Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Реализация аппаратной защиты по току / Хабр

Сегодня моя статья будет носить исключительно теоретический характер, вернее в ней не будет «железа» как в предыдущих статьях, но не расстраивайтесь — менее полезной она не стала. Дело в том, что проблема защиты электронных узлов напрямую влияет на надежность устройств, их ресурс, а значит и на ваше важное конкурентное преимущество — возможность давать длительную гарантию на продукцию. Реализация защиты касается не только моей излюбленной силовой электроники, но и любого устройства в принципе, поэтому даже если вы проектируете IoT-поделки и у вас скромные 100 мА — вам все равно нужно понимать как обеспечить безотказную работу своего устройства.

Защита по току или защита от короткого замыкания (КЗ) — наверное самый распространенный вид защиты потому, что пренебрежение в данном вопросе вызывает разрушительные последствия в прямом смысле. Для примера предлагаю посмотреть на стабилизатор напряжения, которому стало грустно от возникшего КЗ:

Диагноз тут простой — в стабилизаторе возникла ошибка и в цепи начали протекать сверхвысокие токи, по хорошему защита должна была отключить устройство, но что-то пошло не так. После ознакомления со статьей мне кажется вы и сами сможете предположить в чем могла быть проблема.

Что касается самой нагрузки… Если у вас электронное устройство размером со спичечный коробок, нет таких токов, то не думайте, что вам не может стать так же грустно, как стабилизатору. Наверняка вам не хочется сжигать пачками микросхемы по 10-1000$? Если так, то приглашаю к ознакомлению с принципами и методами борьбы с короткими замыканиями!

Цель статьи


Свою статью я ориентирую на людей для которых электроника это хобби и начинающих разработчиков, поэтому все будет рассказываться «на пальцах» для более осмысленного понимания происходящего. Для тех, кому хочется академичности — идем и читаем любой ВУЗовский учебники по электротехники + «классику» Хоровица, Хилла «Искусство схемотехники».

Отдельно хотелось сказать о том, что все решения будут аппаратными, то есть без микроконтроллеров и прочих извращений. В последние годы стало совсем модно программировать там где надо и не надо. Часто наблюдаю «защиту» по току, которая реализуется банальным измерением напряжения АЦП какой-нибудь arduino или микроконтроллером, а потом устройства все равно выходят из строя. Я настоятельно не советую вам делать так же! Про эту проблему я еще дальше расскажу более подробно.

Немного о токах короткого замыкания


Для того, чтобы начать придумывать методы защиты, нужно сначала понять с чем мы вообще боремся. Что же такое «короткое замыкание»? Тут нам поможет любимый закон Ома, рассмотрим идеальный случай:

Просто? Собственно данная схема является эквивалентной схемой практически любого электронного устройства, то есть есть источник энергии, который отдает ее в нагрузку, а та греется и что-то еще делает или не делает.

Условимся, что мощность источника позволяет напряжению быть постоянным, то есть «не проседать» под любой нагрузкой. При нормальной работе ток, действующий в цепи, будет равен:


Теперь представим, что дядя Вася уронил гаечный ключ на провода идущие к лампочке и наша нагрузка уменьшилась в 100 раз, то есть вместо R она стала 0,01*R и с помощью нехитрых вычислений мы получаем ток в 100 раз больше. Если лампочка потребляла 5А, то теперь ток от нагрузки будет отбираться около 500А, чего вполне хватит чтобы расплавить ключ дяди Васи. Теперь небольшой вывод…
Короткое замыкание
— значительное уменьшение сопротивления нагрузки, которое ведет к значительному увеличению тока в цепи.

Стоит понимать, что токи КЗ обычно в сотни и тысячи раз больше, чем ток номинальный и даже короткого промежутка времени хватает, чтобы устройство вышло из строя. Тут наверняка многие вспомнят о электромеханических устройствах защиты («автоматы» и прочие), но тут все весьма прозаично… Обычно розетка бытовая защищена автоматом с номинальным током 16А, то есть отключение произойдет при 6-7 кратном токе, что уже около 100А. Блок питания ноутбука имеет мощность около 100 Вт, то есть ток нем менее 1А. Даже если произойдет КЗ, то автомат долго будет этого не замечать и отключит нагрузку, только когда все уже сгорит. Это скорее защита от пожара, а не защита техники.

Теперь давайте рассмотрим еще один, часто встречающийся случай — сквозной ток. Покажу я его на примере dc/dc преобразователя с топологией синхронный buck, все MPPT контроллеры, многие LED-драйвера и мощные DC/DC преобразователи на платах построены именно по ней. Смотрим на схему преобразователя:

На схеме обозначены два варианта превышения тока: зеленый путь для «классического» КЗ, когда произошло уменьшение сопротивления нагрузки («сопля» между дорог после пайки, например) и

оранжевый путь. Когда ток может протекать по оранжевому пути? Я думаю многие знают, что сопротивление открытого канала полевого транзистора очень небольшое, у современных низковольтных транзисторов оно составляет 1-10 мОм. Теперь представим, что на ключи одновременно пришел ШИМ с высоким уровнем, то есть оба ключа открылись, для источника «VCCIN — GND» это равносильно подключению нагрузки сопротивлением около 2-20 мОм! Применим великий и могучий закон Ома и получим даже при питании 5В значение тока более 250А! Хотя не переживайте, такого тока не будет — компоненты и проводники на печатной плате сгорят раньше и разорвут цепь.

Данная ошибка очень часто возникает в системе питания и особенно в силовой электронике. Она может возникать по разным причинам, например, из-за ошибки управления или длительных переходных процессах. В последнем случае не спасет даже «мертвое время» (deadtime) в вашем преобразователе.

Думаю проблема понятна и многим из вас знакома, теперь понятно с чем нужно бороться и осталось лишь придумать КАК. Об этом и пойдет дальнейший рассказ.

Принцип работы защиты по току


Тут необходимо применить обычную логику и увидеть причинно-следственную связь:
1) Основная проблема — большое значения тока в цепи;
2) Как понять какое значение тока? -> Измерить его;
3) Измерили и получили значение -> Сравниваем его с заданным допустимым значением;
4) Если превысили значение -> Отключаем нагрузку от источника тока.
Измерить ток -> Узнать превысили ли допустимый ток -> Отключить нагрузку
Абсолютно любая защита, не только по току, строится именно так. В зависимости от физической величины по которой строится защита, будут возникать на пути реализации разные технические проблемы и методы их решения, но суть неизменна.

Теперь предлагаю по порядку пройти по всей цепочки построения защиты и решить все возникающие технические проблемы. Хорошая защита — это защита, которую предусмотрели заранее и она работает. Значит без моделирования нам не обойтись, я буду использовать популярный и бесплатный MultiSIM Blue, который активно продвигается Mouser-ом. Скачать его можно там же — ссылка. Также заранее скажу, что в рамках данной статьи я не буду углубляться в схемотехнические изыски и забивать вам голову лишними на данном этапе вещами, просто знайте, что все немного сложнее в реальном железе будет.

Измерение тока


Это первый пункт в нашей цепочке и наверное самый простой для понимания. Измерить ток в цепи можно несколькими способами и у каждого есть свои достоинства и недостатки, какой из них применить конкретно в вашей задаче — решать только вам. Я же расскажу, опираясь на свой опыт, о этих самых достоинствах и недостатках. Часть из них «общепринятые», а часть мои мироощущения, прошу заметить, что как какую-то истину даже не пытаюсь претендовать.

1) Токовый шунт. Основа основ, «работает» все на том же великом и могучем законе Ома. Самый простой, самый дешевый, самый быстрый и вообще самый самый способ, но с рядом недостатков:

а) Отсутствие гальванической развязки. Ее вам придется реализовывать отдельно, например, с помощью быстродействующего оптрона. Реализовать это не сложно, но требует дополнительного места на плате, развязанного dc/dc и прочие компоненты, которые стоят денег и добавляют габаритных размеров. Хотя гальваническая развязка нужна далеко не всегда, разумеется.

б) На больших токах ускоряет глобальное потепление. Как я ранее писал, «работает» это все на законе Ома, а значит греется и греет атмосферу. Это приводит к уменьшению КПД и необходимости охлаждать шунт. Есть способ минимизировать этот недостаток — уменьшить сопротивления шунта. К сожалению бесконечно уменьшать его нельзя и вообще я бы не рекомендовал уменьшать его менее 1 мОм, если у вас пока еще мало опыта, ибо возникает необходимость борьбы с помехами и повышаются требования к этапу конструирования печатной платы.

В своих устройствах я люблю использовать вот такие шунты PA2512FKF7W0R002E:

Измерение тока происходит путем измерения падения напряжения на шунте, например, при протекании тока 30А на шунте будет падение:


То есть, когда мы получим на шунте падение 60 мВ — это будет означать, что мы достигли предела и если падение увеличится еще, то нужно будет отключать наше устройство или нагрузку. Теперь давайте посчитаем сколько тепла выделится на нашем шунте:


Не мало, правда? Этот момент надо учитывать, т.к. предельная мощность моего шунта составляет 2 Вт и превышать ее нельзя, так же не стоит припаивать шунты легкоплавким припоем — отпаяться может, видел и такое.

Рекомендации по использованию:

  • Используйте шунты, когда у вас большое напряжение и не сильно большие токи
  • Следите за количеством выделяемого на шунте тепла
  • Используйте шунты там, где нужно максимальное быстродействие
  • Используйте шунты только из специальным материалов: константана, манганина и подобных

2) Датчики тока на эффекте Холла. Тут я допущу себе собственную классификацию, которая вполне себе отражает суть различных решений на данном эффекте, а именно: дешевые и дорогие.

а) Дешевые, например, ACS712 и подобные. Из плюсов могу отметить простоту использования и наличия гальванической развязки, на этом плюсы кончаются. Основным недостатком является крайне нестабильное поведение под воздействием ВЧ помех. Любой dc/dc или мощная реактивная нагрузка — это помехи, то есть в 90% случаев данные датчики бесполезны, ибо «сходят с ума» и показывают скорее погоду на Марсе. Но не зря же их делают?

Они имеют гальваническую развязку и могут измерять большие токи? Да. Не любят помехи? Тоже да. Куда же их поставить? Правильно, в систему мониторинга с низкой ответственностью и для измерения тока потребления с аккумуляторов. У меня они стоят в инверторах для СЭС и ВЭС для качественной оценки тока потребления с АКБ, что позволяет продлить жизненный цикл аккумуляторов. Выглядят данные датчики вот так:

б) Дорогие. Имеют все плюсы дешевых, но не имеют их минусов. Пример такого датчика LEM LTS 15-NP:

Что мы имеем в итоге:
1) Высокое быстродействие;
2) Гальваническую развязку;
3) Удобство использования;
4) Большие измеряемые токи независимо от напряжения;
5) Высокая точность измерения;
6) Даже «злые» ЭМИ не мешают работе и не; влияют на точность.

Но в чем тогда минус? Те, кто открывали ссылку выше однозначно его увидели — это цена. 18$, Карл! И даже на серии 1000+ штук цена не упадет ниже 10$, а реальная закупка будет по 12-13$. В БП за пару баксов такое не поставить, а как хотелось бы… Подведем итог:

а) Это лучшее решение в принципе для измерения тока, но дорогое;
б) Применяйте данные датчики в тяжелых условиях эксплуатации;
в) Применяете эти датчики в ответственных узлах;

г) Применяйте их если ваше устройство стоит очень много денег, например, ИБП на 5-10 кВт, там он себя однозначно оправдает, ведь цена устройства будет несколько тысяч $.

3) Трансформатор тока. Стандартное решение во многих устройствах. Минуса два — не работают с постоянным током и имеют нелинейные характеристики. Плюсы — дешево, надежно и можно измерять просто огромнейшие токи. Именно на трансформаторах тока построены системы автоматики и защиты в РУ-0.4, 6, 10, 35 кВ на предприятиях, а там тысячи ампер вполне себе нормальное явление.

Честно говоря, я стараюсь их не использовать, ибо не люблю, но в различных шкафах управления и прочих системах на переменном токе все таки ставлю, т.к. стоят они пару $ и дают гальваническую развязку, а не 15-20$ как LEM-ы и свою задачу в сети 50 Гц отлично выполняют. Выглядят обычно вот так, но бывают и на всяких EFD сердечниках:

Пожалуй с методами измерения тока можно закончить. Я рассказал об основных, но разумеется не обо всех. Для расширения собственного кругозора и знаний, советую дополнительно хотя бы погуглить да посмотреть различные датчики на том же digikey.

Усиление измеренного падения напряжения


Дальнейшее построение системы защиты пойдет на базе шунта в роли датчика тока. Давайте строить систему с ранее озвученным значением тока в 30А. На шунте мы получаем падение 60 мВ и тут возникают 2 технические проблемы:

а) Измерять и сравнивать сигнал с амплитудой 60 мВ неудобно. АЦП имеют обычно диапазон измерений 3.3В, то есть при 12 битах разрядности мы получаем шаг квантования:

Это означает, что на диапазон 0-60 мВ, который соответствует 0-30А мы получим небольшое количество шагов:


Получаем, что разрядность измерения будет всего лишь:


Стоит понимать, что это идеализированная цифра и в реальности они будет в разы хуже, т.к. АЦП сам по себе имеет погрешность, особенно в районе нуля. Конечно АЦП для защиты мы использовать не будем, но измерять ток с этого же шунта для построения системы управления придется. Тут задача была наглядно объяснить, но это так же актуально и для компараторов, которые в районе потенциала земли (0В обычно) работают весьма нестабильно, даже rail-to-rail.

б) Если мы захотим протащить по плате сигнал с амплитудой 60 мВ, то через 5-10 см от него ничего не останется из-за помех, а в момент КЗ рассчитывать на него точно не придется, т.к. ЭМИ дополнительно возрастут. Конечно можно схему защиты повесить прямо на ногу шунта, но от первой проблемы мы не избавимся.

Для решения данных проблем нам понадобится операционный усилитель (ОУ). Рассказывать о том, как он работает не буду — тема отлично гуглится, а вот о критичных параметрах и выборе ОУ мы поговорим. Для начала давайте определимся со схемой. Я говорил, что особых изяществ тут не будет, поэтому охватим ОУ отрицательной обратной связью (ООС) и получим усилитель с известным коэффициентов усиления. Данное действия я смоделирую в MultiSIM (картинка кликабельна):

Скачать файл для симуляции у себя можно — тут.

Источник напряжения V2 выполняет роль нашего шунта, вернее он симулирует падение напряжения на нем. Для наглядности я выбрал значение падения равное 100 мВ, теперь нам нужно усилить сигнал так, чтобы перенести его в более удобное напряжение, обычно между 1/2 и 2/3 Vref. Это позволит получить большое количество шагов квантования в диапазон токов + оставить запас на измерения, чтобы оценить насколько все плохо и посчитать время нарастания тока, это важно в сложных системах управления реактивной нагрузкой. Коэффициент усиления в данном случае равен:


Таким образом мы имеем возможность усилить сигнал наш сигнал до требуемого уровня. Теперь рассмотрим на какие параметры стоит обратить внимание:
  • ОУ должен быть rail-to-rail, чтобы адекватно работать с сигналами около потенциала земли (GND)
  • Стоит выбирать ОУ с высокой скоростью нарастания выходного сигнала. У моего любимого OPA376 этот параметр равен 2В/мкс, что позволяет достигать максимальное выходное значение ОУ равное VCC 3.3В всего за 2 мкс. Этого быстродействия вполне достаточно, чтобы спасти любой преобразователь или нагрузку с частотами до 200 кГц. Данные параметры стоит понимать и включать голову при выборе ОУ, иначе есть шанс поставить ОУ за 10$ там, где хватило бы и усилителя за 1$
  • Полоса пропускания, выбираемого ОУ, должна быть как минимум в 10 раз больше, чем максимальная частота коммутации нагрузки. Опять же ищите «золотую середину» в соотношение «цена/ТТХ», все хорошо в меру

В большинстве своих проектов я использую ОУ от Texas Instruments — OPA376, его ТТХ хватает для реализации защиты в большинстве задач и ценник в 1$ вполне себе хорош. Если вам необходимо дешевле, то смотрите на решения от ST, а если еще дешевле, то на Microchip и Micrel. Я по религиозным соображениям использую только TI и Linear, ибо оно мне нравится и сплю так спокойнее.

Добавляем реализм в систему защиты


Давайте теперь в симуляторе добавим шунт, нагрузку, источник питания и прочие атрибуты, которые приблизят нашу модель к реальности. Полученный результат выглядит следующим образом (картинка кликабельная):

Скачать файл симуляции для MultiSIM можно — тут.

Тут уже мы видим наш шунт R1 с сопротивлением все те же 2 мОм, источник питания я выбрал 310В (выпрямленная сеть) и нагрузкой для него является резистор 10.2 Ом, что опять по закону Ома дает нам ток:


На шунте как видите падают, ранее посчитанные, 60 мВ и их мы усиливаем с коэффициентом усиления:


На выходе мы получаем усиленный сигнал с амплитудой 3.1В. Согласитесь, его уже и на АЦП можно подать, и на компаратор и протащить по плате 20-40 мм без каких либо опасений и ухудшения стабильности работы. С этим сигналом мы и будем далее работать.

Сравнение сигналов с помощью компаратора


Компаратор — это схема, которая принимает на вход 2 сигнала и в случае если амплитуда сигнала на прямом входе (+) больше, чем на инверсном (-), то на выходе появляется лог. 1 (VCC). В противном случае лог. 0 (GND).

Формально любой ОУ можно включить как компаратор, но такое решение по ТТХ будет уступать компаратору по быстродействию и соотношению «цена/результат». В нашем случае, чем выше быстродействие, тем выше вероятность, что защита успеет отработать и спасти устройство. Я люблю применять компаратор, опять же от Texas Instrumets — LMV7271. На что стоит обратить внимание:
  • Задержка срабатывания, по факту это основной ограничитель быстродействия. У указанного выше компаратора это время около 880 нс, что достаточно быстро и во многих задачах несколько избыточно по цене в 2$ и вы можете подобрать более оптимальный компаратор
  • Опять же — советую использовать rail-to-rail компаратор, иначе на выходе у вас будет не 5В, а меньше. Убедиться в этом вам поможет симулятор, выберите что-то не rail-to-rail и поэкспериментируйте. Сигнал с компаратора обычно подается на вход аварии драйверов (SD) и хорошо бы иметь там устойчивый TTL сигнал
  • Выбирайте компаратор с выходом push-pull, а не open-drain и другие. Это удобно и имеем прогнозируемые ТТХ по выходу

Теперь давайте добавим компаратор в наш проект в симуляторе и посмотрим на его работу в режиме, когда защита не сработала и ток не превышает аварийный (кликабельная картинка):

Скачать файл для симуляции в MultiSIM можно — тут.

Что нам нужно… Нужно в случае превышения тока более 30А, чтобы на выходе компаратора был лог. 0 (GND), этот сигнал будет подавать на вход SD или EN драйвера и выключать его. В нормальном состоянии на выходе должна быть лог. 1 (5В TTL) и включать работу драйвера силового ключа (например, «народный» IR2110 и менее древние).

Возвращаемся к нашей логике:
1) Измерили ток на шунте и получили 56.4 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 2.88В;
3) На прямой вход компаратора подаем опорный сигнал с которым будем сравнивать. Его задаем с помощью делителя на R2 и выставляет 3.1В — это соответствует току примерно в 30А. Данным резистором регулируется порог срабатывания защиты!
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В > 2.88В. На прямом входу (+) напряжение выше, чем на инверсном входе (-), значит ток не превышен и на выходе лог. 1 — драйвера работают, а наш светодиод LED1 не горит.

Теперь увеличиваем ток до значения >30А (крутим R8 и уменьшаем сопротивление) и смотрим на результат (кликабельная картинка):

Давайте пересмотри пункты из нашей «логики»:
1) Измерили ток на шунте и получили 68.9 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 3.4В;
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В < 3.4В. На прямом входу (+) напряжение НИЖЕ, чем на инверсном входе (-), значит ток превышен и на выходе лог. 0 — драйвера НЕ работают, а наш светодиод LED1 горит.

Почему аппаратная?


Ответ на этот вопрос простой — любое программируемое решение на МК, с внешним АЦП и прочее, могут попросту «зависнуть» и даже если вы достаточно грамотный софтописатель и включили сторожевой таймер и прочие защиты от зависания — пока оно все обработается ваше устройство сгорит.

