Електронний запобіжник, що самовідновлюється. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Електронний запобіжник, що самовідновлюється

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Захист апаратури від аварійних режимів роботи мережі

Коментарі до статті

Пропонований електронний запобіжник відстежує опір навантаження. Він не тільки відключає її у разі навантаження, а й сам відновлюється у вихідний режим, коли опір навантаження повертається до норми.

Швидкодіючий електронний запобіжник, описаний у статті [1], в момент включення живлення автоматично підключає навантаження за відсутності замикання або перевантаження. У разі перевантаження запобіжник вимикає навантаження. Для її повторного включення необхідно натиснути кнопку "Пуск" запобіжника або вимкнути і знову включити живлення, що не завжди зручно.

Пропонований пристрій, розроблений на основі попереднього, повністю автоматичний. Воно немає ніяких органів управління. Пристрій визначає справність навантаження щодо її опору. Якщо вона більша за допустиму межу, навантаження автоматично підключається до джерела живлення. В іншому випадку пристрій відключає навантаження відповідно до функції запобіжника. На короткий час (близько 10 мкс) навантаження періодично підключається до джерела живлення через струмообмежувальні резистори. За цей час електронний запобіжник вимірює опір навантаження і, якщо він повернувся до допустимої межі, сам відновлюється зі стану аварійного відключення навантаження нормального.

Електронний запобіжник включають між блоком живлення та навантаженням. Пристрій працездатний при напрузі від 12 до 30 В та струмі навантаження до 20 А. Розроблено два варіанти пристрою: з комутацією мінусового або плюсового дроту живлення навантаження. Схема першого варіанта показано на рис. 1, другого – на рис. 2. Компоненти, що виконують ту саму функцію, позначені однаково.

Електронний запобіжник, що самовідновлюється
Рис. 1

У пристрої (див. рис. 1) реалізовано два контури контролю навантаження: попередній (на компараторі DA3) та основний (на компараторі DA4). Вимір опору навантаження відбувається при її підключенні транзистором VT1 через резистори R2 і R3. Якщо опір навантаження більший за поріг спрацьовування, що встановлюється підстроювальним резистором R7, відкривається основний комутуючий транзистор VT2, який підключає навантаження до джерела живлення.

Струм навантаження в нормальному режимі відстежує основний контур компаратора DA4. Якщо він перевищить поріг спрацьовування, що встановлюється підстроювальним резистором R14, основний комутуючий транзистор VT2 закриється. Вступає у роботу попередній контур на основі компаратора DA3, який дозволить знову відкрити основний комутуючий польовий транзистор VT2, коли опір навантаження повернеться до допустимої межі.

Для управління транзистором VT2, як і попередньому пристрої [1], використаний RS-тригер на елементах DD1.2 і DD1.3. Перевага такого тригера в тому, що він допускає логічно одночасну присутність активних сигналів, що управляють, на обох входах управління. Домінує керуючий сигнал, що безпосередньо впливає на вихід [2]. У нашому випадку на прямому виході RS-тригера (висновок 3 DD1) домінує активний сигнал високого рівня по настановному входу S (висновок 1 DD1). Для RS-тригера, виконаного на елементах АБО, активний рівень вихідного прямого сигналу низький, тому для управління транзистором VT2 застосований інвертор на елементі DD1.4. Вхід R RS-тригера (виведення 8 DD1) з'єднаний з виходом компаратора DA4 (виведення 9 - відкритий колектор).

У момент включення живлення і на час перехідних процесів транзистор VT2 закритий, оскільки ланцюг R1C2 забезпечує подачу напруги живлення через стабілізатор DA1 мікросхеми DD1 і DA2 пізніше, ніж на компаратори DA3 і DA4. Напруга на неин-вертирующем вході (виведення 3) компаратора DA4 більше напруги на його вході, що інвертує (висновок 4), тому вихідний транзистор компаратора (висновки 2 і 9) закритий. Як тільки мікросхему DD1 надійде живлення, високий рівень з виходу DA4 (висновок 9) встановить RS-тригер в стан з високим рівнем на виведенні 3 DD1. На виході інвертора DD1.4 та на затворі транзистора VT2 – низький рівень, тому він закритий. У такому стані транзистор VT2 буде перебувати до тих пір, поки на верхній за схемою вхід елемента DD1.2 не надійде короткий імпульс, що запускає високого рівня. Він виробляється на виході елемента DD1.1 з появою одночасно з його входах імпульсів низького рівня. На верхній за схемою вхід елемента DD1.1 надходять імпульси, що запускають - короткі імпульси низького рівня великої шпаруватості, які виробляє генератор на таймері DA2, резисторах R4, R5 і конденсаторі С4. Тривалість імпульсів дорівнює R5C4ln2 ~ 25 мкс, а період їх повторення – (R4+2R5)C4ln2 = 2 мс [3].

Після подачі живлення на таймер DA2 перший імпульс з його виході 3 з'являється із затримкою (R4+R5)C4ln2 = 2 мс на час перехідних процесів початкової установки RS-тригера DD1.2, DD1.3. Кожен запускаючий імпульс з виходу таймера 3 DA2 надходить на верхній за схемою вхід елемента DD1.1 і, одночасно, через інвертор на транзисторі VT3 вже у вигляді короткого імпульсу високого рівня - на затвор транзистора VT1, який, відкриваючись, підключає навантаження до джерела живлення через резистори R2 та R3. Вони не тільки обмежують струм навантаження, але й утворюють ланцюг для вимірювання його опору: точка з'єднання цих резисторів підключена до входу, що не інвертує (висновок 3) компаратора DA3. До входу, що інвертує (висновок 4) цього компаратора підключено ланцюг R6-R8. Положення двигуна підстроювального резистора R7 визначає опір навантаження, при якому перемикається компаратор DA3.

Після включення живлення транзистор VT1 закритий, тому напруга на вході, що не інвертує, компаратора DA3 буде завжди більше напруги на його інвертуючому вході, тому вихідний транзистор компаратора (висновки 2 і 9) закритий. Одиничний сигнал на нижньому за схемою вході елемента DD1.1 забезпечує наявність низького рівня на його виході та, відповідно, на вході S RS-тригера, який таким чином збереже свій вихідний стан.

Якщо при відкритому транзисторі VT1 опір навантаження менший за допустиму межу, то напруга на неінвертуючому вході компаратора DA3 буде більше напруги на його вході, що інвертує. На виході (висновок 9) компаратора DA3 збережеться стан, яке було при закритому транзисторі VT1. Високий рівень з виходу компаратора DA3, надходячи на нижній вхід елемента DD1.1, блокує проходження імпульсів, що запускають, з виходу таймера DA2 до тих пір, поки не зникне перевантаження виходу електронного запобіжника.

Якщо при відкритому транзисторі VT1 опір навантаження більше допустимої межі, то напруга на вході, що інвертує, компаратора DA3 буде більше напруги на його неінвертуючому вході. Вихідний транзистор компаратора DA3 (висновки 2 та 9) відкритий. На входах елемента DD1.1 будуть короткі імпульси низького рівня, що перекриваються (з невеликим зрушенням). На виході цього елемента сформується короткий імпульс високого рівня, який переключить входу S RS-тригер в стан з низьким рівнем на виході. До цього моменту на вході R вже є високий рівень з компаратора DA4. Але сигнал входу S має більш високий пріоритет, тому на виході тригера - низький рівень. В результаті, одиничний сигнал з виходу інвертора DD1.4 відкриє транзистор VT2.

Якщо струм навантаження менший за межу спрацьовування захисту, компаратор DA4 перейде у стійкий стан з низьким рівнем на виході. Відкритий транзистор VT2 задає малу (частки вольта) напругу на вході, що не інвертує, компаратора DA3 незалежно від стану транзистора VT1. Напруга на вході DA3, що інвертує, близько приблизно до половини вхідної напруги. Оскільки на виведенні компаратора 9 DA3 стійкий низький рівень, то запускають імпульси з виходу таймера DA2 через елемент DD1.1 зберігають поточний стан RS-тригера.

Якщо струм навантаження перевищить допустиму межу, компаратор DA4 перемикається так, що його вихідний транзистор закривається. Одиничний сигнал встановить високий рівень на виході тригера і, відповідно, низький рівень на виході інвертора DD1.4, в результаті транзистор VT2 закриється і відключить навантаження.

Електронний запобіжник, що самовідновлюється
Рис. 2

Аналогічно функціонує електронний запобіжник із комутацією плюсового дроту (рис. 2). Він відрізняється застосуванням р канальних транзисторів VT1 та VT2. Оскільки сигнали, що управляють, повинні бути подані на затвори транзисторів щодо їх витоків, з'єднаних з плюсовим проводом живлення, вони інвертовані. Тому інвертори на елементі DD1.4 та транзисторі VT3 не використані.

