Практически каждый автолюбитель имеет в своем арсенале сетевое зарядное устройство. Но, к сожалению, далеко не все подобные приборы оснащены защитой от короткого замыкания. То же самое можно сказать о лабораторных блоках питания – обязательном инструменте любого радиотехника. В этой статье мы рассмотрим схемы защиты от КЗ для блока питания и зарядного устройства.
3 схемы на транзисторах и тиристорах
Для начала рассмотрим схемы защиты блока питания на полупроводниковых компонентах. Они просты, надежны и, главное, обладают большим, чем у схем с электромагнитным реле быстродействием.
Простейшая на биполярном транзисторе
Эта несложная для повторения конструкция подойдет для относительно маломощного (до 5-6 А) блока питания или зарядного устройства. В качестве управляющего ключа в блоке защиты используется довольно распространенный и недорогой кремниевый транзистор КТ819.
Пока ток, протекающий через токоизмерительный резистор R3 в нагрузку не превышает допустимого, управляющий транзистор Т2 закрыт. А Т1 благодаря напряжению смещения с резистора R1 открыт. Нагрузка получает питание. При перегрузке или коротком замыкании на выходе схемы напряжение, вызванное падением на токоизмерительном резисторе R3, открывает T2. Тот в свою очередь запирает ключ Т1, одновременно зажигая светодиод LED1 «Перегрузка». В этом состоянии схема будет находиться до тех пор, пока ток потребления нагрузкой не войдет в допустимый диапазон.
На месте Т1 могут работать транзисторы 2N5490, 2N6129, 2N6288, 2SD1761, BD291, BD709, BD953, КТ729. Т2 – любой маломощный кремниевый транзистор типа n-p-n. К примеру, популярный КТ315 с любой буквой. Светодиод – любой индикаторный. Наладка схемы сводится к подбору номинала резистора R3, выполненного из куска нихромового провода. Чем ниже сопротивление резистора, тем выше ток, при котором сработает защита. Силовой транзистор Т1 нужно установить на радиатор с эффективной площадью рассеивания не менее 300 мм2.
Схема устойчиво работает при напряжении от 8 до 25 В. Если оно иное, придется подобрать номиналы резисторов. R1 должен надежно отпирать силовой транзистор Т1 при отсутствии перегрузки. От номиналов R2, R3 будет зависеть порог срабатывания схемы по току.
На полевом транзисторе
В этой конструкции в качестве силового ключа используется полевой транзистор, имеющий меньшее, чем биполярный падение напряжения и способный коммутировать больший ток.
Пока ток через нагрузку не превышает критический, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 невелико, транзистор Т2 закрыт. Т1 открывается напряжением, которое подаётся через LED1. В это время ток, протекающий через светодиод и резистор R4 очень мал и светодиод не светится.
При коротком замыкании или перегрузке падение напряжения на токоизмерительном резисторе увеличивается, транзистор Т2 открывается и запирает полевой транзистор, отключая нагрузку. При этом ток через светодиод увеличивается и последний начинает светиться, указывая на перегрузку. Налаживание конструкции сводится к подбору номинала токоизмерительного резистора R1 – чем его сопротивление ниже, тем при большем токе нагрузки включится защита.
Мнение экспертаАлексей БартошСпециалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.Задать вопросЕсли вместо постоянного резистора R4 установить подстроечный номиналом около 10 кОм, то регулировать ток срабатывания схемы можно им в достаточно широком диапазоне и без подбора R1. При указанных на схеме элементах и выходном напряжении 13-14 В (ЗУ для автомобильного аккумулятора) ток срабатывания защиты составляет около 8 А.
В узле можно использовать практически любые полевые транзисторы, выдерживающие ток 15-20 А и соответствующее напряжение. Подойдут, к примеру, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48. Если ток через нагрузку не будет превышать 8 А транзистору радиатор не нужен. Т2 – любой маломощный кремниевый n-p-n проводимости, скажем КТ315 или КТ3102.
На тиристоре
Эта схема предназначена для защиты от короткого замыкания зарядного устройства, но может работать с любым трансформаторным блоком питания без сглаживающих конденсаторов.
Пока ток через нагрузку не превышает нормальный, T1 открыт. При этом при каждой полуволне напряжения коллекторным током открытого транзистора открывается тиристор, питая нагрузку. При коротком замыкании выходное напряжение падает, Т1 закрывается и запирает тиристор. Критическое напряжение, а значит, и порог срабатывания настраивается потенциометром Р1. В схеме можно использовать любой тиристор серии КУ202, Транзистор КТ814 можно заменить на BD136, BD138, BD140. Тиристор необходимо установить на радиатор площадью не менее 300 см2.
При необходимости сглаживающие конденсаторы можно установить после блока и использовать конструкцию в качестве обычного БП. Но в этом случае на выходе конструкции нужно установить токоограничивающий резистор номиналом 0.1 – 1 Ом. В противном случае схема будет срабатывать от перегрузки во время зарядки конденсаторов.
Схема защиты на реле
А теперь перейдем к конструкциям, в которых в качестве управляющего элемента используется электромагнитное реле. С одной стороны это несколько снижает надежность – контакты реле при больших токах могут подгорать. Но с другой такие схемы достаточно просты и могут использоваться с БП, рассчитанные на разное выходное напряжение – достаточно подобрать реле нужного типа.
На одном реле
Конструкция исключительно проста, содержит минимум деталей и не нуждается в настройке. Единственно, как было отмечено выше, необходимо подобрать реле по напряжению срабатывания и соответствующей мощности.
Работает устройство следующим образом. В исходном положении горит светодиод LED2, нагрузка обесточена. При нажатии на кнопку S2 на обмотку реле К1 поступает питание и оно срабатывает, подключая нагрузку к источнику питания и одновременно отключая кнопку и светодиод LED2. При этом конденсатор С1 служит для задержки отключения реле на время переключения его контактов. Вместе с нагрузкой питание через диод D1 поступает на обмотку К1 и оно становится на самоблокировку. Кнопку можно отпустить. Загорится светодиод LED1, сигнализируя о том, что нагрузка питается.
При коротком замыкании напряжение в цепи питания реле падает, и его отпускает, отключая нагрузку и снова подключая кнопку. LED1 гаснет, LED2 загорается. Для того, чтобы перезапустить узел необходимо устранить перегрузку и снова нажать кнопку S1.
Важно! При указанном на схеме реле устройство можно использовать с 12-ти вольтовым БП или зарядным устройством. Если напряжение источника отличается, необходимо подобрать реле, срабатывающего от этого напряжения.
На реле и однопереходном транзисторе
Эта схема несколько сложнее предыдущей, но она позволяет регулировать ток срабатывания защиты.
Пока ток через нагрузку не превышает определенного значения, составной транзистор T1, T2 закрыт. При увеличении тока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 заставляет открыться Т1 и Т2, а вслед за ними и сработать реле К1. Реле отключает нагрузку и подключает к плюсовой шине резистор R4, не позволяющий отключиться реле.
Чтобы привести конструкцию в исходное состояние, достаточно нажать на кнопку S2. Реле отключится, нагрузка снова получит питание. Если причина КЗ не устранена, то после отпускания кнопки защита сработает вновь. Величину тока срабатывания можно регулировать при помощи переменного резистора P1.
Важно! Не рекомендуется держать кнопку S2 длительное время. Если причина КЗ не устранена, то БП будет перегружен и сгорит, так как узел защиты будет принудительно отключен.
В блоке можно использовать транзисторы КТ805 с любой буквой, 2SC2562, 2N3054 (Т2) и любые маломощные кремниевые транзисторы структуры p-n-p. Напряжение срабатывания реле должно быть несколько ниже напряжения источника питания. LED1 «Перегрузка» любой индикаторный.
Регулируемый блок питания с защитой от кз своими руками
Этот лабораторный блок питания собран на специализированной микросхеме LM723. Он позволяет регулировать выходное напряжение от 2 до 30 В, имеет защиту от короткого замыкания и обеспечивает ток до 20 А.
Сердцем устройства является микросхема, представляющая собой регулятор напряжения с защитой от перегрузки. Поскольку выходная мощность микросхемы невелика, она оснащена мощным ключом, собранным на транзисторах VT1-VT5. Резисторы R4, R6, R8, R10 токовыравнивающие. Они компенсируют разброс коэффициентов передачи транзисторных ключей.
Датчик тока собран на резисторах R5, R7, R9, R11, включенных параллельно. Он подключен к выводам 2 и 3 микросхемы. Как только напряжение на этих выводах станет больше 0.6 В, сработает защита по току и закроет силовые транзисторы. Резистор R2 служит для регулировки выходного напряжения. Мощные транзисторы установлены на общий радиатор площадью около 1000 см2. Изолировать их от радиатора не нужно.
Вместо указанных на схеме 2N3055 можно установить КТ819. Выпрямительные диоды должны выдерживать ток 30 А и обратное напряжение не ниже 50 В. Трансформатор выдает напряжение 35 В и обеспечивает ток 25 А.
Мнение экспертаАлексей БартошСпециалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.Задать вопросНе следует путать защиту от перегрузки со стабилизацией тока. Эта схема не обеспечивает стабилизацию на заданном уровне, а просто отключает нагрузку при превышении определенного тока.
Вот мы и закончили краткий обзор схем защиты от КЗ, которые можно использовать в блоках питания и зарядных устройствах. Несмотря на то, что конструкции довольно простые, они вполне справятся со своей задачей и спасут жизнь блоку питания при небрежном с ним обращении.