Аппаратная защита позволяет реализовать систему с быстродействием в пределах нескольких микросекунд, а если бюджет позволяет, то в пределах 100-200 нс, чего достаточно вообще для любой задачи. Также аппаратная защита не сможет «зависнуть» и спасет устройство, даже если по каким-то причинам ваш управляющий микроконтроллер или DSP «зависли». Защита отключит драйвер, ваша управляющая схема спокойно перезапустится, протестирует аппаратную часть и либо подаст ошибку, например, в Modbus или запустится если все хорошо.

Тут стоит отметить, что в специализированных контроллерах для построения силовых преобразователей есть специальные входы, которые позволяют аппаратно отключить генерацию ШИМ сигнала. Например, у всеми любимого STM32 для этого есть вход BKIN.

Отдельно стоит сказать еще про такую вещь как CPLD. По сути это набор высокоскоростной логики и по надежности оно сопоставимо с аппаратным решением. Вполне здравым смыслом будет поставить на плату мелкую CPLD и реализовать в ней и аппаратные защиты, и deadtime и прочие прелести, если мы говорим о dc/dc или каких-то шкафах управления. CPLD позволяет сделать такое решение очень гибким и удобным.

Эпилог


На этом пожалуй и все. Надеюсь вам было интересно читать данную статью и она даст вам какие-то новые знания или освежит старые. Всегда старайтесь заранее думать какие модули в вашем устройстве стоит реализовать аппаратно, а какие программно. Часто реализация аппаратная на порядки проще реализации программной, а это ведет с экономии времени на разработке и соответственно ее стоимости.

Формат статьи без «железа» для меня новый и попрошу высказать ваше мнение в опросе.

Надёжная токовая защита для БП и ЗУ на IR2153 и электронном трансформаторе.
РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Надёжная токовая защита для БП и ЗУ на IR2153 и электронном трансформаторе.

На создание данной статьи меня спровоцировал опыт создания блоков питания и зарядных устройств на основе простых импульсных блоков питания, которыми являются как иип на IR2153, так и переделанный различными способами под блок питания электронный трансформатор. Данные источники питания являются простыми, нестабилизированными импульсными блоками питания без каких-либо защит. Не смотря на данные недостатки, такие источники питания довольно просты в изготовлении,не требуют сложной настройки, времени на создание такого блока питания требуется меньше чем на полный ШИМ БП с узлами стабилизации и защиты.

Обьединив такой блок питания и простейший ШИМ- регулятор на NE555, получам регулируемый блок питания как для экспирементов, так и для зарядки АКБ. Радости нашей нет предела до того момента, пока данный девайс не попробовать на искру, или по ошибке, размышляя над созданием очередного аппарата перепутать полярность заряжаемого АКБ. Окрикивая громким хлопком и орошая едким дымом помещение,в котором произошол данный конфуз, изобретение сообщает нам, что простой импульсный блок питания, который собран по упрощённо-ознакомительной схеме не может быть надёжным.

Тут пришла мысль о том, чтобы найти не просто ввести тот или инной узел защиты в конкретный экземпляр блока питания, а найти или создать универсальную быстродействующую схему, которую можно внедрять в любой вторичный источник питания.

Требования к узлу защиты:

-минмиум деталей

-плата защиты должна занимать мало места

-работоспособной при больших токах нагрузки

-отсутствие реле

-высокая скорость срабатывания

             Одним из заинтересовавших вариантов была такая схема, найденная в интерете:

При замыкании выхода данной схемы, разряжается ёмкость затвора VT1  через диод VD1, что приводит к закрытию VT1 и ток через транзистор не протекает, блок питания остаётся целым и невредимым. Но что же произойдёт если на выход данной схемы подключить нагрузку, в 300вт, когда наш иип может выдать всего 200вт? Не смотря на то что у нас присутствует схема защиты, замученный блок питания снова взрывается.

 

Недостатки данной схемы:

1. Необходимо точно подбирать сопротивление шунта, чтобы максимально допустимый ток блока питания создал такое падение напряжения на выбранном шунте, при котором VT2, открываясь полностью закроет VT1.

2. В данной схеме  может наступить момент, когда ток проходящий через шунт, приоткроет VT2, вследствии чего VT1 начнёт закрываться и останется в таком состоянии, что будет недозакрыт, а учитывая что через VT1 протекает немалый ток, то данный линейный режим вызовет его сильный перегрев, врезультате которого VT1 будет пробит.

  В блоке питания на IR2153 однажды применял триггерную защиту, остался доволен её работой. Прицепим к схеме триггерной защёлки на комплиментарной паре транзисторов шунт в качестве датчика тока и n-канальный транзистор в роли ключевого элемента получаем такую схему:

После подачи питания на схему, транзистор Q3, через светодиод и R4 открывается, стабилитрон D3 ограничивает напряжение на затворе полевого транзистора. D4 защищает Q3 от выбросов высокого напряжения, при подключении индуктивной нагрузки (электродвигатель). На паре транзисторов Q1, Q2 собран аналог тиристора. Ток, протекающий через шунт R1, вызывает падение напряжения, которое с движка переменного резистора R10, и цепочку R2, С2, поступает на базу транзистора Q2. Величину напряжения с шунта, которое пропорционально току, протекающему через этот шунт можно регулировать прерменным резистором R10. В момент, когда напряжение на базе Q2 станет больше 0.5-0.7в транзистор Q2 начнёт открываться, тем самым открывая Q1, в свою очередь транзистор Q1открываясь, будет открывать Q2. Данный процесс происходит очень быстро, за доли секунды транзисторы откроют друг друга и останутся в таком устойчивом состоянии. Через открытый аналог тиристора затвро Q3, а также резистор R4 окажутся подключены к общему проводнику схемы, что приведёт к закрытию Q3 и свечение светодиода D1 сообщит о том что сработала защита. Снять защиту можно как отключив кратковременно питание, так и кратковременным нажатием на кнопку S1.

 Универсальная схема защиты была создана и проверена в работе, шунт R1 был составлен из двух резисторов 0.22 Ом 5Вт. Остался последний шаг - вводим в нвшу схему защиту от переполюсовки клемм АКБ.

Схема с защитой от переполюсовки :

Наша схема дополнилась диодом D2, резисторами R6, R5. Кнопка S1 была убрана из схемы по причине того, что при срабатывании защиты она не выводила схему из защиты, после доработки.

Токовая защита осталась без изменений, снять защиту можно отключив питание на 2-3 секунды. При подключении к выходу схемы АКБ, перепутав полярность, напряжение с АКБ через диод D2, резистор R6 поступает на базу Q2, срабатывает защита Q3 закрывается, светодиод D1 сигнализирует о срабатывании защиты.

  На этой волне я заканчиваю поиски защиты для своих простых иип. Работой своих схем доволен, надеюсь они пригодятся и вам.

Приятных вам экспирементов!


Файлы:
плата вид со стороны шунта
плата готовая
плата вид снизу
фото защита 1 вариант


Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Мощный блок питания с защитой по току

Мощный блок питания с защитой по току
Каждому человеку, собирающему электронные схемы, необходим универсальный источник питания, позволяющий в широких пределах изменять напряжение на выходе, контролировать ток и при необходимости отключать питаемое устройство. В магазинах подобные лабораторные блоки питания стоят весьма недёшево, но зато собрать такой можно самостоятельно из распространённых радиодеталей. Представленный блок питания включает в себя:
  • Регулировку напряжения до 24 вольт;
  • Максимальный ток, отдаваемый в нагрузку, до 5 ампер;
  • Защиту по току с выбором нескольких фиксированных значений;
  • Активное охлаждение для работы при больших токах;
  • Стрелочные индикаторы тока и напряжения;

Схема регулятора напряжения


Мощный блок питания с защитой по току
Самый простой и доступный вариант регулятора напряжения – схема на специальной микросхеме, называемой стабилизатором напряжения. Наиболее подходящим вариантом является LM338, она обеспечивает максимальный ток в 5 А и минимум пульсаций на выходе. Также сюда подойдут LM350 и LM317, но максимальный ток в этом случае составит 3 А и 1,5 А соответственно. Переменный резистор служит для регулировки напряжения, его номинал зависит от того, какое максимальное напряжение необходимо получить на выходе. Если максимальное выходное требуется 24 вольта – необходим переменный резистор сопротивлением 4,3 кОм. В этом случае нужно взять стандартный потенциометр на 4.7 кОм и соединить параллельно с ним постоянный на 47 кОм, общее сопротивление получится примерно 4.3 кОм. Для питания всей схемы необходим источник постоянного тока с напряжением 24-35 вольт, в моём случае это обычный трансформатор со встроенным выпрямителем. Также можно применять зарядные устройства ноутбуков или другие различные импульсные источники, подходящие по току.
Данный регулятор напряжения является линейным, а значит, вся разница между входным и выходным напряжением приходится на одну микросхему и рассеивается на ней в виде тепла. При больших токах это весьма критично, поэтому микросхема должна быть установлена на большом радиаторе, лучше всего для этого подойдёт радиатор от процессора компьютера, работающий в паре с вентилятором. Для того, чтобы вентилятор не вращался всё время зря, а включался только при нагреве радиатора, необходимо собрать небольшой датчик температуры.

