Защита от перенапряжения схема: ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Содержание

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Несколько лет назад, у моих друзей проживающих в частном секторе, случилось ЧП – где-то в сети перепутали фазы и на всю подключенную в этот момент к розеткам технику повалило напряжение 380В. Естественно телевизоры, компьютеры и музыкальные центры не спасал и дежурный режим – импульсные блоки питания летели, как дети в школу. В общем убытки у людей были колоссальные! В такой ситуации не спасло бы и релейное устройство защиты – спасти приборы можно только с помощью быстродействующих электронных устройств, обесточивающих линию при повышении сетевого напряжения до опасного уровня. Естественно после этого случая (лучше поздно, чем никогда), народ потянулся ко мне за помощью в плане защиты от таких ситуаций. Конечно им можно было приобрести и дешёвое китайское устройство защиты от перенапряжения, но люди доверяют мне больше, чем китайцам:)

Схему устройства защиты аппаратуры от перенапряжения выбрал из радиожурнала.

Здесь принцип действия такой, что при превышении напряжения выше заданного безопастного уровня, устройство замкнёт сеть и сгорят или выбьют пробки. Преимущества такой защиты очевидны – сразу блокируется вся проводка, а не только те аппараты, что подключены через устройство защиты, как делается в большинстве промышленных девайсов. 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.

Работа устройства зашиты от перенапряжения заключается в следующем: при напряжении в сети до 270 В стабилитроны VD3, VD4 закрыты. Также закрыты и тиристоры. При превышении действующего значения напряжения свыше 270 В 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.

Когда ток превышает 10 А, срабатывают автоматические выключатели.

Без конденсаторов С1 и С2 время срабатывания не превышает одного полупериода напряжения сети, но возможны ложные срабатывания. Так как с конденсаторами С1 и С2 снижается быстродействие устройства, можно сделать и однополупериодную схему с одним тиристором (VS1), удалив VS2, С2, VD1, VD2 и VD6, что я и сделал для простоты.

Схема собрана навесным монтажём в пластмассовом корпусе от какого-то сетевого адаптера. Светодиод показывает, что устройство защиты от перенапряжения включенно в сеть. Включается устройство в любую разетку сети. Аппарат работает несколько лет, собрано их пять штук. Проблем с перенапряжением с тех пор ни у кого не было. Симисторы используем любые мощные на большой рабочий ток, другой вариант защитного устройства смотрите здесь.

Вопросы задавайте на ФОРУМЕ

Устройство защиты от перенапряжения своими руками, схема

В статье мы расскажем как собрать самодельное устройство защиты от перенапряжения, объясним принцип работы и покажем схему данного устройства.

Сетевое перенапряжение

Скачок напряжения сети переменного тока может быть определен как мгновенное повышение напряжения, которое обычно может происходить из-за колебаний напряжения. Такие пики напряжения могут сохраняться в течение очень короткого промежутка времени, но все же могут быть смертельно опасными для бытового электрического и электронного оборудования.

Повышение напряжения в соответствии с законом Ома вынудит устройство или подключенную нагрузку потреблять эквивалентную избыточную величину тока за пределами диапазона допуска конкретного гаджета. Таким образом, всплеск, вызванный скачком напряжения, может мгновенно и навсегда повредить ценные приборы.

Обычно электронные устройства, такие как телевизоры, музыкальные системы и т. Д., Как правило, подвержены опасности таких скачков напряжения. Несмотря на то, что они в основном оснащены встроенными системами защиты, такими как стабилизатор / регулятор напряжения SMPS, предохранители и т. Д., Внезапный толчок, вызванный всплеском, возникающим из-за скачка напряжения, может привести к сгоранию критических частей. Также весьма тревожно, что дорогие электромеханические устройства, такие как холодильники, кондиционеры, водяные насосы и т. Д., Подвергаются еще большему риску при таких нарушениях питания. Эти устройства могут быть весьма уязвимы к сбоям напряжения и обычно «не любят» резких изменений входных напряжений и токов. Скачок напряжения не только вызывает ухудшение состояния компонентов машины, но иногда может даже мгновенно обжечь обмотки соответствующего двигателя. Более того, ремонт такого оборудования довольно дорогостоящий, и можно даже предпочесть покупку нового, чем ремонт при высоких затратах. Короче говоря, последствия могут привести к ненужным потерям денег и времени.

На рынке может быть несколько сложных сетевых устройств защиты от перенапряжений; однако вышеупомянутая ситуация может быть эффективно решена даже с помощью очень простой концепции.

Описание цепи

ВНИМАНИЕ: ЦЕПЬ, ПРЕДСТАВЛЕННАЯ ЗДЕСЬ, НАХОДИТСЯ НА ПОТЕНЦИАЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО ДОТРАГИВАТЬСЯ К ПЕРЕКЛЮЧЕННОЙ ПОЗИЦИИ. РЕКОМЕНДУЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ДЕРЕВЯННУЮ ПЛАНКУ ПОД ВАШИМИ НОГАМИ. Новички, пожалуйста, держитесь подальше.

Мы знаем, что свойство металлического железа проводить электричество не очень хорошее по сравнению с некоторыми другими электрическими проводниками, такими как алюминий и медь.

Теперь, если мы пойдем по закону Ома, мы обнаружим, что сопротивление проводника и тока, проходящего через него, прямо пропорционально приложенному напряжению, подразумевается, что по мере увеличения напряжения ток также увеличивается, а в случае железа в качестве проводника — увеличение тока через это заставило бы его действовать пропорциональное количество растущего сопротивления против него. Это противоположное сопротивление железа поможет устранить опасные всплески внезапных колебаний напряжения.

Давайте подробно разберемся в схеме и в ее деталях.

Обращаясь к схеме, C1, R1, D1, D2 и D3 вместе образуют твердотельный источник питания без трансформатора. D1 и D2 эффективно удаляют переходные напряжения входного напряжения, создавая безопасное напряжение для предыдущих электронных компонентов. C2 делает все остальное, отфильтровывая любые остаточные помехи переменного тока.

Вышеупомянутое напряжение подается в цепь, в основном включающую транзисторы T1, T2 и симистор TR1 в качестве активных компонентов.

Предварительная установка P1 регулируется таким образом, что T1 просто начинает проводить с пороговым значением напряжения (DC), которое может быть эквивалентным приложенному сетевому переменному току. Например, предположим, что при нормальном напряжении вход постоянного тока в Т1 составляет около 9 вольт, увеличение на 25% сети переменного тока приведет к увеличению потенциала постоянного тока пропорционально примерно до 11,25. Таким образом, здесь P1 можно установить так, чтобы T1 просто проводил на этом пороге.

Обычно, пока T1 выключен, T2 остается включенным и подает требуемое напряжение затвора на симистор TR1. В течение этого времени сетевое напряжение к приборам подается через TR1, и оно получает полное нормальное входное напряжение без каких-либо ограничений, R5 остается неактивным.

Если случайно входной сигнал выходит за пределы установленного порога, как объяснено выше, T1 проводит, T2 выключается и симистор так же выключается, отключая нормальное неограниченное электропитание переменного тока для нагрузки или приборов. Однако в этот момент происходит интересная вещь: нагрузку начинает получать переменный ток через R5, который является резистором низкого значения, состоящим из железной катушки.

Внедрение R5 мгновенно устраняет опасно растущее напряжение, гарантируя, что приборы не будут повреждены. Также переход плавный, безопасный и без перерывов.

В соответствии с максимальной нагрузкой на дом, R5 должен иметь соответствующие размеры.

Эта простая и недорогая конструкция цепи сетевого фильтра очень эффективна, безопасна, проста в сборке и поэтому должна быть встроена в каждый дом.

Микросхема LTC4366: надежная защита от скачков напряжения до 500 В

29 Июн 2017

Авторы статьи

Вячеслав Гульванский, Дмитрий Каплун, к. т. н., Юрий Сердитов, Павел Башмаков [email protected]

(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №1 2017)

Скачать статью в формате PDF (220 КБ)

В транспортных средствах электроника сталкивается с уникальными проблемами, основной из которых является работа при кратковременных всплесках электроэнергии. Без должной схемы защиты скачки напряжения способны моментально вывести аппаратуру из строя. Из-за сложностей с неустойчивым питанием в этой области были разработаны стандарты, устанавливающие регламенты для электрических систем, действующих

от источников питания 12 В и 28 В в различных транспортных средствах. Проектирование систем, устойчивых к скачкам напряжения и связанным с ними переходными процессами, обычно требует больших и дорогих пассивных компонентов. Подавляющая скачки напряжения линейка продуктов от компании Linear Technology не только предназначена для защиты систем от подобных скачков, но и способна сократить стоимость и размер решения.

Традиционные способы, позволяющие устранить скачки напряжения, — это подавления с помощью индуктивностей, конденсаторов, разрядников и предохранителей. Компания Linear Technology создала микросхему LTC4366, защищающую электронные системы от скачков напряжения свыше 500 В интеллектуальным регулированием через транзистор с диапазоном рабочих температур –40… +150 ° С.

Главной особенностью данной схемы является «плавающая» топология, способная работать с высокими напряжениями независимо от максимально допустимых напряжений внутренних цепей микросхемы. Два внутренних параллельных стабилизатора соединены с внешними резисторами, образуя цепь питания микросхемы. Максимальное напряжение скачков ограничивается параметрами внешних резисторов и транзистора. Микросхема LTC4366 — первый продукт подобного класса, способный, к примеру, предохранить 12-В цепь от скачков напряжения до 500 В без использования дополнительных защитных компонентов.

«Плавающая» топология позволяет LTC4366 функционировать в широком диапазоне входных напряжений 9–500 В. Хорошо регулируемый выход обеспечивает гибкость контроля уровня выходного напряжения, не влияя на работу системы. Суммарное потребление во включенном состоянии не превышает 20 мкА. Применение этой микросхемы снижает затраты при производстве низковольтного оборудования, поскольку исчезает потребность в высоковольтных компонентах.

Микросхемы изготавливаются в 8-выводных корпусах TSOT-23 и DFN (размер 3×2 мм).

Существующие разновидности

Выпускаются две версии LTC4366, отличающиеся друг от друга реакцией на неисправности. После того как неисправность устранена, LTC4366-1 выключается, в то время как LTC4366-2 автоматически повторяет попытку включения. LTC4366-1 и транзистор остаются выключенными до того момента, пока контакт SD не будет переведен в низкий уровень (LOW), а затем в высокий (HIGH). Данной операцией стирается ошибка, а затем LTC4366-1 включает транзистор. LTC4366-2 ожидает 9 с, потом автоматически стирает все ошибки и перезапускается.

Существует возможность изменения времени выключения питания из-за скачка напряжения. Настраиваемый таймер неисправности ограничивает рассеивание мощности на внешнем транзисторе. Во время «ошибки» по питанию на контакт TIMER подается ток, заряжающий конденсатор (С

T). Это позволяет работать транзистору в нижних зонах SOA-диаграмм.

