный резистор R1, а с его движка на последовательно включенные стабилитроны VD1, VD2 и подстроечный резистор R2. Если сетевое напряжение соответствует норме или немного меньше, стабилитроны VD1, VD2 закрыты и напряжение на резисторе R2 равно нулю. Транзистор VT1 закрыт, поэтому конденсатор С1 заряжается через резистор R7, когда напряжение на конденсаторе и, соответственно, на входе S микросхемы DD1 1 достигнет высокого уровня, на выходе триггера также появится высокий уровень. Транзисторы VT2 и VT3 открываются, и сетевое напряжение поступает на нагрузку.

Если сетевое напряжение увеличится, стабилитроны VD1. VD2 начнут открываться. На резисторе R2 появятся импульсы напряжения которые через резистор R4 поступают на вход R триггера, а с движка резистора R2 — на базу транзистора VT1 Транзистор открывается, и конденсатор С1 разряжается, поэтому на входе S триггера присутствует низкий уровень.

При дальнейшем повышении сетевого напряжения амплитуда импульсов на резисторе R2 увеличится. Когда она достигнет высокого логического уровня на входе R, триггер переключится — на его выходе появится низкий уровень. Коммутирующие полевые транзисторы закроются, и нагрузка отключится.

Если теперь сетевое напряжение начнет уменьшаться, амплитуда импульсов на резисторе R2 также будет снижаться и станет меньше высокого логического уровня, но состояние триггера не изменится. При дальнейшем снижении сетевого напряжения амплитуда импульсов уменьшится настолько, что транзистор VT1 открываться не будет и конденсатор С1 вновь начнет заряжаться на входе S триггера DD1.1 и, соответственно, на его выходе появится высокий уровень, полевые транзисторы откроются, и на нагрузку поступит сетевое напряжение.

Стабилитроны KC551A(VD1; VD2) можно заменить одним КС591А; КС600А или тремя включенными последовательно КС527А, 2С530А, 2С536А, диод КД105Б (VD3) — КД105В, КД105Г диоды КД521А (VD4\ VD5) — КД503А. КД510А, КД522Б.

Если ток нагрузки превышает 2А полевые транзисторы необходимо установить на теплоотводы.

Налаживание:

Движок подстроенного резистора R2 устанавливают в верхнее, а резистора R1 — в левое по схеме положение и подают на устройство напряжение, соответствующее порогу отключения, (250В) Медленно перемещая движок резистора R1, добиваются отключения нагрузки.

Затем на входе устройства устанавливают напряжение подключения нагрузки, (230В) и, перемещая движок резистора R2, добиваются ее включения.

Чтобы увеличить гистерезис (разность значений напряжения отключения и подключения), общее напряжение стабилизации последовательно включенных стабилитронов VD1, VD2 следует уменьшить.

 

Схема представленная ниже, отключит нагрузку, когда напряжение превысит 242В или станет ниже 170В.

В исходном состоянии контакты реле находятся в положении указанном на схеме.

Подключение нагрузки к сети происходит при нажатии на кнопку SB1 «Пуск». Сетевое напряжение через гасящий конденсатор С1 и резистор R10 поступает на выпрямитель на диодах VD9, VD10, и заряжает конденсатор С3. Напряжение на конденсаторе стабилизировано стабилитроном VD11. От этого выпрямителя питается маломощное реле К2, которое управляет работой мощного реле К1.

Через диод VD2 сетевое напряжение поступает на узел включения реле К2.

Если напряжение в сети будет более 170В стабилитрон VD7 откроется, что позволит зарядиться конденсатору С2 до напряжения достаточного для открывания транзистора VT1, который включит реле К2. Параллельно катушке реле К2 включен диод VD8 для защиты транзистора от ЭДС самоиндукции, при выключении реле К2.

Это реле своим контактом К2.1 включит мощное реле К1, а оно своими контактами К1.1…К1.4 подаст сетевое напряжение в нагрузку.

При этом загорается светодиод HL2, сигнализирующий о нормальной работе устройства.  Светодиод HL1 погаснет, устройство вошло в рабочий режим.

Защита от понижения напряжения

Если напряжение сети станет меньше, чем 170В, стабилитрон VD7 закроется, и зарядка конденсатора С2 прекратится. Это приведет к тому, что конденсатор С2 разрядится через резистор R8 и переход база – эмиттер транзистора VT1. Транзистор закроется и промежуточное реле К2 отключится и контактом К2.1 выключит мощное реле К1 – нагрузка обесточена.

Защита от повышенного напряжения

Узел защиты от превышения напряжения собран на тиристоре VS1. Сетевое напряжение, а точнее его положительная полуволна, через диод VD2 поступает на соединенные последовательно стабилитроны VD3… VD6, а через них на резисторы R2 и R3. При повышении сетевого напряжения свыше 242В стабилитроны откроются и на резисторе R3, создастся падение напряжения, величина которого будет достаточна для открытия тиристора VS1.

Открытый тиристор через резистор R5 «посадит» напряжение на конденсаторе С3 реле К2 выключится, а вместе с ним отключится реле К1, и нагрузка будет отключена.

Повторное включение нагрузки можно осуществить лишь нажатием кнопки «Пуск».

Детали: подстроечный резистор типа СП3-3 или СП3-19. Конденсатор С1 типа К73-17 на напряжение не ниже 630v. Диоды VD1, VD2, VD8…VD10 любые маломощные с обратным напряжением не менее 400 В, типа 1N4007.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ817Г, КТ603А,Б или КТ630Д.

В качестве мощного реле К1 использовано реле с катушкой на переменное напряжение 220В.

Реле К2 с напряжением срабатывания около 50В и током катушки не более 15 мА.

В качестве VD3… VD6, указанных на схеме, возможно применение стабилитронов КС600А, КС620А, КС630А, КС650А, КС680А.

Налаживание:

Сначала следует настроить верхний порог, подбором стабилитронов VD3…VD6 и резистора R3 добиться отключения прибора при напряжении 242В. Точная настройка осуществляется подбором резистора R3. При настройке вместо него установить переменный резистор сопротивлением около 10 ком, а по окончании настройки заменить его постоянным. Чтобы не происходило срабатывания устройства по нижнему порогу движок резистора R7 установить в верхнее по схеме положение.

После настройки верхнего порога следует с помощью резистора R7 добиться отключения устройства при понижении напряжения до 170В.

 

Автомат защиты

Отключает нагрузку от сети в случае выхода напряжения за установленные пределы (185…250 В), и обеспечивает 5^и минутную задержку включения после нормализации сетевого напряжения.

Схема устройства приведена на рис. 1.

Напряжение питания поступает от однополупериодного выпрямителя на диоде VD3 с гасящим конденсатором С1. Стабилитрон VD2 пропускает положительные полупериоды тока гасящего конденсатора и стабилизирует выходное напряжение в отрицательных полупериодах.

Контроль сетевого напряжения выполнен на сдвоенном ОУ DA1, элементы которого работают в режиме компараторов.

Измерительный выпрямитель на диоде VD1 формирует пропорциональное средневыпрямленному значению переменного сетевого постоянное напряжение. Оно поступает на входы ОУ микросхемы DA1 с движков подстроечных резисторов R2 и R6. Ими регулируют соответственно верхнюю и нижнюю границы допустимого интервала изменения сетевого напряжения.

Специализированная “часовая” микросхема DD1 отсчитывает пятиминутный интервал задержки включения холодильника. Частоту задающего генератора (2,12 кГц) устанавливают подборкой резистора R11. Импульсы этой же частоты использованы для управления симистором VS1. Светодиод HL1, служит индикатором режима работы устройства.

На вторые входы ОУ со стабилитрона VD4 подано образцовое напряжение. Если напряжение в сети вышло за установленные пределы, уровень на одном из выходов DA1 станет высоким (относительно минусового вывода конденсатора СЗ).

Поступив через диод VD5 или VD6 на вход R (выв. 9) счетчика-делителя на 60 микросхемы DD1, этот уровень запрещает работу счетчика, на выходе М которого будет установлен низкий уровень. В результате импульсы с выхода элемента DD2.1 не проходят на выход элемента DD2.2.

Симистор VS1, на управляющий электрод которого не поступают открывающие импульсы, закрыт – нагрузка обесточена. Транзистор VT2 открыт, светодиод HL1 включен и сигнализирует о временной блокировке.

Как только напряжение сети придет в норму, на обоих выходах DA1 будет установлен низкий уровень. Так как конденсатор С5 разряжен, уровень на выходе элемента DD2 4 тоже низкий. Таким же, благодаря связи через резистор R24, станет и уровень на входе R счетчика-делителя на 60. Счетчик заработает и через 5 мин, низкий уровень на его выходе М сменится высоким. Дальнейшее поступление импульсов с выхода S2 микросхемы DD1 на вход С счетчика будет заблокировано открывшимся диодом VD7, и счетчик останется в этом состоянии, пока не будет возвращен в исходное высоким уровнем на входе R.

Высокий уровень на выходе М разрешает прохождение импульсов частотой 2,12 кГц через элемент DD2.2. Продифференцированные цепью C6R22 и усиленные транзистором VT3, эти импульсы открывают симистор VS1 – нагрузка подключена, а светодиод HL1 погашен.

Перемычку S1 устанавливают при налаживании устройства или в случае, если задержка включения нагрузки не требуется. За счет увеличения частоты импульсов, поступающих на счетный вход счетчика-делителя на 60, продолжительность задержки сокращается приблизительно до 20 мс, что равносильно ее отсутствию.

Детали:

Конденсатор С1 — К73-17 на 630v, С4 и С6 — любого типа. Подстроечные резисторы — СПЗ-386. Симистор ВТ137-600 — ТС106-10 на напряжение не ниже 600V.

Вместо К157УД2 подойдет любой сдвоенный ОУ, Стабилитрон КС133Г можно заменить любым на напряжение 3…3,6V.

Налаживание  автомата:

устанавливают требуемую задержку включения холодильника, пороги срабатывания узла контроля сетевого напряжения и время срабатывания токовой защиты.

Для получения пятиминутной задержки частота импульсов на выходе элемента DD2.1 должна быть равна 2,12 кГц. Ее устанавливают подборкой резистора R11.

На время регулировки порогов рекомендуется отключить задержку, установив перемычку S1, как показано на рис. 2 штриховой линией.

Подав на автомат переменное напряжение 185В, установите движок резистора R2 в положение, соответствующее границе включения светодиода HL1.

Затем, увеличив напряжение до 250В повторите процедуру, вращая на этот раз движок резистора R6.

Ложные срабатывания автомата удается устранить увеличением емкости конденсатора С2 до 100…220 мкФ.

Учитывая возможность аварийного повышения напряжения в сети до 380В, следует применять конденсатор С1 на напряжение не менее 1000 В.

 

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

     При превышении напряжения выше заданного безопасного уровня, устройство замкнёт сеть и сгорят или выбьют пробки. Напряжение срабатывания защиты примерно 270 В. Резистором R1 можно в небольших пределах изменять напряжение срабатывания. Конденсаторы С1 и С2 образуют с R1 RC-цепочку, которая препятствует срабатыванию устройства при импульсных выбросах в сети.

При напряжении в сети до 270В стабилитроны VD3, VD4 и тиристоры закрыты. При превышении напряжения свыше 270В открываются стабилитроны VD3, VD4, и на управляющие электроды тиристоров поступает открывающее напряжение. В зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения, ток проходит либо через тиристор VS1, либо через VS2 которые открываясь – замкнут сеть.

Без конденсаторов С1 и С2 время срабатывания не превышает одного полупериода напряжения сети, но возможны ложные срабатывания.

С конденсаторами С1 и С2 снижается быстродействие устройства, можно сделать и однополупериодную схему с одним тиристором (VS1), удалив VS2, С2, VD1, VD2 и VD6.

Радиолюбитель №9 2006г стр. 9

 

Устройство защиты аппаратуры от аномального напряжения в сети.

Устройство отключает нагрузку при выходе сетевого напряжения за пределы 180…240В. Когда напряжение сети придет в норму, устройство отрабатывает паузу (10 с) и автоматически подключает нагрузку к сети.

Элемент, коммутирующий переменный ток — пара полевых транзисторов VT2 и VT3 с изолированным затвором, включенных встречно-последовательно.

На ОУ DA1.1 собран компаратор, контролирующий снижение напряжения сети, а на ОУ DA1.2 — повышение.

Резисторы R1—R3 образуют делитель выпрямленного напряжения сети, пульсации которого сглажены конденсатором С1.

На неинвертирующие входы обоих компараторов поступает образцовое напряжение со светодиода HL1, ток через который стабилизирован полевым транзистором VT1.

Логические элементы микросхемы DD1 обрабатывают сигналы компараторов и формируют напряжение затвор-исток транзисторов VT2 и VT3, управляющее их состоянием. Микросхемы DA1 и DD1 получают питание от конденсатора С2, который заряжается импульсами напряжения сети через диод VD1, резистор R4 и встроенный защитный диод транзистора VT2. Напряжение на конденсаторе С2 ограничено с помощью стабилитрона VD2.

Когда напряжение сети упадет ниже 180В, напряжение на движке подстроенного резистора R2 станет меньше образцового, в результате чего на выходе компаратора DA1.1 установится высокий уровень, на выходе элемента DD1.1 — низкий уровень, на выходе элемента DD1.4 — высокий уровень, светодиод HL2 погаснет, диод VD3 откроется, конденсатор СЗ быстро зарядится через токоограничительный резистор R6 и диод VD5.

Напряжение с конденсатора СЗ подается на верхний по схеме вход (вывод 1) элемента DD1.2, а с анода диода VD3 — на верхний по схеме вход (вывод 12) элемента DD1.3. RS-триггер, собранный на этих элементах, переключится в состояние низкого уровня на выводе 3 микросхемы DD1. Именно это напряжение подано на затворы транзисторов VT2 и VT3. Эти транзисторы закроются и отключат нагрузку от сети.

Когда напряжение сети превысит 240В, напряжение на резисторе R3 станет больше образцового, в результате чего на выходе компаратора DA1.2 установится низкий уровень, на выходе элемента DD1.4 — высокий уровень, светодиод HL2 погаснет. Конденсатор СЗ зарядится, как описано выше. Высокий уровень на выводе 1 микросхемы DD1 и низкий уровень на ее выводе 13 аналогично переключат триггер на элементах DD1.2 и DD1.3, транзисторы VT2 и VT3 закроются и отключат нагрузку от сети. Когда напряжение сети вернется в допустимые пределы, на выходе компаратора DA1.1 установится низкий уровень, а на выходе компаратора DA1.2 — высокий. На выходе элемента DD1.4 установится низкий уровень, включится светодиод HL2 — индикатор допустимого напряжения сети. Но нагрузка включена не будет, пока конденсатор СЗ не разрядится через резисторы R9, R6 и выход элемента DD1.4. Пауза продолжается около 10с из-за большого сопротивления резистора R9. Лишь когда напряжение на конденсаторе СЗ, а значит, и на верхнем по схеме входе элемента DD1.2 будет соответствовать низкому логическому уровню, произойдет переключение триггера в состояние высокого уровня на выводе 3 микросхемы DD1, в результате чего транзисторы VT2 и VT3 откроются и подключат нагрузку к сети.

Если во время паузы напряжение сети выйдет за допустимые пределы, на выходе элемента DD1.4 установится высокий уровень, светодиод HL2 погаснет, конденсатор снова быстро зарядится через резистор R6 и диод VD5. Поэтому, когда напряжение сети войдет в допустимые пределы, пауза будет отработана снова. Благодаря этой паузе нагрузка защищена от колебаний напряжения сети.

Транзисторы VT2 и VT3 должны быть рассчитаны на максимальный ток нагрузки и напряжение не менее 600В, чтобы устройство выдерживало аварийное повышение напряжения сети до 380В.

Если мощность нагрузки не превышает 700 Вт, можно применить транзисторы КП707Б— КП707Г. Если напряжение сети не превышает 350В, можно применить транзисторы из серии IRF840. Транзистор VT1 — из серии КП303 с начальным током стока 1,6—2 мА. Светодиод HL1 — с падением напряжения 1.7…1,9В при указанном выше прямом токе. Светодиод HL2—любой, свечение которого заметно под прямым током около 1 мА. Диод VD1 на прямой ток не менее 100 мА и обратное напряжение не менее 600 В. Стабилитрон VD2 — с напряжением стабилизации 11… 15В при токе 5мА. Диоды VD3— VD5 из серий КД521, КД522. Микросхему LM358N (DA1) можно заменить на КР1040УД1, КР1464УД1Р.

Налаживание:

Резистор R2 устанавливают в верхнее по схеме положение, а R3 — в нижнее. На входе подают напряжение 240В, при этом светодиод HL2 должен быть погашен.  Перемещают движок резистора R3 до включения светодиода HL2. Затем подают напряжение 180В и перемещают движок резистора R2 до гашения светодиода HL2. После этого изменяя напряжение, отслеживают включение и отключение нагрузки, а также длительность паузы, которую можно изменить подбором резистора R9. Для надежности устройства можно измерить сопротивление резистора R3 и обоих участков резистора R2, после чего впаять вместо них постоянные резисторы.

 

Схема ниже, применяется как защитный элемент электрических цепей с напряжением от 115 до 180V.

Она содержит цепь контроля напряжения на транзисторах VT1;VT2, включенных по лавинно-встречной схеме, простенький усилитель управляющего тока на VT3 и собственно тиристор.

В исходном состоянии тиристор и усилитель выключены, а цепь контроля потребляет ничтожный ток. Цепь контроля сравнивает два напряжения: опорное со стабилитрона VD1 и уменьшенное делителем R1;R2;R3 исходное напряжение. Для предотвращения случайных срабатываний ограничителя при различных помехах, небольших скачках напряжений и т.п. имеется сглаживающий конденсатор C1, причём постоянная времени цепочки R2;R3;C1 выбрана порядка миллисекунд. На транзисторе VT1 происходит собственно сравнение напряжений. В исходном состоянии VT1 и VT2 закрыты. Когда на эмиттере VT1 напряжение становится больше на 0.7V, чем на базе, VT1 открывается. При этом ток через коллектор VT1 поступает в базу VT2, что приводит к его открытию. Открывающийся транзистор VT2 начинает забирать ток из точки опорного напряжения и передавать его для открытия VT3. Уменьшение опорного напряжения приводит к ещё большему открытию VT1, который в свою очередь ещё больше открывает VT2. Через некоторое время оба транзистора оказываются в состоянии насыщения. Поскольку ток с лавинной пары недостаточен для открывания тиристора, имеется усилительный каскад на VT3. Открытый поступающим с VT2 током транзистор VT3 надёжно и уверенно открывает тиристор, и тот начинает шунтировать схему.

 

Защита от аварийного напряжения сети.

Устройство отключает нагрузку от электросети при снижении или превышении сетевым напряжением заранее установленных значений (195 и 245 В).

Характеристики:

Нижний порог отключения нагрузки,  160…195V Верхний порог отключения нагрузки,  230…260V

Время отключения нагрузки при возникновении аварийной ситуации в сети,    1 …3с

Время включения после восстановления напряжения сети,  30…60с

Схема устройства показана на рис. 1. На диодах VD2, VD3 собран выпрямитель с балластными конденсаторами С5, С6, а на стабилитроне VD6 и транзисторе VT1 — ограничитель выходного напряжения выпрямителя, резистор R1 ограничивает зарядный ток конденсаторов С5, С6 при подключении устройства к сети. Резисторы R6, R8 обеспечивают разрядку конденсаторов С5, С6 при отключении устройства, они включены последовательно, так как большинство резисторов (например, МЛТ, С2-23, Р1-4) имеют рабочее напряжение не более 250 В. На диоде VD1 собран однополупериодный выпрямитель, конденсаторы С2, СЗ — сглаживающие, С1, С4 подавляют высокочастотные помехи. ОУ DA1.1, DA1.2 — компараторы напряжения, светодиод HL1 индицирует включение устройства в сеть, а HL2 — нормальное напряжение сети. Диоды VD4 и VD5 образуют “монтажное ИЛИ”, напряжение питания компараторов стабилизировано интегральным стабилизатором на микросхеме DA2, оно использовано и как образцовое.

После подключения устройства к сети на выходе микросхемы DA2 напряжение будет около 12В, на конденсаторах СЗ, С4 — постоянное напряжение, значение которого зависит от сетевого напряжения и сопротивления резисторов R2— R5. При напряжении сети 220 В это напряжение примерно равно 2,5 В. Резисторами R7 и R9 устанавливают верхний и нижний пороги отключения нагрузки. Если напряжение сети в норме, то на выходах ОУ низкий уровень, транзистор VT2 закрыт и начинается зарядка конденсатора С9 через резисторы R13, R14. Через 30…60 с напряжение на конденсаторе С9 становится достаточным для открывания полевого транзистора VT3, а затем и биполярного транзистора VT4. На реле К1 поступает напряжение питания, оно сработает и своими контактами К1.1 подключит нагрузку к сети. Одновременно светит светодиод HL2, сигнализируя, что сетевое напряжение в норме и оно подано на нагрузку.