Схема управления вентилятором


Мощный блок питания с защитой по току
В его основе лежит NTC термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры - при увеличении температуры сопротивление значительно уменьшается, и наоборот. Операционный усилитель выполняет роль компаратора, регистрируя изменение сопротивление термистора. При достижении порога срабатывания на выходе ОУ появляется напряжение, транзистор отпирается и запускает вентилятор, вместе с которым загорается светодиод. Подстроечный резистор служит для настройки порога срабатывания, его номинал стоит выбирать исходя из сопротивления термистора при комнатной температуре. Допустим, термистор имеет сопротивление 100 кОм, подстроечный резистор в этом случае должен иметь номинал примерно 150-200 кОм. Главное преимущество этой схемы – наличие гистерезиса, т.е. разницы между порогами включения и выключения вентилятора. Благодаря гистерезису не происходит частого включения-выключения вентилятора при температуре, близкой к пороговой. Термистор выводится на проводках непосредственно на радиатор и устанавливается в любое удобное место.
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Схема защиты по току
Мощный блок питания с защитой по току
Пожалуй, самая важная часть всего блока питания – защита по току. Работает она следующим образом: падение напряжение на шунте (резистор сопротивлением 0.1 Ом) усиливается до уровня 7-9 вольт и с помощью компаратора сравнивается с эталонным. Эталонное напряжение для сравнения задаётся четырьмя подстроечными резисторами в диапазоне от нуля до 12 вольт, вход операционного усилителя подключается к резисторам через галетный переключатель на 4 положения. Таким образом, меняя положение галетного переключателя мы можем выбирать из 4-х заранее установленных вариантов токов защиты. Например, можно установить следующие значения: 100 мА, 500 мА, 1,5 А, 3 А. При превышении тока, заданного галетным переключателем, сработает защита, напряжение перестанет поступать на выход и загорится светодиод. Для сброса защиты достаточно кратковременно нажать на кнопку, напряжение на выходе появится вновь. Пятый подстроечный резистор необходим для установки коэффициента усиления (чувствительности), его нужно установить так, чтобы при токе через шунт 1 Ампер напряжение на выходе ОУ было примерно 1-2 вольта. Резистор настройки гистерезиса срабатывания защиты отвечает за «чёткость» защёлкивания схемы, его нужно настраивать в том случае, если напряжение на выходе не пропадает полностью.Данная схема хороша тем, что имеет высокую скорость срабатывания, моментально включая защиту при превышении тока.

Блок индикации тока и напряжения


Большинство лабораторных блоков питания оснащено цифровыми вольтметрами и амперметрами, показывающими величины в виде цифр на табло. Такой вариант компактен и обеспечивает неплохую точность показаний, однако совершенно неудобен для восприятия. Именно поэтому для индикации решено использовать стрелочные головки, показания которых легко и приятно воспринимаются. В случае с вольтметром всё просто – он подключается к выходным клеммам блок питания через подстроечный резистор с сопротивлением примерно 1-2 МОм. Для правильной работы амперметра необходим усилитель шунта, схема которого показана ниже.
Мощный блок питания с защитой по току
Подстроечный резистор необходим для настройки коэффициента усиления, в большинстве случаев его достаточно оставить в среднем положении (примерно 20-25 кОм). Стрелочная головка подключается через галетный переключатель, с помощью которого можно выбирать один из трёх подстроечных резисторов, с помощью которых задаётся ток максимального отклонения амперметра. Таким образом, амперметр может работать в трёх диапазонах – до 50 мА, до 500 мА, до 5А, это обеспечивает максимальную точность показаний при любом токе нагрузки.
Мощный блок питания с защитой по току

Сборка платы блока питания


Плата печатная:

Теперь, когда все теоретические аспекты учтены, можно приступать к сборке электронной части конструкции. Все элементы блока питания – регулятор напряжения, датчик температуры радиатора, блок защиты, усилитель шунта для амперметра собираются на одной плате, размеры которой 100х70 мм. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса изготовления.
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Силовые дорожки, по которым течёт ток нагрузки, желательно залудить толстым слоем припоя для уменьшения сопротивления. Сперва на плату устанавливаются мелкие детали.
Мощный блок питания с защитой по току
После этого все остальные компоненты. Микросхему 78L12, питающую датчик температуры и кулер, необходимо установить на небольшой радиатор, место для которого предусмотрено на печатной плате. В последнюю очередь на плату запаиваются провода, на которых выводятся вентилятор, термистор, кнопка сброса защиты, галетные переключатели, светодиоды, микросхема LM338, вход и выход напряжения. Вход напряжения удобнее всего подключить через DC разъём, при этом необходимо учитывать, что он должен обеспечивать большой ток. Все силовые провода необходимо использовать соответствующего току сечения, желательно медные. Плюс выхода с печатной платы идёт к выходным клеммам не напрямую, а через тумблер с двумя группами контактов. Вторая группа при этом включает и выключает светодиод, показывающий, подаётся ли на клеммы напряжение.
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току

Сборка корпуса


Корпус можно как найти готовый, так и собрать самостоятельно. Изготовить его можно, например, из фанеры и ДВП, как я и сделал. В первую очередь вырезается прямоугольная передняя панель, на которой будут установлены все органы управления.
Мощный блок питания с защитой по току
Затем изготавливаются стенки и днище ящика, конструкция скрепляется воедино саморезами. Когда готов каркас, можно устанавливать внутрь всю электронику.
Мощный блок питания с защитой по току
Органы управления, стрелочные головки, светодиоды устанавливаются на свои места в передней панели, плата укладывается внутри корпуса, радиатор с вентилятором крепятся на заднюю панель. Для крепления светодиодов используются специальные держатели. Выходные клеммы желательно продублировать, тем более что место позволяет. Размеры корпуса получились 290х200х120 мм, внутри корпуса остаётся ещё много свободного пространства, и туда может уместиться, например, трансформатор для питания всего аппарата.
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току
Мощный блок питания с защитой по току

Настройка


Несмотря на множество подстроечных резисторов, настройка блока питания довольно проста. Первых делом калибруем вольтметр, подключив к выходным клеммам внешний. Вращая подстроечный резистор, включенный последовательно со стрелочной головкой вольтметра добиваемся равенства показаний. Затем подключаем на выход какую-либо нагрузку с амперметром и калибруем усилитель шунта. Вращая каждый и трёх подстрочных резисторов добиваемся совпадений показаний на каждом из трёх диапазонов измерений амперметра – в моём случае это 50 мА, 500 мА и 5А. Далее устанавливаем необходимые токи защиты с помощью четырёх подстроечных резисторов. Сделать это несложно, учитывая, что штатный амперметр уже откалиброван и показывает точный ток. Плавно повышаем напряжение (при этом повышается и ток) и смотрим, при каком токе срабатывает защита. Затем вращаем каждый из резисторов, устанавливая четыре нужных тока защиты, между которыми можно переключаться с помощью галетного переключателя. Теперь осталось лишь установить нужный порог срабатывания датчика температуры радиатора – настройка закончена.
Мощный блок питания с защитой по току

Смотрите видео


Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения

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

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

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

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

Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения

Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения

Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения

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

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

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

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

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

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

Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения

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

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

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

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

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

Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения

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

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

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

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

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

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

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

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

cxema.org - Схема защиты блока питания и зарядных устройств

Схема защиты блока питания и зарядных устройств

Представлена конструкция защиты для блока питания любого типа. Данная схема защиты может совместно работать с любыми блоками питания - сетевыми, импульсными и аккумуляторами постоянного тока.

Схематическая развязка такого блока защиты относительна проста и состоит из нескольких компонентов.

Схема защиты блока питания

Силовая часть - мощный полевой транзистор - в ходе работы не перегревается, следовательно в теплоотводе тоже не нуждается.

Схема одновременно является защитой от переполюсовки питания, перегруза и КЗ на выходе, ток срабатывания защиты можно подобрать подбором сопротивления резистора шунта, в моем случае ток составляет 8Ампер, использовано 6 резисторов 5 ватт 0,1 Ом параллельно подключенных.

Шунт можно сделать также из резисторов с мощностью 1-3 ватт.

Схема защиты блока питания, шунтСхема защиты блока питания, шунт

Более точно защиту можно настроить путем подбора сопротивления подстроечного резистора.

Схема защиты блока питания, регулятор ограничения токаСхема защиты блока питания, регулятор ограничения тока

При КЗ и перегрузе выхода блока, защита мгновенно сработает, отключив источник питания. О срабатывании защиты осведомит светодиодный индикатор. Даже при КЗ выхода на пару десятков секунд, полевой транзистор остается холодным.

Полевой транзистор не критичен, подойдут любые ключи с током 15-20 и выше Ампер и с рабочим напряжением 20-60 Вольт. Отлично подходят ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные - IRF3205, IRL3705, IRL2505 и им подобные.

Схема защиты блока питания, платаСхема защиты блока питания, плата

Схема защиты блока питания, платаСхема защиты блока питания, плата

Данная схема также отлично подходит в качестве защиты зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, если вдруг перепутали полярность подключения, то с зарядным устройством ничего страшного не произойдет, защита спасет устройство в таких ситуациях.

Благодаря быстрой работе защиты, ее можно с успехом применить для импульсных схем, при КЗ защита сработает быстрее, чем успеют сгореть силовые ключи импульсного блока питания. Схематика подойдет также для импульсных инверторов, в качестве защиты по току. При перегрузе или кз во вторичной цепи инвертора, мигом вылетают силовые транзисторы инвертора, а такая защита не даст этому произойти.

С уважением - АКА КАСЬЯН

Схема защиты блока питания и зарядных устройств

Представлена конструкция защиты для блока питания любого типа. Данная схема защиты может совместно работать с любыми блоками питания - сетевыми, импульсными и аккумуляторами постоянного тока. Схематическая развязка такого блока защиты относительна проста и состоит из нескольких компонентов. 

Схема защиты блока питания

 Силовая часть - мощный полевой транзистор - в ходе работы не перегревается, следовательно в теплоотводе тоже не нуждается. Схема одновременно является защитой от переплюсовки питания, перегруза и КЗ на выходе, ток срабатывания защиты можно подобрать подбором сопротивления резистора шунта, в моем случае ток составляет 8 Ампер, использовано 6 резисторов 5 ватт 0,1 Ом параллельно подключенных. Шунт можно сделать также из резисторов с мощностью 1-3 ватт.

Более точно защиту можно настроить путем подбора сопротивления подстроечного резистора. Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока

 ~~~При КЗ и перегрузе выхода блока, защита мгновенно сработает, отключив источник питания. О срабатывании защиты осведомит светодиодный индикатор. Даже при КЗ выхода на пару десятков секунд, полевой транзистор остается холодным

~~~Полевой транзистор не критичен, подойдут любые ключи с током 15-20 и выше Ампер и с рабочим напряжением 20-60 Вольт. Отлично подходят ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные - IRF3205, IRL3705, IRL2505 и им подобные.

~~~Данная схема также отлично подходит в качестве защиты зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, если вдруг перепутали полярность подключения, то с зарядным устройством ничего страшного не произойдет, защита спасет устройство в таких ситуациях.

~~~Благодаря быстрой работе защиты, ее можно с успехом применить для импульсных схем, при КЗ защита сработает быстрее, чем успеют сгореть силовые ключи импульсного блока питания. Схематика подойдет также для импульсных инверторов, в качестве защиты по току. При перегрузе или кз во вторичной цепи инвертора, мигом вылетают силовые транзисторы инвертора, а такая защита не даст этому произойти.

