Электронный предохранитель своими руками схема
Обновлено: 01.07.2024
Устройство предназначено для бесконтактного аварийного отключения питания от электронного прибора при токах, превышающих определенное значение. В принципе, для этих целей обычно ставятся плавкие предохранители, но быстродействие их таково, что сначала выгорает вся электроника, и лишь потом сгорает предохранитель. Электронный же предохранитель отключает нагрузку гораздо быстрее и вероятность повреждения электроники от, скажем, перенапряжения или непредвиденного повышения тока потребления резко сокращается.
Ключевым элементом схемы является транзистор VT2, который в нормальном состоянии открыт и падение напряжения на нем минимально. Светодиод VD1 погашен. При увеличении потребляемого тока падение напряжения на транзисторе увеличивается и начинает открывать транзистор VT1. В результате лавинного процесса VT1 быстро открывается, а VT2 зарывается и отключает нагрузку от источника питания. Загорается индикатор перегрузки (светодиод VD1). При указанных номиналах устройство срабатывает при токе 1А и напряжении питания 9В. Для изменения характеристик предохранителя номиналы резисторов R3 и R4 придется пересчитать по приведенным ниже формулам:
Недостаток плавких предохранителей, это их одноразовость и необходимость последующей ручной замены на другой, рассчитанный на тот же ток предохранитель. Когда под рукой нет подходящего, используют предохранители на другой ток или ставят самодельные предохранители или просто перемычки из провода, что негативно отражается на надежности работы аппаратуры. Обеспечить автоматическую защиту устройства и одновременно повысить быстродействие можно за счет использования электронного предохранителя.Часто мы пренебрегаем защитой, и в результате имеем немало сгоревших схем из-за неправильного подключения к БП, случайного замыкания, превышения тока нагрузки и т. д. Так что потратьте немного времени и дополните любой блок питания с напряжением 3 – 25 В этой защитой. Встроить его можно в БП или зарядное устройство.
При указанных на схеме номиналах элементов ток короткого замыкания равен (0,7 В)/(2 Ом)=0,35 А. Меняя номинал этого резистора – получим любое значение токоограничения. Например питая что-то очень слаботочное, ставим сопротивление 8 Ом, ток ограничения будет 0.7/8 =0.1А. Уже точно ничего не сгорит. Следует помнить, что этот резистор берётся для тока более пол-ампера, мощностью 1 – 2 Ватта.
Если всё-таки без жучка никак, воспользуйтесь таблицей значений токов плавления для предохранителей из проволоки.
Электронный предохранитель на полевом транзисторе
В качестве датчика тока используется малое сопротивление открытого канала полевого транзистора (27 мОм). В этой схеме ПТ выполняет две функции: электронного ключа и датчика тока. Микросхема LM358 используется как компаратор напряжения. Источник образцового напряжения 2,5 В собран на микросхеме TL431.
Кнопкой SB1 осуществляется запуск ЭП, при кратковременном нажатии которой напряжение питания через диод VD2 и резистор R4 поступает на затвор ПТ, вследствие чего он откроется и подключит нагрузку к источнику питания.
Когда ток нагрузки достигнет определённого значения (устанавливается резистором R1), устройство скачком закрывает транзистор и обесточивает нагрузку. Светодиод HL1 сигнализирует о том, что нагрузка отключена.
Для включения нагрузки необходимо снова кратковременно нажать на кнопку SB1.
Компоненты:
В электронном предохранителе можно применить любой операционный усилитель (ОУ), работоспособный при нулевом напряжении на обоих входах, при условии однополярного питания (LM358, KP1040УД1A, K1464УД1P) в корпусе DIP8.
TL431 - любой из этой серии. Полевой транзистор любой N- канальный (IRLR2905, IRL1404, IRF1010N, IRLZ44, IRF840). Указанный на схеме ПТ – в корпусе D-Pak.
Остальные детали ЭП:
Резисторы:
R1 - 10кОм типа СП3-19а, СП3-28 или аналогичные;
R2 - 200 кОм;
R3 – 3 кОм;
R4-R5-1 кОм - 0,125 Вт.
Диоды:
VD1,VD2-1N4148, КД522Б
Конденсатор: С1 - 0,1 мкФ - К10-17В
Светодиод: АЛ307.
Печатная плата:
Фото готового устройства:
Настройка:
Итак, устройство собрали. Подключаем его к источнику питания, подсоединяем нагрузку. Повышаем напряжение источника питания (резистор R1 установил в положение максимального сопротивления).
При 2,5 В начинает светиться HL1. Поднял напряжение до 10В. На нагрузке ноль вольт. Нажимаем кнопку SB1, гаснет светодиод и на нагрузке появляется напряжение источника питания.
Ток на амперметре - 4,5 А. Повышаем напряжение до 20 В. При токе 9 А засветился светодиод, сигнализируя о том, что нагрузка отключена. Минимальный ток срабатывания, который удалось выставить – 3 А.
Интервал изменения тока срабатывания можно установить подбором сопротивления резистора R2. Для уменьшения тока срабатывания необходимо в разрыв цепи стока ПТ (на схеме отмечено звёздочкой) установить мощный резистор сопротивлением около 0,1 Ом.
Электронный предохранитель работоспособен при напряжении от 5 В до 20 В и токе нагрузки до 40 А. Для источника питания с напряжением до 40 В необходимо внести изменения в схему:
1) применить ОУ, рассчитанный на соответствующее однополярное плюсовое напряжение, их не так много, надо искать. У LM358 предельное напряжение однополярного питания 32 В.
2) Резистор R4 увеличить до 47 кОм. Между истоком и затвором ПТ установить резистор 47 кОм (на плате это резистор R6), поскольку у IRLR2905 допустимое напряжение сток-исток 20 В.
Резисторы R3, R5 увеличить до 10 кОм, а мощность резистора R5 увеличить до 0,25 Вт.
Современные мощные переключательные транзисторы имеют очень маленькие сопротивления сток-исток в открытом состоянии, это обеспечивает малое падение напряжения при прохождении через эту структуру больших токов. Это обстоятельство позволяет использовать такие транзисторы в электронных предохранителях. Например, транзистор IRL2505 имеет сопротивление сток-исток, при напряжении исток-затвор 10В, всего 0,008 Ом. При токе 10А на кристалле такого транзистора будет выделяться мощность P=I² ·R; P = 10 · 10 · 0,008 = 0,8Вт. Это говорит о том, что при данном токе транзистор можно устанавливать без применения радиатора. Хотя я всегда стараюсь ставить хотя бы небольшие теплоотводы. Это во многих случаях позволяет защитить транзистор от теплового пробоя при внештатных ситуациях. При необходимости можно применить радиоэлементы для поверхностного монтажа и сделать устройство виде небольшого модуля. Схема устройства представлена на рисунке 1. Она рассчитывалась на ток до 4А.
В данной схеме в качестве ключа использован полевой транзистор с р каналом IRF4905, имеющий сопротивление в открытом состоянии 0,02 Ом, при напряжении на затворе = 10В.
В принципе этой величиной ограничивается и минимальное напряжение питания данной схемы. При токе стока, равном 10А, на нем будет выделяться мощность 2 Вт, что повлечет за собой необходимость установки небольшого теплоотвода. Максимальное напряжение затвор-исток у этого транзистора равно 20В, поэтому для предотвращения пробоя структуры затвор-исток, в схему введен стабилитрон VD1, в качестве которого можно применить любой стабилитрон с напряжение стабилизации 12 вольт. Если напряжение на входе схемы будет менее 20В, то стабилитрон из схемы можно удалить. В случае установки стабилитрона, возможно, потребуется коррекция величины резистора R8. R8 = (Uпит - Uст)/Iст; Где Uпит – напряжение на входе схемы, Uст – напряжение стабилизации стабилитрона, Iст – ток стабилитрона. Например, Uпит = 35В, Uст = 12В, Iст = 0,005А. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ом.
Преобразователь ток - напряжения
В качестве датчика тока в схеме применен резистор R2, чтобы уменьшить мощность, выделяющуюся на этом резисторе, его номинал выбран всего в одну сотую Ома. При использовании SMD элементов его можно составить из 10 резисторов по 0,1 Ом типоразмера 1206, имеющих мощность 0,25Вт. Применение датчика тока с таким малым сопротивление повлекло за собой применение усилителя сигнала с этого датчика. В качестве усилителя применен ОУ DA1.1 микросхемы LM358N. Коэффициент усиления этого усилителя равен (R3 + R4)/R1 = 100. Таким образом, с датчиком тока, имеющим сопротивление 0,01 Ом, коэффициент преобразования данного преобразователя ток – напряжения равен единице, т.е. одному амперу тока нагрузки равно напряжение величиной 1В на выходе 7 DA1.1. Корректировать Кус можно резистором R3. При указанных номиналах резисторов R5 и R6, максимальный ток защиты можно установить в пределах… . Сейчас посчитаем. R5 + R6 = 1 + 10 = 11кОм. Найдем ток, протекающий через этот делитель: I = U/R = 5А/11000Ом = 0,00045А. Отсюда, максимальное напряжение, которое можно выставить на выводе 2 DA1, будет равно U = I x R = 0,00045А x 10000Ом = 4,5 B. Таким образом, максимальный ток защиты будет равен примерно 4,5А.
Компаратор напряжения
На втором ОУ, входящем в состав данной МС, собран компаратор напряжения. На инвертирующий вход этого компаратора подано регулируемое резистором R6 опорное напряжение со стабилизатора DA2. На неинвертирующий вход 3 DA1.2 подается усиленное напряжение с датчика тока. Нагрузкой компаратора служит последовательная цепь, светодиод оптрона и гасящий регулировочный резистор R7. Резистором R7 выставляют ток, проходящий через эту цепь, порядка 15 мА.
Читайте также: