Устройство защита от перенапряжения электронных схем. Все электронные устройства нуждаются в схемах защиты. Они используются, как следует из названия, для защиты источника питания от возникновения в цепи чрезмерного тока в результате перегрузки или короткого замыкания.
Кроме этого, такое устройство используется для защиты схемы, подключенной к источнику питания, у которого слишком большое выходное напряжение, превышающее расчетное или перепутана полярность при подключении. Все подобные электронные приборы можно классифицировать следующим образом:
Устройство защита от перенапряжения для источников питания
Схема “crowbar” (показанная на рис.1) это и есть устройство защита от перенапряжения. При нормальном использовании, питание 12В подается на выход через диод обратной защиты и предохранитель. Стабилитрон выбран с немного большим напряжением; в данном случае 15В. Когда входное напряжение достигает 15В, стабилитрон проводит ток, создавая напряжение на R2.
Когда оно достигает триггерного напряжения SCR (менее 1В), тиристор SCR срабатывает, создавая короткое замыкание на входе, которое вызывает перегорание предохранителя. C1 гарантирует, что импульсы, вызванные переходными процессами переключения, не запускают тиристор SCR. SCR и стабилитрон должны выдерживать импульсный пусковой ток, пока не перегорит предохранитель.
Защита от перенапряжения
Версия для ПК вышеуказанной схемы
На рис.2 показана почти такая же схема, за исключением того, что стабилитрон был заменен регулируемым стабилитроном D5. Изменяя напряжение на его входе с помощью R6, вы можете установить напряжение запуска, что обеспечивает большую гибкость. Наконец, на рис.3 изображена эта же схема, только с добавленным в цепь регулятора напряжения светодиодный индикатор, который сигнализирует при перегорании предохранителя, а также ниже, изображение готовой платы.
Рис.2 Программируемое устройство защита от перенапряжения
Рис.3 Схема регулятора с защитой от перенапряжения
Готовая печатная плата для указанной выше схемы
Еще одна форма перенапряжения — это скачок напряжения в линии электропередачи. Скорее всего, это проблема со стороны электросети переменного тока. Часто применяемое техническое решение состоит в том, чтобы подключить параллельно источнику питания переменный MOV-варистор.
MOV (Металл-оксидный варистор с переменной величиной), похож на резистор большого номинала (несколько сотен кОм), который очень быстро реагирует на повышение напряжения. Во время кратковременного падения напряжения, его сопротивление становится достаточно низким, тем самым предохраняя цепь от скачка. См. Рис.4 ниже.
Рис.4 Защита с помощью подстроечного варистора MOV
Защита от критического значения тока
В предыдущей статье мы рассмотрели регуляторы и способы ограничения их тока. Давайте посмотрим на это еще раз.
На рис.5 Q8 — это магистральный входной транзистор, регулируемый цепочкой Q10 и D8. R19 и Q9 — эта часть схемы контролирует максимальный ток. Если напряжение между базой и эмиттером Q9 достигает 0,6 В, Q9 начинает включаться, тем самым гасит ток в базе Q8, принуждая его отключаться.
Фокус заключается в подборе номинала R19 таким образом, чтобы при токе отсечки, напряжение снижалось на 0,6V. Итак, если мы хотим отключиться на токе 2А, R = V/I = 0,6/2 = 0,3 или 0,33 Ом. Поскольку этот резистор пропускает через себя полный ток нагрузки, он должен быть рассчитан на мощность не менее 5 Вт.
Обратите внимание, что вы должны на компонентах, которые будут нагреваться, оставить длину выводов немного побольше, и увеличить под них площадь радиатора охлаждения на печатной плате. Кроме того, припаяйте его, чтобы значительно повысить его способность рассеивать тепло (но не делайте этого с радиочастотными компонентами!)
Рис.5 Стабилизатор с максимальной токовой защитой
Еще одно устройство защита от перенапряжения
Конечно, есть и другие устройства защиты от перегрузки по току, такие как предохранители и автоматические выключатели для большого переменного тока, наверняка они имеются в линии электроснабжения и вашего дома.
Предохранители — это просто специальная тонкая проволока, которая быстро нагревается и плавится. К ним можно еще добавить различные устройства, такие как пружины растяжения, чтобы они медленнее взрывались, и порошок, окружающий предохранительный провод, чтобы предотвратить разбивание стекла при его взрыве. Обычно выбираются предохранители с номиналом 150% от нормального тока. Вот здесь есть хорошая статья о предохранителях.
Автоматические выключатели — это отдельная тема. Но в общем, это простые переключатели, у которых есть механизм их отключения. В обычном автоматическом выключателе — это биметаллическая полоса, через которую течет ток и изгибается при нагревании.
Затем он механически присоединяется к механизму отключения и срабатывает при определенном токе. Автоматические выключатели также имеют небольшую индуктивную составляющую, поэтому автоматический выключатель может отключаться медленно при перегрузке или очень быстро при коротком замыкании.
Защита от обратной полярности
Защита от обратной полярности является наиболее простой для реализации. Подойдет простой диод в цепи входящего питания. Но для этого он должен быть соответствующего номинала. На Рис.6, выпрямительный диод 1N4006 имеет номинальный ток 1А и PIV (пиковое обратное напряжение) 800V, поэтому его должно хватить для большинства схем.
Диод создает постоянное падение напряжения от 0,6 до 0,7V, но это не должно быть проблемой. Однако, если у вас есть цепь, которая должна работать при очень низком напряжении, падение 0,6V на последовательном диоде может стать проблемой. В этом случае нужно установить шунт, на рис.6 (справа) показан шунтирующий диод.
Когда входное напряжение меняется на противоположное, диод проводит ток, вызывая перегорание предохранителя. Он действительно работает, но есть некоторые вещи, о которых следует знать, например: диод должен выдерживать полный ток источника питания в течение времени, которое требуется для срабатывания предохранителя. Это будет достаточно, хотя потребуется диод рассчитанный на ток не менее 5-10А.
Рис.6 Защита от обратного напряжения
Защита от обратной полярности, обратной ЭДС
Есть еще одна форма защиты от обратной полярности, которая возникает, когда вы этого не ожидаете. Каждый раз, когда индуктивность, несущая ток, отключается, накопленное магнитное поле в катушке должно рассеяться, поэтому, ток будет пытаться сделать это в обратном направлении, через свои выводы.
Мало того, это могут быть сотни вольт. (Так работают автоматические свечи зажигания старого образца.) Вы также можете защитить свое устройство от этой обратной ЭДС, используя перевернутый диод включенный параллельно индуктивности, как показано на рис.7. Обратите внимание, что диод 1N4006 должен иметь при этом высокое пиковое обратное напряжение.
Рис.7 Защита от обратной ЭДС
Примечание: помните, что предохранители работают медленно. Бытует шутка, что транзистор за 50 долларов часто перегорает первым, чтобы защитить предохранитель на 10 центов!