Комментарии
Защита от короткого замыкания, переплюсовки полярноси и перегруза собрана на отдельной плате. Силовой транзистор использован серии IRFZ44, но при желании можно заменить на более мощный IRF3205 или на любой другой силовой ключ, который имеет близкие параметры. Можно использовать ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и другие ключи с током более 20 Ампер. В ходе работы полевой транзистор остается ледяным,. поэтому в теплоотводе не нуждается.

Мощность блока питания довольно приличная, выходной ток доходит до 6-7 Ампер, что вполне достаточно для зарядки автомобильного аккумулятора.

Резисторы шунта выбрал с мощностью 5 ватт, но можно и на 2-3 ватт.

Если все сделано правильно, то блок начинает работать сразу, замыкайте выход, должен загореться светодиодный индикатор защиты, который будет гореть до тех пор, пока выходные провода находятся в режиме КЗ.

Собираем схему индикатора.

Защита устройств от неправильной подачи полярности питания / Хабр

При проектировании промышленных приборов, к которым предъявляются повышенные требования по надёжности, я не раз сталкивался с проблемой защиты устройства от неправильной полярности подключения питания. Даже опытные монтажники порой умудряются перепутать плюс с минусом. Наверно ещё более остро подобные проблемы стоят в ходе экспериментов начинающих электронщиков. В данной статье рассмотрим простейшие решения проблемы — как традиционные так и редко применяемые на практике методы защиты.

Простейшее решение, которое напрашивается с ходу — включение последовательно с прибором обычного полупроводникового диода.

Просто, дёшево и сердито, казалось бы чего ещё нужно для счастья? Однако, у такого способа есть очень серьёзный недостаток — большое напряжение падения на открытом диоде.

Вот типичная ВАХ для прямого включения диода. При токе в 2 Ампера напряжение падения составит примерно 0.85 вольт. В случае низковольтных цепей 5 вольт и ниже это очень существенная потеря. Для более высоковольтных такое падение играет меньшую роль, но есть ещё один неприятный фактор. В цепях с высоким током потребления на диоде будет рассеиваться весьма значительная мощность. Так для случая, изображённого на верхней картинке, получим:
0.85В х 2А = 1.7Вт.
Рассеиваемая на диоде мощность уже многовата для такого корпуса и он будет ощутимо греться!
Впрочем, если вы готовы расстаться с несколько большими деньгами, то можно применить диод Шоттки, который имеет меньшее напряжение падения.

Вот типичная ВАХ для диода Шоттки. Подсчитаем рассеиваемую мощность для этого случая.
0.55В х 2А = 1.1Вт
Уже несколько лучше. Но что же делать если ваше устройство потребляет ещё более серьёзный ток?
Иногда параллельно устройству ставят диоды в обратном включении, которые должны сгореть если перепутать напряжение питания и привести к короткому замыканию. Ваше устройство при этом скорее всего потерпит минимум повреждений, но может выйти из строя источник питания, не говоря уже о том, что сам защитный диод придётся заменить, а вместе с ним могут и дорожки на плате повредиться. Словом этот способ для экстрималов.
Однако, есть ещё один несколько более затратный, но весьма простой и лишённый перечисленных выше недостатков способ защиты — с помощью полевого транзистора. За последние 10 лет параметры этих полупроводниковых приборов резко улучшились, а цена наоборот сильно упала. Пожалуй то, что их крайне редко используют для защиты ответственных цепей от неправильной полярности подачи питания можно объяснить во многом инерцией мышления. Рассмотрим следующую схему:

При подаче питания напряжение на нагрузку проходит через защитный диод. Падение на нём достаточно велико — в нашем случае около вольта. Однако в результате между затвором и истоком транзистора образуется напряжение превышающее напряжение отсечки и транзистор открывается. Сопротивление исток-сток резко уменьшается и ток начинает течь уже не через диод, а через открытый транзистор.

Перейдём к конкретике. Например для транзистора FQP47З06 типичное сопротивление канала будет составлять 0.026 Ом! Нетрудно рассчитать что рассеиваемая при этом на транзисторе мощность для нашего случая будет всего 25 милливатт, а падение напряжение близко к нулю!
При смене полярности источника питания ток в цепи течь не будет. Из недостатков схемы можно пожалуй отметить разве то, что подобные транзисторы имеют не слишком большое пробивное напряжение между затвором и истоком, но слегка усложнив схему можно применить её для защиты более высоковольтных цепей.

Думаю читателям не составит труда самим разобраться как работает эта схема.

Уже после публикации статьи уважаемый пользователь Keroro в комментариях привел схему защиты на основе полевого транзистора, которая применяется в iPhone 4. Надеюсь он не будет возражать если я дополню свой пост его находкой.

Схема защиты от перегрузки по току

с использованием операционного усилителя

Схемы защиты

имеют жизненно важное значение для успеха любого электронного проекта. В наших предыдущих руководствах по схемам защиты мы разработали множество базовых схем защиты, которые можно адаптировать к вашей схеме, а именно: защита от перенапряжения, защита от короткого замыкания, защита от обратной полярности и т. Д. В дополнение к этому списку цепей в этой статье мы Вы узнаете, как спроектировать и построить простую схему для защиты от перегрузки по току с использованием Op-Amp .

Защита от перегрузки по току часто используется в цепях электропитания для ограничения выходного тока блока питания. Термин «Перегрузка по току» - это состояние, когда нагрузка потребляет большой ток, чем указанные возможности блока питания. Это может быть опасной ситуацией, поскольку состояние перегрузки по току может повредить источник питания. Поэтому инженеры обычно используют схему защиты от перегрузки по току для отключения нагрузки от источника питания во время таких сценариев неисправности, таким образом защищая нагрузку и источник питания.

Защита от перегрузки по току с использованием операционного усилителя

Существует много типов цепей защиты от перегрузки по току; Сложность схемы зависит от того, как быстро должна реагировать схема защиты в случае перегрузки по току. В этом проекте мы создадим простую схему защиты от перегрузки по току с использованием операционного усилителя, который очень часто используется и может быть легко адаптирован для ваших проектов.

Схема, которую мы собираемся спроектировать, будет иметь регулируемое пороговое значение максимального тока , а также функцию автоматического перезапуска при сбое .Поскольку это схема защиты от перегрузки по току на основе операционного усилителя, в качестве приводного устройства будет использоваться операционный усилитель. Для этого проекта используется операционный усилитель общего назначения LM358 . На рисунке ниже показана схема контактов LM358.

LM358 Pin Diagram

Как видно на изображении выше, внутри одного IC-пакета у нас будет два канала операционного усилителя. Однако для этого проекта используется только один канал. Операционный усилитель будет переключать (отключать) выходную нагрузку с помощью MOSFET. Для этого проекта используется MOSFET IRF540N с каналом .Рекомендуется использовать надлежащий радиатор MOSFET, если ток нагрузки превышает 500 мА. Однако для этого проекта MOSFET используется без радиатора. На изображении ниже показано представление схемы схемы контактов IRF540N .

IRF540N Pin Diagram

Для питания операционного усилителя и схемы используется линейный стабилизатор напряжения LM7809 . Это линейный регулятор напряжения 9В 1А с широким номинальным входным напряжением. Распиновку можно увидеть на изображении ниже

LM7809 linear Voltage Regulator Pinout

Необходимые материалы:

Ниже приведен список компонентов, необходимых для защиты от сверхтоков , схема .

  1. Макет
  2. Источник питания 12 В (минимум) или в соответствии с напряжением требуется.
  3. LM358
  4. 100 мкФ 25 В
  5. IRF540N
  6. Радиатор (согласно требованию к применению)
  7. 50к обрезной горшок.
  8. резистор 1 кОм с допуском 1%
  9. 1Мег резистор
  10. резистор 100 кОм с допуском 1%.
  11. резистор 1 Ом, 2 Вт (максимум 2 Вт при токе нагрузки 1,25 А)
  12. Провода для макета

Цепь защиты от сверхтоков

Простая схема защиты от сверхтоков может быть сконструирована с использованием операционного усилителя для определения перегрузки по току, и на основании этого мы можем управлять Mosfet для отключения / подключения нагрузки к источнику питания.Принципиальная схема для этого проста и может быть видно на изображении ниже

 Overcurrent Protection Circuit Diagram using Op-amp

Схема защиты от сверхтоков, работающая

Как видно из принципиальной схемы, полевой МОП-транзистор IRF540N используется для управления нагрузкой как ВКЛ или ВЫКЛ во время нормального состояния и перегрузки в состоянии . Но прежде чем отключить нагрузку, важно определить ток нагрузки. Это делается с помощью шунтирующего резистора R1 , который является шунтирующим резистором 1 Ом с номинальной мощностью 2 Вт.Этот метод измерения тока называется Shunt Resistor Current Sensing , вы также можете проверить другие методы измерения тока, которые также можно использовать для обнаружения перегрузки по току.

Во время включенного состояния MOSFET ток нагрузки протекает через сток MOSFET к источнику и, наконец, к GND через шунтирующий резистор. В зависимости от тока нагрузки шунтирующий резистор создает падение напряжения, которое можно рассчитать, используя закон Ом . Поэтому предположим, что для 1А тока (тока нагрузки) падение напряжения на шунтирующем резисторе составляет 1 В при V = I x R (V = 1A x 1 Ом).Таким образом, если это падение напряжения сравнивать с предварительно определенным напряжением с помощью операционного усилителя, мы можем обнаружить перегрузку по току и изменить состояние MOSFET, чтобы отключить нагрузку.

Операционный усилитель обычно используется для выполнения математических операций, таких как сложение, вычитание, умножение и т. Д. Поэтому в этой схеме операционный усилитель LM358 сконфигурирован как компаратор. Согласно схеме, компаратор сравнивает два значения. Первый из них является падение напряжения через шунт, а другой представляет собой предопределенное напряжение (опорное напряжение), используя переменный резистор или потенциометр RV1.RV1 действует как делитель напряжения. Падение напряжения на шунтирующем резисторе измеряется инвертирующей клеммой компаратора и сравнивается с опорным напряжением, которое подключено к неинвертирующей клемме операционного усилителя.

В связи с этим, если считанным напряжением меньше, чем опорное напряжение, компаратор будет производить положительное напряжение на выходе, которая близка к VCC компаратора. Но, если считанное напряжение больше, чем опорное напряжение, компаратор будет производить отрицательное напряжение питания через выход (отрицательное питание подключено через GND, поэтому 0В в данном случае).Это напряжение достаточно для включения или выключения MOSFET.

Работа с переходной реакцией / проблемой стабильности

Но когда высокая нагрузка будет отключена от источника питания, переходные изменения создадут линейную область поперек компаратора, и это создаст петлю, в которой компаратор не сможет правильно включить или выключить нагрузку, и операционный усилитель станет нестабильный . Например, допустим, 1А устанавливается с помощью потенциометра для запуска полевого МОП-транзистора в состояние ВЫКЛ.Поэтому переменный резистор настроен на выход 1 В. В ситуации, когда компаратор обнаруживает, что падение напряжения на шунтирующем резисторе составляет 1,01 В (это напряжение зависит от точности операционного усилителя или компаратора и других факторов), компаратор отключит нагрузку. Переходных изменения возникают, когда высокая нагрузка внезапно отключена от блока питания, и это кратковременное повышение опорного напряжения, который приглашает плохие результаты через компаратор и заставляет его работать в линейной области.

Лучший способ для решения этой проблемы заключается в использовании стабильного питания через компаратор, где переходные изменения не влияют на входном напряжение компаратора и источник опорного напряжения. Не только это, дополнительный метод гистерезис должен быть добавлен в компараторе. В этой схеме это выполняется с помощью линейного регулятора LM7809 и с использованием резистора гистерезиса R4, резистора 100 кОм. LM7809 обеспечивает надлежащее напряжение на компараторе, так что переходные изменения на линии электропередачи не влияют на компаратор.C1, конденсатор 100 мкФ используется для фильтрации выходного напряжения.

Гистерезисный резистор R4 подает небольшую часть входного сигнала на выход операционного усилителя, что создает разрыв напряжения между низким порогом (0,99 В) и верхним порогом (1,01 В), когда компаратор изменяет свое выходное состояние. Компаратор не изменяет состояние немедленно, если достигается пороговая точка, вместо этого, чтобы изменить состояние с высокого на низкое, уровень измеряемого напряжения должен быть ниже, чем нижний порог (например, 0.97 В вместо 0,99 В) или для изменения состояния с низкого на высокое, измеренное напряжение должно быть выше верхнего порога (1,03 вместо 1,01). Это повысит стабильность компаратора и уменьшит ложные срабатывания. Кроме этого резистора, R2 и R3 используются для управления затвором. R3 - это затворный резистор MOSFET.

Испытание цепи защиты от сверхтоков

Цепь построена на макете и протестирована с использованием настольного источника питания и переменной нагрузки постоянного тока.

Overcurrent Protection Circuit using Op-Amp - Testing

Цепь проверена, и было обнаружено, что выход успешно отключен при различных значениях, установленных переменным резистором. Видеоролик, представленный внизу этой страницы, демонстрирует полную демонстрацию защиты от сверхтоков в действии.

Советы по проектированию защиты от перегрузки по току

    Схема демпфирования
  • RC на выходе может улучшить EMI.
  • Радиатор большего размера и специальный полевой МОП-транзистор могут использоваться для требуемого применения.
  • Хорошо сконструированная печатная плата улучшит стабильность схемы.
  • Мощность шунтирующего резистора необходимо регулировать согласно степенному закону (P = I 2 R) в зависимости от тока нагрузки.
  • Резистор с очень низким значением в номинале миллиОм можно использовать для небольшой упаковки, но падение напряжения будет меньше. Для компенсации падения напряжения можно использовать дополнительный усилитель с надлежащим усилением.
  • Рекомендуется использовать выделенный усилитель определения тока для точных проблем, связанных с измерением тока.

Надеюсь, вы поняли учебник и получили удовольствие от изучения чего-то полезного. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, оставьте их в комментариях или используйте форумы для других технических вопросов.

,
Разница между перегрузкой по току, перегрузкой и перенапряжением

Основная разница между перегрузкой, перегрузкой по току и перенапряжением

Новички и новички должны прояснить основные понятия из-за запутанных терминов, используемых в теориях электротехники и электроники, и таких исследований, как короткое замыкание, перегрузка по току, перенапряжение и перегрузка и т.д.Теперь давайте посмотрим, каковы различия между перегрузкой, перенапряжением и перегрузкой по току.

Difference Between Overcurrent, Overload and Overvoltage Difference Between Overcurrent, Overload and Overvoltage

Что такое сверхток?

Перегрузка по току - это состояние, при котором избыточный ток начинает протекать в цепи из-за перегрузки и особенно короткого замыкания.

В случае короткого замыкания в цепи начинает протекать очень большой ток, при котором уровень напряжения на клеммах нагрузки становится практически нулевым, что приводит к повреждению изоляции, пожару, повреждению оборудования и энергосистемы, даже серьезному и опасному взрыву. ,

Например, точка отключения автоматического выключателя 125A (магнитное отключение), рассчитанная на 200%, подключена к цепи нагрузки 100A. Когда ток нагрузки увеличится и достигнет предела 125 А, он в конечном итоге отключится. Если ток возрастает до 200А, автоматический выключатель срабатывает мгновенно и защищает цепь от перегрузки по току из-за короткого замыкания и т. Д.

Защита от перегрузки по току:

Защита от перегрузки по току, как правило, представляет собой защиту от короткого замыкания, когда чрезмерный ток начинает протекать в цепь, которая приводит к повреждению подключенного оборудования.

Предохранители, автоматические выключатели, реле максимального тока, ограничители тока, датчики температуры и твердотельные силовые выключатели используются против устройств защиты от сверхтока. Кроме того, термомагнитный выключатель используется как для защиты от перегрузки по току, так и от перегрузки.

Что такое перегрузка?

Электрическая перегрузка - это состояние, при котором нагрузка получает больший ток, чем нормальный или номинальный ток.

Например, провод № 12 может безопасно выдерживать ток в 20 ампер.Цепь может быть защищена минимумом 20 А или 125% силы тока нагрузки, т. Е. (20 А тока нагрузки x 125% = 25 А). В этом случае для защиты мы должны использовать максимальный автоматический выключатель 25А. Теперь, если мы используем автоматический выключатель 30A - 35A вместо номинального CB, это означает, что автоматический выключатель пропустит ток от 30 до 35 ампер в цепь нагрузки, которая протекает по проводам, рассчитанным на 20A. Другими словами, автоматический выключатель может пропускать больший ток, чем номинальный ток, который может выдерживать ток только до 20А. В этом случае провода могут нагреться и загореться или повредить цепь и подключенные устройства, в то время как автоматический выключатель не сработает, поскольку мы не использовали надлежащего размера и номинала автоматического выключателя для защиты .

Другим примером перегрузки является подключение нагрузки мощностью 1,5 кВт к генератору переменного тока мощностью 1 кВт, инвертору или трансформатору и т. Д., Или когда через цепь протекает ток, в 1,5 раза больший, чем номинальный ток.

Перегрузка - это поток перегрузки по току в цепи, который вызывает перегрев подключенного устройства, следовательно, перегрузка является типом перегрузки по току.

Защита от перегрузки:

Защита от перегрузки - это фактически защита от перегрева из-за перенапряжения в цепи в течение определенного времени.

Предохранители с плавким срабатыванием и реле перегрузки используются для защиты от перегрузки, тогда как термомагнитный выключатель используется как для защиты от перегрузки, так и от перегрузки. «Магнитный» элемент обеспечивает защиту от перегрузки по току, а «тепловой» элемент защищает цепь от «перегрузки», когда он работает на обратной временной кривой, т. Е. Время отключения становится меньше при увеличении тока.

Как правило, схема защиты от перегрузки активируется, когда в цепи начинает течь ток на 120% - 160% больше, чем номинальный ток от источника питания.

Что такое перенапряжение?

Перенапряжение - это состояние, при котором рабочее напряжение или напряжение питания превышает номинальное напряжение системы, указанное производителем.

Как следует из названия, перенапряжение - это более высокое напряжение питания устройства, чем его номинальное номинальное напряжение. Короче говоря, напряжение выше допустимого напряжения называется перенапряжением.

Обычно, когда напряжение питания увеличивается до 1,1 (что составляет 110%) от номинального напряжения устройства, известно перенапряжение, если оно не указано изготовителями.

Например, если номинальное напряжение, указанное на паспортной табличке машины, составляет 230 В переменного тока ± 10%. Теперь, если напряжение питания увеличивается до 250 В +, система становится нестабильной из-за перенапряжения (потери в железе), которое приводит к чрезмерному нагреву и может повредить устройство и оборудование.

Защита от перенапряжения:
Перенапряжение

, вызванное ударами молнии, скачками напряжения питания и коммутации, а также повреждением изоляции и т. Д., Может быть защищено лавинными диодами, резисторами, зависящими от напряжения (VDR), газоразрядными клапанами, молниеотводами, дугами и т.д.

Как правило, электронные схемы на основе стабилитронов в основном используются для защиты от превышения уровня на небольшом уровне. Схема защиты от перенапряжения сработает, когда напряжение питания увеличится на 110-130% выше номинального напряжения устройства. Таким образом, он отключит электропитание, чтобы защитить устройство от перенапряжения, которое может привести к повреждению подключенного устройства.

Overload and Overcurrent protection Overload and Overcurrent protection

Похожие сообщения:

.
типов и применений реле максимального тока (часть 1)
Types and Applications Of Overcurrent Relay Types and Applications Of Overcurrent Relay типов и применений реле максимального тока

Индекс

Виды защиты

Схемы защиты можно разделить на две основные группы:

  1. Схемы агрегатов
  2. неединичных схем

1. Тип защиты блока

Схемы типа

защищают определенную область системы, то есть трансформатор, линию передачи, генератор или шину.

Схемы защиты устройства основаны на действующем законе Кирхгофа - сумма токов, входящих в область системы, должна быть равна нулю.

Любое отклонение от этого должно указывать ненормального пути тока . В этих схемах влияние любого возмущения или условий эксплуатации за пределами области интереса полностью игнорируется, и защита должна быть спроектирована так, чтобы она была стабильной выше максимально возможного тока повреждения, который мог бы протекать через защищенную область.

