Защита от переполюсовки и КЗ зарядного устройства, блока питания своими руками
Содержание
- 1 Вариант 1
- 2 Вариант 2
- 3 Вариант 3
- 4 Итог
Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания. Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.
В этой статье будет рассмотрено 3 варианта защит от переполюсовки, которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.
Вариант 1
Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.
Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.
Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.
Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.
И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.
Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.
В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.
Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.
В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.
Вариант 2
Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.
Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.
При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.
Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.
Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.
Вариант 3
Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.
Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.
Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.
А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.
Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.
Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.
Итог
С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.
Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.
Автор: Эдуард Орлов –
Прикрепленные файлы: СКАЧАТЬ.
Защита от переполюсовки | Радиолюбитель — это просто
Опубликовано автором Moldik
Такая необходимость бывает не всегда и требования к такой защите различные.
Схемы с диодом.
Самый простой вариант это обыкновенный диод.
реклама
Диод можно устанавливать как по минусу, так и по плюсу. (На всех схемах, вход — слева, выход — справа) Решение простое и надежное как гвоздь, но есть условия:
защита от переполюсовки, диод- Мощность диода должна соответствовать потребляемому току, и при больших токах диод превращается в печку, тем самым кроме всего расходуется лишняя энергия.
- На диоде будет падение напряжения, поэтому часто рекомендуют сюда ставить диод Шоттки.
Еще одна схема, тоже простая и тоже с диодом, но она не имеет недостатков предыдущей схемы:
В данной схема диод работает, только когда питание подано с неправильной полярностью, через него замыкается входная цепь и в результате сгорает предохранитель. Конечно предохранитель должен быть на ток соответствующий потреблению нагрузки, а диод соответствующую мощность, что бы выдержать такой ток.
реклама
Такую защиту применяют когда ошибка подключения не правильной полярности бывает редкой и вместо плавкого предохранителя можно поставить самовосстанавливающийся.
И последний вариант с диодом, будет с диодным мостом.
защита от переполюсовки, диодный мостЭто универсально решение, при любой полярности от источника питания, на нагрузке будет правильная полярность. Это очень удобно, не нужно думать вообще. Но опять же как и в первом случае, нужно учитывать рабочие мощность и напряжение диодного моста, а при больших токах диодный мост будет солидным.
Схемы с реле:
Следующие простые варианты, это использовать реле.
защита от переполюсовки, релезащита от переполюсовки, релеВ первом случае, реле срабатывает когда питание подано в неправильной полярности и отключает нагрузку. Такой вариант используют в малоточных схемах.
Во втором случае, нагрузка включается при правильном подключении полюсов источника питания и реле остается включенным до тех пока пока подано питание.
Такую схему часто используют в зарядных устройствах.
И еще один вариант, тут используется реле с 2-мя группами контактов, и на нагрузку всегда приходит правильное питание — в правильной полярности.
Во всех случаях использования реле нужно учитывать два фактора: реле должно срабатывать при напряжении питания и контакты должны быть рассчитаны на ток равный или более тока нагрузки.
Схемы с транзисторами:
Все перечисленные выше схемы имеют свои достоинства и недостатки и имеют свои пределы использования. И есть конечно схемы на транзисторах:
защита от переполюсовки, полевой транзисторПервая схема с использованием транзистора, это на полевом P-канальном транзисторе. Работает это так: при подаче питания, ток в нагрузку начинает течь через защитный диод самого транзистора, падение на этом диоде будет велико и между затвором и истоком транзистора появляется напряжение способное открыть транзистор. Транзистор открывается, ток течет уже через низкоомный открытый переход сток-исток, падение напряжения на этом переходе минимально и им можно пренебречь.
А транзистор остается открытым потому, что цепь нагрузки замкнута. Резистор R1 — ограничивает ток на затвор, а стабилитрон D1 ограничивает напряжение между затвором и истоком транзистора, защищая его от пробоя, это простейший параметрический стабилизатор. Если полярность будет не правильной, ток течь не будет и транзистор не откроется.
Положительным моментом этой схемы. является то, что сопротивление такого открытого транзистора составляет сотые доли Ома (!). А это означает, что мощность рассеиваемая на транзисторе будет мизерной и потерь соответственно почти нет.
Транзистор должен по своим параметрам (рабочие напряжение и ток) соответствовать источнику питания и нагрузке.
Стабилитрон подбирается по напряжению пробоя транзистора, но напряжение стабилизации должно быть меньше этого напряжения (напряжения пробоя) и больше напряжения отсечки транзистора.
Сопротивление R1 должно быть большим, несколько сотен килоОм, но вот как его рассчитать я не знаю. В своих схемах я просто ставлю 100-220кОм.
Есть микросхемка CSD68803W15, ее можно встретить в мобильных телефонах, а схема внутри ее выглядит вот так:
CSD68803W15Комментарии к этой схеме излишни.
Все выше перечисленные схемы можно кроме того дополнить индикацией правильной и неправильной полярности.
индикация правильной и неправильной полярностииндикация правильной и неправильной полярностиДалее идут более сложные схемы, которых великое множество и на этом можно было бы и закончить, но есть еще одна схема, которую я хочу показать.
Защита зарядного от неправильной полярностиЭту схему можно встретить в различных вариантах на различных сайтах и форумах. Авторство приписывают кому угодно, но только не автору. Но суть в том, что схема работает отлично, предназначена для защиты от не правильного подключения АКБ к зарядному устройству, т.е. устанавливается она на выходе зарядного устройства. Но есть одно — НО, схема будет работать только если поменять полярность. (т.е. на схеме полярность указана не правильно)
У нее есть недостаток, пока не подключен АКБ к клеммам, на выходе, на тех самых клеммах нет напряжения вообще, но это и достоинство одновременно, можно не боятся замыкания выхода зарядного.
Таким образом эта схема является еще и своеобразной защитой от КЗ выхода зарядного устройства. И еще, такое зарядное не сможет заряжать полностью разряженный аккумулятор.Во времена когда сборка зарядных устройств была очень востребована, я их тоже собирал и не однократно собирал такую схему, работает просто отлично.
И раз я заговорил об авторстве, то должен сказать, что автором является Ново Зеландский радиолюбитель Gerard la Rooy и схема выглядела так:
Защита зарядного от неправильной полярностиОднако суть от этого не меняется.
Блоки питания, Зарядное, Литература
схема
mosfet — отказ микросхемы BTS441RG при обратном питании
У меня есть эта схема, которая включает два источника питания 24 В и объединяет их через два полевых транзистора BTS441 ProFET. Затем он подает либо вход A, либо B на BTS6163 ProFET, который обеспечивает защиту и контроль лампочки. MCU будет включать только один вход за раз в зависимости от того, какой вход находится в пределах диапазона напряжения.
При тестировании возможностей защиты от короткого замыкания с подключенным только входом A (U1) микросхема входа B (U2) начала дымить и теперь показывает около 32 Ом на микросхеме (контакты 3–5) при удалении из цепи.
Я не могу понять, как микросхема, имеющая несколько функций защиты и полностью выключенная, может пропустить ток, достаточный для взрыва. Возможно ли, что ток может течь в обратном направлении от OUT к GND, вызывая повреждение? Этого не произошло, пока я не закоротил выход на X3 (подключив и удалив короткое замыкание несколько раз подряд). Я питаю это от источника питания, установленного на 5А, и свет потребляет всего около 100 мА. BTS441 должен выдерживать номинальный ток 21 А и предельный ток 65 А.
Все остальное кажется в порядке после того, как чип задымился, никаких повреждений MCU, печатной платы или BTS6163. Замена чипа сразу восстанавливает функцию. Я не проверял повторное замыкание, но оказалось, что случайное короткое замыкание тут и там не влияет на микросхему (U2).
У меня остался только один чип, и я не хочу его взрывать. Мы будем очень признательны за любые советы.
- MOSFET
- защита
- короткое замыкание
- отказ
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
См. примечание 13 на стр. 7 таблицы данных BTS441. Вы эффективно переворачиваете батарею, подключая устройство. В этом случае для ограничения тока заземления требуется резистор заземления 150 Ом.
Кроме того, применение и устранение короткого замыкания вызывает высокие переходные напряжения, в зависимости от того, какая индуктивность имеется в вашей цепи. Infineon (по крайней мере, в некоторых своих устройствах ProFET) указывает максимальную индуктивность, чтобы избежать разрушения устройства. Эти устройства не являются пуленепробиваемыми, и быстрое применение S/C может быть смертельным.
При управлении от микроконтроллера обычно стратегия состоит в том, чтобы обнаружить короткое замыкание, выключить устройство, а затем снова включить его. Стресс от повторного включения устройства на короткое замыкание на несколько порядков меньше, чем при коротком замыкании уже включенного устройства.
Глядя на ваше изображение, повреждение выглядит как перегоревший заземляющий провод (тот, который идет к контакту 1). Это поддерживает 150R в теории заземления. Вы можете проверить, какой провод перегорел, сравнив каждый контакт со всеми остальными на плохом и сравнив результаты с результатами на вашем хорошем устройстве, чтобы проверить.
\$\конечная группа\$
Зарегистрируйтесь или войдите
Зарегистрироваться через Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Требуется, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Что такое защита от обратного напряжения?
Что такое защита от обратного напряжения
Схемы защиты от обратного напряжения предотвращают повреждение источников питания и электронных схем в случае подачи обратного напряжения на входные или выходные клеммы. Защита от обратного напряжения реализована на входе источника питания или на плате заказного, многоканального резервированного источника питания. Это важно для большинства электронных приложений, таких как ноутбуки, компьютеры, схемы CMOS и т. д.
Защита гарантирует, что компоненты не будут повреждены при случайном переключении соединений источника питания. Существуют различные методы, отличающиеся по действию, эффективности и сложности. В то время как некоторые, такие как диод или автоматический выключатель, обеспечивают только защиту от обратного напряжения, другие, такие как ИС защиты, обеспечивают защиту от обратного напряжения, перегрузки по току и перенапряжения.
Чтобы блокировать отрицательные напряжения, разработчики обычно размещают силовой диод или P-канальный полевой МОП-транзистор последовательно с источником питания. Одним из недостатков последовательных диодов является то, что они занимают место на плате и имеют высокую рассеиваемую мощность при больших токах нагрузки.
С другой стороны, полевой МОП-транзистор рассеивает меньше энергии, хотя и требует дополнительной схемы привода, что увеличивает стоимость. Оба решения влияют на операции с низким энергопотреблением и особенно на последовательный диод. Кроме того, решения могут не подойти при очень высоких токах нагрузки.
Защита от обратного напряжения с помощью диода
Диод включен последовательно с нагрузкой и позволяет питанию достигать нагрузки только при прямом смещении. Если напряжение меняется на противоположное, оно блокирует напряжение, и обратная мощность не достигает нагрузки. Использование диода является самым простым методом и имеет преимущество низкой стоимости.
Недостатки использования диода: прямое падение напряжения, которое может быть значительным в приложениях с низким напряжением, большое рассеивание мощности при высоких токах нагрузки и низкий КПД. Иногда используется диод Шоттки из-за его быстрого отклика и малого падения напряжения прямого смещения.
Рисунок 1: Диод последовательно с нагрузкой. Изображение предоставлено
. Использование MOSFET для защиты от обратного напряжения
В лучшей защите используются полевые МОП-транзисторы, преимущество которых заключается в очень низком сопротивлении. Этот метод включает в себя использование полевого МОП-транзистора P-типа верхнего плеча на пути питания или полевого МОП-транзистора нижнего плеча на пути заземления.
Рис. 2. Защита с использованием PMOSFET Image Credit
В каждой из схем MOSFET диод в корпусе транзистора смещен в прямом направлении во время нормальной работы.
Когда питание подключено правильно, напряжение затвора полевого транзистора принимается низким для PMOS и высоким, если это NMOS, так что канал закорачивает диод.
Когда напряжение питания меняется на противоположное, напряжение на затворе PMOSFET высокое, что предотвращает его включение и, следовательно, предотвращает попадание обратного напряжения на нагрузку. Для NMOSFET напряжение на затворе низкое.
Использование автоматических выключателей для защиты от обратного напряжения
Выключатели используются в приложениях высокой мощности от 500 Вт до нескольких киловатт. При таких больших токах использование диодов или даже диодов Шоттки нецелесообразно из-за высокой рассеиваемой мощности и неэффективности. Электронные автоматические выключатели используются вместе с силовым шунтирующим диодом.
При нормальной полярности и включенном автомате защиты ток течет от клеммы заземления к клемме –48. При обратной полярности диод отключения питания будет проводить и создаст короткое замыкание, которое отключит автоматический выключатель.
Схема дорогая, громоздкая и требует ручного сброса автоматического выключателя, поэтому не подходит для удаленных установок. Кроме того, точность автоматического выключателя может быть недостаточной в приложениях, требующих точного ограничения тока.
Рисунок 3: Использование автоматического выключателя для защиты от обратного напряжения Изображение предоставлено
. Использование контроллера кольцевого уплотнения
В этом методе микросхема контроллера кольцевого уплотнения используется в сочетании с мощным полевым МОП-транзистором для обеспечения простой и эффективной защиты от обратной полярности. Работа контроллера oRing является автоматической, и пока полярность правильная, микросхема правильно смещена, так что она включает полевой транзистор. При обратной полярности микросхема не имеет правильного смещения и не будет работать, чтобы включить полевой транзистор с обратным смещением. Полевой транзистор остается выключенным и предотвращает подачу обратной мощности на нагрузку.
