Circuite de protecție a sursei de alimentare. Protecție la scurtcircuit pe tranzistorul cu efect de câmp. Adăugând realism sistemului de securitate

Semnal de putere bun

Când pornim, tensiunile de ieșire nu ating imediat valoarea dorită, dar după aproximativ 0,02 secunde și pentru a preveni furnizarea de tensiune redusă a componentelor PC, există semnal special„putere bună”, numită uneori și „PWR_OK” sau pur și simplu „PG”, care se aplică atunci când tensiunile la ieșirile +12V, +5V și +3.3V ating intervalul corect. Pentru a furniza acest semnal, o linie specială este alocată pe conectorul de alimentare ATX conectat la (nr. 8, fir gri).

Un alt consumator al acestui semnal este circuitul de protecție la subtensiune (UVP) din interiorul sursei de alimentare, despre care se va discuta mai târziu - dacă este activ din momentul în care este pornit, pur și simplu nu va permite computerului să se pornească , oprind imediat sursa de alimentare, deoarece tensiunile vor fi evident sub nominale. Prin urmare, acest circuit este pornit numai atunci când este aplicat semnalul Power Good.

Acest semnal este furnizat de un circuit de monitorizare sau de un controler PWM (modularea lățimii pulsului folosită în toate sursele de alimentare cu comutație moderne, motiv pentru care și-au primit numele, abrevierea în engleză este PWM, familiară de la răcitoarele moderne - pentru a controla viteza lor de rotație furnizată la ei, curentul este modulat într-un mod similar.)

Putere Diagrama de livrare a semnalului bună conform specificațiilor ATX12V.
VAC este tensiunea alternativă de intrare, PS_ON# este semnalul „pornire”, care este trimis atunci când butonul de alimentare de pe unitatea de sistem este apăsat. „O/P” este o abreviere pentru „punct de operare”, adică. valoarea de lucru. Și PWR_OK este semnalul Power Good. T1 este mai mic de 500 ms, T2 este între 0,1 ms și 20 ms, T3 este între 100 ms și 500 ms, T4 este mai mic sau egal cu 10 ms, T5 este mai mare sau egal cu 16 ms și T6 este mai mare decât sau egal cu 1 ms.

Protecție la subtensiune și supratensiune (UVP/OVP)

Protecția în ambele cazuri este implementată folosind același circuit care monitorizează tensiunile de ieșire +12V, +5V și 3.3V și oprește alimentarea dacă una dintre ele este mai mare (OVP - Protecție la supratensiune) sau mai mică (UVP - Protecție sub tensiune). ) o anumită valoare, care se mai numește și „punct de declanșare”. Acestea sunt principalele tipuri de protecție care sunt prezente în prezent în aproape toate dispozitivele; în plus, standardul ATX12V necesită OVP.

O mică problemă este că atât OVP, cât și UVP sunt de obicei configurate cu puncte de declanșare prea departe de valoarea tensiunii nominale, iar în cazul OVP aceasta este o potrivire directă cu standardul ATX12V:

Acestea. puteți face o sursă de alimentare cu un punct de declanșare OVP de +12V la 15,6V sau +5V la 7V și va fi în continuare compatibil cu standardul ATX12V.

Acest lucru va produce, să zicem, 15V în loc de 12V pentru o perioadă lungă de timp, fără a declanșa protecția, ceea ce poate duce la defecțiunea componentelor PC-ului.

Pe de altă parte, standardul ATX12V stipulează clar că tensiunile de ieșire nu trebuie să devieze cu mai mult de 5% de la valoarea nominală, dar OVP poate fi configurat de producătorul sursei de alimentare pentru a funcționa la o abatere de 30% de-a lungul +12V și + linii de 3,3V și 40% - de-a lungul liniei +5V.

Producătorii selectează valorile punctelor de declanșare folosind unul sau altul cip de monitorizare sau controler PWM, deoarece valorile acestor puncte sunt strict definite de specificațiile unui anumit cip.

Ca exemplu, să luăm popularul cip de monitorizare PS223, care este folosit în unele care sunt încă pe piață. Acest cip are următoarele puncte de declanșare pentru modurile OVP și UVP:

Alte jetoane oferă un set diferit de puncte de declanșare.

Și încă o dată vă reamintim cât de departe de valorile normale ale tensiunii sunt de obicei configurate OVP și UVP. Pentru ca acestea să funcționeze, sursa de alimentare trebuie să fie într-o situație foarte dificilă. În practică, sursele de alimentare ieftine care nu au alte tipuri de protecție în afară de OVP/UVP eșuează înainte ca OVP/UVP să fie declanșat.

Protecție la supracurent (OCP)

În cazul acestei tehnologii (abrevierea engleză OCP este Supracurent Protecție) există o problemă care ar trebui luată în considerare mai detaliat. Conform standardului internațional IEC 60950-1, niciun conductor din echipamentul informatic nu trebuie să transporte mai mult de 240 de volți-amperi, ceea ce este cazul cu DC oferă 240 de wați. Specificația ATX12V include o cerință pentru protecție la supracurent pe toate circuitele. În cazul celui mai încărcat circuit de 12V, obținem un curent maxim admis de 20A. Desigur, o astfel de limitare nu permite producerea unei surse de alimentare cu o putere mai mare de 300 de wați și, pentru a o ocoli, circuitul de ieșire +12V a început să fie împărțit în două sau mai multe linii, fiecare dintre ele având propriul circuit de protecție la supracurent. În consecință, toți pinii de alimentare care au contacte de +12V sunt împărțiți în mai multe grupuri în funcție de numărul de linii, în unele cazuri sunt chiar codificați cu culori pentru a distribui în mod adecvat sarcina pe linii.

Cu toate acestea, în multe surse de alimentare ieftine cu două linii de +12V declarate, în practică este utilizat un singur circuit de protecție a curentului și toate firele de +12V din interior sunt conectate la o singură ieșire. Pentru a implementa funcționarea adecvată a unui astfel de circuit, protecția la sarcină de curent este declanșată nu la 20A, ci, de exemplu, la 40A, iar limitarea curentului maxim pe un fir se realizează prin faptul că într-un sistem real, Sarcina de +12V este întotdeauna distribuită între mai mulți consumatori și chiar mai multe fire.

Mai mult decât atât, uneori vă puteți da seama dacă o anumită sursă de alimentare folosește protecție separată de curent pentru fiecare linie de +12V numai dezasambland-o și analizând numărul și conexiunea șunturilor utilizate pentru măsurarea curentului (în unele cazuri, numărul de șunturi poate depășește numărul de linii, deoarece pot fi utilizate mai multe șunturi pentru a măsura curentul pe o singură linie).

Un alt punct interesant este că, spre deosebire de protecția la supra/subtensiune, nivelul de curent admis este reglat de producătorul sursei de alimentare prin lipirea rezistențelor de una sau alta valoare la ieșirile microcircuitului de control. Și la sursele de alimentare ieftine, în ciuda cerințelor standardului ATX12V, această protecție poate fi instalată doar pe liniile +3,3V și +5V, sau absentă cu totul.

Protecție la supratemperatură (OTP)

După cum sugerează și numele (OTP - Over Temperature Protection), protecția la supraîncălzire oprește sursa de alimentare dacă temperatura din interiorul carcasei sale atinge o anumită valoare. Nu toate sursele de alimentare sunt echipate cu acesta.

În sursele de alimentare, este posibil să vedeți un termistor atașat la radiator (deși în unele surse de alimentare poate fi lipit direct pe placa de circuit imprimat). Acest termistor este conectat la circuitul de control al vitezei ventilatorului și nu este utilizat pentru protecția împotriva supraîncălzirii. În sursele de alimentare echipate cu protecție la supraîncălzire, se folosesc de obicei doi termistori - unul pentru a controla ventilatorul, celălalt pentru a proteja efectiv împotriva supraîncălzirii.

Protecție la scurtcircuit (SCP)

Protecția la scurtcircuit (SCP) este probabil cea mai veche dintre aceste tehnologii, deoarece este foarte ușor de implementat cu câteva tranzistoare, fără a utiliza un cip de monitorizare. Această protecție este prezentă în mod necesar în orice sursă de alimentare și o oprește în cazul unui scurtcircuit în oricare dintre circuitele de ieșire, pentru a evita un posibil incendiu.

Circuitul integrat (IC) KR142EN12A este stabilizator reglabil tip de compensare a tensiunii în carcasa KT-28-2, care vă permite să alimentați dispozitive cu un curent de până la 1,5 A în domeniul de tensiune 1,2...37 V. Acest stabilizator integrat are protecție de curent stabilă termic și protecție la scurtcircuit la ieșire .

Pe baza IC-ului KR142EN12A, puteți construi bloc reglabil sursă de alimentare, al cărei circuit (fără transformator și punte de diode) este prezentat în Fig.2. Tensiunea de intrare redresată este furnizată de la puntea de diode la condensatorul C1. Tranzistorul VT2 și cipul DA1 ar trebui să fie amplasate pe radiator.

Flanșă radiatorului DA1 este conectat electric la pinul 2, deci dacă DAT și tranzistorul VD2 sunt situate pe același radiator, atunci trebuie să fie izolate unul de celălalt.

În versiunea autorului, DA1 este instalat pe un radiator mic separat, care nu este conectat galvanic la radiator și tranzistorul VT2. Puterea disipată de un cip cu radiator nu trebuie să depășească 10 W. Rezistoarele R3 și R5 formează un divizor de tensiune inclus în elementul de măsurare al stabilizatorului. O tensiune negativă stabilizată de -5 V este furnizată condensatorului C2 și rezistenței R2 (utilizată pentru a selecta punctul stabil termic VD1).În versiunea originală, tensiunea este furnizată de la puntea de diode KTs407A și stabilizatorul 79L05, alimentat de la un separat înfăşurarea transformatorului de putere.

Pentru pază de la închiderea circuitului de ieșire al stabilizatorului, este suficient să conectați un condensator electrolitic cu o capacitate de cel puțin 10 μF în paralel cu rezistorul R3 și rezistorul de șunt R5 cu o diodă KD521A. Amplasarea pieselor nu este critică, dar pentru o bună stabilitate a temperaturii este necesar să se utilizeze tipurile adecvate de rezistențe. Acestea trebuie amplasate cât mai departe de sursele de căldură. Stabilitatea generală a tensiunii de ieșire constă din mulți factori și, de obicei, nu depășește 0,25% după încălzire.

După pornireși încălzind dispozitivul, tensiunea minimă de ieșire de 0 V este setată cu rezistența Rao6. Rezistoarele R2 ( Fig.2) și rezistența Rno6 ( Fig.3) trebuie să fie trimmere multi-turn din seria SP5.

Posibilitati curentul microcircuitului KR142EN12A este limitat la 1,5 A. În prezent, există microcircuite la vânzare cu parametri similari, dar proiectate pentru un curent mai mare în sarcină, de exemplu LM350 - pentru un curent de 3 A, LM338 - pentru un curent de 5 A. Recent la vânzare au apărut microcircuite importate din seria LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Aceste microcircuite pot funcționa la o tensiune redusă între intrare și ieșire (până la 1... 1,3 V) și oferă o tensiune de ieșire stabilizată în intervalul 1,25...30 V la un curent de sarcină de 7,5/5/3 A, respectiv . Cel mai apropiat în parametri analog domestic tipul KR142EN22 are un curent maxim de stabilizare de 7,5 A. La curentul maxim de ieșire, modul de stabilizare este garantat de producător la o tensiune de intrare-ieșire de cel puțin 1,5 V. Microcircuitele au și protecție încorporată împotriva excesului de curent în sarcina valorii admisibile si protectia termica impotriva supraincalzirii carcasei . Acești stabilizatori asigură o instabilitate a tensiunii de ieșire de 0,05%/V, instabilitate a tensiunii de ieșire atunci când curentul de ieșire se modifică de la 10 mA la o valoare maximă nu mai slabă de 0,1%/V. Pe Fig.4 prezintă un circuit de alimentare pentru un laborator de acasă, care vă permite să faceți fără tranzistoarele VT1 și VT2, prezentate în Fig.2.

În loc de microcircuitul DA1 KR142EN12A, a fost folosit microcircuitul KR142EN22A. Acesta este un stabilizator reglabil cu o cădere scăzută de tensiune, care vă permite să obțineți un curent de până la 7,5 A în sarcină. De exemplu, tensiunea de intrare furnizată microcircuitului este Uin = 39 V, tensiunea de ieșire la sarcină Uout = 30 V, curent la sarcină louf = 5 A, atunci puterea maximă disipată de microcircuit la sarcină este de 45 W. Condensatorul electrolitic C7 este utilizat pentru a reduce impedanța de ieșire la frecvențe înalte și, de asemenea, reduce tensiunea de zgomot și îmbunătățește netezirea ondulației. Dacă acest condensator este tantal, atunci capacitatea sa nominală trebuie să fie de cel puțin 22 μF, dacă aluminiu - cel puțin 150 μF. Dacă este necesar, capacitatea condensatorului C7 poate fi mărită. Dacă condensatorul electrolitic C7 este situat la o distanță mai mare de 155 mm și este conectat la sursa de alimentare cu un fir cu o secțiune transversală mai mică de 1 mm, atunci este un condensator electrolitic suplimentar cu o capacitate de cel puțin 10 μF. instalat pe placă paralel cu condensatorul C7, mai aproape de microcircuitul în sine. Capacitatea condensatorului de filtru C1 poate fi determinată aproximativ la o rată de 2000 μF per 1 A de curent de ieșire (la o tensiune de cel puțin 50 V). Pentru a reduce variația de temperatură a tensiunii de ieșire, rezistorul R8 trebuie să fie înfășurat fie cu sârmă, fie cu folie metalică, cu o eroare nu mai mare de 1%. Rezistorul R7 este de același tip cu R8. Dacă dioda zener KS113A nu este disponibilă, puteți utiliza unitatea prezentată în Fig.3. Autorul este destul de mulțumit de soluția de circuit de protecție dată, deoarece funcționează impecabil și a fost testată în practică. Puteți utiliza orice soluție de circuit de protecție a sursei de alimentare, de exemplu cele propuse în. În versiunea autorului, când releul K1 este declanșat, contactele K 1.1 se închid, scurtcircuitarea rezistenței R7, iar tensiunea la ieșirea sursei de alimentare devine 0 V. Placă de circuit imprimat Unitatea de alimentare și locația elementelor sunt prezentate în Fig. 5, aspect BP - activat Fig.6.

Multe unități de casă au dezavantajul de a lipsi de protecție împotriva polarității inverse a puterii. Chiar și o persoană cu experiență poate încurca din neatenție polaritatea sursei de alimentare. Și există o mare probabilitate ca după aceasta Încărcător va cădea în paragină.

Acest articol va discuta 3 opțiuni pentru protecția la polaritate inversă, care funcționează impecabil și nu necesită nicio ajustare.

Opțiunea 1

Această protecție este cea mai simplă și diferă de cele similare prin faptul că nu utilizează tranzistori sau microcircuite. Relee, izolarea diodelor - acestea sunt toate componentele sale.

Schema funcționează după cum urmează. Minusul din circuit este comun, deci circuitul pozitiv va fi luat în considerare.

Dacă nu există nicio baterie conectată la intrare, releul este în stare deschisă. Când bateria este conectată, plusul este furnizat prin dioda VD2 către înfășurarea releului, drept urmare contactul releului se închide și curentul principal de încărcare curge către baterie.

În același timp, indicatorul LED verde se aprinde, indicând că conexiunea este corectă.

Și dacă scoateți acum bateria, atunci va exista tensiune la ieșirea circuitului, deoarece curentul de la încărcător va continua să curgă prin dioda VD2 către înfășurarea releului.

Dacă polaritatea conexiunii este inversată, dioda VD2 va fi blocată și nu va fi alimentată înfășurarea releului. Releul nu va funcționa.

În acest caz, LED-ul roșu se va aprinde, care este intenționat conectat incorect. Va indica faptul că polaritatea conexiunii bateriei este incorectă.

Dioda VD1 protejează circuitul de auto-inducție care apare atunci când releul este oprit.

Dacă se introduce o astfel de protecţie în , merită să luați un releu de 12 V. Curentul permis al releului depinde numai de putere . În medie, merită să folosiți un releu de 15-20 A.

Această schemă încă nu are analogi în multe privințe. Protejează simultan împotriva inversării puterii și a scurtcircuitului.

Principiul de funcționare al acestei scheme este următorul. În timpul funcționării normale, plusul de la sursa de alimentare prin LED-ul și rezistența R9 deschide tranzistorul cu efect de câmp, iar minusul prin joncțiunea deschisă a „comutatorului de câmp” merge la ieșirea circuitului către baterie.

Când are loc o inversare a polarității sau un scurtcircuit, curentul din circuit crește brusc, ducând la o scădere de tensiune pe „comutatorul de câmp” și pe șunt. Această cădere de tensiune este suficientă pentru a declanșa tranzistorul de putere redusă VT2. Deschizând, acesta din urmă închide tranzistorul cu efect de câmp, închizând poarta la masă. În același timp, LED-ul se aprinde, deoarece alimentarea acestuia este furnizată de joncțiunea deschisă a tranzistorului VT2.

Datorită vitezei mari de răspuns, acest circuit este garantat să protejeze pentru orice problemă la ieșire.

Circuitul este foarte fiabil în funcționare și poate rămâne într-o stare protejată pe termen nelimitat.

Acest lucru este special circuit simplu, care cu greu poate fi numit circuit, deoarece folosește doar 2 componente. Aceasta este o diodă și o siguranță puternică. Această opțiune este destul de viabilă și chiar este folosită la scară industrială.

Alimentarea de la încărcător este furnizată bateriei prin siguranță. Siguranța este selectată pe baza curentului maxim de încărcare. De exemplu, dacă curentul este de 10 A, atunci este necesară o siguranță de 12-15 A.

Dioda este conectată în paralel și închisă când operatie normala. Dar dacă polaritatea este inversată, dioda se va deschide și va avea loc un scurtcircuit.

Și siguranța este veriga slabă din acest circuit, care se va arde în același moment. După aceasta va trebui să-l schimbați.

Dioda trebuie selectată conform fișei de date pe baza faptului că maximul său curent de scurtă durată a fost de câteva ori mai mare decât curentul de ardere a siguranței.

Această schemă nu oferă protecție 100%, deoarece au existat cazuri în care încărcătorul s-a ars mai repede decât siguranța.

Concluzie

Din punct de vedere al eficienței, prima schemă este mai bună decât celelalte. Dar din punct de vedere al versatilității și al vitezei de răspuns, cea mai bună opțiune este schema 2. Ei bine, a treia opțiune este adesea folosită la scară industrială. Acest tip de protecție poate fi văzut, de exemplu, pe orice radio auto.

Toate circuitele, cu excepția ultimului, au o funcție de auto-vindecare, adică funcționarea va fi restabilită de îndată ce scurtcircuitul este îndepărtat sau polaritatea conexiunii bateriei este schimbată.

Fișiere atașate:

Cum să faci un Power Bank simplu cu propriile mâini: diagrama unui power bank de casă

Tranzistoarele moderne de comutare a puterii au rezistențe foarte scăzute la sursa de scurgere atunci când sunt pornite, ceea ce asigură căderea de tensiune scăzută atunci când curenții mari trec prin această structură. Această împrejurare permite utilizarea unor astfel de tranzistori în siguranțe electronice.

De exemplu, tranzistorul IRL2505 are o rezistență dren-sursă, cu o tensiune sursă-gate de 10V, doar 0,008 ohmi. La un curent de 10A, puterea P=I² R va fi eliberată pe cristalul unui astfel de tranzistor; P = 10 10 0,008 = 0,8 W. Acest lucru sugerează că la un curent dat tranzistorul poate fi instalat fără a utiliza un radiator. Deși mereu încerc să instalez cel puțin radiatoare mici. În multe cazuri, acest lucru vă permite să protejați tranzistorul de defectarea termică în situații de urgență. Acest tranzistor este utilizat în circuitul de protecție descris în articolul „”. Dacă este necesar, puteți utiliza radioelemente montate pe suprafață și puteți realiza dispozitivul sub forma unui modul mic. Diagrama dispozitivului este prezentată în Figura 1. A fost calculată pentru un curent de până la 4A.

Schema electronica a sigurantelor

În acest circuit se folosește ca cheie un tranzistor cu efect de câmp cu canal p IRF4905, având o rezistență deschisă de 0,02 Ohm, cu o tensiune de poartă = 10V.

În principiu, această valoare limitează și tensiunea minimă de alimentare a acestui circuit. Cu un curent de scurgere de 10A, va genera o putere de 2 W, ceea ce va presupune necesitatea instalării unui mic radiator. Tensiunea maximă poarta-sursă a acestui tranzistor este de 20V, prin urmare, pentru a preveni defectarea structurii poartă-sursă, în circuit este introdusă o diodă zener VD1, care poate fi utilizată ca orice diodă zener cu o tensiune de stabilizare de 12 volți. Dacă tensiunea la intrarea circuitului este mai mică de 20V, atunci dioda zener poate fi scoasă din circuit. Dacă instalați o diodă Zener, poate fi necesar să ajustați valoarea rezistenței R8. R8 = (Upit - Ust)/Ist; Unde Upit este tensiunea la intrarea circuitului, Ust este tensiunea de stabilizare a diodei Zener, Ist este curentul diodei Zener. De exemplu, Upit = 35V, Ust = 12V, Ist = 0,005A. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ohm.

Convertor curent-tensiune

Rezistorul R2 este folosit ca senzor de curent în circuit, pentru a reduce puterea eliberată de acest rezistor; valoarea sa este aleasă să fie doar o sutime de ohm. La utilizarea elementelor SMD, acesta poate fi compus din 10 rezistențe de 0,1 Ohm, mărimea 1206, cu o putere de 0,25 W. Utilizarea unui senzor de curent cu o rezistență atât de scăzută a presupus utilizarea unui amplificator de semnal de la acest senzor. Amplificatorul operațional DA1.1 al microcircuitului LM358N este folosit ca amplificator.

Câștigul acestui amplificator este (R3 + R4)/R1 = 100. Astfel, cu un senzor de curent având o rezistență de 0,01 Ohm, coeficientul de conversie al acestui convertor curent-tensiune egal cu unu, adică Un amper de curent de sarcină este egal cu o tensiune de 1V la ieșirea 7 DA1.1. Puteți regla Kus-ul cu rezistența R3. Cu valorile indicate ale rezistențelor R5 și R6, curentul maxim de protecție poate fi setat în... Acum să numărăm. R5 + R6 = 1 + 10 = 11kOhm. Să găsim curentul care curge prin acest divizor: I = U/R = 5A/11000Ohm = 0,00045A. Prin urmare, tensiunea maximă care poate fi setată la pinul 2 al DA1 va fi egală cu U = I x R = 0,00045A x 10000 Ohm = 4,5 V. Astfel, curentul maxim de protecție va fi de aproximativ 4,5A.

Comparator de tensiune

Un comparator de tensiune este asamblat pe al doilea amplificator operațional, care face parte din acest MS. Intrarea inversoare a acestui comparator este alimentată cu o tensiune de referință reglată de rezistența R6 de la stabilizatorul DA2. Intrarea neinversoare 3 a DA1.2 este alimentată cu tensiune amplificată de la senzorul de curent. Sarcina comparatorului este circuit în serie, LED optocupler și rezistență de reglare a amortizarii R7. Rezistorul R7 stabilește curentul care trece prin acest circuit, aproximativ 15 mA.

Funcționarea circuitului

Schema funcționează după cum urmează. De exemplu, cu un curent de sarcină de 3A, o tensiune de 0,01 x 3 = 0,03V va fi eliberată la senzorul de curent. Ieșirea amplificatorului DA1.1 va avea o tensiune egală cu 0,03V x 100 = 3V. Dacă în acest caz, la intrarea 2 din DA1.2 există o tensiune de referință setată de rezistența R6, mai mică de trei volți, atunci la ieșirea comparatorului 1 va apărea o tensiune apropiată de tensiunea de alimentare a amplificatorului operațional, adică. cinci volți. Ca rezultat, LED-ul optocuplerului se va aprinde. Tiristorul optocuplatorului se va deschide și va face punte între poarta tranzistorului cu efect de câmp cu sursa sa. Tranzistorul se va opri și va opri sarcina. Întoarceți diagrama la starea initiala Puteți utiliza butonul SB1 sau puteți opri și porni din nou sursa de alimentare.