Вернуться к оглавлению №


2.Неединичная защита типа

Схемы, не относящиеся к единице, хотя и предназначены для защиты определенных областей, не имеют фиксированных границ . Помимо защиты своих назначенных зон, защитные зоны могут перекрывать другие области. Хотя это может быть очень полезным для целей резервного копирования, может существовать тенденция к тому, что слишком большая область будет изолирована, если неисправность будет обнаружена различными неединичными схемами.

Самая простая из этих схем измеряет ток и включает в себя обратную характеристику времени в операции защиты, чтобы обеспечить первому срабатыванию защиты ближе к отказу.

Система защиты неединичного типа включает в себя следующие схемы:
  1. Защита от перегрузки по току с градацией времени
  2. Токовая градуированная токовая защита
  3. Защита по расстоянию или сопротивлению

Вернуться к оглавлению №

2,1 токовой защиты

Это самый простой способ защитить линию и поэтому широко используется.

Он обязан своим применением из-за того, что в случае неисправности ток увеличится до значения, в несколько раз превышающего максимальный ток нагрузки.У него есть ограничение: его можно применять только к простому и не дорогостоящему оборудованию.

Вернуться к оглавлению №


2.2 Защита от замыканий на землю

Общая практика заключается в использовании набора из двух или трех реле максимального тока и отдельного реле максимального тока для однофазного замыкания на землю. Отдельное реле защиты от замыкания на землю при наличии делает защиту от замыкания на землю более быстрой и чувствительной .

Ток замыкания на землю всегда меньше, чем ток замыкания фазы по величине.

Следовательно, реле, подключенное для защиты от замыкания на землю, отличается от реле для защиты от замыкания на фазу.

Вернуться к оглавлению №


Различные типы неисправностей линий

Тип ошибки Эксплуатация реле
1 замыкание на землю (замыкание на землю) реле защиты от замыканий на землю
2 Межфазное замыкание Не с заземлением Реле максимального тока с соответствующей фазой
3 Двухфазное замыкание на землю Реле максимального тока с соответствующей фазой и реле защиты от замыкания на землю

Вернуться к оглавлению №


Реле максимального тока Назначение и рейтинги

Реле, которое срабатывает или срабатывает, когда его ток превышает предварительно определенное значение (значение настройки), называется реле максимального тока .

Защита от перегрузки по току защищает системы электропитания от чрезмерных токов , которые вызваны короткими замыканиями, замыканиями на землю и т. Д. Реле максимального тока могут использоваться для защиты практически любых элементов энергосистемы, то есть линий передачи, трансформаторов, генераторов или двигателей.

Для защиты фидера было бы более одного реле максимального тока для защиты различных секций фидера. Эти реле максимального тока должны координироваться друг с другом так, чтобы ближайший отказ реле срабатывал первым.

Использование времени, тока и комбинации времени и тока - это три способа различения смежных реле максимального тока.

Реле максимального тока обеспечивает защиту от:

Перегрузка по току включает защиту от короткого замыкания, и короткие замыкания могут быть:

  1. Фазовые неисправности
  2. замыканий на землю
  3. Неисправности обмотки

Токи короткого замыкания обычно составляют в несколько раз (от 5 до 20) тока полной нагрузки .Следовательно, быстрое устранение неисправностей всегда желательно при коротких замыканиях.

Вернуться к оглавлению №


Основные требования защиты от перегрузки по току

Защита не должна срабатывать при пусковых токах, допустимых перегрузках по току, скачках тока. Для достижения этого предусмотрена временная задержка (в случае обратных реле).

Защита должна быть скоординирована с соседней защитой от сверхтока.

Реле максимального тока является основным элементом защиты от сверхтока.

Вернуться к оглавлению №


Предохранение от перегрузки по току

Это наиболее важные цели реле максимального тока:

  • Обнаружение ненормальных условий
  • Изолировать неисправную часть системы
  • Скорость Быстрая работа, чтобы минимизировать ущерб и опасность
  • Дискриминация Изолировать только неисправный раздел
  • Надежность / надежность
  • Безопасность / стабильность
  • Стоимость защиты / от стоимости потенциальных опасностей

Вернуться к оглавлению №


Рейтинг реле максимального тока

Для правильной работы устройства защиты от сверхтоков необходимо правильно выбрать номиналы устройства защиты от сверхтоков.Эти номиналы включают в себя напряжение, ток и номинальную мощность.

Если рейтинг прерывания выбран неправильно, существует серьезная опасность для оборудования и персонала.

Ограничение тока можно рассматривать как еще одно устройство защиты от сверхтоков, хотя не все устройства защиты от сверхтоков должны иметь эту характеристику

Номинальное напряжение: Номинальное напряжение устройства защиты от сверхтоков должно быть как минимум равно или превышать напряжение цепи.Защитное устройство от перегрузки по току может быть выше, чем напряжение системы, но никогда не должно быть ниже.

Номинальный ток: Номинальный ток устройства защиты от сверхтоков обычно не должен превышать токонесущую способность проводников. Как правило, номинальный ток устройства защитного тока от тока выбирается при 125% тока непрерывной нагрузки.

Вернуться к оглавлению №


Разница между защитой от перегрузки по току и перегрузкой

Защита от перегрузки по току защищает от чрезмерных токов или токов сверх допустимых значений тока , которые возникают в результате коротких замыканий, замыканий на землю и условий перегрузки.

Защита от перегрузки защищает от ситуации, когда ток перегрузки вызывает перегрев защищаемого оборудования .

Защита от перегрузки по току представляет собой более широкую концепцию, поэтому защиту от перегрузки можно рассматривать как часть защиты от перегрузки по току.

Реле максимального тока может использоваться в качестве защиты от перегрузки (тепловой), когда оно защищает резистивные нагрузки и т. Д., Однако, для нагрузок двигателя реле перегрузки по току не может служить в качестве защиты от перегрузки. Реле перегрузки обычно имеют более длительное время, чем реле перегрузки по току.

Вернуться к оглавлению №


Типы реле максимального тока

Это типы реле максимального тока:

  1. Реле мгновенного перегрузки по току (определение тока)
  2. Определите реле максимального тока времени
  3. Реле максимального тока с обратным временем (Реле IDMT)
    • Умеренно обратный
    • Очень инверсное время
    • Чрезвычайно Обратный
  4. Реле максимального тока

Вернуться к оглавлению №


1.Реле мгновенного максимального тока (Define Current)

Реле с определенным током срабатывает мгновенно, когда ток достигает предварительно определенного значения.

Instantaneous Overcurrent Relay - Definite Current Instantaneous Overcurrent Relay - Definite Current мгновенное реле максимального тока - определенный ток
  • Работает в определенное время, когда ток превышает значение срабатывания.
  • Критерием его работы является только текущая величина (без временной задержки).
  • Время работы постоянно.
  • Нет преднамеренной задержки.
  • Координация реле с определенным током основана на том факте, что ток короткого замыкания изменяется в зависимости от места повреждения из-за разницы в импедансе между коротким замыканием и источником
  • .
  • Реле, расположенное дальше всего от источника, работает при низком значении тока
  • Рабочие токи постепенно увеличиваются для других реле при движении к источнику.
  • работает в течение 0,1 с или менее

Применение: Этот тип применяется к исходящим фидерам.

Вернуться к оглавлению №


2. Реле максимального тока с выдержкой времени

В этом типе должны быть выполнены два условия для работы (отключения), ток должен превышать заданное значение, и неисправность должна быть непрерывной, по крайней мере, в течение времени, равного времени установки реле.

Definite time of overcurrent relay Definite time of overcurrent relay Определенное время реле максимального тока

Современные реле могут содержать более одной ступени защиты, каждая ступень включает каждую собственную настройку тока и времени.

  1. Для работы в течение определенного времени Время срабатывания реле максимального тока постоянно
  2. Его работа не зависит от величины тока выше значения срабатывания.
  3. Имеет настройки срабатывания и таймера, желаемая задержка может быть установлена ​​с помощью механизма преднамеренной задержки.
  4. Легко координировать.
  5. Постоянное время отключения независимо от изменения подачи и места повреждения.
Недостаток реле:
  1. Непрерывность питания не может поддерживаться на конце нагрузки в случае неисправности.
  2. Временная задержка обеспечивается, что нежелательно при коротких замыканиях.
  3. Это сложно координировать и требует изменений с добавлением нагрузки.
  4. Не подходит для длинных линий электропередачи, где для обеспечения устойчивости требуется быстрое устранение неисправностей.
  5. Реле испытывают трудности при различении токов короткого замыкания в той или иной точке, когда полное сопротивление короткого замыкания между этими точками невелико, поэтому плохая дискриминация.
Применение:

Реле максимального тока с выдержкой времени используется как:

  1. Резервная защита дистанционного реле линии электропередачи с временной задержкой.
  2. Резервная защита дифференциального реле силового трансформатора с выдержкой времени.
  3. Основная защита для исходящих фидеров и шинных соединителей с регулируемой настройкой задержки.

Вернуться к оглавлению №


3. Реле максимального тока с обратным временем (Реле IDMT)

В реле этого типа время работы обратно пропорционально току. Таким образом, высокий ток будет работать реле максимального тока быстрее, чем нижние. Существуют стандартные обратные, очень обратные и крайне обратные типы.

Дискриминация как по времени, так и по току. Время срабатывания реле обратно пропорционально току повреждения.

Реле обратного времени

также называются реле обратного минимального времени (IDMT).

Inverse Definite Minimum Time (IDMT) Inverse Definite Minimum Time (IDMT) Обратное определенное минимальное время (IDMT)

Время срабатывания реле максимального тока можно увеличить (сделать медленнее), отрегулировав «настройку таймера». Самая низкая установка таймера (самое быстрое время работы) обычно составляет 0,5, а самая медленная - 10.

  • Работает, когда ток превышает значение срабатывания.
  • Время работы зависит от величины тока.
  • Это дает обратные временные характеристики тока при более низких значениях тока повреждения и определенные временные характеристики при более высоких значениях
  • Обратная характеристика получается, если значение множителя настройки штекера меньше 10, для значений между 10 и 20 характеристиками наблюдается тенденция к определенным временным характеристикам.
  • Широко используется для защиты распределительных линий.

На основании различий у него есть три различных типа:

Inverse types Inverse types Обратные типы

Вернуться к оглавлению №

3.1. Нормальное обратное реле максимального тока

Точность времени работы может составлять от 5 до 7,5% от номинального времени работы, как указано в соответствующих нормах. Неопределенность времени работы и необходимого времени работы может потребовать градуировки от 0,4 до 0,5 секунд.

Используется, когда ток повреждения зависит от генерации отказа , а не от места повреждения.

Нормальное обратное время Реле максимального тока - это относительно небольшое изменение во времени на единицу изменения тока.

Применение:

Наиболее часто используется в коммунальных и промышленных цепях. особенно применимо, когда величина повреждения в основном зависит от генерирующей мощности системы во время отказа.

Вернуться к оглавлению №


3.2. Реле максимального обратного тока с обратным током
  • Дает больше обратных характеристик, чем у IDMT.
  • Используется при уменьшении тока повреждения по мере увеличения расстояния от источника.
  • Особенно эффективен при замыканиях на землю из-за их крутых характеристик.
  • Подходит, если происходит существенное уменьшение тока повреждения по мере увеличения расстояния повреждения от источника питания.
  • Реле максимального обратного тока особенно подходят, если ток короткого замыкания быстро падает с расстоянием от подстанции.
  • Граница оценки может быть уменьшена до значения в диапазоне от 0.От 3 до 0,4 секунды при использовании реле максимального тока с очень обратными характеристиками.
  • Используется, когда ток повреждения зависит от места повреждения.
  • Используется, когда ток повреждения не зависит от нормальных изменений в генерирующей мощности.

Вернуться к оглавлению №


3.3. Реле максимального тока с обратным временем срабатывания
  • У него больше обратных характеристик, чем у IDMT, и очень обратное реле максимального тока.
  • Подходит для защиты машин от перегрева.
  • Время срабатывания реле максимального тока с крайне обратной амплитудно-временной характеристикой приблизительно обратно пропорционально квадрату тока
  • Использование реле максимального обратного тока позволяет использовать короткую задержку, несмотря на высокие токи включения.
  • Используется, когда ток повреждения зависит от места повреждения
  • Используется, когда ток повреждения не зависит от нормальных изменений в генерирующей мощности.

Применение:

  • Подходит для защиты распределительных питателей с пиковыми токами при включении (холодильники, насосы, водонагреватели и т. Д.).
  • Особенно подходит для классификации и координат с плавкими предохранителями и замыканиями
  • Для защиты генераторов, трансформаторов. Дорогие кабели и пр.

Вернуться к оглавлению №


3.4. Долгое обратное реле максимального тока

Основное применение длительных реле максимального тока - защита от замыканий на землю.


4. Направленные реле максимального тока

Когда энергосистема не является радиальной (источник на одной стороне линии), реле максимального тока может быть не в состоянии обеспечить адекватную защиту.Этот тип реле работает в направлении тока и блокирует в противоположном направлении.

Для его работы должны быть выполнены три условия: сила тока, задержка по времени и направленность. Направленность протекания тока можно определить, используя напряжение в качестве эталона направления.

Вернуться к оглавлению №


Применение реле максимального тока

Защита двигателя:

  • Используется для защиты от перегрузок и коротких замыканий в обмотках статора двигателя.
  • Обратное время и мгновенная фаза максимального тока и заземление
  • Реле максимального тока, используемые для двигателей мощностью свыше 1000 кВт.

Защита трансформатора:

  • Используется только тогда, когда стоимость реле максимального тока неоправданна.
  • Также в местах расположения силовых трансформаторов для защиты от внешних повреждений.

Защита линии:

  • На некоторых линиях электропередач, где стоимость дистанционной ретрансляции не может быть оправдана.
  • первичная защита от замыкания на землю на большинстве линий электропередачи, где дистанционные реле используются для обрыва фазы.
  • Для защиты от замыкания на землю на большинстве линий с ретрансляцией пилота для первичной защиты

Защита распределения:

Реле максимального тока

очень хорошо подходит для защиты распределительной системы по следующим причинам:

  • Это в основном просто и недорого.
  • Очень часто реле не должны быть направленными, и, следовательно, не требуется подача ПТ.
  • Можно использовать набор из двух реле O / C для защиты от межфазных замыканий и отдельное реле максимального тока для замыканий на землю.

Вернуться к оглавлению №

,
Техническое обслуживание и испытания устройств защиты от сверхтоков

Надежность электросистемы

При проектировании электрических распределительных систем требовал технического обслуживания и проверки устройств защиты от сверхтоков является очень важным фактором.

Maintenance and testing of the overcurrent protective devices Maintenance and testing of the overcurrent protective devices Техническое обслуживание и проверка устройств защиты от сверхтоков

Надежность электрической системы, защита компонентов и цепей, а также общая безопасность напрямую связаны с надежностью и эксплуатационными характеристиками устройства защиты от сверхтока и могут зависеть от того, проводятся ли необходимые испытания и техническое обслуживание в соответствии с предписаниями для используемого устройства защиты от сверхтока.

Требуемое техническое обслуживание и тестирование системы могут зависеть от выбранного типа устройства защиты от сверхтоков .


Автоматические выключатели

Многие инженеры и владельцы рассматривают системы автоматических выключателей в литом корпусе как «легкие» … просто установите их, перезагрузите устройства, если необходимо, и уйдите . Тем не менее, периодические испытания и обслуживание выключателей чрезвычайно важны для надежности и защиты системы.

Schneider Electric Schneider Electric Трехфазный автоматический выключатель в литом корпусе Schneider Electric тип NSX 630A
NFPA 70B

NFPA 70B - Рекомендуемая практика технического обслуживания электрооборудования показывает, что испытания и техническое обслуживание автоматических выключателей в литом корпусе должны проводиться каждые 6 месяцев или 3 года, в зависимости от условий использования.

Это включает в себя типичное обслуживание, такое как:

  • Затяжка соединений,
  • Проверка на наличие признаков перегрева и
  • Проверка на наличие структурных дефектов или трещин.

Ручное управление автоматическим выключателем обычно рекомендуется выполнять один раз в год . В этот период также рекомендуется тестировать автоматические выключатели в литом корпусе для обеспечения надлежащей защиты от перегрузки по току и работы.

Это включает в себя снятие автоматического выключателя и проверку защиты и работы от перегрузок (обычно 300%) с данными отключения по току производителя. Дополнительные испытания автоматического выключателя в литом корпусе (MCCB) для проверки сопротивления изоляции, сопротивления отдельных полюсов, номинального удержания и мгновенной работы рекомендуются NEMA и могут потребовать специального испытательного оборудования.

Важно понимать, что если во время испытаний и технического обслуживания обнаружен недостаток , единственным решением является для замены автоматического выключателя в литом корпусе, поскольку в этом типе устройства невозможно выполнить регулировки или ремонт.

Кроме того, замена, как правило, рекомендуется после того, как автоматический выключатель в литом корпусе прервал ток короткого замыкания вблизи его отмеченного номинального значения. Этот процесс приводит к дополнительным расходам и может привести к задержкам в поиске заменяющего устройства.

Согласно NFPA 70B, тестирование и обслуживание низковольтных силовых автоматических выключателей еще более обширные и могут потребоваться после отключения при перегрузке по току. Важно понимать, что обслуживание и тестирование этих устройств может выполнять только квалифицированный специалист.

Часто для этой цели используются специальные испытательные компании, или устройство необходимо отправить обратно производителю, требуя запасные устройства в течение этого периода.

Вопрос в том, как часто это завершается?

В коммерческих установках ответ , вероятно, никогда не . Отсутствие технического обслуживания и испытаний может отрицательно повлиять на надежность и возможности защиты в условиях перегрузки по току в электрической распределительной системе.


Предохранители

NFPA 70B рекомендует проверять целостность предохранителя во время планового технического обслуживания , но тестирование для обеспечения правильной работы и защиты от перегрузки по току не требуется .

Плавкие выключатели и блоки плавких предохранителей требуют технического обслуживания, такого как затягивание соединений и , проверка на наличие признаков перегрева в соответствии с рекомендациями NFPA 70B.

A fused 3-phase safety switch serves as the PV service disconnect at a site employing a supply side connection A fused 3-phase safety switch serves as the PV service disconnect at a site employing a supply side connection 3-фазный предохранительный выключатель с предохранителем служит в качестве сервисного разъединителя PV на площадке, где используется соединение со стороны питания

Сброс устройств защиты от сверхтоков

Как упоминалось ранее, автоматические выключатели иногда выбираются вместо предохранителей , потому что автоматические выключатели могут быть сброшены в , где необходимо заменить предохранители.Наиболее длительное действие, которое возникает в результате срабатывания устройства защиты от сверхтока, обычно заключается в исследовании причины возникновения состояния сверхтока.

Известное состояние перегрузки является единственной ситуацией, которая разрешает немедленную перезагрузку или замену защитных устройств максимального тока на OSHA. Если причина срабатывания устройства защиты от сверхтока неизвестна, причина должна быть исследована.

Таким образом, наличие устройства, которое может быть легко сброшено, такого как автоматический выключатель, возможно, в состоянии неисправности, может представлять угрозу безопасности и нарушение правил OSHA .

Поскольку предохранитель требует замены квалифицированным специалистом, он с меньшей вероятностью нарушит OSHA . Кроме того, при замене разомкнутого предохранителя на новый предохранитель в цепи схема защищается новым откалиброванным на заводе устройством .

Обычно условия перегрузки возникают на устройствах с разветвленной цепью. Как правило, это происходит при освещении и подаче электропитания от щитов автоматических выключателей, где возможна переустановка автоматических выключателей.Цепи двигателя также подвержены перегрузке.

Однако обычно работающим устройством является реле перегрузки, которое можно легко сбросить после перегрузки. Устройство ответвления двигателя (предохранитель или автоматический выключатель) работает, как указано в NEC® 430.52, для защиты от коротких замыканий и замыканий на землю. Таким образом, если это устройство открывается, его не следует сбрасывать или заменять без исследования цепи, так как оно, скорее всего, было состоянием короткого замыкания.

Условия перегрузки по току в фидерах и питающей сети обычно являются результатом коротких замыканий и встречаются редко. Поскольку они, скорее всего, являются короткими замыканиями, цепь должна быть исследована в первую очередь перед сбросом или заменой.

Кроме того, если фидер или сеть защищены выключателем, который отключился, выключатель должен быть осмотрен и проверен, чтобы убедиться, что он пригоден для повторного ввода в эксплуатацию.

. ,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *