При выходе из строя как линейных, так и импульсных стабилизаторов постоянного напряжения, выполненных на транзисторах или микросхемах, выходное напряжение может стать практически равным входному (выпрямленному) напряжению, обычно снимаемому с конденсатора фильтра питания, установленного на выходе диодного моста. Например, при "прогорании" КР142ЕН5А, которая обычно используется в цепях питания цифровых устройств, на шины питания может поступить напряжение 7. 15 В вместо положенных 5 В. Это уже опасно для абсолютного большинства устройств.
Иногда для защиты чувствительных к перенапряжению узлов радиоаппаратуры используют мощный стабилитрон с напряжением стабилизации, чуть большим номинального напряжения питания. Недостаток такого способа защиты в том, что многие стабилитроны обладают достаточно большим дифференциальным сопротивлением, и защищаемое устройство может продолжать работать некоторое время, получая напряжение, на 0,5. 1,5 В больше номинального. Сильно разогревающийся в это время стабилитрон может "уйти на обрыв", и защиты как таковой не получится.
Для предохранения отдельных узлов и блоков радиоаппаратуры от повышенного напряжения при повреждении стабилизатора или неправильного подключения к источнику питания, можно собрать несложный регулируемый блок защиты (рис.1). Он включается в разрыв цепи между выходом источника питания и нагрузкой.
Рис.1. Приципиальная схема простого блока защиты
Работает этот блок следующим образом. При повышении входного напряжения ток через стабилитрон VD1 резко возрастает, соответственно, увеличивается и ток в цепи управляющего электрода тиристора VS1, тиристор открывается и шунтирует питание нагрузки до момента срабатывания предохранителя FU1. Мощный проволочный резистор R3 предотвращает пробой тиристора из-за сильного броска тока, который возникает в случае, если в цепи питания установлены оксидные конденсаторы большой емкости. Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение, примерно на 0,3. 1,5 В меньшее, чем номинальное напряжение питания. Выбор его типа зависит от ряда факторов, поэтому оптимальный вариант для каждого конкретного случая лучше определить экспериментально. Регулировкой резистора R1 можно точно установить то напряжение, при котором будет открываться тиристор. Конденсатор С1 предотвращает ложное срабатывание блока защиты при коротких импульсных помехах, которые могут появляться в цепи питания. Резистор R2 защищает стабилитрон и тиристор в случае, когда движок подстроечного резистора находится в верхнем положении. На время настройки этого блока предохранитель желательно заменить лампой накаливания, по зажиганию которой можно судить о моменте включения тиристора.
Более совершенный блок защиты можно собрать по схеме, приведенной на рис.2.
Рис.2. Приципиальная схема блока защиты с реле
При повышении входного напряжения питание нагрузки прекращается из-за размыкания контактов реле К1. Цепь R3-VD2 предназначена для уменьшения кратковременного всплеска напряжения на выходе блока, который может появиться из-за инерционности переключения контактов реле.
Для защиты установленных в автомобиле радиоэлектронных устройств, например, автомагнитолы или сигнализации от превышения напряжения в бортовой сети, можно собрать блок защиты по схеме, приведенной на рис.3.
Рис.3. Приципиальная схема блока защиты автомобильных радиоэлектронных устройств
Здесь движок резистора R1 установлен в положение, при котором срабатывание защиты происходит при входном напряжении 15. 16 В. При открывании тиристора размыкаются контакты реле, питание нагрузки прекращается, начинает вспыхивать мигающий светодиод HL1. Конденсаторы С1. СЗ повышают помехоустойчивость. Нажатием кнопки SB1 (без фиксации) можно возвратить блок защиты в режим ожидания.
Подстроечные резисторы можно взять сопротивлением 150. 470 Ом типов СПЗ-38, РП1-63М, СП5-16ВА, СП4-1 или, что лучше, многооборотные — типа СПЗ-39. Проволочные резисторы — типа С5-16МВ или самодельные из короткого отрезка толстого высокоомного провода.Конденсаторы — типов К10-17, КМ-5. Тиристоры подойдут любые из серий КУ228, КУ201, КУ202, Т122. Диод КД213А заменяется мощным диодом из серий КД202, Д242, КД2999. Мигающий светодиод использован красного цвета. Его можно заменить любым из серий L56, L36, L799, L816 и другими аналогичными. Электромагнитное реле типа РМУ (паспорт ЧП4.523.332) можно заменить на любое, надежно срабатывающее при номинальном входном напряжении и имеющее достаточно мощные нормальнозамкнутые контакты.
В узлах по схемам на рис.2 и 3 можно устанавливать реле типа РЭК29 от систем ДУ старых отечественных телевизоров, отмотав с его катушки нужное количество витков. Можно приспособить и подходящие по конструкции автомобильные реле.
Для защиты автомобильного оборудования в цепи датчика напряжения можно использовать стабилитроны КС297В, Д814Д, КС213Ж, КС508А, 1N6003B. Для конструкций на низковольтных цифровых микросхемах подойдут стабилитроны типов КС126Г, КС126Д, КС139А, КС147А, КС407Б, КС439А, 1 N5991 В. Для устройств на ИМС серий К561, 564, КР1561 нужный стабилитрон можно выбрать из ряда КС215Ж, КС216Ж, КС508Б, КС518А, 1N6005B, 1N6006B, 1N4745A.
Источник: П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. — М.: Мир, 2001, С.335.
При выходе из строя как линейных, так и импульсных стабилизаторов постоянного напряжения, выполненных на транзисторах или микросхемах, выходное напряжение может стать практически равным входному (выпрямленному) напряжению, обычно снимаемому с конденсатора фильтра питания, установленного на выходе диодного моста. Например, при "прогорании" КР142ЕН5А, которая обычно используется в цепях питания цифровых устройств, на шины питания может поступить напряжение 7. 15 В вместо положенных 5 В. Это уже опасно для абсолютного большинства устройств.
Иногда для защиты чувствительных к перенапряжению узлов радиоаппаратуры используют мощный стабилитрон с напряжением стабилизации, чуть большим номинального напряжения питания. Недостаток такого способа защиты в том, что многие стабилитроны обладают достаточно большим дифференциальным сопротивлением, и защищаемое устройство может продолжать работать некоторое время, получая напряжение, на 0,5. 1,5 В больше номинального. Сильно разогревающийся в это время стабилитрон может "уйти на обрыв", и защиты как таковой не получится.
Для предохранения отдельных узлов и блоков радиоаппаратуры от повышенного напряжения при повреждении стабилизатора или неправильного подключения к источнику питания, можно собрать несложный регулируемый блок защиты (рис.1). Он включается в разрыв цепи между выходом источника питания и нагрузкой.
Рис.1. Приципиальная схема простого блока защиты
Работает этот блок следующим образом. При повышении входного напряжения ток через стабилитрон VD1 резко возрастает, соответственно, увеличивается и ток в цепи управляющего электрода тиристора VS1, тиристор открывается и шунтирует питание нагрузки до момента срабатывания предохранителя FU1. Мощный проволочный резистор R3 предотвращает пробой тиристора из-за сильного броска тока, который возникает в случае, если в цепи питания установлены оксидные конденсаторы большой емкости. Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение, примерно на 0,3. 1,5 В меньшее, чем номинальное напряжение питания. Выбор его типа зависит от ряда факторов, поэтому оптимальный вариант для каждого конкретного случая лучше определить экспериментально. Регулировкой резистора R1 можно точно установить то напряжение, при котором будет открываться тиристор. Конденсатор С1 предотвращает ложное срабатывание блока защиты при коротких импульсных помехах, которые могут появляться в цепи питания. Резистор R2 защищает стабилитрон и тиристор в случае, когда движок подстроечного резистора находится в верхнем положении. На время настройки этого блока предохранитель желательно заменить лампой накаливания, по зажиганию которой можно судить о моменте включения тиристора.
Более совершенный блок защиты можно собрать по схеме, приведенной на рис.2.
Рис.2. Приципиальная схема блока защиты с реле
При повышении входного напряжения питание нагрузки прекращается из-за размыкания контактов реле К1. Цепь R3-VD2 предназначена для уменьшения кратковременного всплеска напряжения на выходе блока, который может появиться из-за инерционности переключения контактов реле.
Для защиты установленных в автомобиле радиоэлектронных устройств, например, автомагнитолы или сигнализации от превышения напряжения в бортовой сети, можно собрать блок защиты по схеме, приведенной на рис.3.
Рис.3. Приципиальная схема блока защиты автомобильных радиоэлектронных устройств
Здесь движок резистора R1 установлен в положение, при котором срабатывание защиты происходит при входном напряжении 15. 16 В. При открывании тиристора размыкаются контакты реле, питание нагрузки прекращается, начинает вспыхивать мигающий светодиод HL1. Конденсаторы С1. СЗ повышают помехоустойчивость. Нажатием кнопки SB1 (без фиксации) можно возвратить блок защиты в режим ожидания.