Путем регулирования скорости нарастания выходного напряжения на контакте GATE пусковое ограничение исключает выбросы тока, проходящие через транзистор на выход.

В выключенном режиме LTC4366 отключает внешний транзистор, соединяя контакты GATE и OUT вместе с коммутацией на транзистор, что позволяет уменьшить потребление тока до значения, не превышающего 20 мкА. В автомобильной промышленности низкий ток отключения минимизирует разряд аккумулятора при стоянке в течение долгого времени, а в портативной электронике позволяет дополнительно сохранить заряд батареи.

Режимы работы

Плата LTC4366 имеет три режима работы: старт, рабочий и регулирование. В рабочем режиме и режиме регулирования микросхема получает большую часть своей мощности с выхода платы, таким образом транзистор изолирует скачок напряжения от контактов питания микросхемы. Соответственно, можно поднять напряжение до напряжения пробоя внешнего транзистора.

В режиме старта протекающий ток номиналом 15 μA течет через резистор R_IN, где половина напряжения предназначена для подачи на затвор, а другая половина используется в качестве тока смещения. При подаче напряжения с контакта GATE внешний транзистор подает питание на контакт OUT (рис. 1). Данные события переводят микросхему в рабочий режим, где выход достаточно высок для питания схемы с накачкой заряда, которая управляет затвором транзистора.

Как только на микросхему LTC4366 поступает питание, она готова к защите нагрузки от мгновенного перенапряжения. Защита нагрузки происходит в режиме регулирования при помощи усилителя регулирования перенапряжения, подключенного к источнику напряжения 1,23 В. Если падение напряжения в резисторе обратной связи R

FB1 превышает 1,23 В, усилитель регулирования опускает напряжение затвора, чтобы вернуть напряжение R_FB1 к значению 1,23 В. Это позволяет отношению R_FB1/R_FB2 установить выходное напряжение на заданном уровне (рис.1).

Рис. 1. Функциональная схема LTC4366

Во время контроля скачков напряжения избыточное напряжение падает на транзисторе. Для предотвращения перегрева транзистора микросхема LTC4366 ограничивает время контроля перенапряжения, используя внутренний таймер, подключенный к контакту TIMER. Контакт заряжается током номиналом 9 μA, пока напряжение не превысит 2,8 В. В этот момент он устанавливает ошибку перенапряжения, транзистор выключается, и микросхема переходит в 9-с период. При охлаждении транзистора напряжение с контакта GATE подключается к контакту OUT.

В начале пуска, во время завершения работы или после ошибки перенапряжения контакт GATE замыкается на контакте OUT, тем самым отключая транзистор. Это позволяет замкнуть контакты V_SS и OUT на «землю» при помощи выходной нагрузки и R_SS. В таком состоянии контакт V_DD замыкается через 12-В шунтирующий регулятор на V_SS. Полное напряжение питания –12 В подается на RIN, который устанавливает шунтирующий ток, достигающий 10 мА — на несколько порядков выше, чем типичный для V_DD ток покоя номиналом 9 μA.

Ошибка перенапряжения

Как правило, внешний транзистор полностью включен, питая нагрузку с очень небольшим падением напряжения. По мере увеличения входного напряжения, напряжение на выходе также увеличивается, пока не достигнет точки регулирования (V

REG). С этой точки дальнейшее увеличение напряжения сбрасывается на транзисторе. Транзистор не выключается, так как LTC4366 разрешает продолжить работу в течение короткого времени перенапряжения.

Рис. 2. Схема включения для защиты от скачков при входном напряжении 28 В

LTC4366 имеет два регулятора в сочетании с внешним резистором для отработки перенапряжения, R_SSи R_IN, для генерирования внутреннего питания на выводах V_DD и OUT. Это шунтирующее внутреннее питание позволяет защитить от перенапряжения при неограниченных высоковольтных переходных процессах, независимо от номинального напряжения внутренней электрической схемы LTC4366.

Когда напряжение на выходе больше или равно V_REG,запускается таймер, предотвращающий чрезмерное нагревание транзистора. Обычно TIMER удерживается на низком уровне с током 1,8 μA. Во время регулирования TIMER заряжается током 9 μA. Если режим регулирования держится достаточно долго, чтобы на контакте TIMER оставалось напряжение большее или равное 2,8 В, микросхема генерирует ошибку превышения напряжения.

После ошибки перенапряжения микросхема позволяет транзистору остыть и запустить питание заново (LTC4366-2), или выставляется уровень на контакте SD, пока на микросхему не будет подана команда перезапуска (LTC4366-1).

Правильный выбор R_SS резистора (рис. 2) является важным фактором. Во время перенапряжения выходной контакт OUT находится под напряжением регулирования (V_REG), а напряжение на R_SS соответствует V_REG –5,7 В. Большое различие между минимальным напряжением питания и напряжением регулирования может потребовать сопротивления R_SS с высокой номинальной мощностью.

Полное напряжение питания –12 В может появиться на сопротивлении R_IN во время перенапряжения. Обычно R_IN в несколько раз больше, чем R_SS, что позволяет снизить требования к мощности и физическим размерам R_IN.

Применение

Высоковольтное применение

Рис. 3. Защита от высокого переменного напряжения

На рисунке 3 представлена схема, которая выпрямляет напряжение 110 В AC до 160 В DC и защищает нагрузку от случайного подключения к 220 В AC, ограничивая выходной сигнал до 200 В DC.

Данная схема может работать в диапазоне 100–800 В на входе, где напряжением пробоя транзистора служит максимальное входное напряжение. Во внутреннюю схему с накачкой заряда встроен 0,47-μF шунтирующий конденсатор (C₁), что обеспечивает хорошую устойчивость к шумам при перепадах напряжения.

Автомобильное применение

На рис. 4 показана электрическая схема, которая защищает от обратного напряжения и применяется в автомобильных задачах. Когда положительное напряжение сначала подается на вход, D3 и база-коллектор узла Q2 позволяют получать М2 входное напряжения минус падение напряжение на двух диодах. Диод M2 передает мощность на LTC4366. После подачи питания на LTC4366 напряжение поступает на M1 и M2. Транзисторы M1 и M2 обеспечивают низкий импеданс нагрузке. Во время перенапряжения D1 блокирует избыточное положительное напряжение питания на входе, подходящего к контакту GATE LTC4366. D4 устраняет протекание тока через R6, когда вход положительный. D3 предотвращает пробой между эмиттером и базой Q2, если к входу подключено питание.

Во время отрицательного входного напряжения Q2 включается, когда ток от R6 усиливает прямое падение напряжение диодов на R5. Q2 удерживает затвор M2 на входном напряжении, что приводит к выключению M2.

Рис. 4. Включение при применении в автомобильных задачах

Заключение

Продукты ограничения скачков напряжения компании Linear Technology, использующие транзисторы для блокировки входных скачков и пиков высокого напряжения, обеспечивают бесперебойное питание по всей схеме. Блокирование напряжения групповыми компонентами позволяет избежать перегорания предохранителей и повреждений, возникающих при попытке микросхемы подать большую мощность на «землю» при помощи громоздких пассивных компонентов. Если при максимальном рассеивании переходных процессов(например, при скачке напряжения) превышаются возможности одного полевого транзистора, можно создать группу из нескольких транзисторов, что позволит поддерживать более высокие уровни мощности.

LTC4366 идеальна для жестких промышленных, автомобильных и авиационных применений, когда система должна функционировать при ощутимых перепадах и скачках напряжения. Примерами подобных применений могут служить цепи защиты с высоковольтным питанием, защита от переходных процессов электрического двигателя или защита от неправильного подключения к источникам питания.

Защита от перенапряжения сети для дома (220 и 380 вольт)

В современных бытовых приборах используется чувствительная электроника, что делает эти устройства уязвимыми перед перепадами напряжения. Поскольку устранить их не представляется возможным, необходима надежная защита. К сожалению, ее организация не входит в сферу обязанностей службы ЖКХ, поэтому заниматься этим вопросом приходится самостоятельно. Благо защитные устройства приобрести сегодня не проблема. Прежде чем перейти к описанию и принципу действия таких приборов, кратко расскажем о причинах, вызывающих скачки напряжения, и их последствиях.

Что такое перепад напряжения и его природа?

Под этим термином подразумевается краткосрочное изменение амплитуды напряжения электросети, с последующим восстановлением, близким к первоначальному уровню. Как правило, длительность такого импульса исчисляется я миллисекундами. Существует несколько причин для его возникновения:

Атмосферные явления в виде грозовых разрядов, они способны вызвать перенапряжение в несколько киловольт, что не только гарантированно выведет электроприборы из строя, а и может стать причиной пожара. В данном случае жителям многоэтажек проще, поскольку организация защиты от таких предсказуемых явлений входит в обязанности поставщиков электричества. Что касается частных домов (особенно с воздушным вводом), то их жильцы должны самостоятельно заниматься этим вопросом или обращаться к специалистам.
Скачки при коммутационных процессах, когда происходит подключение-отключение мощных потребителей.
Электростатическая индукция.
Подключение определенного оборудования (сварка, коллекторный электродвигатель и т.д.).

На рисунке ниже наглядно продемонстрирована величина грозового (U_гр) и коммутационного импульса (U_к) по отношению к номинальному напряжению сети (U_н).

Грозовой и коммутационный импульсы перенапряжения

Для полноты картины следует упомянуть и о долгосрочном повышении и понижении напряжения. Причиной первого является авария на линии, в результате которой происходит обрыв нулевого провода, что вызывает повышение до 380 вольт. Нормализовать ситуации никакими приборами не получится, потребуется ждать устранения аварии.

Длительное снижение напряжения можно часто наблюдать в сельской местности или дачных поселках. Это связано с недостаточной мощностью трансформатора на подстанции.

В чем заключается опасность перепадов?

В соответствии с допустимыми нормами, допускается отклонение от номинала в диапазоне от -10% до +10%. При скачках напряжение может существенно выйти за установленные границы. В результате блоки питания бытовой техники подвергаются перегрузке и могут выйти из строя или существенно сократить свой ресурс. При высоких или длительных перепадах велика вероятность возгорания проводки, и, как следствие, пожара.

Пониженное напряжение также грозит неприятностями, особенно к этому критичны компрессоры холодильных установок, а также многие импульсные блоки питания.

Защитные устройства

Существует несколько видов защитных устройств различающихся как по функциональности, так и по стоимости, одни из них обеспечивают защиту только одному бытовому прибору, другие – всем имеющимся в доме. Перечислим хорошо зарекомендовавшие себя и наиболее распространенные защитные устройства.

https://www.youtube.com/watch?v=e86nhzDoncM

Сетевой фильтр

Наиболее простой и доступный по деньгам вариант защиты маломощного бытового оборудования. Отлично зарекомендовал себя при бросках до 400-450 вольт. На более высокие импульсы устройство не рассчитано (в лучшем случае оно примет удар на себя, спасая дорогостоящую аппаратуру).