Конструкція та деталі. Електронний запобіжник виконаний методом поверхневого монтажу на друкованій платі розмірами 35x70 мм із двостороннього фольгованого склотекстоліту. Креслення плат показано на рис. 3 (для комутації мінусового дроту за схемою на рис. 1) та на рис. 4 (для комутації плюсового дроту за схемою на рис. 2). Усі деталі, крім транзистора VT2, змонтовані з одного боку плати, фольга з іншого боку використана як тепловідведення для встановленого у ньому транзистора VT2.

Електронний запобіжник, що самовідновлюється
Рис. 3

Інтегральний таймер КР1006ВІ1 (DA2) можна замінити зарубіжним аналогом NE555N. Світлодіод HL1 – будь-який малопотужний. Транзистор КТ361А (VT3) можна замінити на КТ361Б-КТ361Е. Рекомендації щодо вибору інших компонентів ті ж, що й у попередній статті [1].

Електронний запобіжник, що самовідновлюється
Рис. 4

Налагодження пристрою зводиться до встановлення порогів перемикання компараторів DA3 та DA4 підстроювальними резисторами R7 та R14. До входу підключають лабораторний блок живлення, до виходу - з'єднані послідовно амперметр і реостат, встановлений в положення максимального опору. До виходу компаратора DA3 (висновок 9) щодо виведення 2 підключають осцилограф, гальванічно розв'язаний живлення. Двигун підстроєного резистора R7 встановлюють у верхнє за схемою на рис. 1 положення, двигун R14 - в нижнє та включають живлення. Запобіжник повинен підключити навантаження, що визначають по світінню індикатора HL1 та показанням амперметра. Осцилограф – показати наявність коротких імпульсів амплітудою близько 9 В. Зменшують опір реостату доти, доки амперметр не покаже струм спрацьовування захисту. Після цього переміщають двигун підстроєного резистора R14 вгору за схемою на рис. 1 до вимкнення навантаження. Світлодіод HL1 повинен згаснути. Потім переміщають двигун підлаштування резистора R7 вниз за схемою (див. рис. 1) до зникнення імпульсів на виході компаратора DA3. Збільшуючи опір навантаження, перевіряють, що пристрій автоматично підключає його до джерела живлення. Зменшення опору навантаження, у тому числі до короткого замикання, повинно спричинити її відключення протягом близько 10 мкс. При перевантаженні в момент увімкнення живлення електронний запобіжник не повинен підключати навантаження.

Електронний запобіжник, зібраний за схемою на рис. 2, налагоджують аналогічно, з тією лише різницею, що двигун підстроювального резистора R7 попередньо встановлюють в нижнє за схемою положення і переміщують вгору, а двигун підстроювального резистора R14 - у верхнє за схемою положення і переміщують вниз.

Параметри імпульсів, що запускають, можна змінювати підбором резисторів R4 і R5. Якщо немає необхідності контролювати опір вимкненого навантаження кожні 2 мс, можна збільшити опір резистора R4 аж до 2 МОм. При цьому пропорційно зросте період імпульсів, що запускають. Зниження опору резистора R5 бажано зменшити тривалість імпульсів до мінімально достатнього значення, при якому пристрій надійно підключає навантаження у всьому інтервалі напруги живлення. Бажано виміряти час відкритого стану транзистора VT2 в режимі короткого замикання виходу при максимальній напрузі живлення і розрахувати енергію імпульсу струму, що розсіюється, як це описано в попередній статті [1]. Якщо вона перевищує допустиму межу, зменшують опір резистора R5, а якщо пристрій перестає запускатися, то знижують максимально допустиму напругу живлення або вибирають потужніший транзистор VT2 [4, 5].

Можливе таке налаштування електронного запобіжника, що компаратори DA3 та DA4 перемикатимуться при різних опорах навантаження. Необхідність у цьому може виникнути при підключенні навантаження з нелінійною вольт-амперною характеристикою.

література

Лунєв А. Швидкодіючий електронний запобіжник. – Радіо, 2007, № 12, с. 28-30.
Шило Ст Л. Популярні цифрові мікросхеми. Довідник - М: Радіо і зв'язок, 1989.
Пухальський Г. І., Новосельцева Т. Я. Проектування дискретних пристроїв на інтегральних мікросхемах. Довідник - М Радіо та зв'язок, 1990.
Потужні польові перемикальні транзистори фірми International Rectifier. – Радіо, 2001, № 5, с. 45.
Нефьодов А. Нові напівпровідникові прилади. Потужні польові транзистори. – