Электронный предохранитель на реле. Электронный предохранитель для переменного тока. Схемы электронных предохранителей

Было бы преступлением не упомянуть здесь плавкие предохранители. Как и другие типы предохранительных устройств они призваны защищать участок цепи от губительных перепадов питающего тока.

Плавкие предохранители

Отличительная особенность таких предохранителей - их очевидная простота. Устройство представляет собой не что иное, как участок проволоки небольшого диаметра. Последняя легко плавится при превышении силы тока сверх заданного порога.

Конечно, у такого метода защиты есть очевидный недостаток – время реакции (плавление проволоки не происходит мгновенно). То есть от кратковременных, но от этого не менее губительных, импульсов тока он не спасет. Зато он очень эффективен при коротких замыканиях в сети или при превышении допустимой нагрузки.

Принцип работы основывается на тепловой работе, которую совершает ток при прохождении через проводники (и напряжение здесь не имеет особого значения).

Сила тока = Максимально допустимая мощность цепи / Напряжение

То есть максимальная сила тока, которую должен выдерживать плавкий предохранитель в цепи питания 220 В при максимальной нагрузке в 3 кВт – около 15 А.

Ввиду того, что плавкость зависит от множества факторов (диаметр проволоки, теплоотводящая способность окружающей среды, материал, из которого изготовлена проволока, и т.п.), то чаще всего сгоревший элемент меняют согласно готовым расчетам из таблицы ниже (для наиболее популярных металлов).

Таблица 1

Предохранители на реле

Как и было сказано выше, плавкие предохранители имеют серьезный недостаток – время реакции. Кроме того, сгоревший элемент необходимо полностью менять (требуется замена проволоки или всего предохранителя).

В качестве альтернативы можно рассмотреть реле.

Один из примеров реализации такой схемы ниже.

Рис. 1. Схема реле

При коротком замыкании в питаемой цепи резко возрастает ток, вследствие чего составной транзистор (VT1 VT2) запирается и всё напряжение прикладывается к первому реле, которое, в результате срабатывания, размыкает второе реле и ток остается только на закрытом составном транзисторе.

Обозначенный блок рассчитан только на цепи, ток питания которых не превышает 1,6А, что может быть неудобно для разных задач.

Её можно немного переделать так.

Рис. 2. Переделанная схема реле

Номинал R4 не прописан специально, так как он требует расчета в зависимости от параметров питаемой цепи.

В качестве основы можно использовать готовые показатели в таблице ниже.

Таблица 2

Обе приведенные схемы рассчитаны на работу только в цепях питания 12 В.

Электронные предохранители без реле

Если ваша схема питается током до 5 А и напряжением до 25 В, то вам определенно понравится схема ниже. Порог срабатывания может быть настроен подстроечным резистором, а время реакции можно задать с помощью конденсатора.

Рис. 3. Схема предохранителя без реле

Ввиду того, что под постоянной нагрузкой транзистор может греться, его лучше всего разместить на теплоотводе.

В качестве альтернативной реализации, но с тем же принципом.

Рис. 4. Схема предохранителя без реле

Еще более простой электронный предохранитель с минимумом деталей на схеме ниже.

Рис. 5. Схема электронного предохранителя с минимумом деталей

При возникновении короткого замыкания транзистор блокируется на непродолжительное время. Если блокировка будет снята, а короткое замыкание останется, то "предохранитель" снова сработает и так до тех пор, пока в питаемой цепи не будет устранена проблема. То есть такой предохранитель не требует включения или выключения. Единственный его недостаток – постоянное включение прямой нагрузки в цепи в виде резистора R3.

Электронный предохранитель для 220 В

Схемы электронных предохранителей, приведенные выше, могут работать только в цепях с постоянным питанием. Но что, если вам нужен быстродействующий предохранитель для защиты питания в цепях с переменным током 220 В?

Можно использовать схему блока защиты от перегрузок ниже.

Рис. 6. Схема блока защиты от перегрузок

Максимальный ток срабатывания этой схемы, выполненной на стабилизаторе 7906 – 2А.

T1 – транзистор TIC225M, а

T2 - BTA12-600CW (замена не допустима).

В качестве более простых альтернатив для цепей с переменным током могут выступать следующие.

Вам надоело менять предохранители каждый раз, когда они сгорают? Используйте электронный предохранитель постоянного тока, который будет защищать ваши устройства, подключенные к . Этот "предохранитель" может быть восстановлен, просто отключив и снова включив его. Такой предохранитель использует N-канальный FET полевой транзистор как датчик тока. Также транзистор осуществляет отключение линии нагрузки по массе, когда ток превысит максимально допустимое значение.