Фильтр удлинитель Swen Fort Pro

Основной элемент защиты у такого устройства – варистор (полупроводниковый элемент изменяющий сопротивление в зависимости от приложенного напряжения). Именно он выходит из строя при импульсе более 450 В. Вторая важная функция фильтра – защита от высокочастотных помех (возникают при работе электродвигателя, сварки и т.д.) отрицательно влияющих на электронику. Третьим элементом защиты является плавкий предохранитель, срабатывающий при КЗ.

Не следует путать фильтры с обычными удлинителями, которые не обладают защитными функциями, но похожи по внешнему виду. Чтобы различить их достаточно посмотреть паспорт изделия, где приведены полные характеристики. Отсутствие такового должно само по себе вызывать подозрение.

Стабилизатор

В отличие от предыдущего типа приборы этого класса позволяют нормализовать напряжение в соответствии с номинальным. Например, установив границу в пределах 110-250 В, на выходе устройства будет стабильные 220 В. Если напряжение выйдет за пределы допустимого, прибор отключит питание и возобновит его подачу после нормализации работы электросети.

Стабилизатор EDR-1000 от производителя Luxeon

В некоторых случаях (например, в сельской местности) установка стабилизатора является единственным способом повысить напряжение до необходимой нормы. Бытовые стабилизаторы выпускают двух модификаций:

Линейные. Они предназначены для подключения одного или нескольких бытовых приборов.
Магистральные, устанавливаются на входе электросети здания или квартиры.

И первые, и вторые следует подбирать исходя из мощности нагрузки.

Источники бесперебойного питания

Основное отличие от предыдущего типа является возможность продолжения подачи питания подключенного устройства после срабатывания защиты или полного отключения электричества. Время работы в таком режиме напрямую зависит от емкости аккумуляторной батареи и мощности нагрузки.

Бесперебойный блок питания APC, модель SC-420

В быту эти устройства в основном используются для подключения стационарных компьютеров, чтобы при проблемах с электросетью не потерять данные. При срабатывании защиты ИБП будет продолжать подачу питания в течение определенного времени, как правило, не более получаса (зависит характеристик устройства). Этого времени вполне достаточно, чтобы сохранить необходимые данные и корректно отключить компьютер.

Современные модели ИБП могут самостоятельно управлять работой компьютера через USB интерфейс, например, закрыть текстовый редактор (предварительно сохранив открытые документы), после чего произвести отключение. Это довольно полезная функция, если пользователь при срабатывании защиты не находился рядом.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Все перечисленные выше приборы обладают общим недостатком, у них не реализована действенная защита от импульса высокого напряжения. Если таковой произойдет, он, практически гарантированно выведет такие устройства из строя. Следовательно, защита должна быть организована таким образом, чтобы после срабатывания можно было оперативно привести ее в рабочее состояние. Этому требованию, как нельзя лучше отвечают УЗИП. На их основе организуется многоуровневая система защиты внутренних линий частного дома.

Одна из принятых классификаций таких устройств показана в таблице.

Таблица 1. Классификация УЗИП

Категория	Применение
В (I)	Обеспечивают защиту при прямом попадании грозового разряда по системе молниезащиты. Место установки – вводно-распределительное устройство или главный распределительный щит. Основная нормирующая характеристика – величина импульсного тока.
С (II)	Защищают токораспределительную сеть от коммутационных импульсов, а также играют роль второго защитного уровня при грозовом разряде. Место установки – распределительный щит.
D (III)	Обеспечивают последний уровень защиты, при которой к потребителям не допускаются остаточные броски напряжения и дифференциальные перенапряжения. Помимо этого обеспечивается фильтрация высокочастотных помех. Установка производится перед потребителем. Могут быть выполнены в виде модуля под розетку, удлинителя и т.д.

Пример организации трехуровневой защиты продемонстрирован ниже.

Организация трехуровневой защиты от перенапряжения

Конструктивные особенности УЗИП.

Устройство представляет собой платформу (С на рис. 6) со сменным модулем (В), внутри которого находятся варисторы. При их выходе из строя индикатор (А) изменит цвет (в приведенной на рисунке модели на красный).

УЗИП Finder (категория II)

Внешне устройство напоминает автоматический выключатель, крепление – такое же (под DIN рейку).

Особенностью УЗИП является необходимость замены модулей при выходе варисторов из строя (что довольно просто). Конструкция модулей выполнена таким образом, что установить их на платформу с другим номиналом невозможно. Единственный серьезный недостаток связан с характерными особенностями варисторов. Им необходимо время, чтобы остыть, многократное попадание грозового разряда существенно усложняет этот процесс.

Защитное реле

В завершении рассмотрим реле контроля напряжения (РКН), эти устройства способны обеспечить защиту бытовых приборов от коммутационных импульсов, перекоса фаз, а также пониженного напряжения. С грозовыми импульсами они не справятся, поскольку на это не рассчитаны. Их сфера применения – защита внутренней сети квартиры, то есть там, где обеспечение грозозащиты входит в обязанности электрокомпаний.

Приборы могут устанавливаться во входном щитке, непосредственно, после электросчетчика, для этого предусмотрено крепление под DIN рейку.

РКН можно подключать после счетчика

Помимо этого выпускаются модификации приборов в виде удлинителей питания и модулей под розетку.

РКН в виде удлинителя и розеточного модуля

Данные устройства могут произвести только защитное отключение сети, при выходе напряжения за указанные пределы (устанавливается кнопками управления), после нормализации электросети производится ее подключение. Стабилизация и фильтрация не производятся.
https://www.youtube.com/watch?v=AyTLz6G9Ul8

Предостережения

Не следует доверять защиту своего дома самодельным конструкциям, в бытовых условиях бывает проблематично настроить собранную схему и протестировать ее работу в критических режимах.

Не имея практического опыта в организации грозозащиты, не стоит пытаться реализовать ее самостоятельно, эту работу лучше доверить профессионалам. Рекомендуем рассматривать эту часть статьи как информационную.

Все манипуляции с электрощитом, приборами и проводкой необходимо проводить только при отключенном электропитании.

Список использованной литературы

Буткевич Г. В. «Дуговые процессы при коммутации электрических цепей» 1973
Д. В. Разевига «Техника высоких напряжений» 1976
Родштейн Л. А. «Электрические аппараты» 1981
Халилов Ф. Х., Евдокунин Г. А., Поляков B.C., Подпоркин Г. В., Таджибаев А. И. «Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений» 2002
Дмитриев М. В. «Применение ОПН в электрических сетях 6-750 кВ» 2007

Быстродействующая защита от перенапряжения – RadioRadar

В настоящее время на радиорынках появились в продаже различные устройства защиты бытовой техники от повышенного и пониженного напряжения в сети 220 В.

К сожалению, все они обладают существенными недостатками: малое быстродействие там, где коммутация нагрузки осуществляется с помощью реле, отсутствие задержки включения после срабатывания из-за скачка напряжения (что очень важно особенно для импульсных блоков питания современных телевизоров и холодильников старого типа), ограничение по мощности коммутируемой нагрузки.

Рис. 1

Предлагаемое устройство защиты (рис.1) лишено этих недостатков и работает следующим образом. При выходе напряжения сети за установленные пределы (нижний предел регулируют резистором R4, верхний – R6) срабатывает таймер DD2 и на его выходе 3 устанавливается низкий уровень, зеленый светодиод VD6 гаснет, сисмис-тор ТС 106 отключает нагрузку. Низкий уровень на выходе 7 таймера DD2 разрешает работу счетчика DD1 К176ИЕ5, который по сути 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.

Рис. 2

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.

К деталям особых требований нет, за исключением: R2 – мощность не менее 1 Вт, СЗ – с малым током утечки. Оптосимистор VD9 МОС 3022 можно заменить на МОС 3020-3062. Конденсатор С1 – не менее чем на 400 В.

Через симистор ТС-106 можно коммутировать нагрузку на ток до 10 А с соответствующим радиатором, а если необходим больший ток, то нужно заменить его на более мощный (например ТС-132).

Данная 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.

Автор: Евгений Поярков, г. Первомайск

Схема подключения УЗИП – 3 ошибки и правила монтажа. Защита от импульсных перенапряжений.

Для всех нас стало нормой, что в распределительных щитках жилых домов, обязательна установка вводных автоматических выключателей, модульных автоматов отходящих цепей, УЗО или дифф.автоматов на помещения и оборудование, где критичны возможные утечки токов (ванные комнаты, варочная панель, стиральная машинка, бойлер).

Помимо этих обязательных коммутационных аппаратов, практически никому не требуется объяснять, зачем еще нужно реле контроля напряжения.

УЗИП или реле напряжения

Устанавливать их начали все и везде. Грубо говоря оно защищает вас от того, чтобы в дом не пошло 380В вместо 220В. При этом не нужно думать, что повышенное напряжение попадает в проводку по причине недобросовестного электрика.

Вполне возможны природные явления, не зависящие от квалификации электромонтеров. Банально упало дерево и оборвало нулевой провод.

Также не забывайте, что любая ВЛ устаревает. И даже то, что к вашему дому подвели новую линию СИПом, а в доме у вас смонтировано все по правилам, не дает гарантии что все хорошо на самой питающей трансформаторной подстанции – КТП.

Там также может окислиться ноль на шинке или отгореть контакт на шпильке трансформатора. Никто от этого не застрахован.

Именно поэтому все новые электрощитки уже не собираются без УЗМ или РН различных модификаций.

Что же касается устройств для защиты от импульсных перенапряжений, или сокращенно УЗИП, то у большинства здесь появляются сомнения в необходимости их приобретения. А действительно ли они так нужны, и можно ли обойтись без них?

Подобные устройства появились достаточно давно, но до сих пор массово их устанавливать никто не спешит. Мало кто из рядовых потребителей понимает зачем они вообще нужны.

Первый вопрос, который у них возникает: ”Я же поставил реле напряжения от скачков, зачем мне еще какой-то УЗИП?”

Запомните, что УЗИП в первую очередь защищает от импульсов вызванных грозой. Здесь речь идет не о банальном повышении напряжения до 380В, а о мгновенном импульсе в несколько киловольт!

Никакое реле напряжения от этого не спасет, а скорее всего сгорит вместе со всем другим оборудованием. В то же самое время и УЗИП не защищает от малых перепадов в десятки вольт и даже в сотню.

Например устройства для монтажа в домашних щитках, собранные на варисторах, могут сработать только при достижении переменки до значений свыше 430 вольт.

Поэтому оба устройства РН и УЗИП дополняют друг друга.

Защита дома от грозы

Гроза это стихийное явление и просчитать его до сих пор не особо получается. При этом молнии вовсе не обязательно попадать прямо в линию электропередач. Достаточно ударить рядышком с ней.

Даже такой грозовой разряд вызывает повышение напряжения в сети до нескольких киловольт. Кроме выхода из строя оборудования это еще чревато и развитием пожара.

Даже когда молния ударяет относительно далеко от ВЛ, в сетях возникают импульсные скачки, которые выводят из строя электронные компоненты домашней техники. Современный электронный счетчик с его начинкой, тоже может пострадать от этого импульса.

Общая длина проводов и кабелей в частном доме или коттедже достигает нескольких километров.

Сюда входят как силовые цепи так и слаботочка:

интернет

видеонаблюдение

охранная сигнализация

Все эти провода принимают на себя последствия грозового удара. То есть, все ваши километры проводки получают гигантскую наводку, от которой не спасет никакое реле напряжения.

Единственное что поможет и защитит всю аппаратуру, стоимостью несколько сотен тысяч, это маленькая коробочка называемая УЗИП.

Монтируют их преимущественно в коттеджах, а не в квартирах многоэтажек, где подводка в дом выполнена подземным кабелем. Однако не забывайте, что если ваше ТП питается не по кабельной линии 6-10кв, а воздушной ВЛ или ВЛЗ (СИП-3), то влияние грозы на среднем напряжении, также может отразиться и на стороне 0,4кв.

Поэтому не удивляйтесь, когда в грозу в вашей многоэтажке, у многих соседей одновременно выходят из строя WiFi роутеры, радиотелефоны, телевизоры и другая электронная аппаратура.

Молния может ударить в ЛЭП за несколько километров от вашего дома, а импульс все равно прилетит к вам в розетку. Поэтому не смотря на их стоимость, задуматься о покупке УЗИП нужно всем потребителям электричества.

Цена качественных моделей от Шнайдер Электрик или ABB составляет примерно 2-5% от общей стоимости черновой электрики и средней комплектации распредщитка. В общей сумме это вовсе не такие огромные деньги.

На сегодняшний день все устройства от импульсных перенапряжений делятся на три класса. И каждый из них выполняет свою роль.

Модуль первого класса гасит основной импульс, он устанавливается на главном вводном щите.

После погашения самого большого перенапряжения, остаточный импульс принимает на себя УЗИП 2 класса. Он монтируется в распределительном щитке дома.

Если у вас не будет устройства I класса, высока вероятность что весь удар воспримет на себя модуль II. А это может для него весьма печально закончится.

Поэтому некоторые электрики даже отговаривают заказчиков ставить импульсную защиту. Мотивируя это тем, что раз вы не можете обеспечить первый уровень, то не стоит вообще на это тратить денег. Толку не будет.

Однако давайте посмотрим, что говорит об этом не знакомый электрик, а ведущая фирма по системам грозозащиты Citel:

То есть в тексте прямо сказано, класс II монтируется либо после класса 1, либо КАК САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО.

Третий модуль защищает уже непосредственно конкретного потребителя.

Если у вас нет желания выстраивать всю эту трехступенчатую защиту, приобретайте УЗИП, которые изначально идут с расчетом работы в трех зонах 1+2+3 или 2+3.

Такие модели тоже выпускаются. И будут наиболее универсальным решением для применения в частных домах. Однако стоимость их конечно отпугнет многих.

Схема электрощита с УЗИП

Схема качественно укомплектованного с точки зрения защиты от всех скачков и перепадов напряжения распределительного щита, должна выглядеть примерно следующим образом.

На вводе перед счетчиком – вводной автоматический выключатель, защищающий прибор учета и цепи внутри самого щитка. Далее счетчик.

Между счетчиком и вводным автоматом – УЗИП со своей защитой. Электроснабжающая организация конечно может запретить такой монтаж. Но вы можете обосновать это необходимостью защиты от перенапряжения и самого счетчика.

В этом случае потребуется смонтировать всю схемку с аппаратами в отдельном боксе под пломбой, дабы предотвратить свободный доступ к оголенным токоведущим частям до прибора учета.

Однако здесь остро встанет вопрос замены сработавшего модуля и срыва пломб. Поэтому согласовывайте все эти моменты заранее.

После прибора учета находятся:

реле напряжения УЗМ-51 или аналог

УЗО 100-300мА – защита от пожара

УЗО или дифф.автоматы 10-30мА – защита человека от токов утечки

простые модульные автоматы

Если с привычными компонентами при комплектации такого щитка вопросов не возникает, то на что же нужно обратить внимание при выборе УЗИП?

На температуру эксплуатации. Большинство электронных видов рассчитано на работу при окружающей температуре до -25С. Поэтому монтировать их в уличных щитках не рекомендуется.

Второй важный момент это схемы подключения. Производители могут выпускать разные модели для применения в различных системах заземления.

Например, использовать одни и те же УЗИП для систем TN-C или TT и TN-S уже не получится. Корректной работы от таких устройств вы не добьетесь.

Схемы подключения

Вот основные схемы подключения УЗИП в зависимости от исполнения систем заземления на примере моделей от Schneider Electric. Схема подключения однофазного УЗИП в системе TT или TN-S:

Здесь самое главное не перепутать место подключения вставного картриджа N-PE. Если воткнете его на фазу, создадите короткое замыкание.

Схема трехфазного УЗИП в системе TT или TN-S:

Схема подключения 3-х фазного устройства в системе TN-C:

На что нужно обратить внимание? Помимо правильного подключения нулевого и фазного проводников немаловажную роль играет длина этих самых проводов.

От точки подключения в клемме устройства до заземляющей шинки, суммарная длина проводников должны быть не более 50см!

А вот подобные схемы для УЗИП от ABB OVR. Однофазный вариант:

Трехфазная схема:

Давайте пройдемся по некоторым схемкам отдельно. В схеме TN-C, где мы имеем совмещенные защитный и нулевой проводники, наиболее распространенный вариант решения защиты – установка УЗИП между фазой и землей.

Каждая фаза подключается через самостоятельное устройство и срабатывает независимо от других.

В варианте сети TN-S, где уже произошло разделение нейтрального и защитного проводника, схема похожа, однако здесь монтируется еще дополнительный модуль между нулем и землей. Фактически на него и сваливается весь основной удар.

Именно поэтому при выборе и подключении варианта УЗИП N-PE, указываются отдельные характеристики по импульсному току. И они обычно больше, чем значения по фазному.
Помимо этого не забывайте, что защита от грозы это не только правильно подобранный УЗИП. Это целый комплекс мероприятий.

Их можно использовать как с применением молниезащиты на крыше дома, так и без нее.

Особое внимание стоит уделить качественному контуру заземления. Одного уголка или штыря забитого в землю на глубину 2 метра здесь будет явно не достаточно. Хорошее сопротивление заземления должно составлять 4 Ом.

Принцип действия

Принцип действия УЗИП основан на ослаблении скачка напряжения до значения, которое выдерживают подключенные к сети приборы. Другими словами, данное устройство еще на вводе в дом сбрасывает излишки напряжения на контур заземления, тем самым спасая от губительного импульса дорогостоящее оборудование.

Определить состояние устройства защиты достаточно просто:

зеленый индикатор – модуль рабочий

красный – модуль нужно заменить

При этом не включайте в работу модуль с красным флажком. Если нет запасного, то лучше его вообще демонтировать.

УЗИП это не всегда одноразовое устройство, как некоторым кажется. В отдельных случаях модели 2,3 класса могут срабатывать до 20 раз!

Автоматы или предохранители перед УЗИП

Чтобы сохранить в доме бесперебойное электроснабжение, необходимо также установить автоматический выключатель, который будет отключать узип. Установка этого автомата обусловлена также тем, что в момент отвода импульса, возникает так называемый сопровождающий ток.

Он не всегда дает возможность варисторному модулю вернуться в закрытое положение. Фактически тот не восстанавливается после срабатывания, как по идее должен был.

В итоге, дуга внутри устройства поддерживается и приводит к короткому замыканию и разрушениям. В том числе самого устройства.

Автомат же при таком пробое срабатывает и обесточивает защитный модуль. Бесперебойное электроснабжение дома продолжается.

Запомните, что этот автомат защищает в первую очередь не разрядник, а именно вашу сеть.

При этом многие специалисты рекомендуют ставить в качестве такой защиты даже не автомат, а модульные предохранители.

Объясняется это тем, что сам автомат во время пробоя оказывается под воздействием импульсного тока. И его электромагнитные расцепители также будут под повышенным напряжением.

Это может привести к пробою отключающей катушки, подгоранию контактов и даже выходу из строя всей защиты. Фактически вы окажетесь безоружны перед возникшим КЗ.

