Простая схема защиты от перенапряжения и переполюсовки

19 декабря 2018

Допустим, у вас есть некое устройство, питаемое от внешнего аккумулятора. Для определенности скажем, от это LiIon или LiPo, часто используемые в квадракоптерах. При питании от внешнего источника всегда есть неплохие шансы сжечь устройство. Самый простой способ это сделать — перепутать полярность. Еще можно запитать устройство от блока питания и, случайно крутанув ручку, превысить допустимое напряжение. Давайте рассмотрим классическую схему, защищающую от таких ошибок при помощи компонентов общей стоимостью менее 5$.

Вот эти компоненты:

• VS-40TPS12PBF, тиристор на 35 А;
• 1N4744A, стабилитрон 15 В 5%;
• Резистор 1 кОм 0.25 Вт;
• RHRP3060, диод на 30 А;
• Автомобильный предохранитель «норма» на 25 А;
• Держатель автомобильного предохранителя «норма» на кабель;
• Немного термоусадок и провода 16 AWG в силиконовой изоляции;

Компоненты были выбраны в предположении, что устройство может потреблять до 25 А тока.

Если ваше устройство потребляет меньше, можно обойтись аналогичными компонентами, рассчитанными на меньший ток. Они обойдутся вам дешевле.

Схема защиты:

При нормальном питании устройства положенными 12-ю вольтами стабилитрон D1 имеет высокое сопротивление. Управляющий электрод тиристора D2 притянут к земле через резистор R1. Тиристор находится в закрытом состоянии. Диод D3 также закрыт, поскольку к нему приложено обратное напряжение. В итоге нагрузка получает питание.

Если напряжение питания превышает напряжение пробоя стабилитрона, ток через стабилитрон резко возрастает. Тиристор переходит в открытое состояние. Фактически, происходит короткое замыкание. В результате предохранитель перегорает и цепь размыкается. При нарушении полярности питания к диоду D3 прикладывается прямое напряжение и диод становится открыт. Опять-таки, происходит КЗ и сгорает предохранитель. Таким образом, цепь защищается как от перенапряжения, так и от переполюсовки.

Примечание: Как вариант, для защиты от переполюсовки вместо диода можно использовать МОП-транзистор. Этот способ ранее был описан в посте Шпаргалка в картинках по использованию MOSFET’ов.

Интересно, что устройство, собранное по приведенной схеме, можно сделать очень компактным. Вид спереди (без предохранителя):

Вид сзади:

Такую конструкцию можно упаковать в термоусадку и поместить прямо в корпус устройства, если в нем имеется немного свободного места. Предохранитель имеет смысл поместить не в корпус, а снаружи, на кабеле питания. Так будет легче заменять сгоревший предохранитель. Само собой разумеется, можно разместить все компоненты защиты и на кабеле. Если не вскрывать корпус, вы сохраните гарантию на устройство.

Схема была протестирована на стабилизаторе LM7805, светодиоде и резисторе в роли нагрузки, а также лабораторном блоке питания и LiPo аккумуляторе 3S в роли источников питания. Защита продемонстрировала безотказную работу во всех сценариях. В моем случае защита от перенапряжения срабатывала при 15.8 В. При необходимости, защиту можно настроить на любое напряжение, подобрав подходящий стабилитрон.

Такая вот простенькая, но надежная схема. Само собой разумеется, никакого срыва покровов здесь нет, поскольку приведенную схему можно найти в каждой второй книжке по электронике.

Дополнение: Схема ограничения по току и/или защиты от КЗ

Метки: Электроника.

Простая схема защиты от перенапряжения для электронных устройств, схем, модулей, работающих от постоянного тока « ЭлектроХобби

В данной статье предлагаю вам разобрать схему защиты от перенапряжения низковольтной электронной нагрузки, питаемой от постоянного тока. То есть, например мы имеем какое-то электронное устройство, схему, плату, модуль, который питается от постоянного напряжения величиной допустим 5 вольт, или 9, или 12, или 24 и т.д. При этом это устройство не допускает возможности превышения величины своего питающего напряжения хотя бы несколько процентов. Допустим мы возьмем обычный смартфон, для заряда которого нужно напряжение источника питания 5 вольт.