Если напряжение сети превысит верхний порог отключения, компаратор на ОУ DA1.1 переключится, на его выходе установится высокий уровень, транзистор VT2 откроется и конденсатор С9 быстро разрядится через этот транзистор и резистор R14. Транзисторы VT3, VT4 закроются, светодиод HL2 погаснет и реле отключит нагрузку от сети. При уменьшении напряжения сети до нижнего порога переключится компаратор на ОУ DA1.2, процесс повторится и нагрузка также будет отключена от сети. Длительность временного интервала между моментом возникновения аварийной ситуации и отключением нагрузки (1…3с) зависит от скорости разрядки конденсатора С9 (т. е. от его емкости и сопротивления резистора R14), напряжения открывания транзистора VT3 и постоянной времени цепи выпрямителя (R4, R5, конденсаторы С2, СЗ).

Когда напряжение сети вернется в допустимые пределы, транзистор VT2 закроется, начнется зарядка конденсатора С9 и через 30…60 с реле К1 подключит нагрузку к сети. Время задержки зависит от сопротивления резистора R13, емкости конденсатора С9 и напряжения открывания транзистора VT3.

В устройстве применены конденсаторы С5, С6 — К73-17, оксидные — К50-35, остальные   —   К10-17.   Транзисторы

2N2222 заменимы на КТ3102 с любыми буквенными индексами (VT2) или КТ3117А, КТ815А, КТ815Б, КТ815В (VT1, VT4). Транзистор BS170P можно заменить на КП501А, КП501Б, взамен стабилитрона КС518А можно применить любой маломощный стабилитрон с напряжением стабилизации 15…22 В. Светодиоды допустимы любые в пластмассовом корпусе диаметром 3…5 мм, желательно разного цвета свечения, с рабочим током 5….20 мА. Автор применил многооборотные подстроечные резисторы W3296 (R7, R9), но подойдут СП5-2ВБ, постоянные резисторы — С2-23, МЛТ, реле — TRJ-12VDC, но можно использовать и аналогичные TRIL-12VDC, TRU-12VDC, TRV-12VD с одной группой контактов на замыкание или переключение.

Налаживание:

На выход устройства подают напряжение 220V, светодиод HL1 должен светить, на конденсаторе С11 — напряжение примерно 12V, а на выводах 2 и 5 микросхемы DA1 — около 2,5V. Резистором R7 устанавливают на выводе 6 микросхемы DA1 напряжение 2,9V, что соответствует верхнему порогу отключения (около 245V), а резистором R9 — напряжение 2,2V на выводе 3 микросхемы DA1, что соответствует нижнему порогу отключения (около 195V). После установки напряжений подключают нагрузку, ЛАТРом изменяют напряжение и проверяют напряжения отключения нагрузки. При необходимости их изменяют в нужную сторону резисторами R7 и R9.

Примечание:

Примененные конденсаторы К73-17(С5, С6), хотя и имеют рабочее напряжение 630V, но амплитуда приложенного к ним переменного напряжения не должна превышать 50 % этого значения (315V). Поэтому при сетевом напряжении 230V и более конденсаторы будут работать в запредельном режиме, что снижает надежность устройства. Поэтому лучше использовать конденсаторы К75-10 (2 х 0,47мкФ на 500V или 1 шт. 1мкФ на 500V).

 

БЛОК ЗАЩИТЫ

Следит за уровнем напряжения в сети, и если его величина выходит за заданные пределы отключает нагрузку.

Включение нагрузки происходит не сразу после прихода напряжения сети в норму, а через несколько секунд после этого. Задержка не дает переходным процессам, возникшим в сети, отрицательно повлиять на оборудование.

Включение и выключение нагрузки осуществляется с помощью реле К1. Схема питаются от трансформаторного источника питания на Т1. Напряжение питания микросхемы D1 поддерживается с помощью стабилизатора А1.

Датчиком величины сетевого напряжения служит выпрямитель на VD4 и СЗ, а так же, R1-R4.

На выходе выпрямителя (VD4-СЗ) будет постоянное напряжение, пропорциональное переменному напряжению в сети. Резисторы R1-R4 представляют собой два подстраиваемых делителя напряжения.

Элементы микросхемы D2 образуют своеобразные усилители сигналов датчика. Резистором R4 выставляют нижний порог напряжения сети, а резистором R3 – верхний. Когда в сети напряжение ниже установленного порога напряжение на входе D2.1 сползает в сторону логического нуля. Напряжение на выходе D2.1 начинает повышаться и элемент D1.1 переключается в нулевое состояние на выходе. Это приводит к переключению элемента D1.2 в единичное состояние.

 

Конденсатор С4 быстро заряжается через VD5 и R5. На выходе D1.3 возникает ноль. Транзисторы VT1-VT2 выключаются и реле К1 отключает нагрузку. При входе напряжения в норму происходит обратный процесс и на выходе D1.2 устанавливается ноль. При этом разрядка конденсатора С4 происходит через относительное большое сопротивление R8, поэтому на включение нагрузки уходит несколько секунд (пока С4 разряжается до порога логического нуля). Если напряжение в сети превышает установленный резистором R3 максимальный предел, то срабатывает элемент D2.2. На его выходе напряжение снижается и это приводит к переключению элемента D1.2 в состояние единицы на выходе. Дальше все, как и в случае с понижением напряжения.
Детали. Конденсатор С3 должен быть на напряжение не ниже 400V. Трансформатор Т1 – со вторичной обмоткой 9+9V, и током 300mA. Тип реле К1 зависит от максимальной мощности нагрузки.

 

Устройство защиты.

Работает оно следующим образом:

При выходе напряжения сети за установленные пределы (регулируют нижний R4, верхний – R6) срабатывает таймер DD2 и на его выходе 3 устанавливается низкий уровень, зеленый светодиод VD6 гаснет, семистор ТС 106 отключает нагрузку.

Низкий уровень на выходе 7 таймера DD2 разрешает работу счетчика DD1 К176ИЕ5, который выполняет роль второго таймера, формирующего время задержки на включение нагрузки. Это время зависит от номиналов R14 и С6 и, при указанных на схеме, составляет около 4 минут.

По прошествии 4 минут через дифцепочку С5 R15 и Т2 проходит очень короткий импульс сброса таймера DD2 и, если напряжение в сети нормализовалось, на выводе 3 таймера установится высокий уровень, засветится зеленый светодиод и симистор VD10 ТС106 подключит нагрузку. В противном случае пройдет еще 4 минуты и все повторится, и так будет происходить до тех пор, пока напряжение в сети не нормализуется.

Красный светодиод VD7 индицирует работу таймера на DD1 и, если все нормально, должен мигать каждые 2-3 сек.
Детали: R2 – не менее 1 Вт, СЗ – с малым током утечки. Оптосимистор VD9 МОС 3022 можно заменить на МОС 3020-3062. С1 – не менее чем на 400 В.
Симистор ТС-106 может коммутировать нагрузку до 10А, если необходим больший ток, то нужно заменить его на более мощный (например ТС-132).
Защита предназначена для круглосуточной работы и боится только КЗ на выходе.
При первом включении через защиту нагрузка подключится через 4 минуты, далее – автоматический режим работы.

 

Схема устройства (рис.3).

На операционном усилителе (ОУ) DA1.1 выполнен компаратор, который опрокидывается в состояние лог.”0″ при достижении напряжения сети 195В, на DA1.2 компаратор, который устанавливается в состояние лог “1” при достижении напряжения сети 200В.

На прямые входы ОУ подается опорное напряжение около 6,2В.

Пороги срабатывания компараторов выставляются переменными резисторами R3 и R4.

Если напряжение в сети, ниже 195В, на выходах обоих компараторов присутствует лог “1”. На выходе инвертора DD1.1 – лог “0”, который устанавливает RS-триггер на элементах DD1.2, DD1.3 в “единичное” состояние (уровень лог.”0″ на выводе 4 DD1.3). При этом транзисторы VT2 и VT3 закрыты и реле К1 обесточено.

При повышении сетевого напряжения до 195В в состояние отрицательного насыщения перебрасывается компаратор DA1.1, на его выходе устанавливается лог “0” и, соответственно, на входе S RS-триггера – уровень лог “1”, и триггер остается в “единичном” состоянии.

Печатная плата показана на рис.4.

При повышении сетевого напряжения до 200В в состояние лог.”0″ переходит и компаратор DA1.2. Уровень лог.”0″ появляется на входе R RS-триггера, и он переключается в “нулевое” состояние. Уровнем лог.”1″ с инверсного выхода RS-триггера открываются транзисторы VT2 и VT3, включается реле К1.

При понижении сетевого напряжения до 200В на выходе компаратора DA1.2 появляется лог”1″, но триггер все равно остается в “нулевом” состоянии, по-прежнему выходное напряжение будет равно сетевому. И только когда сетевое напряжение понизится до 195В, на выходах обоих компараторов появится лог.”1″, на входе S RS-триггера появится лог.”0″, и триггер переходит в “единичное” состояние, реле К1 отпускает. Таким образом, схема не реагирует на повышение напряжения от 195 до 200В и на понижение от 200 до 195В, и “триггерный эффект” в ней отсутствует.

Неиспользуемые выводы (выходы) DA1 и DD1 нужно удалить.

 

По материалам:
http://www.radioradar.net/
http://elwo.ru/
http://pro-radio.ru/
http://lib.qrz.ru/
http://pro-radio.ru/

Эффективная защита сети по напряжению

Необходимость осуществления защиты приборов по напряжению

Рассмотрим причины необходимости применения защиты по напряжению. Электрические приборы и оборудование очень зависимы от качества электрического тока, и, прежде всего, зависят от значения напряжения в сети. Существенные изменения напряжения обусловлены аварийными ситуациями, пиковыми нагрузками, природными явлениями.

В графике значения напряжения могут наблюдаться резкие пики, скачки напряжения. Пики могут достигать 300 и даже 500 Вольт. Эти всплески обычно кратковременны, длятся доли секунд, но и этого достаточно для полного выведения из строя электрооборудования. Более того, такие скачки могут стать причиной возгорания, причиной пожара. Вот почему очень важно использовать эффективную защиту сети по напряжению.

Как правильно в электрической сети выполнить защиту по напряжению рассмотрим далее.

Какая защита сети установлена в домах? Обеспечивает ли она защиту по напряжению?

В этой части рассмотрим стандартную защиту, установленную в электрических шкафах наших домов, и оценим возможности этого оборудования выполнять защиту сети по напряжению.

Вот стандартная комплектация электрического шкафа: пакетный выключатель, электрические автоматы по группам, один или два УЗО. Визуально такая комплектация внушает доверие, в одном шкафу собрано десяток устройств защиты, и кажется, что этого достаточно.

  

Одной из причин такой уверенности является сравнение с прошлыми электрическими шкафами, которые устанавливались в советское время. Раньше стандартно устанавливались один поворотный выключатель и один или два автомата.

Теперь давайте глубже рассмотрим функциональность этих устройств.

Электрические автоматы обеспечивают защиту сети от превышения значения силы тока в сети потребителя. Они срабатывают по тепловому принципу, когда значение температуры в проводниках растёт. Срабатывают они не быстро, ведь проводник должен реально нагреться. От чего защищает такое устройство? Оно действительно защищает от пожара в случае короткого замыкания в сети. То есть, замыкание уже произошло, розетка почернела, провода обуглились и только после этого сработают автоматы. Сеть будет обесточена и провода дальше греться не будут. Выполняет ли автомат функцию защиты по напряжению? Конечно, нет. Резкий скачок напряжения не вызывает срабатывания автоматов. Вот если пик напряжения выведет прибор из строя, сгорит несколько элементов, и это приведёт к короткому замыканию. То в этом случае через некоторое время сработает автомат. Но авария уже произошла. Фактически электрические автоматы защищают городскую электрическую сеть от аварий, происходящих в домах и квартирах. Они отключают неисправную нагрузку от городской сети.

Более сложным устройством является электронное защитное устройство. УЗО контролирует эффективность работы заземления, и нарушения, связанные с перетеканием тока по фазам. Если устройство определяет нарушение заземления или появление потенциала на нулевой фазе, то оно мгновенно отключает подачу электричества. УЗО обеспечивает безопасность использования электрических приборов, в случае попадания тока на корпус прибора или другой аварии такое устройство может спасти жизнь человека. Может ли УЗО выполнить защиту сети по напряжению. Ответ — тоже нет. Если при повышении напряжения не произошло распределение тока на «ноль» или «землю», то УЗО не сработает.

Вывод: стандартная комплектация электрического шкафа не обеспечивает защиту сети по напряжению. Для осуществления эффективной защиты сети по напряжению необходимо использовать специальные устройства защиты по напряжению, устройства защиты от скачков напряжения.

Устройства защита сети по напряжению

Для выполнения надёжной защиты сети и приборов по напряжению необходимо применять специальные устройства защиты по напряжению, приборы защиты от скачков напряжения. Такие устройства могут быть установлены локально для защиты конкретного электрического прибора или могут устанавливаться в электрическом шкафу на din рейку для защиты группы потребителей.

Устройства защиты потребителей по напряжению даёт возможность фильтровать пики напряжения, возникающие аварийным во внешних сетях, блокировать импульсные пики высокой мощности. Устройства защиты по напряжению дают возможность вырезать скачки напряжения, при этом сохраняя правильную форму графика напряжения. Быструю и надёжную работу устройств защиты по напряжению реализуют современные электронные схемы управления. Электронные процессоры дают возможность в тысячные доли секунды выполнять логические операции по защите сети по напряжению.

	Грозозащита
	Защита от пожара
	Защита по напряжению от аварии

  

Компания «Бастион» рекомендует следующие устройства защиты приборов по напряжению: 

Читайте также:

6.06. Защита от больших напряжении

Cтабилизаторы напряжения и источники питания

Проектирование теплоотвода мощных схем

Как было отмечено в разд. 6.03, полезно на выходе стабилизированного источника питания иметь какую-нибудь защиту от превышения номинального напряжения. Рассмотрим, например, источник питания +5 В, питающий большую цифровую систему (мы встретим много таких примеров после гл. 7). Входное напряжение стабилизатора может быть от + 10 до + 15 В. Если проходной транзистор выйдет из строя и коллектор замкнется на эмиттер (обычная неисправность), то все нестабилизированное напряжение будет приложено к питаемой схеме и результаты будут разрушительны. Хотя предохранитель, возможно, и расплавится, но вообще-то предохранитель и кремниевые элементы в схеме будут соревноваться – кто быстрее выйдет из строя, – и скорее всего предохранитель расплавится позже. Эта проблема особенно серьезна для логических схем ТТЛ, которым требуется питание + 5 В и которые не могут выдерживать больше 7 В. Другая опасная ситуация создается при работе от «стендового» источника питания с широким диапазоном выходных напряжений, имеющего нестабилизированное входное напряжение 40 В или выше, независимо от значения выходного напряжения.

Датчик перенапряжений на стабилитроне. На рис. 6.8 показана известная схема защиты, которая выпускается также в виде модуля фирмами Lambda (тип L-6-OV-5) и Motorola (МРС2004). Ее вставляют между выходом стабилизатора и землей. Если напряжение на выходе стабилизатора превзойдет пробивное напряжение стабилитрона и прямое напряжение на диоде (для изображенной схемы – порядка 6,2 В). КУВ включится и останется в этом состоянии до тех пор, пока его анодный ток не упадет до нескольких миллиампер. Недорогой КУВ типа 2N4441 может отводить ток 5 А постоянно и выдерживать всплески тока до 80 А, перепад напряжения на нем в проводящем состоянии обычно равен 1 В при 5 А. Резистор 68 Ом должен обеспечить нормальный ток стабилитрона (10 мА) при включении КУВ, а конденсатор добавлен, чтобы схема зашиты не срабатывала от безвредных коротких всплесков напряжения.

Рис. 6.8. Защита от перенапряжения.

Описанная схема, как и все схемы защиты подобного типа, жестко устанавливает при срабатывании по напряжению на выводах источника питания напряжение «короткого замыкания» 1 В. и может быть выключена только при отключении пита- ния. Так как на КУВ в проводящем состоянии падает небольшое напряжение, нет проблем с перегревом самой схемы защиты, поэтому такая схема защиты надежна. Важно только, чтобы источник стабилизированного питания имел какую-нибудь токоограничивающую схему или хотя бы плавкий предохранитель на случай короткого замыкания. Могут появиться проблемы с перегревом самого стабилизатора при срабатывании схемы защиты. Если он содержит внутреннюю токоограничивающую схему, то плавкий предохранитель не сработает и источник питания так и будет сидеть на схеме защиты с низким напряжением на выходе, пока кто-нибудь этого не заметит. Здесь хорошо применить схему защиты от короткого замыкания с обратным наклоном характеристики.

С этой простой схемой защиты связано несколько вопросов, в основном по поводу выбора напряжения стабилитрона. Последние выпускаются только на определенные значения пробивного напряжения, задаваемого, вообще говоря, с большим допуском, и часто не имеют резкого излома на вольт-амперной характеристике. Вместе с тем желаемое напряжение срабатывания схемы защиты может быть задано с довольно жестким допуском. Рассмотрим источник питания 5 В, питающий цифровую логическую схему. Обычный допуск напряжения питания составляет 5-10% от номинала, таким образом, напряжение срабатывания схемы защиты не может быть ниже 5,5 В. Эту цифру еще нужно увеличить из-за переходных процессов в источнике питания: при резком изменении тока нагрузки может произойти скачок напряжения – всплеск и вслед за ним затухающие пульсации. Эта проблема усугубляется, если измерительные элементы отдалены и подсоединены длинными проводами (индуктивность). Получающиеся колебания накладывают динамические помехи на уровень выходного напряжения, и схема защиты не должна срабатывать. Поэтому ее напряжение срабатывания не должно быть меньше 6 В, с другой стороны, оно не должно превосходить 7 В во избежание повреждений логических схем. И вот когда вы начнете обдумывать схему с учетом допусков стабилитронов, конкретных значений их номинальных напряжений и допусков напряжения срабатывания КУВ, то вам приходится решать хитрую задачу. В схеме рис. 6.8 напряжение срабатывания может оказаться от 5,9 до 6,6 В даже при использовании обозначенного на схеме сравнительно дорогого 5%-ного стабилитрона.

ИС – датчик перенапряжений. Проблемы возникающие при построении простой схемы защиты на стабилитроне и КУВ (плохая предсказуемость и отсутствие подстройки), превосходно решаются при использовании специальной триггерной ИМС защиты, такой, например, как МС3423-5, TL431 или МС34061-2. Это недорогие ИМС в удобных корпусах (8-штырьковом мини-DIP или 3-выводном ТО-92), напрямую управляющие КУВ и очень простые в использовании. Например, ИМС МС3425 имеет регулируемые порог и время срабатывания, а также имеет вывод для сигнализации о недопустимом уменьшении напряжения питания (очень удобно для схем с микропроцессорами). ИМС содержит встроенный источник опорного напряжения, несколько компараторов и драйверов, и для построения всей схемы защиты требуется еще только два внешних резистора, КУВ и конденсатор (необязательно). Эти ИМС защиты относятся к классу схем «слежения за источником питания», куда входят такие сложные ИМС, как МАХ691, которые не только воспринимают падение напряжения, но и переключаются на батарейное питание в случае отключения питания в сети переменного тока, генерируют сигнал обратного переключения при восстановлении нормального питания и непрерывно контролируют отсутствие замыкания в схеме микропроцессора.

Модули защиты. Зачем что-то строить, если можно это купить?! С точки зрения разработчика самой простой схемой зашиты является приспособление с двумя выводами, у которого на крышке написано «защита». Вы можете купить такие устройства у фирм Lambda или Motorola, которые предлагают серию модулей защиты от перенапряжения в нескольких дипазонах по току. Вы только выбираете необходимые вам номинальные напряжения и ток и подсоединяете защиту на выход стабилизированного источника питаниия постоянного тока. Например, самые маленькие устройства такого типа, выпускаемые фирмой Lambda, рассчитаны максимум на 2 А при следующем наборе фиксированных значений напряжения: 5, 6, 12, 15, 18, 20 и 24 В. Они выпускаются в монолитном исполнении в корпусе ТО-66 (малый металлический корпус для мощных транзисторов) и стоит 2,5 долл. за шт. Монолитные ИМС фирмы Lambda на 6 А выпускаются в корпусе ТО-3 (большой металлический корпус для мощных транзисторов) по цене 5 долл. за штуку. Выпускаются также гибридные ИМС защиты на 12, 20 и 35 А. Вся серия МРС2000 (Motorola) выпускается в монолитном исполнении (только 5, 12 и 15 В, рассчитанные на номинальный ток 7,5, 15 или 35 А). Первые два номинала выпускаются в корпусе ТО-220 (мощный пластмассовый), последний (только на 5 В) – в корпусе ТО-3 (мощный металлический). Цены неправдоподобно низкие – при покупке небольшими партиями ИМС этих трех номиналов по току стоят всего лишь по 1,96, 2,36 и 6,08 долл. соответственно. Эти схемы зашиты имеют одну приятную особенность – у них высокая точность, например, 5-вольтовое устройство фирмы Lambda имеет точку срабатывания 6,6 ± 0,2 В.

Ограничители. Другое возможное решете вопроса защиты от перенапряжения – установка мощного стабилитрона или его аналога параллельно выходу источника питания. Это снимает вопрос о срабатывавши на всплесках, так как стабилитрон немедленно перестает проводить, как только исчезает «лишнее» напряжение (не то что КУВ, у которого память, как у слона). На рис. 6.9 показана схема «активного стабилитрона». К сожалению, схема защиты на мощном стабилитроне также имеет свои недостатки. Если стабилизатор выйдет из строя, схеме защиты придется справляться с рассеянием большой мощности (U_стI_огр) и она сама может выйти из строя. Это и случалось, например, с серийным источником питания для магнитного диска на напряжение 15 В и ток 4 А. Когда в нем портился проходной транзистор, на стабилитроне 16 В, 50 Вт рассеивалась мощность больше расчетной и он тоже выходил из строя.

Рис. 6.9. Мощный «активный» стабилитрон.

Нестабилизированные источники питания

Russian HamRadio – Устройство защиты от превышения напряжения блока питания усилителя.

Как защитить конструкцию от превышения допустимого напряжения, поступающего с нестабилизированного блока питания? Для этого можно изготовить защитное устройство, о котором будет рассказано более подробно. Нередко причиной выхода из строя различной радиоаппаратуры становится возрастание напряжения питания свыше допустимых пределов.

Особенно оно опасно, если в конструкции используются микросхемы, а питание нестабилизированное. Правда, применение нестабилизированных блоков питания имеет свои преимущества —простота, сравнительно большая допустимая мощность нагрузки, поскольку отсутствуют регулирующие элементы с большим выделением тепла, и т.п.

Однако самый главный недостаток подобных блоков — значительная зависимость выходного напряжения от напряжения сети. Поэтому при увеличении сетевого напряжения будет возрастать и выходное напряжение блока, что может привести к аварийной ситуации. Чтобы исключить подобное, предлагаю дополнить блок питания несложным устройством, которое будет постоянно контролировать напряжение на его выходе и в случае превышения напряжения сверх нормы отключит нагрузку от блока.

 Рис.1.

Схема такого устройства изображена на рис. 1. В его состав входят цифровая микросхема DD1, транзистор VT1, управляющий включением реле К1, и интегральный стабилизатор DA1. При включении блока питания, если на его выходе напряжение находится в пределах нормы, цепь задержки R3C2 удержит пороговый элемент DD1.1 (триггер Шмитта) в состоянии высокого уровня на выходе (вывод 3). И тем самым не даст сработать реле во время переходных процессов, поскольку на выходах остальных триггеров (DD1.2—DD1.4) будет низкий уровень, который не позволит открыться транзистору. Нагрузка будет питаться через нормально-замкнутые контакты К1.1, К1.2 реле.

Контролируемое напряжение с блока питания поступает через резистор R2 и подстроечный R1 на вход триггера DD1.1. Подстроечным резистором устанавливают порог переключения триггера. Пока напряжение на выводе 1 триггера ниже порогового, он будет находиться в состоянии высокого уровня на выходе. Если же напряжение с блока питания превысит установленное значение, триггер переключится в другое состояние, на его выходе появится низкий уровень, а на выходах остальных триггеров — высокий. В результате откроется ключ на транзисторе VT1, реле сработает и контактами К1.1, К1.2 разомкнет цепь питания нагрузки.

В таком состоянии устройство будет находиться даже в случае понижения напряжения до прежнего значения. Для возврата устройства в исходное состояние нужно отключить блок питания от сети на некоторое время. Если при повторном включении превышения напряжения не будет, устройство будет в исходном состоянии. В противном случае оно вновь отключит нагрузку, но через время задержки, определяемое номиналами деталей цепочки R3C2 (в данном случае около 0,1 с).

Таким образом, устройство реагирует даже на кратковременные броски напряжения, также опасные для нагрузки. Длительность реакции определяется в большей степени емкостью конденсатора С1, но влияние оказывает и суммарное сопротивление резистора R2 и рабочей части подстроечного резистора.

Конденсатор С1 выполняет еще одну роль — исключает срабатывание устройства от импульсных помех. Эта же роль отведена и конденсатору СЗ. Светодиод HL1, который зажигается одновременно со срабатыванием реле, индицирует аварийную ситуацию. Интегральный стабилизатор DA1 необходим для питания устройства стабилизированным напряжением +12 В.

Кроме указанной на схеме, в устройстве можно применить микросхему КР1561ТЛ1 либо импортный аналог 4093. Транзистор — любой маломощный кремниевый с допустимым током коллектора не ниже тока через обмотку реле, например, КТ3102, КТ315 или более мощный КТ503 с любым буквенным индексом, а также импортный BFP729, ВС182В, ВС318, KSC853R. Диод — любой из серий КД243, КД503, КД521, КД522,1 N4001—1 N4007. Светодиод — любой отечественный или импортный, желательно красного цвета свечения.

Рис.2.

Тип интегрального стабилизатора DA1 зависит, как и тип транзистора, от рабочего тока через обмотку реле. Так, при токе около 45 мА можно установить КР1157ЕН12А, КР1157ЕН12Б, КР1168ЕН12, а при токе более 90 мА — более мощный, например, КР142ЕН8Б, КР142ЕН8Д, КР1162ЕН12А, КР1162ЕН12Б, 78М12.

Реле использовано импортное с рабочим напряжением 12В и током около 45 мА. Но подойдет любое другое с таким же рабочим напряжением. Контакты реле должны выдерживать максимальный ток потребления конструкции, на которую нагружен блок питания. Собрано устройство защиты на печатной плате (рис. 2) из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Реле и светодиод расположены вне платы.

Настройка

NCP346 – IC защиты от перенапряжения

% PDF-1.4 % 1 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > поток Acrobat Distiller 7.0 (Windows) BroadVision, Inc.2020-09-21T10: 13: 25 + 02: 002006-09-13T09: 01: 40-07: 002020-09-21T10: 13: 25 + 02: 00application / pdf

NCP346 – IC защиты от перенапряжения

ON Semiconductor

uuid: 773d444e-a5c9-4e18-adc6-cee9aadac775uuid: 17f2c5e8-7e39-4463-b149-b3dd7ee7d464 конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > поток HWr6QwHvl

Что такое защита от перенапряжения?

Что такое защита от перенапряжения?

Защита от перенапряжения – это функция источника питания, которая отключает источник питания или ограничивает выход, когда напряжение превышает заданный уровень.

В большинстве источников питания используется схема защиты от перенапряжения для предотвращения повреждения электронных компонентов. Воздействие состояния перенапряжения варьируется от одной цепи к другой и варьируется от повреждения компонентов до их разрушения и возникновения неисправностей в цепях или возгорания.

Состояние перенапряжения может возникнуть в источнике питания из-за неисправностей внутри источника или из-за внешних причин, например, в распределительных линиях.

Величина и продолжительность перенапряжения являются одними из основных факторов, которые необходимо учитывать при разработке эффективной защиты.Защита включает установку порогового напряжения, выше которого схема управления отключает питание или перенаправляет дополнительное напряжение на другие части схемы, такие как конденсатор.

Идеальные характеристики схемы защиты от перенапряжения

1. Не допускайте приложения избыточного напряжения к компонентам.
2. Схема защиты не должна мешать нормальному функционированию системы или цепи. Схема защиты не должна нагружать источник питания и вызывать связанные с этим падения напряжения.
3. Схема защиты должна отличать нормальные колебания напряжения от опасного перенапряжения.
4. Быть достаточно быстрым, чтобы реагировать на переходные события, которые могут повредить источник питания и компоненты, расположенные ниже по потоку.
5. Метод OVP не должен иметь ложных срабатываний или необнаруженных условий реального перенапряжения. Это может быть неудобно в случае ложных срабатываний, а также опасно, если невозможно увидеть реальные условия перенапряжения.

Схема защиты от перенапряжения может быть построена с использованием дискретных компонентов, интегральных схем, механических устройств, таких как реле и т. Д.Они могут быть подключены внутри или снаружи в зависимости от задействованных цепей.

Существуют различные конструкции схем защиты, каждая со своими достоинствами, режимом работы, чувствительностью, возможностями и надежностью. Защита может либо отсечь перенапряжение, либо полностью отключить источник питания.

Схема защиты от перенапряжения лома

Схема с ломом обеспечивает один из самых простых, дешевых и эффективных методов защиты от перенапряжения.Обычно он подключается между регулируемым выходом и защищаемой цепью или нагрузкой. Последовательный регулирующий транзистор контролирует выходной ток и напряжение, а ломик защищает нагрузку, когда напряжение превышает заданное значение. Базовая схема состоит из:

• Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)
• Стабилитрон
• Резистор
• Конденсатор

Схема лома защиты от перенапряжения

При нормальной работе стабилитрон имеет обратное смещение и не проводит, весь ток через последовательный транзистор появляется на выходе.Как только напряжение возрастает и выходит за пределы напряжения пробоя стабилитрона, диод выходит из строя и начинает проводить. Ток развивает напряжение на резисторе, которое затем запускает SCR. Это приводит к короткому замыканию на выходе, и весь ток уходит в землю. Это привело к размыканию предохранителя и снятию напряжения с последовательного транзистора и защищаемой цепи.

Выбранный стабилитрон должен быть немного выше выходного напряжения. Конденсатор предотвращает срабатывание SCR короткими всплесками.

Простая схема широко используется благодаря своей эффективности; однако он имеет некоторые ограничения, такие как стабилитрон, который нельзя регулировать, в то время как наилучший допуск для диода составляет 5%.

Напряжение срабатывания тринистора также должно быть спроектировано так, чтобы оно было намного выше выходного напряжения источника питания, чтобы предотвратить ошибочное срабатывание из-за коротких всплесков, например, возникающих при питании ВЧ цепей.

Микроконтроллер

– повышающий преобразователь с выходом с защитой от перенапряжения

Во-первых, имейте в виду, что нет ничего абсолютно безопасного.Все, что вы можете сделать, это уменьшить вероятность отказа, вызывающего дополнительный ущерб, до . Вы можете защитить себя от отказа определенных компонентов, но это приведет к появлению других компонентов. Их отказ обычно не может быть безвредным.

Вы также должны учитывать стоимость времени отказа и вероятность отказа по сравнению с фиксированной стоимостью каждой единицы защиты от отказа. Например, если сбой приводит к взрыву деталей на 10 долларов и может произойти в 1 из каждых 100 000 единиц в течение их срока службы, то добавление 1 доллара на детали для защиты от сбоя является плохой экономикой.Если, с другой стороны, авария означает, что загорелся дом за 500 000 долларов с возможностью убить людей, тогда более 1 доллар будет оправдан.

Вы не дали нам никаких указаний, где в спектре затрат на отказ подходит ваше изделие. Поэтому невозможно судить о надлежащей защите от перенапряжения повышающего преобразователя.

Однако, учитывая отсутствие другой информации и принимая во внимание, что перенапряжение стоит доллара или двух для защиты, я предлагаю шунтирующую цепь.Эта схема потребляет весь доступный ток, когда напряжение превышает некоторый порог. В основном это то, что делают стабилитроны, но они обычно не могут рассеивать требуемую мощность. Есть такие вещи, как стабилитроны мощности. Осмотреться.

Более простой способ сделать сильноточный шунт – это обычно с помощью стабилитрона, включающего транзистор. Стабилитрон определяет напряжение, а транзистор выполняет тяжелую работу по обработке большей части тока:

Вы должны внимательно следить за рассеиваемой мощностью.Определите, какой максимальный ток может обеспечить повышающий стабилизатор при выходе 7 В, а затем убедитесь, что комбинация стабилитрона / транзистора может рассеивать эту мощность. Например, предположим, что максимум составляет 200 мА при 7 В. Получается 1,4 Вт. Этого достаточно, чтобы одному транзистору в корпусе TO-220, вероятно, потребовался хотя бы какой-то радиатор. Это будет стоить места и денег. Защита не бесплатна, поэтому необходимо тщательно проанализировать возможные компромиссы.

Защита от перенапряжения (OVP) в источниках питания

Страна или регион * –Выберите – United StatesUnited KingdomCanadaIndiaNetherlandsAustraliaSouth AfricaFranceGermanySingaporeSwedenBrazilAfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrit / Индийский океан Terr.Бруней-ДаруссаламБолгарияБуркина-ФасоБурундиКамбоджаКамерунКанарские островаКапо-ВердеКаймановы островаЦентральноафриканская РеспубликаЧадЧилиКитайОстров РождестваКокос (Килинг) островаКолумбияКоморские островаКонгоКонго, The Dem. Республика OfCook IslandsCosta RicaCôte d’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland IslandsFaroe IslandsFijiFinlandFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный Terr.GabonGambiaGeorgiaGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard / McDonald ISL,.HondurasHong Kong, ChinaHungaryIcelandIndonesiaIranIraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea (Северная) Корея (Южная) KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarN. Марьяна Isls.NamibiaNauruNepalNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorwayOmanPakistanPalauPalestinian край, OccupiedPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint Киттс и NevisSaint LuciaSamoaSan MarinoSao Фолиант / PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbia и MontenegroSerbiaMontenegroSeychellesSierra LeoneSlovak RepublicSloveniaSolomon IslandsSomaliaSpainSri LankaSt.Елена Пьер и Микелон Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard / Ян Майен Isls.SwazilandSwitzerlandSyriaTaiwan, ChinaTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks / Кайкос Isls.TuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUS Экваторияльная Is.UruguayUzbekistanVanuatuVatican CityVenezuelaViet NamVirgin острова (Британские) Виргинские острова поле (США) Уоллис / Футуна Isls.Western SaharaYemenZambiaZimbabweRequired

Надежные усилители

обеспечивают интегрированную защиту от перенапряжения

Неправильная работа или даже повреждение могут произойти, когда входное напряжение операционного усилителя превышает указанный диапазон входного напряжения или, в крайних случаях, напряжение питания усилителя.В этой статье обсуждаются некоторые распространенные причины и следствия условий перенапряжения , как громоздкую защиту от перенапряжения можно добавить к незащищенному усилителю и как интегрированная защита от перенапряжения новых усилителей предоставляет разработчикам компактную, надежную, прозрачную и недорогую -эффективное решение.

Все электронные компоненты имеют верхние пределы допустимого напряжения. При превышении любого из этих верхних пределов эффекты могут варьироваться от кратковременного прерывания работы до фиксации системы и необратимого повреждения.Степень перенапряжения, которую может выдержать данный компонент, зависит от нескольких факторов, в том числе от того, установлена ​​ли деталь или произошел случайный контакт, амплитуда и продолжительность события перенапряжения и надежность устройства.

Прецизионные усилители, часто являющиеся первым компонентом в цепях сигналов измерения датчиков, наиболее подвержены сбоям из-за перенапряжения. При выборе прецизионного усилителя разработчики системы должны помнить о входном синфазном диапазоне усилителя.В техническом описании входной диапазон синфазного сигнала может быть определен диапазоном входного напряжения (IVR), или в условиях испытаний для коэффициента отклонения синфазного сигнала (CMRR), или обоих.

Реальные причины состояний перенапряжения

Усилители требуют: защиты от перенапряжения ; защиты от сбоев, вызванных последовательностью источников питания, переключением спящего режима и скачками напряжения; и защита от электростатического разряда для защиты от неисправностей, вызванных электростатическим разрядом (ESD), даже во время работы.Когда установлен , устройство может подвергаться условиям последовательности питания системы, которые вызывают повторяющиеся перенапряжения. Разработчики систем ищут способы отвести токи короткого замыкания от чувствительных компонентов или ограничить эти токи короткого замыкания в достаточной степени, чтобы избежать повреждений.

В сложных системах с распределенной архитектурой питания (DPA) с несколькими напряжениями питания упорядочение источников питания позволяет источникам питания различных частей схемы системы включаться и выключаться в разное время.Неправильная последовательность может привести к возникновению перенапряжения и условий фиксации на любом контакте любого устройства.

В связи с повышенным вниманием к энергоэффективности многие системы реализуют сложные режимы сна, и ожидания, . Это означает, что некоторые разделы системы могут быть отключены, в то время как другие могут оставаться включенными и активными. Как и в случае с последовательностью питания, эти ситуации могут вызвать непредсказуемые события перенапряжения, но в первую очередь на входных контактах.

Многие типы датчиков могут генерировать неожиданные всплески выходного сигнала, не связанные с физическими явлениями, которые они предназначены для измерения.Этот тип состояния перенапряжения обычно влияет только на входные контакты.

Электростатический разряд – это хорошо известное событие перенапряжения, которое часто происходит до установки компонента. Ущерб, который он может вызвать, настолько распространен, что отраслевые спецификации, такие как JESD22-A114D, определяют, как тестировать и определять способность полупроводника противостоять различным типам событий электростатического разряда. Практически все полупроводниковые изделия содержат в той или иной форме встроенные защитные устройства. Замечания по применению AN-397 «Электрическое повреждение стандартных линейных интегральных схем: наиболее распространенные причины и связанные с ними исправления для предотвращения повторения» – хороший справочник, подробно освещающий эту тему.Ячейки ESD предназначены для перехода в состояние с низким импедансом после импульса высокой энергии. Это не ограничивает входной ток, но обеспечивает путь к шинам питания с низким сопротивлением.

Простой пример: последовательность источников питания

По мере того как схемы со смешанными сигналами становятся повсеместными, растет и потребность в нескольких источниках питания на одной печатной плате. См. Примечания по применению AN-932, «Последовательность блоков питания», где рассмотрены некоторые тонкие вопросы, которые следует учитывать в новых разработках, особенно когда требуются несколько несвязанных источников питания.

Прецизионные усилители могут стать жертвой этого состояния. На рисунке 1 показан операционный усилитель, сконфигурированный как дифференциальный усилитель. Усилитель измеряет ток через R _SENSE и выдает выходной сигнал, пропорциональный результирующему падению напряжения. Необходимо следить за тем, чтобы делитель, образованный R ₃ и R ₄ , смещал входы где-то в пределах указанного IVR. Если напряжение питания усилителя не получено из V _SY , а V _CC появляется после V _SY , напряжение на инвертирующем входе A1 будет:

V _– = V _SY – (I _– × R ₁ ) (1)

, где I _– зависит от входного сопротивления A1 при отсутствии питания.Если усилитель не предназначен для работы в условиях перенапряжения, наиболее вероятный путь прохождения тока будет через диод ESD, фиксирующий диод или паразитный диод к источнику питания или заземлению. Повреждение может произойти, если это напряжение упадет за пределы IVR или если ток превысит максимальное значение, указанное в паспорте.

Структуры ESD, используемые в усилителях с защитой от перенапряжения, таких как ADA4091 и ADA4096, представляют собой не диоды, а устройства DIAC (двунаправленный «диод переменного тока»), что делает эти усилители устойчивыми к условиям перенапряжения даже без питания.

Рисунок 1. Датчик тока верхнего плеча дифференциального усилителя. Если V _SY включается раньше V _CC , входное напряжение или ток усилителя могут превысить максимум, указанный в паспорте.

Условия неисправности в операционных усилителях

На рисунке 2 показан N-канальный входной каскад JFET (J ₁ , J ₂ , R ₁ и R ₂ ), за которым следуют вторичный каскад усиления и выходной буфер (A1). Когда усилитель без обратной связи находится в пределах заданного IVR, дифференциальный входной сигнал (V _{IN +} – V _IN– ) сдвинут по фазе на 180 градусов с V _DIFF .При подключении в качестве буфера с единичным усилением, как показано, если синфазное напряжение на V _{IN +} превышает IVR усилителя, затвор-сток J ₁ отключается и пропускает весь каскадный ток 200 мкА. . Пока напряжение затвор-сток J ₁ остается обратным смещением, дальнейшее увеличение на V _{IN +} не вызывает изменений в V _DIFF (V _OUT остается на положительной шине). Однако как только затвор-сток J ₁ становится смещенным в прямом направлении, дальнейшее увеличение V _{IN +} поднимает на напряжение на инвертирующем входе A1, вызывая нежелательное изменение фаз между входным сигналом и V _DIFF . .

Рис. 2. Концептуальный операционный усилитель с N-канальным входом JFET.

На рисунке 3 показан пример смены фаз на выходе A1. В отличие от усилителей с биполярным входом, усилители на полевых транзисторах склонны к перевороту фазы, поскольку их входы не ограничены. КМОП-усилители обычно невосприимчивы к обращению фазы, поскольку затворы электрически изолированы от стоков. Если инверсии фазы не происходит, производители операционных усилителей часто указывают это в технических данных. Инверсия фазы возможна, если: входы усилителя не являются CMOS, максимальный дифференциальный вход составляет V _SY , и в техпаспорте не заявлена ​​устойчивость к инверсии фазы.Хотя инверсия фазы сама по себе является неразрушающей, она может вызвать положительную обратную связь, что приводит к нестабильности в контурах сервопривода.

Рисунок 3. Когда VIN превышает указанный IVR, инверсия входной фазы приводит к тому, что выходной сигнал усилителя становится отрицательным.

Системные проектировщики также должны быть обеспокоены тем, что происходит, когда входы усилителя выходят за пределы источников питания. Чаще всего это состояние неисправности возникает, когда последовательность подачи питания приводит к тому, что сигнал источника становится активным до включения питания усилителя, или когда источник питания резко скачивает во время включения, выключения или во время работы.Это состояние разрушительно для большинства усилителей, особенно если перенапряжение превышает падение напряжения на диоде.

На рис. 4 показан типичный биполярный входной каскад с диодами защиты от электростатического разряда и ограничивающими диодами. В буферной конфигурации, когда V _{IN +} превышает любую шину, ESD и ограничивающие диоды будут смещены в прямом направлении. При очень низком импедансе источника эти диоды будут проводить столько тока, сколько позволяет источник. Прецизионные усилители, такие как AD8622, обеспечивают минимальную дифференциальную защиту за счет включения резисторов на 500 Ом последовательно со входами для ограничения входного тока при приложении дифференциального напряжения, но они защищают только до тех пор, пока не указан максимальный входной ток. не превышено.Если максимальный входной ток составляет 5 мА, то максимально допустимое дифференциальное напряжение составляет 5 В. Обратите внимание, что эти резисторы не включены последовательно с диодами ESD, поэтому они не могут ограничивать ток на шинах (например, во время состояния перенапряжения).

Рисунок 4. Биполярный входной каскад, показывающий ESD и диоды дифференциальной защиты.

На рисунке 5 показано соотношение входного тока и напряжения незащищенного биполярного операционного усилителя при одновременном применении дифференциального входа и перенапряжения. Когда приложенное напряжение превышает падение на диоде, ток может стать разрушительным, вывести из строя или даже разрушить операционный усилитель.

Рис. 5. Входной ток операционного усилителя, когда дифференциальное входное напряжение превышает падение на диоде.

Защита от перенапряжения на внешнем входе

С первых дней появления полупроводниковых операционных усилителей разработчикам микросхем приходилось искать компромисс между архитектурой микросхемы и внешней схемой, необходимой для устранения ее недостатков. Защита от сбоев является одной из наиболее сложных проблемных областей (например, см. MT-036, «Защита от опрокидывания фазы на выходе операционного усилителя и входного перенапряжения» и MT-069, «Защита от входного напряжения In-Amp»).

Разработчикам систем необходимы прецизионные операционные усилители с двумя характеристиками: низкое напряжение смещения (V _OS ) и высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR), которые упрощают калибровку и сводят к минимуму динамическую ошибку. Чтобы поддерживать эти характеристики при наличии электрического перенапряжения (EOS), биполярные операционные усилители часто включают в себя внутренние ограничивающие диоды и небольшие ограничивающие резисторы, соединенные последовательно с их входами, но они не могут устранять неисправные состояния, возникающие, когда входы выходят за пределы шин.Чтобы добавить защиту, разработчик системы может реализовать схему, подобную показанной на рисунке 6.

Рисунок 6. Прецизионный операционный усилитель с внешней защитой с использованием токоограничивающего резистора и двух диодов Шоттки. RFB устанавливается равным R _OVP , чтобы уравновесить смещения из-за входных токов смещения.

R _OVP ограничивает ток в операционном усилителе, если сначала включается источник сигнала на V _IN . Прямое напряжение диодов Шоттки на 200 мВ меньше, чем у типичных малосигнальных диодов, поэтому весь ток перенапряжения будет шунтироваться через внешние диоды D ₁ и D ₂ .Однако эти диоды могут ухудшить характеристики операционного усилителя. Например, графики обратной утечки от 1N5711 (см. Рисунок 7) можно использовать для определения штрафа CMRR для данного резистора OVP. Обратная утечка 1N5711 составляет 0 нА при 0 В и 60 нА при 30 В. При общем режиме 0 В дополнительная I _OS , вызванная D1 и D2, зависит от того, насколько хорошо их утечки совпадают. Когда V _IN устанавливается на +15 В, D1 будет иметь обратное смещение на 30 В, а D2 будет иметь смещение 0 В. Таким образом, дополнительные 60 нА поступают в R _OVP .Когда на входе –15 В, D ₁ и D ₂ электрически меняют местами положения, и 60 нА вытекает из ROVP. Дополнительный IOS, вызванный защитными диодами в любом синфазном режиме, просто:

I _OSaddr = I _D1 – I _D2 (2)

Рис. 7. Зависимость обратного тока 1N5711 от постоянного обратного напряжения.

Из уравнения 2 штраф V _OS может быть получен на крайних значениях синфазного диапазона следующим образом:

V _OSpenalty = I _OSaddr × R _OVP (3)

При использовании 60 нА в качестве утечки 1N5711 при 30 В и защитного резистора 5 кОм, VOS на каждом конце будет увеличиваться на 300 мкВ, вызывая дополнительные 600 мкВ ∆VOS во всем диапазоне входного напряжения.С точки зрения технических данных, операционный усилитель с CMRR 110 дБ будет иметь снижение на 17 дБ. Установка резистора обратной связи для выравнивания импеданса источника помогает только тогда, когда общий режим равен 0 В, и ничего не делает для предотвращения дополнительных IOS во всем синфазном диапазоне. В таблице 1 показан такой же расчет для диодов, обычно используемых для защиты прецизионных усилителей. Для расчета штрафа CMRR предполагается наличие защитного резистора 5 кОм. Все затраты являются недавними котировками (2011 г.) в долларах США с сайта www.mouser.com.

Таблица 1.Часто используемые защитные диоды и их влияние на прецизионный ОУ с CMRR 110 дБ

	1N5711	BAV99	PAD5	BAS70-04	1N914	BZB84-C24
I OSaddr (nA)	60	10	<< 0.005	8	40	50
В OS Штраф (мкВ)	600	100	0	80	400	500
Штраф CMRR (дБ)	17	6	0	5	14	16
Стоимость при 1 тыс. Штук	0 руб.07	0,015 доллара США	$ 3,52	0,095 $	0,01 $	0,034 доллара США

Другой возможный недостаток метода, показанного на рисунке 6, заключается в том, что защитные диоды шунтируют ток перенапряжения в источники питания. Если, например, положительный источник питания не может потреблять значительную часть тока, ток перенапряжения может вызвать увеличение положительного напряжения питания.

Один из способов предотвратить это – использовать встречные стабилитроны между положительным входом и землей, как показано на рисунке 8. Когда напряжение стабилитрона D1 или D2 превышается, диод шунтирует ток перенапряжения на землю, защита источников питания. Эта конфигурация предотвращает накачку заряда в условиях перенапряжения, но стабилитроны имеют более высокий ток утечки и емкость, чем малосигнальные диоды. Кроме того, стабилитроны имеют характеристику мягкого перегиба в профиле тока утечки.Это, как описано ранее, добавляет дополнительный штраф CMRR в синфазном диапазоне усилителя. Например, BZB84-C24 представляет собой пару встречных стабилитронов с рабочим напряжением от 22,8 В до 25,6 В. Обратный ток указан как максимум 50 нА при 16,8 В, но производитель не указывает, что утечка ближе к напряжению стабилитрона. Кроме того, для достижения более резкой характеристики пробоя стабилитроны обычно изготавливаются из более высоколегированных диффузоров, чем их собратья с малым сигналом.Это вызывает относительное увеличение паразитной емкости, что приводит к увеличению искажений (особенно при более высоких амплитудах) и повышенной нестабильности.

Рисунок 8. Прецизионный операционный усилитель с внешней защитой с использованием токоограничивающего резистора и двух стабилитронов.

Ранняя встроенная защита от перенапряжения

В предыдущем разделе обсуждались недостатки некоторых широко используемых методов защиты внешнего усилителя. Некоторых из этих недостатков можно было бы избежать, если бы сам усилитель выдерживал большие входные перенапряжения.На рисунке 9 показана общая схема интегрированной защиты, используемая на паре дифференциальных входов.

Рисунок 9. Пара дифференциальных входов с резистивной защитой от перенапряжения (защита от электростатического разряда не показана).

Эта схема включает входные защитные резисторы на обоих входах усилителя. Хотя защита от перенапряжения обычно требуется только на одном входе, выравнивание паразитной емкости и утечки на каждом входе снижает искажения и ток смещения. Кроме того, диоды не должны обрабатывать события электростатического разряда, поэтому они могут быть относительно небольшими.

Добавление сопротивления, внешнего или внутреннего, добавляет к тепловому шуму усилителя, основанному на квадратном корне из суммы квадратов (Уравнение 4):

(4)

Если для защиты операционного усилителя от шума 4 нВ / √Гц используется резистор 1 кОм, общий шум напряжения увеличится на √2. Интеграция защитных резисторов не меняет того факта, что защита от перенапряжения увеличивает приведенный к входу шум напряжения, но интеграция R ₁ и R ₂ с операционным усилителем гарантирует, что спецификация шума в технических данных покрывает защитную схему.

Чтобы избежать компромисса между шумом и перенапряжением, требуется защитная схема, которая имеет низкое сопротивление, когда входы усилителя находятся в пределах указанного диапазона, и очень высокое сопротивление, когда входы усилителя выходят за пределы направляющих. Эта характеристика обеспечит улучшенную защиту от перенапряжения по запросу, тем самым снизив общий вклад шума при нормальных условиях эксплуатации. На рисунке 10 показана реализация одной схемы, которая ведет себя подобным образом.

Рисунок 10. Входная дифференциальная пара с активной защитой от перенапряжения.

Jxy – это полевые транзисторы с P-каналом; они работают в режиме истощения, поэтому канал имеет ту же полярность, что и исток и сток. Когда входные уровни усилителя находятся между шинами, J _1A и J _2A действуют как простые резисторы с сопротивлением, равным R _DSON , потому что входные токи смещения достаточно малы, чтобы победить любая разность потенциалов между каналом и затвором. t защелкните канал закрытым. Если напряжение V _{IN +} превысит отрицательное напряжение на диоде, ток начнет протекать через J _1A , что приведет к закрытию стока.Этот переход фактически представляет собой переход J _1A из триода в линейную область. Если V _{IN +} превысит положительное напряжение питания на диодное падение, J _1A будет действовать как боковой PNP. V _{IN +} к затвору будет действовать как смещенный в прямом направлении переход эмиттер-база, а другой переход действует как база-коллектор, сдерживая перенапряжение.

График вольт-амперной характеристики на Рисунке 11 показывает изменение входного импеданса операционного усилителя с полевым транзистором при качании по перенапряжению.R _DSON защитного полевого транзистора – 4,5 кОм; когда положительный вход усилителя поднимается над шиной, сопротивление защитного полевого транзистора быстро увеличивается до 22 кОм при 30 В, ограничивая входной ток до 1,5 мА.

Рисунок 11. Эффективное входное сопротивление операционного усилителя, защищенного полевыми транзисторами, при качании по перенапряжению постоянного тока.

Преимущества интеграции

Усилители, такие как ADA4091 и ADA4096, демонстрируют, что надежные, устойчивые к перенапряжениям входы операционных усилителей могут быть достигнуты с минимальным влиянием на точность (как показано на рисунке 10).ADA4096 обеспечивает защиту 32 В независимо от уровней питания, устраняя необходимость во внешних компонентах, которые могут быть либо недорогими, но значительно ухудшающими точность усилителя, либо точными, но более дорогими, чем сами усилители.

На рисунке 12 показан ADA4096-2 в корпусе LFCSP размером 2 × 2 мм рядом с парой дискретных компонентов, часто используемых для внешней защиты входа. Интегрированная защита ADA4096-2 позволяет значительно уменьшить площадь, занимаемую печатной платой; его эффекты включены в спецификации операционного усилителя; и защищает усилитель даже при отключенном питании (см. рисунок 13).Кроме того, ADA4091 и ADA4096 имеют входы и выходы Rail-to-Rail (RRIO) и не имеют инверсии фазы во всем диапазоне защиты от перенапряжения (см. Рисунок 14). Эти преимущества позволяют разработчикам систем немного меньше беспокоиться о последовательности и фиксации источников питания.

Рисунок 12. ADA4096-2 в корпусе размером 2 × 2 мм занимает меньше места, чем два компонента, обычно используемых для внешней защиты по напряжению. Рисунок 13. Ограничение входного тока OVP ADA4096-2 с питанием и без него. Рисунок 14.ADA4096-2 работает с питанием ± 10 В, когда входы подтянуты на 30 В выше и ниже шин.

Выводы

Таким образом, встроенная защита от перенапряжения дает множество преимуществ:

1. Повышенная надежность и точность цепей аналоговых сигналов.
2. Сокращенное время вывода продукта на рынок (TTM), более короткое время разработки и меньшие требования к испытаниям.
3. Сниженная стоимость спецификации.
4. В утвержденных списках компонентов требуется меньше компонентов.
5. Уменьшение занимаемой площади на печатной плате / более высокая плотность.
6. Более низкая частота отказов.

Рекомендации

Технический паспорт

1N914 доступен на сайте www.fairchildsemi.com.

Технический паспорт

1N5711 доступен на сайте www.st.com.

Спецификации

BAV99, BAS70-04 и BZB84-C24 доступны на сайте www.nxp.com.

Технический паспорт

PAD5 доступен на сайте www.vishay.com.

Стандарт JESD22-A114D доступен на сайте www.jedec.org.

Новый надежный подход к защите от перенапряжения для чувствительных электронных сигнальных входов

Высокие требования к надежности электронных систем, особенно в промышленных условиях, постоянно ставят перед разработчиками большие задачи.Защита от перенапряжения является одним из ключевых соображений и проблем при проектировании, поскольку для защиты систем от событий перенапряжения обычно требуются дополнительные компоненты, однако они часто влияют и, в худшем случае, могут даже искажать сигналы. Кроме того, эти компоненты требуют дополнительных затрат и способствуют пространственным ограничениям. Следовательно, при разработке схемы защиты традиционные решения часто требуют компромисса между точностью системы и уровнем защиты.

Обычно общий и простой метод проектирования использует внешние защитные диоды, обычно диоды подавления переходных напряжений (TVS), зажатые между сигнальной линией и источником питания или землей.TVS-диоды имеют преимущество, поскольку они могут мгновенно реагировать на временные скачки напряжения. Этот тип внешней защиты от перенапряжения показан в левой части рисунка 1.

Рис. 1. Традиционная конструкция защиты от перенапряжения с дополнительными дискретными компонентами.

Если возникает положительный импульс переходного напряжения, он фиксируется током через диод D1 на VDD. Таким образом, напряжение ограничивается значением VDD плюс прямое напряжение диода. Если импульс отрицательный и меньше VSS, то же самое применяется, за исключением того, что он ограничивается VSS через D2.Однако, если ток утечки, вызванный перенапряжением, не ограничен, это может привести к повреждению диодов. По этой причине в тракте также есть ограничивающий ток резистор. В очень суровых условиях окружающей среды двунаправленный TVS-диод на стороне входа часто используется для усиления защиты.

Недостатки, связанные с этим типом схемы защиты, проявляются, например, в виде увеличения времени нарастания и спада фронта и емкостных эффектов. Более того, он не обеспечивает никакой защиты, когда цепь находится в обесточенном состоянии.

Фактические компоненты, такие как аналого-цифровые преобразователи (АЦП), операционные усилители и т. Д., Обычно имеют встроенную защиту. Это может быть архитектура коммутатора, как показано в правой части рисунка 1. Рисунок 1 также показывает, что защитные диоды со стороны входа и выхода присутствуют на обеих шинах питания. Обратной стороной этой настройки является то, что, когда плавающие сигналы появляются в обесточенном состоянии (на ИС не подается питание), переключатель может действовать так, как если бы он был активен (даже если он выключен), поскольку ток будет течь через диоды. и шины питания.Это позволяет току проходить, что приводит к потере защиты сигнальной линии.

Архитектура коммутатора с защитой от сбоев

Одним из решений проблем, упомянутых выше, является архитектура переключателя с защитой от сбоев, дополненная двунаправленной ячейкой ESD, как показано на рисунке 2. Вместо TVS-диодов на входной стороне теперь ячейка ESD фиксирует переходные процессы напряжения, постоянно сравнивая входное напряжение с VDD или VSS. В случае постоянного перенапряжения нижестоящий выключатель размыкается автоматически.Входное напряжение больше не ограничивается защитными диодами, прикрепленными к шинам питания. Ограничивающим фактором теперь является максимальное номинальное напряжение переключателя. Дополнительными преимуществами являются более высокая устойчивость и надежность системы. Также практически отсутствует влияние на фактические сигналы и их точность. Кроме того, дополнительный токоограничивающий резистор не требуется, поскольку токи утечки очень малы, когда переключатель разомкнут.

Рис. 2. Защита от перенапряжения со встроенной двунаправленной ячейкой ESD.

Этот тип входной структуры характерен для четырехпозиционного переключателя SPST (однополюсный, однонаправленный) ADG5412F от Analog Devices Inc. (ADI). Этот переключатель допускает постоянное перенапряжение до ± 55 В независимо от наличия напряжения в сети. Ячейка ESD, встроенная в каждый из четырех каналов, фиксирует переходные напряжения до 5,5 кВ. В условиях перенапряжения открывается только затронутый канал, а остальные каналы продолжают работать в обычном режиме.

Заключение

Благодаря этому типу переключателей защиты от перенапряжения электрические схемы могут быть значительно упрощены.Преимущества перед традиционным дискретным решением многочисленны как с точки зрения обеспечения оптимальных характеристик переключения и устойчивости точной сигнальной цепи, так и с точки зрения пространственной оптимизации. Следовательно, защита от перенапряжения, предлагаемая ADG5412F, особенно подходит для высокоточных измерений в суровых условиях.

Системы защиты от перенапряжения Raycap.com

Защита от перенапряжения

Защита от перенапряжения

Raycap – ведущий разработчик и производитель устройств и систем защиты от электрического перенапряжения для использования на промышленных объектах.В системах защиты, разработанных Raycap, используются компоненты промышленного класса, такие как запатентованная технология Strikesorb SPD, которая обеспечивает непревзойденный уровень защиты критически важного и чувствительного оборудования на промышленной площадке. Это уязвимое оборудование, такое как компьютеры, микропроцессоры и другие устройства, питаемые через электрическую сеть, может быть повреждено ударами молнии и другими событиями перенапряжения, которые вызывают скачки напряжения, исходящие из электрической сети или внутри самого промышленного объекта.Технология защиты внутри продуктов Raycap предотвращает повреждения, возникающие из-за различных причин перенапряжения и скачков напряжения, и предназначена для предотвращения контакта любых электрических скачков с оборудованием.

Перенапряжения на промышленных объектах встречаются чаще, чем удары молнии. Само перенапряжение определяется как ток электричества к конкретному компоненту, превышающий критический, определенный порог, который, как известно, потенциально может повредить компоненты в присоединенной системе.Устройства защиты от перенапряжения (OVP) постоянно контролируют уровень потока электроэнергии и активируются при превышении этого уровня. Превосходная защита OVP, предлагаемая Strikesorb, имеет высокий номинальный ток короткого замыкания, что обеспечивает гибкость установки и интеграции. Технология обеспечивает низкое сквозное напряжение и оптимальный уровень защиты, обеспечивающий безопасность чувствительного оборудования. Установка этого локализованного OVP или удаленного OVP обеспечивает лучшую защиту от повреждения цепи и потери данных.

Причины перенапряжения многочисленны. Сбои в источнике питания могут вызвать кратковременные и опасные всплески тока. Эти всплески должны распознаваться мгновенно и опускаться или отклоняться от оборудования, чтобы избежать пожаров, потери оборудования и сбоев данных. Другие формы электрических событий включают переходные процессы и отказы источника питания, такие как ошибки пользователя, вызванные неправильным программированием, короткими замыканиями и ошибками переключения. Во всех этих случаях кратковременное повышение электрических уровней выше порога безопасности вызвано искажениями синусоидальной волны, которая меняет свою форму, вызывая проблемы с оборудованием.Этот тип электрического перенапряжения может оказывать долгосрочное негативное влияние на надежность электроники, вызывая отказ критически важного оборудования, включая ИБП и другие системы резервного питания. Поэтому подавление переходных перенапряжений (TVSS) следует рассматривать как часть полного решения по защите от перенапряжения .

События перенапряжения, вызванные ударами молнии, являются наиболее серьезными, и их трудно предотвратить, поскольку этот тип удара необходимо предотвращать с помощью различных систем.Перенапряжение в результате скачков напряжения, связанных с прямыми ударами молнии по линиям электропередач, или связанное с ударами в конструкцию, вызовет серьезные скачки напряжения, которые могут быть обнаружены и отведены от оборудования с помощью устройств, установленных между линиями и самим оборудованием.