Схема предохранителя

Печатная плата

Ток отсечки (срабатывания) можно регулировать переменным резистором Р1 от 0 до 5 А. Данная схема может корректно работать с максимальным током нагрузки до 5 ампер. Не перегружайте её, если не хотите сжечь детали. На длительном высоком токе транзистор может становиться горячим, поэтому нужен небольшой радиатор.

Теперь о конденсаторах в базовой цепи - С1 и С2 транзистора Т2. В зависимости от их ёмкости, меняется скорость срабатывания. Например с С1 будет отключаться медленно (пропуская кратковременные пики нагрузки), а С2 мгновенно. При настройке отрегулируйте резистор Р1 до тех пор, пока предохранитель не "перегорит".

Сброс предохранителя прост: отключите его питание, и при повторной подаче напряжения схема готова защитить ваши приборы снова. Устройство подходит как приставка для любого источника питания постоянного тока (с переменным схема не заработает) на напряжение выхода до 25 В. При более высоком напряжении потребуется изменить номиналы некоторых резисторов и поставить транзисторы по мощнее. А для защиты самого БП можно сделать вот .

Принципиальная схема микроконтроллерного дозиметра с LCD, на базе счётчика Гейгера СБМ-20 и PIC16F684.

Главным недостатком плавких предохранителей при использовании их для защиты электронных схем является инерционность, т.е. большое время срабатывания, в течение которого некоторые элементы схемы успевают выйти из строя. Обеспечить автоматическую защиту устройства и одновременно повысить ее быстродействие можно за счет использования электронных предохранителей. Эти устройства можно разделить на две группы:

С самовосстановлением цепи питания после устранения причин аварии;

С повторным запуском (специальной кнопкой, повторным включением и пр.).

Существуют также устройства пассивной защиты: при аварийном режиме они только индицируют световым или звуковым сигналом наличие опасной ситуации, не отключая нагрузку.Для защиты радиоэлектронных устройств от перегрузок по току обычно используют резистивные или полупроводниковые датчики тока, включенные последовательно в цепь нагрузки. Как только падение напряжения на датчике тока превысит заданный уровень, срабатывает защитное устройство, отключающее нагрузку от источника питания. Преимуществом такого способа защиты является то, что величину тока срабатывания защиты можно легко изменять. Другим методом защиты нагрузки является ограничение предельного тока через нее. Даже при наличии в цепи нагрузки короткого замыкания ток не сможет превысить заданный уровень и повредить нагрузку. Для ограничения предельного тока нагрузки используют генераторы стабильного тока. Схема простейшего ограничителя тока представлена на рис.1.

Фактически это - ста­билизатор тока на полевом транзисторе. Ток нагрузки при использовании такого ограничителя не сможет превысить начальный ток стока полевого транзистора. Величину этого тока можно задавать подбором типа транзистора. Для приведенного на схеме транзистора КП302В максимальный ток через нагрузку не превысит 30...50 мА. Увеличить значение этого тока можно параллельным включением нескольких транзисторов. В ограничителе тока нагрузки (рис. 2) используются биполярные транзисторы с коэффициентом передачи по току не менее 80...100.

Входное напряжение через резистор R1 поступает на базу транзистора VT1 и открывает его. Транзистор работает в режиме насыщения, поэтому основная часть входного напряжения поступает на выход. При токе, меньшем порогового, транзистор VT2 закрыт, и светодиод HL1 не горит. Резистор R3 выполняет роль датчика тока. Как только падение напряжения на нем превысит порог открывания VT2, он откроется, включится светодиод HL1, а транзистор VT1, напротив, "призакроется", и ток через нагрузку ограничится. Схема еще одного ограничителя тока приведена на рис.За.

В нормальном режиме открыт транзистор VT2 за счет протекания тока базы через резистор R1. При увеличении тока увеличивается напряжение между коллектором и эмиттером VT2 и, когда оно становится примерно 0,6 В, открывается транзистор VT1 и шунтирует цепь база-эмиттер VT2, вызывая его закрывание. Если в нагрузке произошло короткое замыкание, то ток короткого замыкания протекает по цепи: "+" источника питания - короткозамкнутая нагрузка Rн - резистор R2 - переход база-эмиттер VT1 -источника. Поскольку VT2 закрыт, ток короткого замыкания ограничен резистором R2. После устранения короткого замыкания ограничитель самостоятельно не включается. Для этого необходимо на короткое время отключить и снова подключить нагрузку (закоротить между собой выводы базы и эмиттера VT1). В этом случае VT1 закроется, a VT2 откроется, и напряжение поступит на нагрузку. На рис. 3б приведена схема для защиты потребителей от перенапряжения в низковольтных цепях.

При увеличении входного напряжения выше номинального пробивается стабилитрон VD2, открывается транзистор VT1, закрывается VT2 и обеспечивается защита нагрузки от перенапряжения. В качестве устройства защиты источников питания можно использовать электронный предохранитель (рис.4), включаемый между ис­точником и нагрузкой.

Когда ток нагрузки меньше установленного тока срабатывания, транзистор VT2 открыт, и падение напряжения на нем минимально. При росте тока нагрузки увеличивается падение напряжения на VT2, в связи с чем увеличивается напряжение, поступающее через R4 на базу VT1, и VT1 открывается. Процесс происходит лавинообразно благодаря наличию положительной обратной связи через резистор R4. В результате, VT1 шунтирует VT2, последний закрывается и обесточивает нагрузку. Одновременно загорается светодиод VD1, сигнализируя о перегрузке. Приведенные на схеме номиналы резисторов соответствуют напряжению 9 В и току срабатывания 1 А. При необходимости изменить параметры предохранителя необходимо пересчитать сопротивления R3 и R4. Электронный предохранитель (рис.5) состоит из мощного коммутирующего элемента на транзисторах VT3-VT4, токоизмерительного резистора R2, транзисторного аналога динистора VT1-VT2 и шунтирующего транзистора VT5.

При включении питания током, протекающим через резистор R1 и эмиттерный переход VT4, открывается составной транзистор VT4-VT3. Остальные транзисторы остаются закрытыми. К нагрузке поступает номинальное напряжение. При возникновении перегрузки падение напряжения на R2 становится достаточным для открывания аналога динистора. Вслед за ним открывается транзистор VT5 и шунтирует эмиттерный переход VT4. В результате, транзисторы VT3 и VT4 закрываются, отключая нагрузку от источника питания. Ток нагрузки резко уменьшается, но аналог динистора остается открытым. В этом состоянии предохрани­тель может находиться неограниченно долго. Через нагрузку протекает остаточный ток, определяемый сопротивлением R1, т.е. в десятки раз меньше номинального. Падение напряжения на закрытом транзисторе VT3 включает светодиод HL1 "Авария". Чтобы возобновить работу устройства в номинальном режиме после устранения перегрузки, необходимо на короткое время выключить источник питания либо отключить нагрузку. Предохранитель собран на печатной плате, чертеж которой приведен на рис.6.

При указанных на схеме номиналах деталей предохранитель имеет следующие характеристики:

Номинальное напряжение питания-12В;

Номинальный ток нагрузки - 1 А;

Ток срабатывания - 1,2 А;

Остаточное напряжение на нагрузке - 1,2 В;

Падение напряжения на предохранителе - 0,75 В.

Электронный предохранитель (рис.7) содержит мощный транзистор VT2, который включен в минусовый провод питания, два стабилизатора тока на полевых транзисторах (регулируемый на VT1 и нерегулируемый на VT3) и пороговый элемент - тиристор VS1.

Управляющее напряжение на тиристор поступает через резистор R2 с датчика тока, в роли которого выступает резистор R1 весьма малого сопротивления (0,1 Ом). Данный тип тиристора включается при напряжении на управляющем электроде (относительно катода) 0,5...0,6 В.В исходном состоянии через транзистор VT3 протекает ток примерно 8...15 мА, который остается стабильным при изменении выходного напряжения блока питания. Этот ток протекает через светодиод HL2, сигнализирующий о работе устройства, в цепь базы транзистора VT2. Поскольку статический коэффициент передачи тока VT2 составляет несколько тысяч, он открывается и способен пропустить в нагрузку ток в несколько ампер. При этом падение напряжения на транзисторе не превышает 1 В. Ток нагрузки создает падение напряжения на резисторе R1, которое для тиристора является открывающим. Кроме того, ток, протекающий через транзистор VT1 (его можно изменять переменным резистором R3), создает падение напряжения на резисторе R2, которое также служит открывающим для VS1. Когда сумма этих напряжений достигает определенного значения, тиристор открывается. Ток УТЗ протекает через тиристор и светодиод HL1. Напряжение на светодиоде HL2 уменьшается, он гаснет, а транзистор VT2 закрывается, и нагрузка отключается от блока питания. Горящий HL1 сигнализирует об аварии. Ток нагрузки, при котором будет срабатывать предохранитель, можно устанавливать переменным резистором R3 в пределах от нескольких десятков миллиампер до 5 А. После устранения неисправности в нагрузке предохранитель приводится в исходное состояние кнопкой SB1, которая при замыкании контактов обесточивает тиристор, он закрывается, a VT2 открывается, и ток поступает в нагрузку.В устройстве можно использовать постоянные резисторы-МЛТ, С2-33, переменный - СПО, СП, СП4. Резистор R1 изготавливают из отрезка высокоомного провода. Светодиоды - любые маломощные (АЛ307, АЛ341). HL1 лучше взять красного цвета, HL2 - зеленого. Полевые транзисторы - КП303 или аналогичные с начальным током стока 10...15 мА и максимально допустимым напряжением не менее выходного напряжения блока питания. Транзистор VT2-КТ829, КТ827. При токе нагрузки более 1 А транзистор необходимо установить на радиатор. Тиристор -2У107. Налаживание устройства сводится к установке максимального тока срабатывания подбором сопротивления R1 при отключенном от плюса питания стока VT1. Минимальный" ток срабатывания подбирают подключением резистора R3 другого номинала. При этом допускается включение последовательно с ним или параллельно постоянного резистора. Если при срабатывании предохранителя через транзистор VT2 все-таки протекает остаточный ток (транзистор не закрывается), рекомендуется применить светодиод HL2 с большим рабочим напряжением или включить последовательно с ним диод КД102Б, КД103Б, КД105Б, КД522Б. Если в блоке питания есть стабилизатор напряжения, предохранитель следует включать перед ним, а не на выходе блока.Стабилизатор напряжения с встроенной защитой (рис.8) позволяет получить на выходе напряжение, регулируемое в пределах от 0 до 17 В.

Для защиты стабилизатора от превышения тока в нагрузке использован тиристор VS1 с датчиком тока на резисторе R2. При увеличении тока нагрузки тиристор включается и шунтирует цепь управления транзистора VT1, в результате чего напряжение на выходе падает до нуля. Светодиод HL1 индицирует срабатывание защиты. Для повторного запуска стабилизатора после устранения причин перегрузки следует нажать кнопку SB1 и отключить тиристор. Ток защиты в зависимости от R сопротивления R2 можно установить от 20 мА до 1...2 А. Например, при R2=36 Ом ток срабатывания - 30 мА, при R2=4 Ом - 0,5 А. В качестве транзистора VT1 можно использовать КТ815, КТ801, КТ807 и др., VT2 - П702, КТ802...КТ805 (с радиатором). Электронный предохранитель и одновременно стабилизатор напряжения показан на рис.9.

На транзисторах VT1 и VT2 собран стабилизатор напряжения по традиционной схеме, однако параллельно стабилитрону VD1 включен релейный каскад на транзисторах VT3.. .VT5 сдатчиком тока на резисторе Rx. При увеличении тока нагрузки этот каскад, срабатывает и шунтирует стабилитрон. Напряжение на выходе стабилизатора падает до незначительной величины. Для разблокировки схемы защиты достаточно кратковременно нажать кнопку SB1. Для повышения коэффициента стабилизации вместо стабилитрона VD1 можно включить интегральный стабилизатор напряжения (трехвыводной). Электронные предохранители можно выполнить с использованием мощного полевого транзистора в качестве ключа (рис.10).

Ток срабатывания защиты определяется соотношением резистивных элементов и зависит, в первую очередь, от величины сопротивления датчика тока Rs, включенного последовательно с полевым транзистором VT1. Схема устройства на основе полевого транзистора серии IRL показана на рис.11.

Предохранитель включают между источником питания (выключателем) и нагрузкой. Он работает при напряжении от 5 до 20 В и токе нагрузки до 40 А. Полевой транзистор VT1 выполняет одновременно функции электронного ключа и датчика тока. На микросхеме DA1 построен компаратор напряжения, на микросхеме DA2 - источник образцового напряжения (2,5 В). Для запуска устройства служит кнопка SB1, при кратковременном замыкании которой напряжение питания через диод VD2 и резистор R4 поступает на затвор транзистора, он открывается и подключает нагрузку к источнику питания. Выходное напряжение ОУ зависит от соотношения напряжений на его входах. Если ток нагрузки меньше тока срабатывания предохранителя, напряжение на неинвертирующем входе больше, чем на инвертирующем, поэтому на выходе ОУ - напряжение, меньшее напряжения питания примерно на 1,5 В. Транзистор VT1 остается открытым, на неинверти­рующем входе ОУ - стабильное напряжение с резистивного делителя R2-R1. Основные параметры примененного транзистора: сопротивление канала - 0,027 Ом, максимальный ток стока - 41 А, предельное напряжение сток-исток-55 В, а максимальная рассеиваемая мощность-110 Вт. Сопротивление канала открытого транзистора зависит от напряжения на его выводах и температуры корпуса. При напряжении питания более 5...6 В оно изменяется в пределах 20...30%, что вполне допустимо для таких устройств. С увеличением потребляемого тока растет падение напряжения на транзисторе VT1. Когда оно превысит напряжение на резисторе R1, на выходе ОУ напряжение уменьшится, транзистор начнет закрываться, а напряжение на нем расти, что приведет к дальнейшему снижению на­пряжения на выходе ОУ и закрыванию транзистора. Следовательно, когда ток нагрузки достигает определенного значения, устройство скачком закрывает транзистор и обесточивает нагрузку. Светодиод HL1 сигнализирует о том, что устройство выключено. Ток, потребляемый предохранителем в этом состоянии (без учета тока через светодиод), равен" нескольким миллиамперам. Для включения нагрузки необходимо снова кратковременно нажать на кнопку SB1. Ток срабатывания предохранителя устанавливают подстроечным резистором R1. Если напряжение питания стабильно, микросхему DA2 и резистор R3 можно исключить, заменив последний проволочной перемычкой. Для устойчивого отключения нагрузки при малом токе срабатывания (менее 1 ...1,5 А) следует увеличить сопротивление датчика тока, включив резистор сопротивлением около 0,1 Ом в цепь стока транзистора VT1 (в разрыв цепи в точке А).В устройстве можно применить любой ОУ (DA1), работоспособный при нулевом напряжении на обоих входах в условиях однополярного питания. В частности, подойдут оте­чественные аналоги микросхемы LM358 - КР1040УД1А, К1464УД1Р в корпусе DIP-8 и К1464УД1Т в корпусе SO-8. DA2 - любая микросхема из серии TL431. Подстроечный резистор - СПЗ-19а, СПЗ-28 или аналогичные импортные. Постоянные резисторы - МЛТ, С2-33, Р1-4, Р1-12. Конденсатор С1 - К10-17В. Кнопка SB1 -любая малогабаритная с самовозвратом. При использовании деталей для поверхностного монтажа: DA1 - LM358AM, DA2 - TL431CD (рис.12а), резисторов Р1-12 и пр, устройство размещается на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 20x25 мм (рис.12.б).

Налаживание устройства сводится к установке тока срабатывания подстроечным резистором R1 (рис.11). Интервал изменения этого тока можно установить подбором сопротивления R2.В источниках питания, способных кратковременно выдерживать перегрузку по току (короткое замыкание выхода), применяются устройства пассивной защиты. При аварийном режиме они оповещают о нем световой или звуковой сигнализацией, не отключая самостоятельно нагрузку.На рис.13 представлена схема сигнализатора на светодиоде (VD2).

При перегрузке стабилизатору резко увеличивается падение напряжения на нем. При достижении напряжения пробоя стабилитрона VD1 он открывается, и зажигается светодиод VD2. Напряжение стабилизации VD1 должно быть меньше минимального входного напряжения стабилизатора и больше максимального падения напряжения на стабилизаторе в рабочем режиме. Резистор R1 ограничивает ток через светодиод на уровне максимально допустимого. Схема сигнализатора перегрузки на миниатюрной лампочке накаливания показана на рис.14.

Если ток нагрузки не превышает максимально допустимого, падение напряжения на стабилизаторе невелико, поэтому транзистор VT1 закрыт и лампочка HL1 не горит. При увеличении нагрузки падение напряжения на нем увеличивается, транзистор открывается и загорается лампочка, сигнализирующая о перегрузке. Лампочку HL1 выбирают в соответствии с допустимыми током стабилитрона VD1 и транзистора VT1. Звуковой сигнализатор превышения потребляемого тока показан на рис.15.

Выпрямитель на диодах VD1... VD4 питается от трансформатора, вторичная обмотка которогорассчитана на напряжение и ток, необходимые для работы стабилизатора напряжения. Сигнализатор представляет собой генератор звуковой частоты НА1 с подключенным к нему акустическим излучателем (динамической головкой) ВА1. Управляет работой генератора ключ на транзисторе VT1. При работе стабилизатора ток нагрузки проходит через датчик тока R1, создавая на нем падение напряжения. Пока ток небольшой (при указанном на схеме сопротивления R1 - менее 0,3 А), транзистор VT1 закрыт. По мере роста тока увеличивается напряжение на резисторе. Когда оно достигнет 0,7 В, VT1 открывается, и выпрямленное напряжение поступает на сигнализатор. Схемы защиты радиоэлектронно­го оборудования, работающие на переменном токе, обычно более сложны и получили меньшее распространение. Это обусловлено тем, что надежность работы полупроводниковых приборов при повышенных напряжениях сетевого уровня меньше, поскольку случайный бросок напряжения сети, например, при переходных процессах, может легко пробить переход даже самого высоковольтного полупроводникового прибора. Полупроводниковый предохранитель (рис.16) способен защитить подключенную электронную схему (Rн) от перегрузки по току.

Предохранитель можно использовать и в цепях постоянного тока, а также для защиты выходных каскадов транзисторных усилителей. Для уменьшения остаточного тока в отключенном состоянии в схеме использован позистор R3. Когда ток нагрузки меньше допустимого, транзистор VT1 заперт, а VT2 открыт и находится в состоянии насыщения. Падение напряжения на транзисторе VT2 мало, и практически все напряжение сети приходится на Rн. Ток через нагрузку не ограничен. При перегрузке напряжение на VT2 заметно возрастает, что вызывает открывание транзистора VT1 и увеличение его коллекторного тока. При этом транзистор VT2 закрывается, а ток через предохранитель уменьшается. К позистору R3 прикладывается значительно большее напряжение, в связи, с чем он ра­зогревается. Сопротивление позистора резко увеличивается, VT2 закрывается еще больше, и остаточный ток через предохранитель существенно снижается.Конденсатор С2 уменьшает чувствительность устройства к импульсным перегрузкам малой длительности. Диоды VD5 и VD6 защищают транзистор VT2 от импульсов тока большой величины при работе устройства на переменном токе. Схема стабилизатора-ограничителя переменного тока представлена на рис.17.

Ток нагрузки можно плавно регулировать потенциометром R2 в пределах от нескольких миллиампер до 8 А. Максимальный ток нагрузки при необходимости можно значительно увеличить, установив транзистор VT1 на радиатор, снабдив его вентилятором и нарастив количество параллельно включенных полевых транзисторов. Ограничитель тока сетевой нагрузки показан на рис.18.

Его мощностные характеристики определяются только типом используемого полевого транзистора. Основа схемы - источник тока на VT2, VT3, R3 и R4. Резистор R3 обеспечивает открывание полевого транзистора VT3, R4- токозадающий. Когда падение напряжения на нем превышает 0,55 В, открывается транзистор VT2 и шунтирует затвор полевого транзистора, заставляя последний закрыться. Применение в качестве силового регулирующего элемента полевого транзистора позволило увеличить сопротивление резистора R3 до 1 МОм. Это уменьшило ток управления (не превышает 0,4 мА) и, соответственно, потери мощности на резисторе R3 (не более 0,16 Вт). У стабилизатора тока на полевом транзисторе есть существенный недостаток: повышенное падение напряжения на открытом транзисторе. Это вызвано высоким пороговым напряжением открывания полевого транзистора. Обычно оно лежит в пределах 2...4 В. К этому напряжению добавляется падение на токозадающем резисторе - 0,5 В. В результате, при токах ниже уровня ограничения на схеме ограничителя падает примерно 6 В. При постоянном токе 1 А, на транзисторе выделяется мощность до 6 Вт, что требует применения радиатора. При значительном снижении сопротивления нагрузки ток через нее будет ограничен заданным безопасным уровнем, а напряжение будет значительно меньше напряжения питания. В результате, падение напряжения на транзисторе VT3 увеличится, как и выделяемая на нем мощность. В пределе (при коротком замыкании в нагрузке) она составит более 300 Вт, что недопустимо. Поэтому в схему добавлен узел на элементах VT1, VD1, R1, R2, С1, превращающий источник тока в предохранитель. Его уровень срабатывания определяется делителем R1-R2 и напряжением стабилизации стабилитрона VD1 (примерно 25 В). Стабилитрон обеспечивает ключевой режим включения транзистора VT3, а конденсатор С1 - задержку времени срабатывания, делая схему нечувствительной к помехам и броскам тока при включении питания или помехах со стороны запитываемого устройства. От емкости конденсатора зависит время срабатывания предохранителя. Пока напряжение на схеме не превышает 25 В, она работает как источник тока. Затем открывается транзистор VT1 и шунтирует затвор полевого транзистора. В результате, тот закрывается, и нагрузка обесточивается. Ток нагрузки ограничивается резисторами R1, R3 и током утечки VT3 и в худшем случае не превышает 1 мА. В таком состоянии схема может находиться сколь угодно долго. На самой схеме рассеивается мощность не более 0,4 Вт. Устройство, изображенное на рис.19, предназначено для быстрого отключения потребителей энергии от сети, если ток в цепи превысит допустимую величину.

По сравнению с плавкими и электромеханическими предохранителями, электронный имеет значительно большее быстродействие. Кроме того, данное устройство можно легко и точно настроить на срабатывание при любом токе в диапазоне 0,1 ...10 А. Питается устройство защиты непосредственно от сети по бестран­сформаторной схеме на элементах R7...R9, СЗ, С4, VD3...VD5. Коммутацию нагрузки выполняет электронный ключ - симистор VS1. Для его открывания на управляющий электрод через трансформатор Т2 поступают короткие импульсы. Эти импульсы формируются автогенератором на однопереходном транзисторе VT1. Для открывания симистора необходим ток через управляющий электрод до 100 мА. Этот ток обеспечивается в импульсном режиме. Конденсатор С2 заряжается от источника питания через резистор R2. Как только напряжение на нем достигает порога открывания транзистора VT1, конденсатор С2 разряжается по цепи переход эмиттер-база 1 VT1 - обмотка 1 Т2. Процесс этот повторяется с частотой, определяемой номиналами R2 и С2 (примерно 1,5... 2 кГц). Так как частота следования импульсов автогенератора значительно больше, чем сетевая (50 Гц), то симистор открывается практически в начале каждого полупериода сетевого напряжения. Датчиком тока в цепи нагрузки является трансформатор тока Т1. При протекании тока нагрузки R н проходит и через первичную обмот­ку Т1. Во вторичной обмотке (3-4) выделяется повышенное напряжение, пропорциональное току нагрузки. Это напряжение выпрямляется диодным мостом VD1 и поступает через резистор R5 на управляющий электрод тиристора VS2. Если данное напряжение достигает порога срабатывания VS2, он открывается и через диод VD2 закорачивает С2, так что автогенератор перестает работать. Когда импульсы, управляющие VS1, пропадают, нагрузка отключается. При этом светится индикатор HL1. Чувствительность срабатывания схемы можно плавно регулировать резистором R3. Конденсатор С1 предохраняет от срабатывания защиты при кратковременных помехах в сети.В отключенном состоянии схема может находиться долгое время, и чтобы вернуть ее в исходное, необходимо нажать кнопку SB1. А с помощью кнопки SB2 при необходимости нагрузку можно отключить вручную. Трансформатор тока Т1 - самодельный. Для намотки удобно ис­пользовать каркас и магнитопровод от любого трансформатора, приме­няемого в старых отечественных те­лефонах. Подойдет магнитопровод из железа или феррита М2000НМ типоразмера Ш5х5. Обмотка 3-4 выполняется проводом ПЭЛ Ø 0,08 мм и содержит 3000...3400 витков. Последней наматывается обмотка 1-2 проводом ПЭЛ-2 Ø 0,82...1,0 мм - 30...46 витков. Импульсный трансформатор Т2 . выполнен внутри броневого магнитопровода типоразмера Б14 из феррита с магнитной проницаемостью M2000HM. В центре сердечника необходимо обеспечить зазор 0,1...0,2 мм, что исключит его намагничивание в процессе работы. Обмотка 1 содержит 80 витков, 2 - 40 витков провода ПЭЛШО Ø 0,1...0,12 мм. В схеме использованы конденсаторы С1 и СЗ типа К50-35 на 25 В, С2 и С4 - К73-17 на рабочее напряжение не менее 63 В и 400 В соответственно, подстроечный резистор R3 - типа СПЗ-19а, остальные резисторы - любого типа. Кнопки SB1, SB2 и светодиод HL1 подойдут любые миниатюрные. Настройку схемы начинают с проверки работы автогенератора на транзисторе VT1. Для этого удобно питание подавать не от сети, а использовать внешний источник постоянного напряжения 15...20 В, подключив его в точки а и б. При работе автогенератора на конденсаторе С2 должно быть напряжение, форма которого показана на рис.20.