Подстроечные резисторы можно взять сопротивлением 150. 470 Ом типов СПЗ-38, РП1-63М, СП5-16ВА, СП4-1 или, что лучше, многооборотные — типа СПЗ-39. Проволочные резисторы — типа С5-16МВ или самодельные из короткого отрезка толстого высокоомного провода.Конденсаторы — типов К10-17, КМ-5. Тиристоры подойдут любые из серий КУ228, КУ201, КУ202, Т122. Диод КД213А заменяется мощным диодом из серий КД202, Д242, КД2999. Мигающий светодиод использован красного цвета. Его можно заменить любым из серий L56, L36, L799, L816 и другими аналогичными. Электромагнитное реле типа РМУ (паспорт ЧП4.523.332) можно заменить на любое, надежно срабатывающее при номинальном входном напряжении и имеющее достаточно мощные нормальнозамкнутые контакты.
В узлах по схемам на рис.2 и 3 можно устанавливать реле типа РЭК29 от систем ДУ старых отечественных телевизоров, отмотав с его катушки нужное количество витков. Можно приспособить и подходящие по конструкции автомобильные реле.
Для защиты автомобильного оборудования в цепи датчика напряжения можно использовать стабилитроны КС297В, Д814Д, КС213Ж, КС508А, 1N6003B. Для конструкций на низковольтных цифровых микросхемах подойдут стабилитроны типов КС126Г, КС126Д, КС139А, КС147А, КС407Б, КС439А, 1 N5991 В. Для устройств на ИМС серий К561, 564, КР1561 нужный стабилитрон можно выбрать из ряда КС215Ж, КС216Ж, КС508Б, КС518А, 1N6005B, 1N6006B, 1N4745A.
Источник: П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. — М.: Мир, 2001, С.335.
Простая схема защиты от перенапряжения и переполюсовки
19 декабря 2018
Допустим, у вас есть некое устройство, питаемое от внешнего аккумулятора. Для определенности скажем, от это LiIon или LiPo, часто используемые в квадракоптерах. При питании от внешнего источника всегда есть неплохие шансы сжечь устройство. Самый простой способ это сделать — перепутать полярность. Еще можно запитать устройство от блока питания и, случайно крутанув ручку, превысить допустимое напряжение. Давайте рассмотрим классическую схему, защищающую от таких ошибок при помощи компонентов общей стоимостью менее 5$.
Вот эти компоненты:
Компоненты были выбраны в предположении, что устройство может потреблять до 25 А тока. Если ваше устройство потребляет меньше, можно обойтись аналогичными компонентами, рассчитанными на меньший ток. Они обойдутся вам дешевле.
При нормальном питании устройства положенными 12-ю вольтами стабилитрон D1 имеет высокое сопротивление. Управляющий электрод тиристора D2 притянут к земле через резистор R1. Тиристор находится в закрытом состоянии. Диод D3 также закрыт, поскольку к нему приложено обратное напряжение. В итоге нагрузка получает питание.
Если напряжение питания превышает напряжение пробоя стабилитрона, ток через стабилитрон резко возрастает. Тиристор переходит в открытое состояние. Фактически, происходит короткое замыкание. В результате предохранитель перегорает и цепь размыкается. При нарушении полярности питания к диоду D3 прикладывается прямое напряжение и диод становится открыт. Опять-таки, происходит КЗ и сгорает предохранитель. Таким образом, цепь защищается как от перенапряжения, так и от переполюсовки.
Примечание: Как вариант, для защиты от переполюсовки вместо диода можно использовать МОП-транзистор. Этот способ ранее был описан в посте Шпаргалка в картинках по использованию MOSFET’ов.
Интересно, что устройство, собранное по приведенной схеме, можно сделать очень компактным. Вид спереди (без предохранителя):
Такую конструкцию можно упаковать в термоусадку и поместить прямо в корпус устройства, если в нем имеется немного свободного места. Предохранитель имеет смысл поместить не в корпус, а снаружи, на кабеле питания. Так будет легче заменять сгоревший предохранитель. Само собой разумеется, можно разместить все компоненты защиты и на кабеле. Если не вскрывать корпус, вы сохраните гарантию на устройство.
Схема была протестирована на стабилизаторе LM7805, светодиоде и резисторе в роли нагрузки, а также лабораторном блоке питания и LiPo аккумуляторе 3S в роли источников питания. Защита продемонстрировала безотказную работу во всех сценариях. В моем случае защита от перенапряжения срабатывала при 15.8 В. При необходимости, защиту можно настроить на любое напряжение, подобрав подходящий стабилитрон.
Такая вот простенькая, но надежная схема. Само собой разумеется, никакого срыва покровов здесь нет, поскольку приведенную схему можно найти в каждой второй книжке по электронике.