Beskyttelseskretser for strømforsyning. Kortslutningsbeskyttelse på felteffekttransistor. Tilfører realisme til sikkerhetssystemet

Kraft Godt signal

Når vi slår på, når ikke utgangsspenningene umiddelbart ønsket verdi, men etter ca. 0,02 sekunder, og for å hindre tilførsel av redusert spenning til PC-komponentene, er det spesialsignal"power good", også noen ganger kalt "PWR_OK" eller ganske enkelt "PG", som brukes når spenningene på +12V, +5V og +3,3V utgangene når riktig område. For å levere dette signalet er det tilordnet en spesiell linje på ATX-strømkontakten koblet til (nr. 8, grå ledning).

En annen forbruker av dette signalet er u(UVP) inne i strømforsyningen, som vil bli diskutert senere - hvis den er aktiv fra det øyeblikket den slås på strømforsyningen, vil den rett og slett ikke la datamaskinen slå seg på , umiddelbart slå av strømforsyningen, siden spenningene åpenbart vil være under nominell. Derfor slås denne kretsen bare på når Power Good-signalet tilføres.

Dette signalet leveres av en overvåkingskrets eller en PWM-kontroller (pulsbreddemodulasjon brukt i alle moderne svitsjestrømforsyninger, og det er derfor de har fått navnet sitt, den engelske forkortelsen er PWM, kjent fra moderne kjølere - for å kontrollere rotasjonshastigheten som leveres til dem moduleres strømmen på lignende måte.)

Effekt Godt signalleveringsdiagram i henhold til ATX12V spesifikasjon.
VAC er den innkommende vekselspenningen, PS_ON# er "power on" signalet, som sendes når strømknappen på systemenheten trykkes inn "O/P" er en forkortelse for "operating point", dvs. arbeidsverdi. Og PWR_OK er Power Good-signalet. T1 er mindre enn 500 ms, T2 er mellom 0,1 ms og 20 ms, T3 er mellom 100 ms og 500 ms, T4 er mindre enn eller lik 10 ms, T5 er større enn eller lik 16 ms og T6 er større enn eller lik 1 ms.

Underspennings- og overspenningsbeskyttelse (UVP/OVP)

Beskyttelse i begge tilfeller implementeres ved å bruke samme krets som overvåker utgangsspenningene +12V, +5V og 3,3V og slår av strømforsyningen hvis en av dem er høyere (OVP - Overspenningsbeskyttelse) eller lavere (UVP - Underspenningsbeskyttelse ) en viss verdi, som også kalles "triggerpunktet". Dette er hovedtypene beskyttelse som for øyeblikket finnes i praktisk talt alle enheter; dessuten krever ATX12V-standarden OVP.

Litt av et problem er at både OVP og UVP vanligvis er konfigurert med triggerpunkter for langt fra den nominelle spenningsverdien, og i tilfelle av OVP er dette en direkte match til ATX12V-standarden:

De. du kan lage en strømforsyning med et OVP-triggerpunkt på +12V ved 15,6V, eller +5V ved 7V, og den vil fortsatt være kompatibel med ATX12V-standarden.

Dette vil produsere for eksempel 15V i stedet for 12V i lang tid uten å utløse beskyttelsen, noe som kan føre til feil på PC-komponenter.

På den annen side fastsetter ATX12V-standarden tydelig at utgangsspenningene ikke skal avvike mer enn 5 % fra den nominelle verdien, men OVP kan konfigureres av strømforsyningsprodusenten til å fungere med et avvik på 30 % langs +12V og + 3,3V-linjer og 40% - langs +5V-linjen.

Produsenter velger verdiene til triggerpunktene ved å bruke en eller annen overvåkingsbrikke eller PWM-kontroller, fordi verdiene til disse punktene er strengt definert av spesifikasjonene til en bestemt brikke.

Som et eksempel, la oss ta den populære PS223-overvåkingsbrikken, som brukes i noen som fortsatt er på markedet. Denne brikken har følgende triggerpunkter for OVP- og UVP-modus:

Andre brikker gir et annet sett med triggerpunkter.

Og nok en gang minner vi deg om hvor langt fra normale spenningsverdier OVP og UVP vanligvis er konfigurert. For at de skal fungere, må strømforsyningen være i en svært vanskelig situasjon. I praksis svikter billige strømforsyninger som ikke har andre typer beskyttelse enn OVP/UVP før OVP/UVP utløses.

Overstrømsbeskyttelse (OCP)

Når det gjelder denne teknologien (den engelske forkortelsen OCP er Overstrøm Beskyttelse) er det ett problem som bør vurderes mer detaljert. I henhold til den internasjonale standarden IEC 60950-1 må ingen enkeltleder i datautstyr bære mer enn 240 volt-ampere, som er tilfellet med DC gir 240 watt. ATX12V-spesifikasjonen inkluderer et krav om overstrømsbeskyttelse på alle kretser. Ved den mest belastede 12V-kretsen får vi en maksimal tillatt strøm på 20Ampere. Naturligvis tillater ikke en slik begrensning produksjon av en strømforsyning med en effekt på mer enn 300 watt, og for å komme rundt den begynte +12V utgangskretsen å bli delt inn i to eller flere linjer, som hver hadde sin egen overstrømsbeskyttelseskrets. Følgelig er alle strømforsyningsstifter som har +12V-kontakter delt inn i flere grupper i henhold til antall linjer, i noen tilfeller er de til og med fargekodet for å fordele belastningen tilstrekkelig over linjene.

Men i mange billige strømforsyninger med oppgitte to +12V linjer brukes i praksis kun én strømbeskyttelseskrets, og alle +12V ledninger inni er koblet til en utgang. For å implementere tilstrekkelig drift av en slik krets, utløses strømbelastningsbeskyttelsen ikke ved 20A, men ved for eksempel 40A, og begrensningen av den maksimale strømmen på en ledning oppnås ved at i et reelt system +12V belastning er alltid fordelt på flere forbrukere og enda flere ledninger.

Noen ganger kan du dessuten finne ut om en bestemt strømforsyningsenhet bruker separat strømbeskyttelse for hver +12V-linje bare ved å demontere den og se på antall og tilkobling av shunter som brukes til å måle strømmen (i noen tilfeller kan antallet shunter overskride antall linjer, siden flere shunter kan brukes til å måle strøm på en linje).

Et annet interessant poeng er at, i motsetning til over-/underspenningsbeskyttelse, reguleres det tillatte strømnivået av strømforsyningsprodusenten ved loddemotstander av en eller annen verdi til utgangene til kontrollmikrokretsen. Og på billige strømforsyninger, til tross for kravene til ATX12V-standarden, kan denne beskyttelsen bare installeres på +3,3V og +5V-linjene, eller helt fraværende.

Overtemperaturbeskyttelse (OTP)

Som navnet antyder (OTP - Over Temperature Protection), slår overopphetingsbeskyttelsen av strømforsyningen hvis temperaturen inne i kassen når en viss verdi. Ikke alle strømforsyninger er utstyrt med det.

I strømforsyninger kan du se en termistor festet til kjøleribben (selv om den i noen strømforsyninger kan være loddet direkte til kretskortet). Denne termistoren er koblet til viftehastighetskontrollkretsen og brukes ikke til overopphetingsbeskyttelse. I strømforsyninger utstyrt med overopphetingsbeskyttelse brukes vanligvis to termistorer - en for å styre viften, den andre for å faktisk beskytte mot overoppheting.

Kortslutningsbeskyttelse (SCP)

Short Circuit Protection (SCP) er sannsynligvis den eldste av disse teknologiene fordi den er veldig enkel å implementere med et par transistorer, uten å bruke en overvåkingsbrikke. Denne beskyttelsen er nødvendigvis tilstede i enhver strømforsyning og slår den av i tilfelle kortslutning i noen av utgangskretsene, for å unngå en mulig brann.

Integrert krets (IC) KR142EN12A er justerbar stabilisator spenningskompensasjonstype i KT-28-2-huset, som lar deg drive enheter med en strøm på opptil 1,5 A i spenningsområdet 1,2...37 V. Denne integrerte stabilisatoren har termisk stabil strømbeskyttelse og utgangskortslutningsbeskyttelse .

Basert på KR142EN12A IC, kan du bygge justerbar blokk strømforsyning, hvis krets (uten transformator og diodebro) er vist i Fig.2. Den likerettede inngangsspenningen tilføres fra diodebroen til kondensatoren C1. Transistor VT2 og brikke DA1 skal være plassert på radiatoren.

Varmeavlederflens DA1 er elektrisk koblet til pinne 2, så hvis DAT og transistor VD2 er plassert på samme kjøleribbe, må de isoleres fra hverandre.

I forfatterens versjon er DA1 installert på en egen liten radiator, som ikke er galvanisk koblet til radiatoren og transistoren VT2. Effekten som spres av en brikke med kjøleribbe bør ikke overstige 10 W. Motstander R3 og R5 danner en spenningsdeler inkludert i måleelementet til stabilisatoren. En stabilisert negativ spenning på -5 V tilføres kondensator C2 og motstand R2 (brukes til å velge det termisk stabile punktet VD1) I originalversjonen tilføres spenningen fra KTs407A diodebroen og 79L05 stabilisatoren, drevet fra en separat vikling av krafttransformatoren.

For vakt fra å lukke utgangskretsen til stabilisatoren, er det nok å koble en elektrolytisk kondensator med en kapasitet på minst 10 μF parallelt med motstand R3, og shuntmotstand R5 med en KD521A-diode. Plasseringen av delene er ikke kritisk, men for god temperaturstabilitet er det nødvendig å bruke passende typer motstander. De bør plasseres så langt som mulig fra varmekilder. Den totale stabiliteten til utgangsspenningen består av mange faktorer og overstiger vanligvis ikke 0,25 % etter oppvarming.

Etter å ha slått på og varme opp enheten, er minimum utgangsspenning på 0 V satt med motstand Rao6. Motstander R2 ( Fig.2) og motstand Rno6 ( Fig.3) må være flersvingstrimmere fra SP5-serien.

Muligheter strømmen til KR142EN12A mikrokrets er begrenset til 1,5 A. For øyeblikket er det mikrokretser til salgs med lignende parametere, men designet for en høyere strøm i lasten, for eksempel LM350 - for en strøm på 3 A, LM338 - for en strøm på 5 A. Nylig på salg dukket det opp importerte mikrokretser fra LOW DROP-serien (SD, DV, LT1083/1084/1085). Disse mikrokretsene kan operere med redusert spenning mellom inngang og utgang (opptil 1...1,3 V) og gi en stabilisert utgangsspenning i området 1,25...30 V ved en belastningsstrøm på 7,5/5/3 A, hhv. Nærmest i parametere innenlandsk analog type KR142EN22 har en maksimal stabiliseringsstrøm på 7,5 A. Ved maksimal utgangsstrøm er stabiliseringsmodus garantert av produsenten ved en inngangs-utgangsspenning på minst 1,5 V. Mikrokretsene har også innebygget beskyttelse mot overstrøm i belastning av tillatt verdi og termisk beskyttelse mot overoppheting av kabinettet. Disse stabilisatorene gir utgangsspenningsustabilitet på 0,05 %/V, utgangsspenningsustabilitet når utgangsstrømmen endres fra 10 mA til en maksimal verdi på ikke dårligere enn 0,1 %/V. På Fig.4 viser en strømforsyningskrets for et hjemmelaboratorium, som lar deg klare deg uten transistorene VT1 og VT2, vist i Fig.2.

I stedet for DA1 KR142EN12A mikrokrets, ble KR142EN22A mikrokrets brukt. Dette er en justerbar stabilisator med lavt spenningsfall, som lar deg oppnå en strøm på opptil 7,5 A i lasten. For eksempel er inngangsspenningen som tilføres mikrokretsen Uin = 39 V, utgangsspenning ved lasten Uout = 30 V, strøm ved belastningsventilen = 5 A, da er den maksimale effekten som forsvinner av mikrokretsen ved belastningen 45 W. Elektrolytisk kondensator C7 brukes til å redusere utgangsimpedans ved høye frekvenser, og reduserer også støyspenning og forbedrer rippelutjevning. Hvis denne kondensatoren er tantal, må dens nominelle kapasitet være minst 22 μF, hvis aluminium - minst 150 μF. Om nødvendig kan kapasitansen til kondensator C7 økes. Hvis elektrolytkondensatoren C7 er plassert i en avstand på mer enn 155 mm og er koblet til strømforsyningen med en ledning med et tverrsnitt på mindre enn 1 mm, er en ekstra elektrolytisk kondensator med en kapasitet på minst 10 μF installert på brettet parallelt med kondensatoren C7, nærmere selve mikrokretsen. Kapasitansen til filterkondensatoren C1 kan bestemmes tilnærmet med en hastighet på 2000 μF per 1 A utgangsstrøm (ved en spenning på minst 50 V). For å redusere temperaturdriften til utgangsspenningen, må motstand R8 være enten trådviklet eller metallfolie med en feil på ikke verre enn 1 %. Motstand R7 er av samme type som R8. Hvis KS113A zenerdioden ikke er tilgjengelig, kan du bruke enheten vist i Fig.3. Forfatteren er ganske fornøyd med beskyttelseskretsløsningen gitt i, da den fungerer feilfritt og er testet i praksis. Du kan bruke alle strømforsyningsbeskyttelseskretsløsninger, for eksempel de som er foreslått i. I forfatterens versjon, når relé K1 utløses, lukkes kontaktene K 1.1, kortslutningsmotstand R7, og spenningen ved strømforsyningsutgangen blir 0 V. Trykt kretskort Strømforsyningsenheten og plasseringen av elementene er vist i fig. 5, utseende BP - på Fig.6.

Mange hjemmelagde enheter har den ulempen at de mangler beskyttelse mot omvendt polaritet. Selv en erfaren person kan utilsiktet forvirre polariteten til strømforsyningen. Og det er stor sannsynlighet for at etter dette Lader vil forfalle.

Denne artikkelen vil diskutere 3 alternativer for beskyttelse mot omvendt polaritet, som fungerer feilfritt og ikke krever noen justering.

valg 1

Denne beskyttelsen er den enkleste og skiller seg fra lignende ved at den ikke bruker noen transistorer eller mikrokretser. Releer, diodeisolasjon - det er alle komponentene.

Ordningen fungerer som følger. Minus i kretsen er vanlig, så den positive kretsen vil bli vurdert.

Hvis det ikke er noe batteri koblet til inngangen, er reléet i åpen tilstand. Når batteriet er tilkoblet, tilføres plusset gjennom dioden VD2 til reléviklingen, som et resultat av at relékontakten lukkes og hovedladestrømmen går til batteriet.

Samtidig lyser den grønne LED-indikatoren, noe som indikerer at tilkoblingen er riktig.

Og hvis du nå fjerner batteriet, vil det være spenning ved utgangen av kretsen, siden strømmen fra laderen vil fortsette å strømme gjennom VD2-dioden til reléviklingen.

Hvis tilkoblingens polaritet er reversert, vil VD2-dioden være låst og ingen strøm tilføres reléviklingen. Reléet vil ikke fungere.

I dette tilfellet vil den røde LED-en lyse, som med hensikt er feilkoblet. Det vil indikere at polariteten til batteritilkoblingen er feil.

Diode VD1 beskytter kretsen mot selvinduksjon som oppstår når reléet er slått av.

Dersom slik beskyttelse innføres i , det er verdt å ta et 12 V relé. Den tillatte strømmen til reléet avhenger bare av strømmen . I gjennomsnitt er det verdt å bruke et 15-20 A relé.

Denne ordningen har fortsatt ingen analoger på mange måter. Den beskytter samtidig mot strømvending og kortslutning.

Driftsprinsippet for denne ordningen er som følger. Under normal drift åpner pluss fra strømkilden gjennom LED og motstand R9 felteffekttransistoren, og minus gjennom det åpne krysset til "feltbryteren" går til utgangen av kretsen til batteriet.

Når en polaritetsvending eller kortslutning oppstår, øker strømmen i kretsen kraftig, noe som resulterer i et spenningsfall over "feltbryteren" og over shunten. Dette spenningsfallet er nok til å utløse laveffekttransistoren VT2. Åpning, sistnevnte lukker felteffekttransistoren, og lukker porten til jord. Samtidig lyser LED-en, siden strøm til den leveres av det åpne krysset til transistoren VT2.

På grunn av sin høye responshastighet er denne kretsen garantert å beskytte for ethvert problem ved utgangen.

Kretsen er svært pålitelig i drift og kan forbli i beskyttet tilstand på ubestemt tid.

Dette er spesielt enkel krets, som knapt engang kan kalles en krets, siden den bare bruker 2 komponenter. Dette er en kraftig diode og sikring. Dette alternativet er ganske levedyktig og brukes til og med i industriell skala.

Strøm fra laderen tilføres batteriet gjennom sikringen. Sikringen velges basert på maksimal ladestrøm. For eksempel, hvis strømmen er 10 A, er det nødvendig med en 12-15 A sikring.

Dioden kobles parallelt og lukkes når normal operasjon. Men hvis polariteten snus, vil dioden åpne seg og det oppstår en kortslutning.

Og sikringen er det svake leddet i denne kretsen, som vil brenne ut i samme øyeblikk. Etter dette må du endre det.

Dioden bør velges i henhold til databladet basert på det faktum at dens maksimum kortsiktig strøm var flere ganger større enn sikringens forbrenningsstrøm.

Denne ordningen gir ikke 100% beskyttelse, siden det har vært tilfeller der laderen brant ut raskere enn sikringen.

Bunnlinjen

Fra et effektivitetssynspunkt er den første ordningen bedre enn de andre. Men fra synspunktet om allsidighet og responshastighet, er det beste alternativet skjema 2. Vel, det tredje alternativet brukes ofte i industriell skala. Denne typen beskyttelse kan for eksempel ses på hvilken som helst bilradio.

Alle kretser, bortsett fra den siste, har en selvhelbredende funksjon, det vil si at driften gjenopprettes så snart kortslutningen er fjernet eller polariteten til batteriforbindelsen endres.

Vedlagte filer:

Hvordan lage en enkel Power Bank med egne hender: diagram av en hjemmelaget powerbank

Moderne strømbrytertransistorer har svært lave drain-source-motstander når de er på, noe som sikrer lavt spenningsfall når store strømmer passerer gjennom denne strukturen. Denne omstendigheten tillater bruk av slike transistorer i elektroniske sikringer.

For eksempel har IRL2505-transistoren en drain-source-motstand, med en source-gate-spenning på 10V, kun 0,008 Ohm. Ved en strøm på 10A vil effekten P=I² R frigjøres på krystallen til en slik transistor; P = 10 10 0,008 = 0,8 W. Dette antyder at transistoren ved en gitt strøm kan installeres uten å bruke en radiator. Selv om jeg alltid prøver å installere minst små kjøleribber. I mange tilfeller lar dette deg beskytte transistoren mot termisk sammenbrudd i nødssituasjoner. Denne transistoren brukes i beskyttelseskretsen beskrevet i artikkelen "". Om nødvendig kan du bruke overflatemonterte radioelementer og lage enheten i form av en liten modul. Enhetsdiagrammet er vist i figur 1. Det ble beregnet for en strøm på opptil 4A.

Elektronisk sikringsskjema

I denne kretsen brukes en felteffekttransistor med en p-kanal IRF4905 som en nøkkel, med en åpen motstand på 0,02 Ohm, med en portspenning = 10V.

I prinsippet begrenser denne verdien også minimumsforsyningsspenningen til denne kretsen. Med en dreneringsstrøm på 10A vil den generere en effekt på 2 W, noe som vil medføre behov for å installere en liten kjøleribbe. Den maksimale portkildespenningen til denne transistoren er 20V, derfor, for å forhindre sammenbrudd av portkildestrukturen, introduseres en zenerdiode VD1 i kretsen, som kan brukes som enhver zenerdiode med en stabiliseringsspenning på 12 volt. Hvis spenningen ved inngangen til kretsen er mindre enn 20V, kan zenerdioden fjernes fra kretsen. Hvis du installerer en zenerdiode, må du kanskje justere verdien på motstanden R8. R8 = (Upit - Ust)/Ist; Der Upit er spenningen ved kretsinngangen, Ust er stabiliseringsspenningen til zenerdioden, Ist er zenerdiodestrømmen. For eksempel, Upit = 35V, Ust = 12V, Ist = 0,005A. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ohm.

Strømspenningsomformer

Motstand R2 brukes som en strømsensor i kretsen, for å redusere kraften som frigjøres av denne motstanden; verdien er valgt til å være bare en hundredel av en ohm. Ved bruk av SMD-elementer kan den være sammensatt av 10 motstander på 0,1 Ohm, størrelse 1206, med en effekt på 0,25 W. Bruken av en strømsensor med så lav motstand medførte bruk av en signalforsterker fra denne sensoren. DA1.1-operasjonsforsterkeren til LM358N-mikrokretsen brukes som en forsterker.

Forsterkningen til denne forsterkeren er (R3 + R4)/R1 = 100. Således, med en strømsensor som har en motstand på 0,01 Ohm, er konverteringskoeffisienten til denne strømspenningsomformeren lik en, dvs. En ampere belastningsstrøm er lik en spenning på 1V ved utgang 7 DA1.1. Du kan justere Kus med motstand R3. Med de indikerte verdiene til motstandene R5 og R6, kan den maksimale beskyttelsesstrømmen settes innenfor ... La oss nå telle. R5 + R6 = 1 + 10 = 11kOhm. La oss finne strømmen som flyter gjennom denne deleren: I = U/R = 5A/11000Ohm = 0,00045A. Derfor vil den maksimale spenningen som kan stilles på pinne 2 på DA1 være lik U = I x R = 0,00045A x 10000 Ohm = 4,5 V. Dermed vil den maksimale beskyttelsesstrømmen være omtrent 4,5A.

Spenningskomparator

En spenningskomparator er satt sammen på den andre op-ampen, som er en del av denne MS. Den inverterende inngangen til denne komparatoren forsynes med en referansespenning regulert av motstand R6 fra stabilisator DA2. Ikke-inverterende inngang 3 på DA1.2 forsynes med forsterket spenning fra strømsensoren. Komparatorbelastningen er seriekrets, optokobler LED og dempningsjusteringsmotstand R7. Motstand R7 setter strømmen som går gjennom denne kretsen, ca. 15 mA.

Kretsdrift

Ordningen fungerer som følger. For eksempel, med en laststrøm på 3A, vil en spenning på 0,01 x 3 = 0,03V frigjøres ved strømsensoren. Utgangen til forsterker DA1.1 vil ha en spenning lik 0,03V x 100 = 3V. Hvis det i dette tilfellet ved inngang 2 til DA1.2 er en referansespenning satt av motstand R6, mindre enn tre volt, vil det ved utgangen til komparator 1 vises en spenning nær forsyningsspenningen til op-ampen, dvs. fem volt. Som et resultat vil optokoblerens LED lyse opp. Optokoblertyristoren vil åpne og bygge bro over porten til felteffekttransistoren med kilden. Transistoren vil slå seg av og slå av lasten. Returner diagrammet til den opprinnelige tilstanden Du kan bruke SB1-knappen eller slå strømforsyningen av og på igjen.