Поэтому устанавливать УЗИП после автомата, гораздо хуже, чем после предохранителей.
Есть конечно специальные автоматические выключатели без катушек индуктивности, имеющие в своей конструкции только терморасцепители. Например Tmax XT или Formula A.
Однако рассматривать такой вариант для коттеджей не совсем рационально. Гораздо проще найти и купить модульные предохранители. При этом можно сделать выбор в пользу типа GG.
Они способны защищать во всем диапазоне сверхтоков относительно номинального. То есть, если ток вырос незначительно, GG его все равно отключит в заданный интервал времени.
Есть конечно и минус схемы с автоматом или ПК непосредственно перед УЗИП. Все мы знаем, что гроза и молния это продолжительное, а не разовое явление. И все последующие удары, могут оказаться небезопасными для вашего дома.
Защита ведь уже сработала в первый раз и автомат выбил. А вы об этом и догадываться не будете, потому как электроснабжение ваше не прерывалось.
Поэтому некоторые предпочитают ставить УЗИП сразу после вводного автомата. Чтобы при срабатывании отключалось напряжение во всем доме.
Однако и здесь есть свои подводные камни и правила. Защитный автоматический выключатель не может быть любого номинала, а выбирается согласно марки применяемого УЗИП. Вот таблица рекомендаций по выбору автоматов монтируемых перед устройствами защиты от импульсных перенапряжений:
Если вы думаете, что чем меньше по номиналу автомат будет установлен, тем надежнее будет защита, вы ошибаетесь. Импульсный ток и скачок напряжения могут быть такой величины, что они приведут к срабатыванию выключателя, еще до момента, когда УЗИП отработает.
И соответственно вы опять останетесь без защиты. Поэтому выбирайте всю защитную аппаратуру с умом и по правилам. УЗИП это тихая, но весьма своевременная защита от опасного электричества, которое включается в работу мгновенно.
Ошибки при подключении
1Самая распространенная ошибка – это установка УЗИП в электрощитовую с плохим контуром заземления.
Толку от такой защиты не будет никакого. И первое же “удачное” попадание молнии, сожгет вам как все приборы, так и саму защиту.
2Не правильное подключение исходя из системы заземления.
Проверяйте техдокументацию УЗИП и проконсультируйтесь с опытным электриком ответственным за электрохозяйство, который должен быть в курсе какая система заземления используется в вашем доме.
3Использование УЗИП не соответствующего класса.
Как уже говорилось выше, есть 3 класса импульсных защитных устройств и все они должны применяться и устанавливаться в своих щитовых.
Статьи по теме
Автомат защиты от перенапряжения для сети 220В
Не секрет, что сетевое напряжение порою «скачет» столь высоко, что не всякий электро- или радиоприбор его выдерживает. Отсюда и растущие горы аппаратуры в мастерских. Причем замечено, что особая зона нестабильности напряжения — сельская местность.
Можно воспользоваться электронной автоматикой, скажем, в виде предлагаемого устройства защиты, «срабатывающего» при повышении сетевого напряжения более допустимого (либо установленного владельцем для данного прибора) и отключающего нагрузку от сети до тех пор, пока напряжение не опустится до безопасного.
Принципиальная схема
Схема автомата приведена на рисунке 1. Он содержит выпрямитель-стабилизатор на деталях С4, VD4…VD7, C3, пороговый элемент на динисторе VS1, электронный ключ на транзисторах VT1, VT2 и исполнительный элемент на электромагнитном реле К1. Работает устройство так.
В дежурном режиме, когда сетевое напряжение не превышает допустимого значения, динистор закрыт, конденсатор С2 разряжен, транзистор VT1 открыт. Поскольку напряжение на стоке полевого транзистора мало, транзистор VT2 закрыт, реле К1 обесточено — через его контакты К 1.1 нагрузка включена в сеть (через розетку XS1).
Как только сетевое напряжение повысится до определенного значения, возрастет и постоянное напряжение на конденсаторе С1 — оно станет достаточным для пробоя динистора.
Конденсатор С1 разряжается и подзаряжает конденсатор С2. Но в какой-то момент тока через динистор оказывается недостаточно для удержания динистора в открытом состоянии. Конденсатор С1 начинает заряжаться и как только напряжение на нем достигнет напряжений пробоя динистора, процесс повторится.
При этом конденсатор С2 подзаряжается до напряжения, ограниченного напряжением стабилизации стабилитрона VD2. Но транзистор VT1 в этом случае окажется закрытым, a VT2 — открытым. Сработает реле и контактами К 1.1 отключит нагрузку от сети.
Если этот режим работы автомата необходимо индицировать, последовательно с обмоткой реле можно включить светодиод HL1 (показан на схеме штриховой линией) — АЛ307Б или аналогичный. Рабочий ток реле не должен превышать прямого тока светодиода, иначе параллельно светодиоду придется включить резистор соответствующего сопротивления.
После того как сетевое напряжение уменьшится до допустимого уровня, динистор перестанет открываться, конденсатор С2 за несколько секунд разрядится, транзистор VT1 откроется, a VD2 закроется. Реле обесточится и контактами К1.1 подключит нагрузку к сети. Для повышения помехоустойчивости в характеристику устройства введен гистерезис — оно срабатывает при одном напряжении, а возвращается в исходное состояние при меньшем на 10. ..20 В. Это достигается тем, что при срабатывании устройства резистор R5 замыкается и напряжение на динисторе увеличивается. Поэтому для возвращения устройства в исходное состояние сетевое напряжение должно снизиться на величину падения напряжения на резисторе R5.
Рис. 1. Принципиальная схема защиты от перенапряжения по сети 220В.
Резистор R6 служит для ограничения тока зарядки конденсатора С4 при первом включении устройства.
Детали и печатная плата
Детали автомата, кроме реле и светодиода (если его решили ввести), размещают на печатной плате (рис. 2) из фольгированного стеклотекстолита. Она рассчитана на установку конденсаторов МБМ (CI), К50-24 (С2, C3), МБГО (С4), резисторов СПО, СП4 (R1), МЛТ-0,5 (R2), MJlT-0,125 (остальные).
Кроме указанных на схеме, подойдут VD1, VD6, VD7 – Д226Б или аналогичные; VD2 – КС168А, Д814А; VD3 – любой выпрямительный; VD4, VD5 – Д814В…Д814Д; VS1 – КН102Ж, КН102И; VT1 – КП303Г…КП303Е; VT2 -КТ315В…КТ315И.
Реле К1 должно быть с током срабатывания не более 15 мА, в зависимости от его напряжения срабатывания следует выбирать стабилитроны VD4 и VD5.
Рис. 2. Печатная плата сдля схемы зажиты от перенапряжения в сети 220В.
Так, если напряжение срабатывания реле составляет 15 В, суммарное напряжение стабилизации стабилитронов должно быть на 5…6 В больше. На такое же напряжение (или большее) должен быть рассчитан конденсатор C3. Конечно, контакты реле должны обеспечивать коммутацию подключаемой нагрузки.
Автор использовал реле РКМ1 (паспорт РС4.503.835) с включенными последовательно обмотками. Можно применить реле и с большим током срабатывания, но в этом случае необходимо увеличить емкость конденсатора С4.
Налаживание
Собранный автомат регулируют так. Установив на его входе с помощью JIATPa напряжение, соответствующее максимальному рабочему для данного прибора, и переместив движок резистора R1 в верхнее по схеме положение (автомат сработает), плавно перемещают движок резистора R1 вниз до тех пор, пока реле не обесточится.
Далее подбором резистора R5 добиваются нужного гистерезиса, т.е. разности напряжения сети, при котором проис ходит срабатывание автомата и его возвращение в исходное состояние.
Источник: неизвестен.
Разработка простой схемы защиты от перенапряжения с использованием стабилитронов
Каждая конструкция схемы работает на разных уровнях напряжения, наиболее распространенными уровнями напряжения для цифровой схемы являются 3,3 В, 5 В и 12 В. Но каждая конструкция уникальна, и для схемы также характерно иметь более одного рабочего напряжения. Типичная компьютерная система SMPS, например, может работать на шести различных уровнях напряжения, а именно: ± 3,3 В, ± 5 В и ± 12 В. Для питания различных типов компонентов будут использоваться разные уровни напряжения, в этих случаях, если компонент с низким энергопотреблением запитан высоким напряжением, компонент будет безвозвратно поврежден.Следовательно, разработчик должен всегда концентрироваться на реализации схемы защиты от перенапряжения в своих проектах, чтобы предотвратить повреждение от перенапряжения.
Любой компонент или цепь будет иметь три различных номинальных напряжения, а именно минимальное рабочее напряжение, рекомендуемое или стандартное рабочее напряжение и максимальное рабочее напряжение. Любое значение выше максимального рабочего напряжения может быть фатальным для любых цепей или компонентов. Очень распространенное и экономичное решение – использовать схему защиты от перенапряжения стабилитрона .
Стабилитроны – основы Стабилитроны
обычно являются первым выбором для защиты схемы от состояния перенапряжения . Стабилитрон работает по тому же принципу, что и диод, который блокирует ток в обратном направлении. Но существует ограничение, заключающееся в том, что стабилитрон блокирует протекание тока в обратном направлении только для ограниченного напряжения, указанного в номинальном напряжении стабилитрона . Чтобы быть конкретным, 5. Стабилитрон с напряжением 1 В блокирует прохождение тока в обратном направлении до 5,1 В. Если напряжение на стабилитроне превышает 5,1 В, он позволяет току проходить через него. Эта особенность стабилитрона делает его отличным компонентом для защиты от перенапряжения .
Как защитить схемы от перенапряжения?
Рассмотрим изображение ниже, где нам нужна защита от перенапряжения для микроконтроллера . Микроконтроллер может быть любым, что имеет максимальное напряжение 5 В на выводах ввода-вывода.Следовательно, напряжение более 5 В может повредить микроконтроллер.
Стабилитрон, используемый в приведенной выше схеме, представляет собой стабилитрон с напряжением 5,1 В. Он будет работать нормально при перенапряжении. Если напряжение больше 5,1 В, стабилитрон пропускает ток и регулирует напряжение до 5,1 В. Но меньше 5,1В стабилитрон будет действовать как обычный диод и блокировать
Изображение ниже представляет собой моделирование схемы стабилитрона Protection на Spice. Вы можете посмотреть видео внизу этой страницы для получения полного объяснения моделирования.
На приведенной выше схеме имеется входное напряжение V1. R1 и D2 – это два компонента, защищающие выход от защиты от перенапряжения. В данном случае D2, 1N4099 представляет собой стабилитрон на 6,8 В. Выход будет защищен, если напряжение V1 превышает 6,8 В. В связи с опорным напряжением 6,8 В на 1N4099, выход будет оставаться максимум 6,8 В.
Давайте посмотрим, как приведенная выше схема действует как схема защиты входа стабилитрона и защищает выход от напряжения более 6.8В.
Приведенная выше схема моделируется с использованием cadence pspice . При входном напряжении 6 В на V1 выход остается постоянным на уровне 5,999 В (что составляет 6,0 В).
В приведенном выше моделировании входное напряжение составляет 6,8 В. Таким образом, выходное напряжение составляет 6,785 В, что близко к 6,8 В. Давайте еще увеличим входное напряжение и создадим ситуацию перенапряжения.
Теперь входное напряжение 7,5 В, что больше, чем 6.8В. Теперь на выходе все еще 6,883 В. Таким образом, стабилитрон эффективен для спасения подключенной схемы от ситуации перенапряжения, а также, когда напряжение возвращается к уровню менее 6,8 В, схема снова будет работать нормально, как показано на предыдущем шаге. Это означает, что, в отличие от предохранителя, стабилитрон не повреждается даже при перенапряжении.
Любые другие стабилитроны с другими значениями, такими как 3,3 В, 5,1 В, 9,1 В, 10,2 В, могут использоваться для выбора различных пределов перенапряжения в приведенной выше схеме.
Как выбрать стабилитрон для защиты от перенапряжения?
Следующей важной частью является выбор номинала стабилитрона. Приведенные ниже пункты помогут вам выбрать правильное значение и номер детали для стабилитрона.
1. Сначала выберите напряжение стабилитрона . Это значение напряжения, при котором стабилитрон будет действовать как замыкающая цепь и защищать нагрузку от перенапряжения. В приведенном выше примере в Pspice напряжение стабилитрона равно 6.8В.
В некоторых ситуациях заданное напряжение стабилитрона будет недоступно. В таких случаях можно выбрать близкое значение стабилитрона. Например, для защиты от перенапряжения до 7 В стабилитрон 6,8 В является близким значением.
2. Вычислите ток нагрузки , подключенный к цепи защиты от перенапряжения. Для нашего примера, описанного выше, это 50 мА. Помимо тока нагрузки, стабилитроны требуют тока смещения .Следовательно, полный ток должен быть равен току нагрузки плюс ток смещения стабилитрона. В рассмотренном выше примере это может быть
.
Общий ток = 50 мА + 10 мА = 60 мА
3. Стабилитроны имеют номинальную мощность . Таким образом, для надлежащего отвода тепла требуется стабилитрон правильной номинальной мощности. Номинальная мощность может быть рассчитана на основе рассчитанного на этапе 2 общего тока, который составляет 60 мА. Следовательно, номинальная мощность стабилитрона будет равна напряжению стабилитрона, что связывает общий ток, который будет протекать через диод.
В нашем примере
номинальная мощность = 6,8 В x 0,060 = 0,408 Вт.
Следовательно, стабилитрона мощностью 500 мВт будет достаточно.
4. Вычислите значение резистора , дифференцируя напряжение источника и общее напряжение. Напряжение источника будет максимальным, которое можно приложить к цепи. Например, максимальное перенапряжение, которое может произойти или может быть применено в качестве напряжения питания, может составлять 13 В.
Таким образом, падение напряжения на резисторе будет = 13V-6.8 В = 6,2 В По закону Ома номинал резистора будет = 6,2 В / 0,060 А = 103R Можно выбрать резистор стандартного номинала 100R.
Популярные стабилитроны
Напряжение стабилитрона
Стабилитрон Номер детали
3,3 В
1N5226
5,1 В
1N5231
6.8В
1N5235
9,1 В
1N5239
11,0 В
1N5241
13,0 В
1N5243
15,0 В
1N5245