Причем стоит учесть, что допустимым диапазоном напряжений для зарядки телефонов, смартфонов, планшетов считается величина 5 – 5,3 вольта. Напряжение свыше 5,3 вольта уже не рекомендуется использовать, так как есть вероятность отрицательного воздействия на контроллер заряда вашего устройства. При использовании дешевых зарядных устройств, или самодельных блоков питания, где схемы защиты от перенапряжения отсутствуют, или собраны не качественным образом, возникает вероятность, что после случайно возникшего увеличения напряжения ваше мобильное устройство выйдет из строя. Даже небольшого, кратковременного скачка напряжения на выходе некачественного источника питания вполне может хватить, чтобы вы свой смартфон понесли в ремонт.

Проблема перенапряжения на выходе источника питания может возникнуть для любых устройств, а не только у смартфонов. Перенапряжение на выходе блока питания может возникнуть как по причине внешних воздействий (молния, коммутационные переключения в сети и т.д.), так и по причине появления определенных поломок в самом источнике питания. Следовательно любая из причин появления даже кратковременного перенапряжения на блоке питания может вывести из строя ваши электронные схемы, устройства, модули и т. д.

Чтобы обезопасить свои электронные устройства можно собрать достаточно простую и полностью работоспособную схему защиты от перенапряжения, рисунок которой представлен в начале этой статьи. В имеющемся варианте данная схема защиты рассчитана на работу с постоянным напряжением 5 вольт, от которых будет безопасно заряжаться смартфон, телефон, планшет и т.д. То есть, как я ранее написал, максимально допустимым напряжением зарядки для смартфонов является величина 5,3 вольта. Следовательно нашу защиту от перенапряжения нужно настроить на чуть большее напряжение, а именно на 5,4 вольта. И чтобы не произошло с вашей зарядкой или блоком питания, на выходе схемы защиты напряжение никогда не превысит величину 5,4 вольта. При достижении порога в 5,4 вольта на выходе источника питания защита просто отключит это напряжение на своем выходе. Следовательно ваши устройства будут полностью защищены от случайных перенапряжений.

Теперь давайт разберем саму схему данной защиты от перенапряжения. По сути это пороговое устройство с транзисторным ключем, который просто размыкает цепь между источником питания и нагрузкой в случае превышения порогового напряжения. На входе схемы стоит обычный параметрический стабилизатор напряжения, собранный на управляемом стабилитроне типа TL431. Данный стабилитрон является высокоточной микросхемой. Напряжение (стабилизации), которое будет между анодом и катодом этого стабилитрона зависит от имеющегося потенциала на его выводе управления. Этот потенциал задается делителем напряжения в виде подстроечного резистора R1, которым мы и устанавливаем нужный нам порог срабатывания схемы при нужном уровне максимально допустимого выходного напряжения источника питания.

Сразу хочу сказать, что те номиналы резисторов, которые представлены в имеющейся схеме защиты от перенапряжения, рассчитаны на работу схемы с напряжением 5 вольт. При этом эти сопротивления обеспечивают минимальный ток, потребляемый самой схемой защиты. То есть, при работе с напряжением 5 вольт эти сопротивления обеспечивают высокий КПД схемы, где общим ток потребления защиты не превышает 1-2 мА. Если вы данную схему защиты планируете использовать для большего напряжения, допустим 12 вольт, то и номиналы всех резисторов желательно увеличить в 2 раза. При напряжении 12 вольт и имеющихся номиналах сопротивлений схема будет также нормально работать и выполнять свою функцию защиты от перенапряжения, но ток потребления уже вырастет до 8-10 мА. А это уже не так экономно, как хотелось бы.

Итак, вращая подстроечный резистор R1 мы задаем величину стабилизационного напряжения, которое будет образовываться на управляемом стабилитроне TL431. Если мы на стабилитроне выставили ровно 5 вольт, то до этого напряжения стабилитрон закрыт и через него ток не проходит. При этом любое напряжение до 5 вольт будет оседать только на стабилитроне. На резисторе R2 в это время никакого напряжения не будет. И лишь когда напряжение на стабилитроне поднимется выше 5 вольт, только в этом случае все, что выше 5 вольт будет оседать на R2. При этом данный резистор R2 еще и ограничивает силу тока, проходящего через стабилитрон.

Параллельно резистору R2 подключен база-эмиттерный переход биполярного транзистора VT1 (через токоограничительный резистор R3). Чтобы транзистор VT1 открылся, нужно чтобы на нем между его базой и эмиттером образовалось напряжение не менее 0,6 вольт. И поскольку мы имеем дело с транзистором N-P-N проводимости, то на базу должен подаваться положительный потенциал, а на эмиттер отрицательный. Как только на резисторе R2 образовалось напряжение чуть более 0,6 вольт (с учетом, что небольшая часть напряжения еще осядет на резисторе R3), а следовательно и на переходе база-эмиттер транзистора VT1, этот транзистор открывается и между его выводами коллектор-эмиттер резко увеличивается проводимость. То есть, это равносильно, что коллектор и эмиттер вместе соединятся.

Изначально, при нормальном напряжении на источнике питания, полевой транзистор VT2 открыт. Этому способствует изначально подаваемое на него напряжение управления. Плюсовой потенциал идет через резистор R4 и поступает на затвор полевика, а минус сразу идет на исток от источника питания. Напомню, что для того, чтобы полевой МОП транзистор с изолированным затвором открылся (изначально от закрыт), и через его канал сток-исток начал проходить ток, между выводами затвора и истока должно присутствовать постоянное напряжение величиной не менее 4 вольта (в отличии от биполярного, у которого напряжение открытия 0,6 вольт).

Как мы видим из схемы, коллектор и эмиттер биполярного транзистора VT1 параллельно подключены к затвору и истоку полевого транзистора VT2. Следовательно, если транзистор VT1 откроется, то это будет способствовать закрытию полевого транзистора VT2 (поскольку биполярник просто закоротит управляющие выводы полевика). Резистор R4 нужен для ограничения тока, который будет протекать через него после открытия VT1. В противном случае, без R4, VT1 сделал бы короткое замыкание источника питания при своем открытии. Ну, и в целом, цепь R4 и коллекторно-эмиттерный переход VT1 представляют собой делитель напряжения.

В целом схема данной защиты от перенапряжения работает следующим образом. У нас имеется выставленное пороговое напряжение 5,4 вольта. Мы подаем на схему питание 5 вольт. К выходу схемы защиты подключаем наше электронное устройство (пусть это будет смартфон). Изначально полевой транзистор VT2 открыт, следовательно на наше устройство также подается напряжение и оно работает. Но как только на входе схемы защиты напряжение поднялось выше 5,4 вольта, транзистор VT1 открывается и этим открытием закрывает полевой транзистор VT2. Цепь разрывается и образовавшееся повышенное напряжение не поступает в наше устройство. Ваш девайс в безопасности. Если же напряжение на входе защиты снова опустится ниже порогового значения 5,4 вольта, защита разблокируется и безопасное напряжение снова начнет поступать в ваше устройство (смартфон).

В данной схеме на месте основного ключа используется полевой транзистор типа IRFZ44. Этот полевик имеет достаточно хорошие характеристики. А именно, у него очень маленькое сопротивление канала исток-сток в открытом состоянии. Это обеспечивает высокий КПД схемы защиты, плюс к этому при небольшой нагрузке полное отсутствие нагрева этого транзистора. Да и максимальный ток этот транзистор может выдерживать весьма большой (около 50 А). Стоит он также достаточно дешево. Хотя в эту схему подойдет любой другой полевой МОП транзистор с изолированным каналом (N-канальный), лишь бы он выдерживал тот ток, который будет через него проходить.

Эту схему можно использовать и при любом другом постоянном напряжении, хотя для обеспечения экономичности нужно будет сопротивление имеющихся резисторов увеличить (примерно пропорционально) соответственно своему рабочему напряжению. То есть, если вы хотите эту схему защиты использовать для напряжения 12 вольт, то и резисторы вместо 1 ком ставим по 2 ком, а подстроечник на 10 ком меняем на 20 ком. Причем стоит учесть, что минимальное напряжение, с которым данная схема может нормально работать это 5 вольт (если с натяжкой то 4 вольта). А дело в том, что при напряжении менее 4 вольт имеющейся полевой транзистор просто не откроется. Ну, и поскольку у полевых транзисторов подобного типа имеется максимально допустимое напряжение для управляемого напряжения, которое не должно превышать 20 вольт, то при использовании схемы защиты при напряжениях более 20 вольт нужно добавить в схему стабилитрон между затвором и истоком полевика VT2.

Ну, а в целом данная схема проверена, и она полностью работоспособна.

Видео по этой теме:

RS Компоненты | Промышленные, электронные продукты и решения

Компоненты РС | Промышленные, электронные продукты и решения

• Поддержка
• Откройте для себя
• для вдохновения
• Найдите местное отделение

Разделы нашей продукции:

• Аккумуляторы и зарядные устройства
• Соединители
• Дисплеи и оптоэлектроника
• Контроль электростатического разряда, чистые помещения и прототипирование печатных плат
• Пассивные компоненты
• Блоки питания и трансформаторы
• Raspberry Pi, Arduino и средства разработки
• Полупроводники

• Механизм автоматизации и управления
• Кабели и провода
• Корпуса и серверные стойки
• Предохранители и автоматические выключатели
• HVAC, вентиляторы и управление температурным режимом
• Освещение
• Реле и формирование сигналов
• Переключатели

• Доступ, хранение и обработка материалов
• Клеи, герметики и ленты
• Подшипники и уплотнения
• Инженерные материалы и промышленное оборудование
• Застежки и крепления
• Ручной инструмент
• Механическая передача энергии
• Сантехника и трубопровод
• Пневматика и гидравлика
• Электроинструменты, Пайка и сварка

• Компьютеры и периферия
• Уборка и техническое обслуживание помещений
• Офисные принадлежности
• Средства индивидуальной защиты и рабочая одежда
• Безопасность и скобяные изделия
• Безопасность сайта
• Испытания и измерения

Схемы защиты от перенапряжения: принцип, выбор и конструкция

В настоящее время устройства защиты от перенапряжения могут предотвратить небольшое или полное разрушение печатных плат электроприборов. Однако они так же важны по соображениям безопасности.

Понимание причины, по которой защита от перенапряжения необходима. Это означает, что вы будете владеть полной информацией о рисках и опасностях, связанных с высоковольтными скачками или скачками напряжения. Эти ситуации могут длиться от нескольких наносекунд до микросекунд. Однако, несмотря на их короткий период, они оказывают значительное давление на электронные устройства. Понимание значения, работы и конструкции технологии защиты от перенапряжения может помочь в выборе идеальной схемы защиты от перенапряжения.

 

 

Содержание

Значение и принцип работы цепей защиты от перенапряжения

 

Устройство защиты от перенапряжения представляет собой электронное устройство, которое не имеет тока. Кроме того, это также переходные процессы, которые постоянно возникают в центральных инженерных сетях.

Они работают путем быстрого замыкания любого пикового напряжения, возникающего в основной цепи питания переменного тока.

В этом видеоролике объясняется, как защититься от скачков высокого напряжения с помощью сетевого фильтра.

Типы схем защиты от усилителей

Существуют два распространенных типа схем защиты от усилителей, которые являются

Primarge Supertecter

Primarge Protector

Primarge Protector

. . К ним относится вход в офис, дом или электрическая проводка здания. Он защищает каждый электрический прибор или оборудование, которое подключается к линии за пределами точки входа. Основное устройство защиты от перенапряжения мощное. Кроме того, он тяжелый, большой и дорогой.

 

A type of surge protector circuit with indicators placed at the entrance of a hospital

 

Secondary Surge Protector:

 

Contrariwise, a secondary surge protector is not as costly and effective as первичный предохранитель от перенапряжений. Однако он удобен, легко перемещается и подключается к внешней розетке. Кроме того, он защищает электроприборы от попадания тока из подключенной розетки. Тем не менее, существуют и другие типы вторичных устройств защиты от перенапряжений, а именно;

 

Разветвители

 

Это вторичные устройства защиты от перенапряжения, которые подключаются к электрическому каналу. Более того, разветвители имеют множество каналов для подключения различных электронных устройств. Точно так же, если произойдет скачок напряжения, удлинитель отключит питание. Однако иногда это приводит к отключению электроэнергии. Тем не менее, это наиболее полезная характеристика для предотвращения повреждения устройств.

 

Резервуар вторичного контура защиты от перенапряжений с встроенным устройством защиты от перенапряжения и автоматическим выключателем в ресторане

 

Источник бесперебойного питания или ИБП : 2 Это другой вторичный тип 3  

защита от перенапряжения. Некоторые сложные ИБП имеют встроенное устройство защиты от скачков напряжения. Кроме того, он предлагает аналогичные функции безопасности по сравнению с удлинителями.

 

A UPS SURGE Protector Curry Protector Protector Protector Protection Bluying Timary Surges в напряжении

Проектирование схемы защиты от усилителя или металлическая цепь:

9012 9012 9012 9012 9012 9012.

 

Разработать устройство защиты от перенапряжения несложно. Некоторому электрическому оборудованию требуется только одно защитное устройство, металлооксидный варистор (MOV).

 

Свойства MOV

 

• Металлооксидный варистор (MOV) представляет собой резистор, зависящий от напряжения
• Работает как устройство защиты от перенапряжения в линиях электропередач.
• Кроме того, его принцип работы может быть подобен телевизорам или двунаправленным подавителям переходных напряжений.
• Также он служит в качестве разомкнутой цепи для низкого напряжения фиксации.
• Кроме того, работа MOV аналогична неомическому нелинейному диоду с характеристиками направленного напряжения.

 

Схема

 

Необходимый компонент MOV

 

2

2

• Тяжелый полупроводниковый материал (обычно спеченный гранулированный оксид цинка), проводящий большой ток.
• Кусок оксида металла, подключенный к заземлению и линии электропередач
• Ограничение напряжения примерно в три-четыре раза по сравнению с нормальной цепью
• Подходящие MOV, соединенные параллельно, для увеличения периода полураспада и увеличения тока.

 

Цепи защиты от перенапряжений в автомобильных системах

 

Переходные скачки напряжения могут вызвать повреждение коммуникационных шин, гидролизных контроллеров и систем охлаждения двигателя. Также клапаны, двигатели и многое другое в автомобильных системах. Защитными устройствами в автомобильных системах могут быть либо ограничители переходных напряжений (TVS), либо стабилитроны.

 

Свойства цепей защиты от перенапряжения в автомобильных системах

 

• Зенеровские диоды, используемые для защиты от скачков нагрузки
• Изготовлен из полупроводниковой керамики
• TVS защищает коммуникационные шины
• TVS снижает импульсный ток за счет низкого напряжения фиксации
• Они совместимы с пайкой волной припоя и современными процедурами оплавления.
• Комплект для поверхностного монтажа дает разработчику экономию места по сравнению с большей площадью компонентов в пластиковом корпусе.

 

Схема цепи

 

Необходимые компоненты

 

• Ограничение сорока импульсов
• Чувствительное устройство с напряжением до 250 В, требующее защиты.
• Пиковый импульсный ток около 800 А
• Токовый вход 24 В постоянного тока

 

Сетевой фильтр радиопомех и схема подавления перенапряжений

 

Эта конструкция идеально подходит для осушки основного контура сетевого фильтра переменного тока. Это обеспечивает комбинированную защиту от подавления радиопомех и скачков напряжения.

 

Свойства линейного фильтра радиочастотных помех и цепи подавления перенапряжения

 

• Цепи радиопомех обычно представляют собой схемы широкополосных фильтров.
• Сетевой фильтр радиопомех состоит из небольшого ферритового трансформатора с несколькими конденсаторами.
• Трансформатор блокирует и блокирует прохождение через линию любых исходящих или входящих радиопомех.
• Конденсаторная сеть повышает эффективность за счет заземления высокой избыточной частоты в линии.
• Над двумя маленькими ферритовыми стержнями, обернутыми друг вокруг друга, расположен трансформатор.
• Одно из концевых соединений обмотки переключается между выходом/входом нейтральной линии.

 

Принципиальная схема

 

Необходимые компоненты сетевого фильтра радиопомех

 0013

Фильтры состоят из устройства, содержащего параллельные емкостные элементы (не несущие нагрузку). А также последовательные индуктивные (несущие) компоненты или цепь. Компонент предлагает низкий путь цепи вокруг защищаемой цепи для высокочастотного шума.

Кроме того, фильтры также ослабляют симуляцию. Это связано с тем, что анализ пика Фурье покажет, что он содержит текущие формы волны. Таким образом, ограничитель перенапряжения и фильтр работают вместе при подключении.

Разница между устройством защиты от перенапряжения и автоматическим выключателем

 

Силовые автоматические выключатели и устройства защиты от перенапряжения являются технологиями защиты.

Однако между ними есть различия.

Также необходимо наличие силовых автоматических выключателей. Это панель со встроенными автоматическими выключателями, которая необходима вашему дому или офису. Функция автоматического выключателя заключается в предотвращении перегрузки цепи. Это может привести к перегреву и, в конечном итоге, к взрыву. Кроме того, они имеют адаптеры, защищенные автоматическим выключателем усилителя, для обеспечения дополнительной безопасности. Маленькая красная кнопка на панели управления сигнализацией срабатывает при перегрузке по току. После обнаружения и исправления вы можете вернуть его и вернуться к работе. Кроме того, это также избавит вас от необходимости заходить в сервисную панель.

С другой стороны, устройства защиты от перенапряжения предотвращают скачки напряжения в электроприборах. Скачок напряжения — это когда прибор или шнур превышает номинальное напряжение. Это может привести к выходу из строя ваших электронных устройств. Разветвители, такие как PSROT-072, широко распространены в общественных местах.