Если таких импульсов нет, то может потребоваться подбор сопротивления R2. Срабатывание тиристора VS2 при нажатии на кнопку SB2 должно фиксироваться. Если светодиод HL1 не светится после отпускания кнопки, следует уменьшить сопротивление R4 для увеличения тока, необходимого, чтобы удерживать VS2 в открытом состоянии. Проверить работу устройства р целом можно, подключив к гнездам XS1 лампу и стрелочный вольтметр. Прежде всего, необходимо убедиться в том, что симистор VS1 полностью открывается (измерив напряжение на лампе). Если это не так, нужно поменять местами выводы любой из обмоток трансформатора Т2. Схему электронного предохранителя можно упростить, убрав трансформатор тока Т1 и включив вместо его обмотки 1-2 резистор сопро­тивлением 0,2...0,3 Ом и диод. Сопротивление этого резистора подбирается под нужный ток защиты. Но в этом случае схема защиты будет работать на одной полуволне сетевого напряжения, что снизит ее быстродействие при отключении нагрузки.При использовании схемы следует учитывать, что некоторые потре­бители, например, лампы, импульсные источники питания, электромоторы и пр. в момент включения дают бросок тока. В этом случае порог срабатывания защиты надо увеличить или, что значительно лучше, принять меры по уменьшению этого броска.

Радиомир №3,4,5 2012г

(автор Tonich от 6.08.2013г.) не имеет защиты от перегрузки и тока к.з. В недрах Интернета нашлась простая схема защиты - электронный предохранитель. Это устройство подключается между нагрузкой и источником питания.
Вот электрическая схема ЭП.

Контактами Х1 и Х2 устройство подсоединяется к источнику питания. Нагрузка подключается к контактам Х3, Х4. Устройство представляет собой электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 … VT3. Электронный ключ управляется датчиком тока собранном на резисторах R1, R2 и потенциометре R4.

При превышении тока нагрузки, установленного потенциометром R4, падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT3 приводит к его открыванию и, как следствие, шунтированию эмиттерного перехода VT1. Напряжение на базе VT1 относительно его эмиттера оказывается настолько мало, что VT1 запирается и ток через него не течёт. Вследствие этого цепь VT1-R5 оказывается разорванной, и напряжение на базе VT2 становится ниже порога его срабатывания, транзистор VT2 оказывается закрытым, а нагрузка обесточена. После устранения к.з. (или перегрузки) процессы, начиная с VT3 , происходят в обратном порядке.
Порог срабатывания ключа на транзисторе VT3 устанавливается потенциометром R4. Тем самым определяется максимально допустимый ток, при котором сработает ЭП.
Мощный резистор R3 служит для ограничения тока через VT2. Конденсатор С1 подавляет импульсные помехи (микроискрения), возникающие при скольжении ползунка по резистивному слою потенциометра.

Технические характеристики:
Рабочее напряжение - 5…30В.
Диапазон регулировки тока срабатывания - 0,1…3, 5А.

Компоненты:
R3 - 0,5 Ом, мощный 10 Вт, остальные резисторы мощностью 0,25 Вт.
R1 - 470 Ом.
R2, R6 - 1 кОм.
R5-110 Ом.
R4 - резистор подстроечный - 4,7 кОм.
VT1-VT3 транзисторы BC 547B (KT 3102A)
VT2- транзистор КТ 805АМ, КТ 808АМ, КТ 819ГМ, 2N3055 установить на радиатор площадью не менее 100 кв.см с использованием термопасты.

После сборки подключил ЭП к источнику питания. В качестве нагрузки использовал мощный проволочный резистор сопротивлением 3 Ом. Ползунок потенциометра R4 установил на минимальное сопротивление, подал с нуля напряжение на ЭП. На вольтметре, подключённому к источнику питания - 30 В, на нагрузке ток и напряжение по нулям. Установил ползунок R4 на максимальное сопротивление. При токе 3,8А ЭП сработал. Так как хотелось увеличить ток срабатывания, решил уменьшить сопротивление резистора R3 до 0,3 Ом. Ток срабатывания удалось довести до 6 А. Больше не пытался устанавливать, т.к. транзистор КТ805АМ рассчитан на ток 5А. После срабатывания ЭП повторное включение возможно секунд через 15.
Электронный предохранитель можно выполнить и на мощном полевом транзисторе, но об этом в следующей статье.
Печатная плата в программе Layout 6.0