Схема защиты стабилитрона от перенапряжения – за и против Защита от перенапряжения
с использованием стабилитронов – самый простой и легкий способ защиты устройств от перенапряжения.В этом методе напряжение остается регулируемым, а стоимость этой схемы намного меньше по сравнению с другими методами.
Но, безусловно, у этой схемы есть недостатки. Основным недостатком этого типа схемы является рассеиваемая мощность . Из-за подключенного последовательно резистора он всегда рассеивает тепло и приводит к потере энергии.
Повышенное напряжение источника питания »Примечания по электронике
Защита от перенапряжения блока питания действительно полезна – некоторые отказы блока питания могут привести к повреждению оборудования большим напряжением.Защита от перенапряжения предотвращает это как на линейных регуляторах, так и на импульсных источниках питания.
Пособие по схемам источника питания и руководство Включает:
Обзор электронных компонентов источника питания Линейный источник питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания
Хотя современные блоки питания сейчас очень надежны, всегда есть небольшая, но реальная вероятность того, что они могут выйти из строя.
Они могут выйти из строя по-разному, и одна особенно тревожная возможность заключается в том, что элемент последовательного прохода, то есть транзистор главного прохода или полевой транзистор, может выйти из строя таким образом, что произойдет короткое замыкание. Если это произойдет, в цепи, на которую подается питание, может появиться очень высокое напряжение, часто называемое перенапряжением, что приведет к катастрофическому повреждению всего оборудования.
Добавив небольшую дополнительную схему защиты в виде защиты от перенапряжения, можно защитить от этой маловероятной, но катастрофической возможности.
В большинстве источников питания, предназначенных для очень надежной работы дорогостоящего оборудования, предусмотрена защита от перенапряжения в той или иной форме, чтобы гарантировать, что любой отказ источника питания не приведет к повреждению оборудования, на которое подается питание. Это относится как к линейным источникам питания, так и к импульсным источникам питания.
Некоторые источники питания могут не иметь защиты от перенапряжения, и они не должны использоваться для питания дорогостоящего оборудования – можно немного спроектировать электронную схему и разработать небольшую схему защиты от перенапряжения и добавить ее в качестве дополнительного элемента. .
Основы защиты от перенапряжения
Существует множество причин отказа источника питания. Однако, чтобы понять немного больше о защите от перенапряжения и проблемах схемы, легко взять простой пример линейного регулятора напряжения, использующего очень простой стабилитрон и транзистор с последовательным проходом.
Базовый последовательный стабилизатор с использованием стабилитрона и эмиттерного повторителя
Хотя более сложные источники питания обеспечивают лучшую производительность, они также используют последовательный транзистор для передачи выходного тока.Основное отличие заключается в способе подачи напряжения регулятора на базу транзистора.
Обычно входное напряжение таково, что на элемент последовательного регулятора напряжения падает несколько вольт. Это позволяет последовательному транзистору адекватно регулировать выходное напряжение. Часто падение напряжения на последовательном транзисторе является относительно высоким – для источника питания 12 вольт входное напряжение может составлять 18 вольт и даже больше, чтобы обеспечить необходимое регулирование и подавление пульсаций и т. Д.
Это означает, что в элементе регулятора напряжения может быть значительное количество тепла, рассеиваемого в сочетании с любыми переходными выбросами, которые могут появиться на входе, это означает, что всегда существует вероятность отказа.
Устройство последовательного прохода транзисторов чаще всего выходит из строя в состоянии разомкнутой цепи, но при некоторых обстоятельствах в транзисторе может возникнуть короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Если это произойдет, то на выходе регулятора напряжения появится полное нерегулируемое входное напряжение.
Если на выходе появится полное напряжение, это может привести к повреждению многих микросхем в цепи питания. В этом случае ремонт схемы может оказаться невозможным.
Принцип работы импульсных регуляторов сильно отличается, но есть обстоятельства, при которых полный выходной сигнал может появиться на выходе источника питания.
Как для источников питания с линейным стабилизатором, так и для импульсных источников питания всегда рекомендуется какая-либо защита от перенапряжения.
Виды защиты от перенапряжения
Как и во многих электронных технологиях, существует несколько способов реализации той или иной возможности. Это верно для защиты от перенапряжения.
Можно использовать несколько различных методов, каждая со своими характеристиками. При определении того, какой метод использовать на этапе проектирования электронной схемы, необходимо взвесить производительность, стоимость, сложность и режим работы.
Лом SCR: Как следует из названия, цепь лома вызывает короткое замыкание на выходе источника питания, если возникает состояние перенапряжения. Обычно для этого используются тиристоры, то есть тиристоры, поскольку они могут переключать большие токи и оставаться включенными до тех пор, пока не рассеется какой-либо заряд. Тиристор может быть снова подключен к предохранителю, который перегорает и изолирует регулятор от дальнейшего воздействия на него напряжения.
Схема защиты от перенапряжения тиристорного лома
В этой схеме стабилитрон выбран так, чтобы его напряжение было выше нормального рабочего напряжения на выходе, но ниже напряжения, при котором может произойти повреждение. При такой проводимости через стабилитрон не протекает ток, потому что его напряжение пробоя не достигается, и ток не течет на затвор тиристора, и он остается выключенным.Блок питания будет работать нормально.
Если последовательный транзистор в блоке питания выходит из строя, напряжение начинает расти – развязка в блоке гарантирует, что оно не поднимется мгновенно. Когда он поднимается, он поднимается выше точки, в которой стабилитрон начинает проводить, и ток течет в затвор тиристора, вызывая его срабатывание.
Когда тиристор срабатывает, он замыкает выход источника питания на землю, предотвращая повреждение схемы, которую он питает.Это короткое замыкание также можно использовать для перегорания предохранителя или другого элемента, отключая питание регулятора напряжения и изолируя устройство от дальнейшего повреждения.
Часто развязка в виде небольшого конденсатора помещается между затвором тиристора и землей, чтобы предотвратить резкие переходные процессы или высокочастотные помехи от источника питания, которые поступают на соединение затвора и вызывают ложный запуск. Однако его не следует делать слишком большим, так как это может замедлить срабатывание цепи в реальном случае отказа, а защита может сработать слишком медленно.
Примечание по защите тиристорного лома от перенапряжения:
Тиристор или SCR, выпрямитель с кремниевым управлением может использоваться для защиты от перенапряжения в цепи питания. Обнаружив высокое напряжение, схема может активировать тиристор, чтобы поместить короткое замыкание или лом на шину напряжения, чтобы гарантировать, что оно не поднимется до высокого напряжения.
Подробнее о Схема защиты тиристорного лома от перенапряжения.
Фиксация напряжения: В другой очень простой форме защиты от перенапряжения используется подход, называемый фиксацией напряжения. В простейшей форме это может быть обеспечено с помощью стабилитрона, установленного на выходе регулируемого источника питания. Если напряжение на стабилитроне выбрано немного выше максимального напряжения шины, в нормальных условиях он не будет проводить. Если напряжение поднимается слишком высоко, оно начинает проводить, ограничивая напряжение на значении, немного превышающем напряжение шины.
Если для регулируемого источника питания требуется более высокий ток, можно использовать стабилитрон с транзисторным буфером. Это увеличит пропускную способность по току по сравнению с простой схемой на стабилитроне в коэффициент, равный усилению тока транзистора. Поскольку для этой схемы требуется силовой транзистор, вероятные уровни усиления по току будут низкими – возможно, 20-50.
Фиксатор перенапряжения на стабилитроне
(а) – простой стабилитрон, (б) – повышенный ток с транзисторным буфером
Ограничение напряжения: Когда для импульсных источников питания требуется защита от перенапряжения, методы SMPS с зажимом и ломом используются менее широко из-за требований к рассеиваемой мощности, а также из-за возможных размеров и стоимости компонентов.
К счастью, большинство импульсных регуляторов выходят из строя из-за низкого напряжения. Однако часто бывает целесообразно использовать возможности ограничения напряжения в случае возникновения перенапряжения.
Часто этого можно достичь, определив состояние повышенного напряжения и отключив преобразователь. Это особенно применимо в случае преобразователей постоянного тока в постоянный. При реализации этого необходимо включить измерительную петлю, которая находится за пределами основного регулятора IC – многие регуляторы режима переключения и преобразователи постоянного тока используют микросхему для создания большей части схемы. Очень важно использовать внешний контур считывания, потому что, если микросхема регулятора режима переключения повреждена, вызывая состояние перенапряжения, механизм считывания также может быть поврежден.
Очевидно, что для этой формы защиты от перенапряжения требуются схемы, специфичные для конкретной схемы, и используемые микросхемы импульсного источника питания.
Используются все три метода, которые могут обеспечить эффективную защиту источника питания от перенапряжения. У каждого есть свои преимущества и недостатки, и выбор техники должен зависеть от конкретной ситуации.
Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .
Понимание плюсов и минусов защиты от перенапряжения
При тестировании ваших устройств может стать очевидным, что устройство нуждается в защите от условий перенапряжения. В большинстве источников питания предусмотрены схемы защиты от перенапряжения (OVP). Целью схемы OVP является обнаружение, а затем быстрое отключение состояния перенапряжения, чтобы предотвратить повреждение вашего тестируемого устройства (DUT). Однако важно понимать, как работает OVP вашего источника питания, чтобы получить от него максимальную пользу.
Что вызывает перенапряжение?
Источник перенапряжения может быть сам по себе. Сбой внутри источника питания может вызвать неожиданное и неконтролируемое высокое напряжение на ИУ.Также возможно, что перенапряжение возникает не из-за сбоя источника питания, а из-за какой-то ошибки пользователя, когда пользователь программирует источник питания выше, чем может выдержать ИУ.
Состояние перенапряжения могло исходить извне от источника питания. ИУ может быть подвержено перенапряжению из-за короткого замыкания проводов внутри разъема или жгута проводов, что создает высокое напряжение на ИУ. Или матрица переключателей может выйти из строя или быть неправильно запрограммирована, что приведет к подаче высокого напряжения на ИУ. В этих случаях на помощь придет схема OVP блока питания.Если датчик обнаруживает напряжение выше установленного порога OVP, срабатывает OVP, и источник питания пытается снять перенапряжение с DUT.
Как работает OVP?
Цепи
OVP могут быть фиксированными или отслеживающими, локальными или удаленными. Фиксированный OVP позволяет установить фиксированный порог напряжения вручную или дистанционно. Это фиксированное значение, так что, когда выходное напряжение источника питания превышает это значение, цепь OVP отключается, и источник питания пытается снизить перенапряжение на своем выходе.Выходное напряжение источника питания можно изменить, а порог OVP остается прежним.
OVP слежения позволяет вам установить пороговое значение, которое зависит от выходного напряжения. Например, отслеживающий OVP может быть установлен на 0,5 В или 10% от запрограммированного выходного напряжения. Таким образом, OVP всегда выше и отслеживает настройку вывода. Хотя это звучит хорошо, возникает проблема: если вы запрограммируете неправильное значение для источника питания, OVP также будет запрограммирован неправильно. Если вы хотели запрограммировать 2.5 В и случайно запрограммированное 25 В, тогда OVP будет установлено выше 25 В и не защитит от этого вызванного пользователем состояния перенапряжения.
Локальный OVP контролирует состояние повышенного напряжения на выходных клеммах источника питания. Удаленный OVP контролирует состояние перенапряжения в удаленной точке источника питания. (Для получения дополнительной информации о дистанционном зондировании см. «Дистанционное зондирование улучшает подачу напряжения при сильном токе».)
Ложные срабатывания и необнаруженные условия реального перенапряжения
Желательно иметь защиту от перенапряжения, но если OVP может ложно сработать, это быстро станет помехой.С другой стороны, если OVP может пропустить реальное состояние перенапряжения, это становится опасным. Давайте посмотрим, как каждый тип OVP реагирует на ложные срабатывания или необнаруженные события перенапряжения.
1. Фиксированное локальное OVP может сработать по ложному срабатыванию при больших падениях напряжения в выводах.
Фиксированный локальный OVP (рис. 1): Это наиболее распространенная реализация OVP. Представьте, что к ИУ подключены длинные провода, что означает большое падение напряжения в проводах. Если вы хотите, чтобы на тестируемом устройстве было напряжение 5 В, но падение напряжения на проводах составляло 1 В, блок питания должен вырабатывать 6 В для подачи напряжения на тестируемое устройство 5 В.Так что вы устанавливаете пороговый уровень OVP? Если вам нужна защита от перенапряжения при 5,5 В, OVP будет ложным срабатыванием, потому что локальный OVP будет видеть 6 В, когда DUT находится на 5 В. Решением может быть установка OVP на более высокий уровень, чтобы предотвратить ложное срабатывание, но это обеспечивает меньшую защиту. Другим решением было бы обнаружение перенапряжения удаленно на ИУ (т. Е. В удаленной точке считывания), а не локально на выходе источника питания.
2. Локальный отслеживающий OVP может ложно сработать, когда конденсатор в ИУ остается на мгновение заряженным до того, как источник питания сможет снизить напряжение на конденсаторе ИУ.
OVP локального слежения (рис. 2): Представьте, что у вас есть большой конденсатор в DUT, и локальное OVP слежения установлено на 0,5 В выше запрограммированного напряжения. Вы получаете 5 В на DUT, поэтому локальный OVP слежения установлен на 5,5 В. Теперь вы хотите перепрограммировать вниз до 1 В, поэтому вы устанавливаете источник питания на 1 В, а локальный OVP слежения переходит на 1,5 В. Но на большом конденсаторе в ИУ все еще есть 5 В, поскольку требуется время, чтобы напряжение на конденсаторе упало. Однако схема OVP видит больше 1.5 В и ложные срабатывания из-за мгновенного (и ожидаемого) перенапряжения. Решением в этом случае может быть установка некоторой задержки, позволяющей конденсатору разрядиться, но эта задержка означает, что есть промежуток времени, когда ИУ не защищено.
3. OVP с удаленным отслеживанием полагается на удаленные сенсорные линии; тем не менее, обрыв линии дистанционного считывания может вызвать состояние OVP и неспособность обнаружить перенапряжение, в результате чего ИУ остается незащищенным.
Отслеживающий удаленный OVP (Рис. 3): Итак, отслеживающий OVP (с задержкой) учитывает ваши изменения напряжения во время теста, а пульт дистанционного управления заботится о потерях свинца.Таким образом, OVP с дистанционным отслеживанием (с задержкой) звучит как лучшее из обоих миров. Однако теперь вы полагаетесь на то, что сенсорные линии работают должным образом и защищают ИУ. Это хорошая идея?
Линии удаленного считывания часто ломаются в тестовой системе Без измерительных проводов выходное напряжение на источнике питания обычно возрастает (обратная связь по измерительным линиям отсутствует, поскольку измерительные линии разорваны). Повышение напряжения вызывает состояние повышенного напряжения . Но из-за того, что сенсорные линии разорваны, схема OVP не обнаруживает состояние перенапряжения и, следовательно, не отключает OVP.Хотя дистанционное отслеживание OVP кажется решением для ложных срабатываний, оно создает возможность необнаруженного состояния реального перенапряжения, когда происходит обрыв в линиях дистанционного считывания.
Сводка
Защита DUT всегда предполагает компромисс между высочайшим уровнем защиты и ложными срабатываниями цепи OVP. Понимание того, как работает OVP и когда он может ложно сработать или пропустить перенапряжение, помогает определить правильный метод OVP для защиты вашего DUT на основе того, что может произойти в тестовой среде.
Альтернативные схемы защиты от перенапряжения
Аннотация: Устройства защиты от перенапряжения (OVP) защищают цепи ниже по потоку от условий перенапряжения, которые возникают во время сброса нагрузки или переходных процессов. Иногда базовая схема приложения для устройства OVP не подходит для конкретного приложения; вот два распространенных варианта. Во-первых, можно увеличить максимальное входное напряжение схемы. Во-вторых, схему можно модифицировать, чтобы использовать выходной конденсатор в качестве резервуара для хранения энергии в условиях повышенного или пониженного напряжения.В этой заметке по применению обсуждается, как внести эти две модификации конструкции. Устройства MAX6495 – MAX6499 / MAX6397 / MAX6398 OVP служат примерами методов.
Введение
Устройства защиты от перенапряжения (OVP) MAX6495 – MAX6499 / MAX6397 / MAX6398 защищают нисходящие цепи от условий перенапряжения, которые возникают во время сброса нагрузки или переходных процессов. Компоненты работают, управляя n-канальным MOSFET, подключенным последовательно с шиной питания. Когда напряжение превышает заданный пользователем порог перенапряжения, затвор становится низким, и полевой МОП-транзистор отключается, отключая шину питания.
Типовая схема, представленная в технических паспортах для этих устройств OVP, подходит для большинства приложений (см. Рисунок 1 ). Однако иногда приложение требует некоторой модификации базовой схемы. В этой статье обсуждаются два таких применения: увеличение максимального входного напряжения и использование выходного конденсатора в качестве резервуара во время перенапряжения.

Рисунок 1. Базовая схема защиты от перенапряжения.
Увеличение максимального входного напряжения
Хотя схема на рисунке 1 работает для переходных процессов входного напряжения до 72 В, для некоторых приложений требуется дополнительная защита.Таким образом, полезно знать, как увеличить максимальное входное напряжение в устройстве OVP. На рисунке 2 показана схема с дополнительным резистором и стабилитроном, который ограничивает напряжение на IN. Хотя добавление транзисторного буфера (, рис. 3, ) снижает требования к току для шунтирующего регулятора, это увеличивает стоимость конструкции.

Рисунок 2. Схема защиты от перенапряжения, увеличивающая максимальное входное напряжение.

Рис. 3. Эта схема защиты от перенапряжения использует транзисторный буфер для увеличения максимального входного напряжения.
Чтобы выбрать напряжение стабилитрона и избежать потери мощности во время нормальной работы, выберите напряжение, которое выше максимального нормального входного напряжения. Кроме того, напряжение стабилитрона должно быть ниже максимального рабочего напряжения цепи OVP (72 В) во время переходного режима, когда ток в стабилитроне самый высокий.
Последовательный резистор R3 должен быть достаточно большим, чтобы ограничить рассеивание мощности в стабилитроне в условиях перенапряжения, но достаточно маленьким, чтобы поддерживать питание микросхемы OVP при минимальном входном напряжении.
Расчет номинала резистора R3 для рисунка 2 начинается со следующих данных: напряжение стабилитрона D1 составляет 54 В; пик перенапряжения 150В; а мощность в стабилитроне должна быть 3Вт или меньше. Исходя из этих данных, максимальный ток, протекающий через стабилитрон, составляет:
3 Вт / 54 В = 56 мА
При этом токе нижний предел R3 должен быть:
(150 В – 54 В) / 56 мА = 1,7 кОм
Пиковая мощность рассеяние в R3, следовательно:
(56 мА) ² × 1,7 кОм = 5,3 Вт
Значения резистора меньше этого 5.3 Вт вызовут значительное рассеяние мощности в резисторе и стабилитроне.
Для расчета верхнего предела резистора необходимо знать минимально необходимое напряжение источника питания. MAX6495 требует входного напряжения не менее 5,5 В. В этом примере минимальное напряжение источника питания составляет 6 В, поэтому допустимое падение напряжения на резисторе R3 при нормальной работе составляет 500 мВ. Поскольку ток питания MAX6495 составляет 150 мкА (макс.), Соответствующее максимальное значение резистора составляет:
500 мВ / 150 мкА = 3.3 кОм
Резистор R3 для схемы на Рисунке 2 был установлен на 2 кОм, чтобы гарантировать, что устройство OVP работает с входным напряжением немного ниже 6 В.
Обратите внимание, что значительная мощность рассеивается в R3 и D1 (Рисунок 2) во время состояния перенапряжения. Если переходный процесс перенапряжения сохраняется (т. Е. Дольше нескольких десятков миллисекунд), схема на рисунке 3 может быть более подходящей для данного приложения. Эта схема эмиттер-повторитель значительно увеличивает допустимое максимальное значение для R3 за счет уменьшения тока, потребляемого от узла между R3 и D1. Для транзистора β, равного 100, ток питания 150 мкА становится 1,5 мкА. На этом этапе обратным током утечки 5 мкА нельзя пренебрегать. R3 установлен на 10 кОм, что ограничивает падение напряжения на R3, вызванное током утечки, до 50 мВ.
Используйте керамический конденсатор 1 мкФ (минимум) между IN и GND. Убедитесь, что номинальное напряжение компонентов соответствует требованиям к входному напряжению. Обратите особое внимание на рейтинг V _{DS_MAX} серии MOSFET.
Использование выходного конденсатора в качестве резервуара
В условиях перенапряжения типовая прикладная схема автоматически разряжает выходной конденсатор для защиты последующих цепей (, рис. 4, ).Иногда приложение требует, чтобы выходной конденсатор накапливал энергию и поддерживал питание последующих цепей во время переходного состояния перенапряжения. Схема на рис. 5 реализует эту операцию.

Рис. 4. Типовая схема ограничителя перенапряжения, показывающая путь разряда выходного конденсатора.
В MAX6495 – MAX6499 / MAX6397 / MAX6398 используется внутренний приемник тока 100 мА (см. Рисунок 4), подключенный к выходу GATE, для разряда емкости затвора и разряда выходного конденсатора.Сток тока разряжает затвор (см. Ток I ₁, зеленая стрелка), пока напряжение на GATE не сравняется с напряжением на OUTFB. В этот момент полевой транзистор выключен. Потребитель тока продолжает снижать напряжение на GATE, в конечном итоге смещая внутренний ограничивающий диод в прямом направлении и разряжая выходную емкость (ток I ₂ выделен красным цветом).

Рисунок 5. Ограничитель перенапряжения со схемой накопительного конденсатора.
Если OUTFB отключен и, таким образом, прерывает путь тока через ограничивающий диод, выходной конденсатор больше не разряжается.Однако затвор полевого МОП-транзистора больше не имеет защитного ограничивающего диода, и рейтинг V _{GS_MAX} может быть превышен.
Добавление внешнего ограничивающего диода (D1 на рисунке 5) от истока полевого МОП-транзистора к затвору полевого МОП-транзистора повторно вводит путь тока от выхода до приемника тока 100 мА. Последовательно добавляя резистор (R3 на рис. 5) между GATE и выводом затвора, этот ток ограничивается и уменьшается сток тока на выходном конденсаторе. Ограничение тока также может увеличить время выключения и замедлить реакцию схемы на резкие переходные процессы перенапряжения.Добавление конденсатора (C4 на рис. 5) к последовательному резистору помогает уменьшить время отклика. Дополнительный резистор R4 предотвращает смещение OUTFB.
Если MAX6495 – MAX6499 / MAX6397 / MAX6398 работают в режиме ограничителя, подключая резистор-делитель SET к выходному соединению вместо входа (см. Предыдущие рисунки), схема может периодически увеличивать заряд выходного конденсатора. Затем, когда напряжение на конденсаторе падает ниже напряжения гистерезиса порога перенапряжения, последовательный МОП-транзистор включается, заряжает конденсатор и выключается, когда напряжение превышает порог перенапряжения.
На рисунке 6 показаны MAX6495 – MAX6499 / MAX6397 / MAX6398, подключенные для работы в режиме контроля перенапряжения. При подключении резистора-делителя SET к входному соединению, полевой МОП-транзистор отключится во время перенапряжения на входе и останется выключенным до тех пор, пока условие перенапряжения не будет устранено.

Рис. 6. Компаратор перенапряжения, сконфигурированный в режиме контроля перенапряжения.
©, Maxim Integrated Products, Inc.
Содержимое этой веб-страницы защищено законами об авторском праве США и других стран.Для запросов на копирование этого контента свяжитесь с нами.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4081:
ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 4081, г. AN4081, AN 4081, APP4081, Appnote4081, Appnote 4081
maxim_web: en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-sequencers, maxim_web: en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-секвенсоры / детекторы напряжения и батареи, maxim_web: en / products / power / supervisors -мониторы-контроллеры-секвенсоры / регуляторы-со встроенным сбросом
maxim_web: en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-sequencers, maxim_web: en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-последовательности / детекторы напряжения и батареи, maxim_web: en / products / power / supervisors -мониторы-контроллеры-секвенсоры / регуляторы-со встроенным сбросом
Простая схема защиты от перенапряжения
Простая схема защиты от перенапряжения
Для чувствительной к напряжению нагрузки или электрического элемента нам необходимо обеспечить регулируемое напряжение. В некоторых случаях уровень подаваемого напряжения может увеличиваться за пределами максимального диапазона напряжения нагрузки, поэтому нам необходимо выполнить настройку для защиты нагрузки от высокого напряжения. Здесь простая схема защиты от перенапряжения, разработанная с использованием стабилитрона и транзисторов.
Эта схема защиты действует как регулятор напряжения, а также как автоматический выключатель. У нас есть нагрузка 5 В и, следовательно, мы использовали стабилитрон 5,1 В, вы можете выбрать диапазон напряжения стабилитрона в зависимости от вашей нагрузки или диапазона напряжения устройства.
Принципиальная схема
Необходимые компоненты
Стабилитрон 5.1 В
Транзистор BC557 PNP = 2
Светодиод
Резистор 2 кОм, 6,2 кОм каждый
Резистор 1 кОм = 2
Конструкция и работа схемы
Эту простую схему защиты от перенапряжения легко собрать из нескольких легко доступных компонентов. Чтобы запустить эту схему, вам необходимо определить диапазон регулирующего напряжения стабилитрона на основе элемента нагрузки, а затем подключить два транзистора PNP с определенным диапазоном напряжения. В этой схеме мы использовали в качестве переключателя два PNP-транзистора BC557.Светодиод рядом с выходом указывает на наличие выходного напряжения в допустимом диапазоне напряжений.
Когда мы подаем на эту схему источник питания постоянного тока, стабилитрон с обратным смещением действует как регулятор напряжения, и регулируемое напряжение течет через транзистор Q1 и к клемме базы транзистора Q2, в данном случае транзистор Q2 пропускает напряжение от входного источника к нагрузке, когда оно ниже 5 В. Если входное напряжение источника превышает 5 В, то транзисторы Q2 и Q1 отключают нагрузку (Q1 и Q2 переходят в состояние ВЫКЛ).
Используйте переключающий транзистор Q1 и Q2 в зависимости от номинальных значений напряжения и тока нагрузочного элемента. Эта схема защищает нагрузку от ограниченного перенапряжения и имеет умеренное ограничение тока. Используйте эту схему при нагрузке 25 В. Для защиты от перенапряжения ниже 3,3 В и выше 25 В используйте специальную интегральную схему (IC) для получения лучших результатов.
Модуль защиты от перенапряжения лома
Модуль защиты лома от перенапряжения
Для защиты чувствительной электронной или электрической нагрузки нам нужны схемы защиты, такие как схема защиты от перенапряжения, схема защиты от перегрузки по току, схема защиты от обратного питания или схема защиты от перенапряжения.Реализуя эту схему, мы можем обеспечить защиту чувствительной нагрузки. Здесь схема модуля защиты от перенапряжения лома предназначена для защиты ламповой нагрузки.
Мы знаем, что модуль защиты от перенапряжения Crowbar представляет собой схему защиты от перенапряжения, и, применив стабилитрон регулятора напряжения, мы можем установить предел выходного напряжения для этой схемы лома. В качестве примера мы взяли лампу 12 В постоянного тока, подали другое напряжение и проверили схему лома с перенапряжением выше 12 В.
Принципиальная схема
Необходимые компоненты
Стеклянный предохранитель 1A
Стабилитрон 12 В
SCR TYN612
Конденсатор 0,1 мкФ = 2
Резистор 1 кОм
Диод 1N4007
Лампа 12 В постоянного тока
Строительство и работа 902
Эта схема защиты от перенапряжения лома предназначена для отключения питания чувствительной нагрузки при перенапряжении. В этом прототипе в качестве чувствительной нагрузки используется лампочка на 12 В, поэтому нам нужно разработать схему лома на 12 В, а стабилизатор стабилитрона 12 В поместится в эту схему.Сначала начните со стеклянного предохранителя, поместите тиристорный SCR TYN612 поперек нагрузки и подайте питание на затвор через стабилитрон. Здесь диод 1N4007 используется для защиты от обратного напряжения.
Используя источник переменного тока, мы применили источник питания к этой схеме, и, подав напряжение ниже 12 В и до 12 В, нагрузка получает питание, а когда мы применяем входное питание выше 12 В, то SCR получает питание затвора через стабилитрон и замыкает короткое замыкание. цепь через анодные и катодные контакты, поэтому предохранитель перегорел, следовательно, перенапряжение не достигает чувствительной нагрузки.
SCR TYN612 Схема контактов
SCR TYN612 поставляется в разных корпусах и имеет три контакта: анод (A), катод (K) и затвор (G). Его можно использовать в цепях ограничения тока или регулирования напряжения и выпрямления.
Защита от перенапряжения – MEAN WELL Direct
Что такое защита от перенапряжения?
Защита от перенапряжения – это функция источника питания, которая отключает источник питания или фиксирует выход, когда напряжение превышает заданный уровень.
В большинстве источников питания используется схема защиты от перенапряжения, чтобы предотвратить повреждение электронных компонентов. Воздействие состояния перенапряжения варьируется от одной цепи к другой и варьируется от повреждения компонентов до их ухудшения и возникновения неисправностей в цепи 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
Не допускайте попадания на компоненты избыточного напряжения.
Схема защиты не должна мешать нормальному функционированию системы или цепи. Схема защиты не должна нагружать источник питания и вызывать связанные с этим падения напряжения.
Схема защиты должна иметь возможность различать нормальные колебания напряжения и опасное перенапряжение.
Будьте достаточно быстрыми, чтобы реагировать на переходные события, которые могут повредить источник питания и компоненты, расположенные ниже по потоку.
Метод OVP не должен иметь ложных срабатываний или необнаруженных условий реального перенапряжения. Это может быть неудобством 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 избыточное напряжение, 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 управляет выходным током и напряжением, 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 вызывает 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 у него есть некоторые ограничения, такие как стабилитрон, который нельзя отрегулировать, в то время как наилучший допуск для диода составляет 5%.

Напряжение стабилитрона	Стабилитрон Номер детали
3,3 В	1N5226
5,1 В	1N5231
6.8В	1N5235
9,1 В	1N5239
11,0 В	1N5241
13,0 В	1N5243
15,0 В	1N5245

Защита от перенапряжения схема: ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Устройство защиты от перенапряжения своими руками, схема

Сетевое перенапряжение

Описание цепи

Микросхема LTC4366: надежная защита от скачков напряжения до 500 В

Авторы статьи

Защита от перенапряжения сети для дома (220 и 380 вольт)

Что такое перепад напряжения и его природа?

В чем заключается опасность перепадов?

Защитные устройства

Сетевой фильтр

Стабилизатор

Источники бесперебойного питания

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Защитное реле

Предостережения

Список использованной литературы

Быстродействующая защита от перенапряжения – RadioRadar

Схема подключения УЗИП – 3 ошибки и правила монтажа. Защита от импульсных перенапряжений.

Статьи по теме

Автомат защиты от перенапряжения для сети 220В

Принципиальная схема

Детали и печатная плата

Налаживание

Разработка простой схемы защиты от перенапряжения с использованием стабилитронов

Повышенное напряжение источника питания »Примечания по электронике

Основы защиты от перенапряжения

Виды защиты от перенапряжения

Примечание по защите тиристорного лома от перенапряжения:

Понимание плюсов и минусов защиты от перенапряжения

Альтернативные схемы защиты от перенапряжения

Введение

Увеличение максимального входного напряжения

Использование выходного конденсатора в качестве резервуара

Простая схема защиты от перенапряжения

Необходимые компоненты

Конструкция и работа схемы

Модуль защиты от перенапряжения лома

Необходимые компоненты

Строительство и работа 902

SCR TYN612 Схема контактов

Защита от перенапряжения – MEAN WELL Direct

Что такое защита от перенапряжения?

Идеальные характеристики схемы защиты от перенапряжения

Схема защиты от перенапряжения лома

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