Любой мало-мальски серьезный блок питания, как правило, оборудуется защитой от перегрузки и короткого замыкания. Очень желательна она и в самоделках. Сегодня мы познакомимся с несколькими вариантами такой защиты, которые можно использовать в самодельных или промышленных источниках питания, включая автономные.
Обычно схемы защиты от перегрузки и короткого замыкания (КЗ) работают по двум принципам:
- измерение тока;
- измерение напряжения.
Рассмотрим оба варианта.
На биполярном транзисторе
Достаточно простая, но надежная схема, не имеющая дефицитных деталей. При превышении заданного тока она отключает нагрузку и сигнализирует о проблеме светодиодом.
Эта схема измеряет ток, потребляющий нагрузкой. В качестве токоизмерительного элемента используется мощный резистор с малым сопротивлением. Пока нагрузка потребляет ток, не превышающий критический, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3 невелико, транзистор Т2 закрыт, Т1 открыт. Светодиод LED1 не светится. При увеличении тока, потребляемого нагрузкой, напряжение на R3 растет и, наконец, достигает величины, при которой транзистор Т2 открывается. Это вызывает закрытие Т1, загорается светодиод LED1 «Перегрузка».
На месте Т2 может работать любой маломощный кремниевый транзистор соответствующей структуры. Максимальный ток нагрузки определяется мощностью Т1. КТ819, если его установить на радиатор не менее 300 см2, способен выдержать ток 10 А. Если его заменить на КТ729А, то ток может быть увеличен до 30 А. Порог срабатывания защиты устанавливается номиналом резистора R3. Он должен быть проволочным.
Важно! Порог срабатывания защиты также зависит от номинала R2 и коэффициента передачи Т2. Лучше выбирать прибор с возможно большим коэффициентом передачи – это позволит уменьшить номинал токоизмерительного резистора, а значит, и рассеиваемую на нем мощность.
Если напряжение источника питания выше 25 или ниже 8 В, возможно, придется подобрать номинал R1. Он должен быть таким, чтобы при нормальном режиме работы Т1 должен быть надежно открыт.
На полевом транзисторе
Эта схема также работает на принципе измерения тока, но имеет некоторое преимущество перед предыдущей. Во-первых, из-за малого сопротивления перехода сток-исток выходное напряжение будет меньше отличаться от входного. Во-вторых, из за этого же меньшего падения напряжения на силовом транзисторе будет рассеиваться меньшая мощность, а значит, можно обойтись меньшим по размерам радиатором и коммутировать больший ток.
В этой схеме контроль осуществляется по минусовому проводу. В качестве ключа используется полевой транзистор Т2, резистор R1 – токоизмерительный. В исходном положении Т1 закрыт, Т2 открыт током через светодиод LED1. Ток этот настолько мал, что светодиод не светится. Нагрузка под напряжением.
При увеличении тока напряжение на токоизмерительном резисторе R1 растет. Как только оно достигнет определенного значения, Т1 откроется. Это вызовет закрывание Т2, при этом светодиод «Перегрузка» загорится благодаря току через открытый Т1. Порог срабатывания защиты зависит от номиналов R2 и R1, а также, как и в первом случае, от коэффициента передачи T1, который может быть любым маломощным кремниевым соответствующей структуры. При использовании на месте T1 транзистора IRFZ40 ток коммутации может достигать 50 А, е если установить IRFZ48, 72-72 А (зависит от исполнения).
На заметку. Если в качестве R2 использовать переменный резистор, то порог срабатывания защиты можно будет регулировать.
На тиристоре
При желании защиту можно собрать и на тиристоре, но эта схема имеет оно существенное ограничение. Она может работать только в цепи пульсирующего (выпрямленного, но не сглаженного) напряжения. Это обусловлено тем, что тиристор при срабатывании защиты закрывается во время окончания очередного полупериода.
На заметку. Еще одна особенность схемы – защита работает по принципу контроля не тока, как в предыдущих случаях, а напряжения, которое уменьшается при увеличении тока нагрузки.
Ключ защиты, роль которого исполняет тиристор, как и в предыдущем случае, включен в минусовой провод. В процессе работы каждый полупериод напряжения через делитель R5, R4 открывает транзистор Т1, который в свою очередь открывает тиристор VS1. Если ток возрастает, напряжение на блоке питания, а значит, и на делителе, падает, и в определенный момент его недостаточно для открытия Т1. Тиристор, закрывшись при окончании предыдущего полупериода, больше не открывается.
Индикации срабатывания защиты, увы, не предусмотрено, но зато нет необходимости тщательного подбора резистора с малым сопротивлением. Для установки порога срабатывания схемы служит подстроечный резистор R5. Тиристор, конечно, нужно установить на радиатор. При этом коммутируемый ток может достигать 10 А.
В завершение нужно отметить, что все приведенные схемы самовосстанавливающиеся. Как только ток потребления снизится до нормальной величины, ключи вновь подадут напряжение в нагрузку.
Вот такими нехитрыми схемами можно дополнить свой блок питания, чтобы защитить его от перегрузки и короткого замыкания.
