Circuits de protection de l'alimentation. Protection contre les courts-circuits sur transistor à effet de champ. Ajouter du réalisme au système de sécurité

Puissance Bon Signal

Lorsque nous allumons, les tensions de sortie n'atteignent pas immédiatement la valeur souhaitée, mais après environ 0,02 seconde, et pour empêcher l'alimentation en tension réduite des composants du PC, il y a signal spécial"Power Good", également parfois appelé "PWR_OK" ou simplement "PG", qui est appliqué lorsque les tensions aux sorties +12 V, +5 V et +3,3 V atteignent la plage correcte. Pour fournir ce signal, une ligne spéciale est allouée sur le connecteur d'alimentation ATX connecté au (n°8, fil gris).

Un autre consommateur de ce signal est le circuit de protection contre les sous-tensions (UVP) à l'intérieur de l'alimentation, dont nous parlerons plus tard - s'il est actif à partir du moment où il est allumé sur l'alimentation, il ne permettra tout simplement pas à l'ordinateur de s'allumer. , en coupant immédiatement l'alimentation électrique, car les tensions seront évidemment inférieures à la valeur nominale. Par conséquent, ce circuit est activé uniquement lorsque le signal Power Good est appliqué.

Ce signal est fourni par un circuit de surveillance ou un contrôleur PWM (modulation de largeur d'impulsion utilisée dans toutes les alimentations à découpage modernes, d'où leur nom, l'abréviation anglaise est PWM, familière des refroidisseurs modernes - pour contrôler leur vitesse de rotation fournie à eux, le courant est modulé de la même manière.)

Alimentation Bon diagramme de transmission du signal selon la spécification ATX12V.
VAC est la tension alternative entrante, PS_ON# est le signal de "mise sous tension", qui est envoyé lorsque le bouton d'alimentation de l'unité centrale est enfoncé. "O/P" est l'abréviation de "point de fonctionnement", c'est-à-dire valeur de travail. Et PWR_OK est le signal Power Good. T1 est inférieur à 500 ms, T2 est compris entre 0,1 ms et 20 ms, T3 est compris entre 100 ms et 500 ms, T4 est inférieur ou égal à 10 ms, T5 est supérieur ou égal à 16 ms et T6 est supérieur ou égal à 10 ms. égal à 1 ms.

Protection contre les sous-tensions et les surtensions (UVP/OVP)

La protection dans les deux cas est mise en œuvre à l'aide du même circuit qui surveille les tensions de sortie +12 V, +5 V et 3,3 V et coupe l'alimentation si l'une d'entre elles est supérieure (OVP - Protection contre les surtensions) ou inférieure (UVP - Protection contre les sous-tensions). ) une certaine valeur, également appelée « point de déclenchement ». Ce sont les principaux types de protection actuellement présents dans pratiquement tous les appareils ; de plus, la norme ATX12V exige l'OVP.

Un petit problème est que l'OVP et l'UVP sont généralement configurés avec des points de déclenchement trop éloignés de la valeur de tension nominale et dans le cas de l'OVP, il s'agit d'une correspondance directe avec la norme ATX12V :

Ceux. vous pouvez réaliser une alimentation avec un point de déclenchement OVP de +12V à 15,6V, ou +5V à 7V et elle sera toujours compatible avec la norme ATX12V.

Cela produira, disons, 15 V au lieu de 12 V pendant une longue période sans déclencher la protection, ce qui peut entraîner une défaillance des composants du PC.

D'autre part, la norme ATX12V stipule clairement que les tensions de sortie ne doivent pas s'écarter de plus de 5% de la valeur nominale, mais l'OVP peut être configuré par le fabricant de l'alimentation pour fonctionner avec un écart de 30% le long du +12V et du +. Lignes 3,3 V et 40 % - le long de la ligne +5 V.

Les fabricants sélectionnent les valeurs des points de déclenchement à l'aide de l'une ou l'autre puce de surveillance ou contrôleur PWM, car les valeurs de ces points sont strictement définies par les spécifications d'une puce particulière.

À titre d'exemple, prenons la populaire puce de surveillance PS223, qui est utilisée dans certaines d'entre elles encore sur le marché. Cette puce possède les points de déclenchement suivants pour les modes OVP et UVP :

D'autres puces fournissent un ensemble différent de points de déclenchement.

Et encore une fois, nous vous rappelons à quelle distance des valeurs de tension normales OVP et UVP sont généralement configurées. Pour qu’ils fonctionnent, l’alimentation électrique doit être dans une situation très difficile. En pratique, les alimentations bon marché qui ne disposent pas d'autres types de protection que l'OVP/UVP tombent en panne avant le déclenchement de l'OVP/UVP.

Protection contre les surintensités (OCP)

Dans le cas de cette technologie (l'abréviation anglaise OCP est Surintensité Protection), il y a une question qui devrait être examinée plus en détail. Selon la norme internationale CEI 60950-1, aucun conducteur dans un équipement informatique ne doit transporter plus de 240 Volt-Amp, ce qui est le cas des CC donne 240 watts. La spécification ATX12V inclut une exigence de protection contre les surintensités sur tous les circuits. Dans le cas du circuit 12V le plus chargé, nous obtenons un courant maximum admissible de 20Amps. Naturellement, une telle limitation ne permet pas la production d'une alimentation d'une puissance supérieure à 300 watts, et pour la contourner, le circuit de sortie +12V a commencé à être divisé en deux ou plusieurs lignes, dont chacune avait son propre circuit de protection contre les surintensités. En conséquence, toutes les broches d'alimentation dotées de contacts +12 V sont divisées en plusieurs groupes en fonction du nombre de lignes, dans certains cas elles sont même codées par couleur afin de répartir correctement la charge sur les lignes.

Cependant, dans de nombreuses alimentations bon marché comportant deux lignes +12 V indiquées, en pratique, un seul circuit de protection de courant est utilisé et tous les fils +12 V à l'intérieur sont connectés à une seule sortie. Afin de mettre en œuvre un fonctionnement adéquat d'un tel circuit, la protection de charge de courant n'est pas déclenchée à 20A, mais à, par exemple, 40A, et la limitation du courant maximum sur un fil est obtenue par le fait que dans un système réel le La charge +12V est toujours répartie entre plusieurs consommateurs et encore plus de fils.

De plus, vous pouvez parfois déterminer si un bloc d'alimentation particulier utilise une protection de courant distincte pour chaque ligne +12 V uniquement en le démontant et en examinant le nombre et la connexion des shunts utilisés pour mesurer le courant (dans certains cas, le nombre de shunts peut dépasser le nombre de lignes, car plusieurs shunts peuvent être utilisés pour mesurer le courant sur une ligne).

Un autre point intéressant est que, contrairement à la protection contre les surtensions et les sous-tensions, le niveau de courant admissible est régulé par le fabricant de l'alimentation en soudant des résistances d'une valeur particulière aux sorties du microcircuit de contrôle. Et sur les alimentations bon marché, malgré les exigences de la norme ATX12V, cette protection ne peut être installée que sur les lignes +3,3V et +5V, voire absente.

Protection contre la surchauffe (OTP)

Comme son nom l'indique (OTP - Over Temperature Protection), la protection contre la surchauffe coupe l'alimentation si la température à l'intérieur de son boîtier atteint une certaine valeur. Toutes les alimentations n’en sont pas équipées.

Dans les alimentations, vous pouvez voir une thermistance attachée au dissipateur thermique (bien que dans certaines alimentations, elle puisse être soudée directement à la carte de circuit imprimé). Cette thermistance est connectée au circuit de contrôle de la vitesse du ventilateur et n'est pas utilisée pour la protection contre la surchauffe. Dans les alimentations équipées d'une protection contre la surchauffe, deux thermistances sont généralement utilisées - l'une pour contrôler le ventilateur, l'autre pour protéger réellement contre la surchauffe.

Protection contre les courts-circuits (SCP)

La protection contre les courts-circuits (SCP) est probablement la plus ancienne de ces technologies car elle est très simple à mettre en œuvre avec quelques transistors, sans utiliser de puce de surveillance. Cette protection est nécessairement présente dans toute alimentation et la désactive en cas de court-circuit dans l'un des circuits de sortie, afin d'éviter un éventuel incendie.

Le circuit intégré (IC) KR142EN12A est stabilisateur réglable type de compensation de tension dans le boîtier KT-28-2, qui vous permet d'alimenter des appareils avec un courant allant jusqu'à 1,5 A dans la plage de tension 1,2...37 V. Ce stabilisateur intégré est doté d'une protection de courant thermiquement stable et d'une protection contre les courts-circuits de sortie .

Basé sur le circuit intégré KR142EN12A, vous pouvez construire bloc réglable alimentation dont le circuit (sans transformateur ni pont de diodes) est représenté sur Figure 2. La tension d'entrée redressée est fournie du pont de diodes au condensateur C1. Le transistor VT2 et la puce DA1 doivent être situés sur le radiateur.

Bride du dissipateur thermique DA1 est connecté électriquement à la broche 2, donc si DAT et le transistor VD2 sont situés sur le même dissipateur thermique, ils doivent alors être isolés l'un de l'autre.

Dans la version de l'auteur, DA1 est installé sur un petit radiateur séparé, qui n'est pas connecté galvaniquement au radiateur et au transistor VT2. La puissance dissipée par une puce dotée d’un dissipateur thermique ne doit pas dépasser 10 W. Les résistances R3 et R5 forment un diviseur de tension inclus dans l'élément de mesure du stabilisateur. Une tension négative stabilisée de -5 V est fournie au condensateur C2 et à la résistance R2 (utilisée pour sélectionner le point thermiquement stable VD1). Dans la version originale, la tension est fournie par le pont de diodes KTs407A et le stabilisateur 79L05, alimentés par un enroulement du transformateur de puissance.

Pour garde dès la fermeture du circuit de sortie du stabilisateur, il suffit de connecter un condensateur électrolytique d'une capacité d'au moins 10 µF en parallèle avec la résistance R3, et la résistance shunt R5 avec une diode KD521A. L'emplacement des pièces n'est pas critique, mais pour une bonne stabilité en température il est nécessaire d'utiliser les types de résistances appropriés. Ils doivent être situés le plus loin possible des sources de chaleur. La stabilité globale de la tension de sortie dépend de nombreux facteurs et ne dépasse généralement pas 0,25 % après échauffement.

Après la mise sous tension et en réchauffant l'appareil, la tension de sortie minimale de 0 V est réglée avec la résistance Rao6. Résistances R2 ( Figure 2) et la résistance Rno6 ( Figure 3) doivent être des coupe-bordures multitours de la série SP5.

Possibilités le courant du microcircuit KR142EN12A est limité à 1,5 A. Actuellement, il existe des microcircuits en vente avec des paramètres similaires, mais conçus pour un courant plus élevé dans la charge, par exemple LM350 - pour un courant de 3 A, LM338 - pour un courant de 5 R. Récemment, des microcircuits importés de la série LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085) sont apparus en vente. Ces microcircuits peuvent fonctionner à une tension réduite entre l'entrée et la sortie (jusqu'à 1... 1,3 V) et fournir une tension de sortie stabilisée dans la plage de 1,25... 30 V à un courant de charge de 7,5/5/3 A, respectivement . Le plus proche en paramètres analogique domestique le type KR142EN22 a un courant de stabilisation maximum de 7,5 A. Au courant de sortie maximum, le mode de stabilisation est garanti par le fabricant à une tension d'entrée-sortie d'au moins 1,5 V. Les microcircuits ont également une protection intégrée contre les excès de courant dans le charge de la valeur admissible et protection thermique contre la surchauffe du boîtier . Ces stabilisateurs fournissent une instabilité de tension de sortie de 0,05 %/V, une instabilité de tension de sortie lorsque le courant de sortie passe de 10 mA à une valeur maximale non inférieure à 0,1 %/V. Sur Figure 4 montre un circuit d'alimentation pour un laboratoire domestique, qui permet de se passer des transistors VT1 et VT2, illustré dans Fig.2.

Au lieu du microcircuit DA1 KR142EN12A, le microcircuit KR142EN22A a été utilisé. Il s'agit d'un stabilisateur réglable à faible chute de tension, qui permet d'obtenir dans la charge un courant allant jusqu'à 7,5 A. Par exemple, la tension d'entrée fournie au microcircuit est Uin = 39 V, tension de sortie à la charge Uout = 30 V, courant à la charge louf = 5 A, alors la puissance maximale dissipée par le microcircuit à la charge est de 45 W. Le condensateur électrolytique C7 est utilisé pour réduire l'impédance de sortie aux hautes fréquences, réduit également la tension de bruit et améliore le lissage des ondulations. Si ce condensateur est en tantale, sa capacité nominale doit être d'au moins 22 μF, s'il est en aluminium - d'au moins 150 μF. Si nécessaire, la capacité du condensateur C7 peut être augmentée. Si le condensateur électrolytique C7 est situé à une distance supérieure à 155 mm et est connecté à l'alimentation électrique avec un fil de section inférieure à 1 mm, alors un condensateur électrolytique supplémentaire d'une capacité d'au moins 10 μF est installé sur la carte parallèlement au condensateur C7, plus proche du microcircuit lui-même. La capacité du condensateur de filtrage C1 peut être déterminée approximativement à raison de 2 000 μF pour 1 A de courant de sortie (à une tension d'au moins 50 V). Pour réduire la dérive de température de la tension de sortie, la résistance R8 doit être soit enroulée, soit en feuille métallique avec une erreur d'au moins 1 %. La résistance R7 est du même type que R8. Si la diode Zener KS113A n'est pas disponible, vous pouvez utiliser l'unité illustrée dans Figure 3. L'auteur est très satisfait de la solution de circuit de protection proposée, car elle fonctionne parfaitement et a été testée dans la pratique. Vous pouvez utiliser n'importe quelle solution de circuit de protection d'alimentation, par exemple celles proposées dans. Dans la version de l'auteur, lorsque le relais K1 est déclenché, les contacts K 1.1 se ferment, court-circuitant la résistance R7 et la tension à la sortie de l'alimentation devient 0 V. Circuit imprimé Le bloc d'alimentation et l'emplacement des éléments sont illustrés à la Fig. 5, apparence BP - activé Fig.6.

De nombreuses unités artisanales présentent l'inconvénient de ne pas être protégées contre l'inversion de polarité de l'alimentation. Même une personne expérimentée peut confondre par inadvertance la polarité de l'alimentation. Et il y a de fortes chances qu'après cela Chargeur tombera en ruine.

Cet article discutera 3 options de protection contre l'inversion de polarité, qui fonctionnent parfaitement et ne nécessitent aucun réglage.

Option 1

Cette protection est la plus simple et diffère des protections similaires en ce qu'elle n'utilise aucun transistor ni microcircuit. Relais, isolation des diodes - ce sont tous ses composants.

Le schéma fonctionne comme suit. Le moins dans le circuit est commun, c'est donc le circuit positif qui sera pris en compte.

S'il n'y a pas de batterie connectée à l'entrée, le relais est à l'état ouvert. Lorsque la batterie est connectée, le plus est fourni via la diode VD2 à l'enroulement du relais, ce qui entraîne la fermeture du contact du relais et le courant de charge principal circule vers la batterie.

En même temps, le voyant LED vert s'allume, indiquant que la connexion est correcte.

Et si vous retirez maintenant la batterie, il y aura une tension à la sortie du circuit, car le courant du chargeur continuera à circuler à travers la diode VD2 jusqu'à l'enroulement du relais.

Si la polarité de connexion est inversée, la diode VD2 sera verrouillée et aucune alimentation ne sera fournie à l'enroulement du relais. Le relais ne fonctionnera pas.

Dans ce cas, la LED rouge s'allumera, ce qui est intentionnellement mal connecté. Cela indiquera que la polarité de la connexion de la batterie est incorrecte.

La diode VD1 protège le circuit de l'auto-induction qui se produit lorsque le relais est éteint.

Si une telle protection est introduite dans , cela vaut la peine de prendre un relais 12 V. Le courant admissible du relais dépend uniquement de la puissance . En moyenne, cela vaut la peine d'utiliser un relais 15-20 A.

Ce système n’a toujours pas d’analogue à bien des égards. Il protège simultanément contre les inversions de puissance et les courts-circuits.

Le principe de fonctionnement de ce schéma est le suivant. En fonctionnement normal, le plus de la source d'alimentation via la LED et la résistance R9 ouvre le transistor à effet de champ, et le moins via la jonction ouverte du « commutateur de champ » va à la sortie du circuit vers la batterie.

Lorsqu'une inversion de polarité ou un court-circuit se produit, le courant dans le circuit augmente fortement, ce qui entraîne une chute de tension aux bornes du « commutateur de champ » et du shunt. Cette chute de tension est suffisante pour déclencher le transistor basse puissance VT2. En s'ouvrant, ce dernier ferme le transistor à effet de champ, fermant ainsi la grille à la masse. En même temps, la LED s'allume, car son alimentation est fournie par la jonction ouverte du transistor VT2.

Grâce à sa vitesse de réponse élevée, ce circuit est garanti pour protéger pour tout problème à la sortie.

Le circuit fonctionne de manière très fiable et peut rester indéfiniment dans un état protégé.

C'est spécial circuit simple, qu’on peut difficilement qualifier de circuit, puisqu’il n’utilise que 2 composants. Il s'agit d'une diode et d'un fusible puissants. Cette option est tout à fait viable et est même utilisée à l'échelle industrielle.

L'alimentation du chargeur est fournie à la batterie via le fusible. Le fusible est sélectionné en fonction du courant de charge maximum. Par exemple, si le courant est de 10 A, un fusible de 12 à 15 A est nécessaire.

La diode est connectée en parallèle et fermée lorsque fonctionnement normal. Mais si la polarité est inversée, la diode s'ouvrira et un court-circuit se produira.

Et le fusible est le maillon faible de ce circuit, qui va griller au même moment. Après cela vous devrez le changer.

La diode doit être sélectionnée en fonction de la fiche technique en fonction du fait que son maximum courant à court termeétait plusieurs fois supérieur au courant de combustion du fusible.

Ce schéma n'offre pas une protection à 100 %, car il y a eu des cas où le chargeur a grillé plus rapidement que le fusible.

Conclusion

Du point de vue de l’efficacité, le premier système est meilleur que les autres. Mais du point de vue de la polyvalence et de la rapidité de réponse, la meilleure option est le schéma 2. Eh bien, la troisième option est souvent utilisée à l'échelle industrielle. Ce type de protection est visible, par exemple, sur n'importe quel autoradio.

Tous les circuits, à l'exception du dernier, ont une fonction d'auto-guérison, c'est-à-dire que le fonctionnement sera rétabli dès que le court-circuit sera supprimé ou que la polarité de la connexion de la batterie sera modifiée.

Fichiers joints:

Comment fabriquer une banque d'alimentation simple de vos propres mains : schéma d'une banque d'alimentation faite maison

Les transistors de commutation de puissance modernes ont de très faibles résistances drain-source lorsqu'ils sont activés, ce qui garantit une faible chute de tension lorsque des courants importants traversent cette structure. Cette circonstance permet l'utilisation de tels transistors dans des fusibles électroniques.

Par exemple, le transistor IRL2505 possède une résistance drain-source, avec une tension source-grille de 10 V, seulement 0,008 Ohms. A un courant de 10A, la puissance P=I² R sera libérée sur le cristal d'un tel transistor ; P = 10 10 0,008 = 0,8 W. Cela suggère qu'à un courant donné, le transistor peut être installé sans utiliser de radiateur. Bien que j'essaie toujours d'installer au moins de petits dissipateurs thermiques. Dans de nombreux cas, cela vous permet de protéger le transistor contre les pannes thermiques dans des situations d'urgence. Ce transistor est utilisé dans le circuit de protection décrit dans l'article « ». Si nécessaire, vous pouvez utiliser des radioéléments montés en surface et réaliser l'appareil sous la forme d'un petit module. Le schéma de l'appareil est présenté à la figure 1. Il a été calculé pour un courant allant jusqu'à 4A.

Schéma des fusibles électroniques

Dans ce circuit, un transistor à effet de champ avec un canal P IRF4905 est utilisé comme clé, ayant une résistance ouverte de 0,02 Ohm, avec une tension de grille = 10 V.

En principe, cette valeur limite également la tension d'alimentation minimale de ce circuit. Avec un courant de drain de 10A, il générera une puissance de 2 W, ce qui nécessitera l'installation d'un petit dissipateur thermique. La tension grille-source maximale de ce transistor est de 20 V. Par conséquent, pour éviter une panne de la structure grille-source, une diode Zener VD1 est introduite dans le circuit, qui peut être utilisée comme n'importe quelle diode Zener avec une tension de stabilisation de 12 volts. Si la tension à l'entrée du circuit est inférieure à 20 V, alors la diode Zener peut être retirée du circuit. Si vous installez une diode Zener, vous devrez peut-être ajuster la valeur de la résistance R8. R8 = (Upit - Ust)/Ist; Où Upit est la tension à l'entrée du circuit, Ust est la tension de stabilisation de la diode Zener, Ist est le courant de la diode Zener. Par exemple, Upit = 35 V, Ust = 12 V, Ist = 0,005 A. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ohms.

Convertisseur courant-tension

La résistance R2 est utilisée comme capteur de courant dans le circuit, afin de réduire la puissance dégagée par cette résistance ; sa valeur est choisie pour n'être qu'un centième d'Ohm. Lorsqu'on utilise des éléments CMS, il peut être composé de 10 résistances de 0,1 Ohm, taille 1206, d'une puissance de 0,25 W. L'utilisation d'un capteur de courant avec une résistance aussi faible impliquait l'utilisation d'un amplificateur de signal de ce capteur. L'ampli opérationnel DA1.1 du microcircuit LM358N est utilisé comme amplificateur.

Le gain de cet amplificateur est (R3 + R4)/R1 = 100. Ainsi, avec un capteur de courant ayant une résistance de 0,01 Ohm, le coefficient de conversion de ce convertisseur courant-tension égal à un, c'est à dire. Un ampère de courant de charge équivaut à une tension de 1 V à la sortie 7 DA1.1. Vous pouvez régler le Kus avec la résistance R3. Avec les valeurs indiquées des résistances R5 et R6, le courant de protection maximum peut être réglé dans.... Maintenant, comptons. R5 + R6 = 1 + 10 = 11kOhms. Trouvons le courant circulant à travers ce diviseur : I = U/R = 5A/11000Ohm = 0,00045A. Par conséquent, la tension maximale pouvant être réglée sur la broche 2 de DA1 sera égale à U = I x R = 0,00045 A x 10 000 Ohm = 4,5 V. Ainsi, le courant de protection maximal sera d'environ 4,5 A.

Comparateur de tension

Un comparateur de tension est assemblé sur le deuxième ampli-op, qui fait partie de ce MS. L'entrée inverseuse de ce comparateur est alimentée par une tension de référence régulée par la résistance R6 du stabilisateur DA2. L'entrée non inverseuse 3 de DA1.2 est alimentée en tension amplifiée par le capteur de courant. La charge du comparateur est circuit en série, optocoupleur LED et résistance de réglage d'amortissement R7. La résistance R7 fixe le courant traversant ce circuit, à environ 15 mA.

Fonctionnement des circuits

Le schéma fonctionne comme suit. Par exemple, avec un courant de charge de 3 A, une tension de 0,01 x 3 = 0,03 V sera libérée au niveau du capteur de courant. La sortie de l'amplificateur DA1.1 aura une tension égale à 0,03 V x 100 = 3 V. Si dans ce cas, à l'entrée 2 de DA1.2 il y a une tension de référence fixée par la résistance R6, inférieure à trois volts, alors à la sortie du comparateur 1 une tension apparaîtra proche de la tension d'alimentation de l'ampli-op, c'est-à-dire cinq volts. En conséquence, la LED de l'optocoupleur s'allumera. Le thyristor optocoupleur ouvrira et pontera la grille du transistor à effet de champ avec sa source. Le transistor s'éteindra et éteindra la charge. Renvoyez le diagramme à l'état initial Vous pouvez utiliser le bouton SB1 ou éteindre et rallumer l'alimentation.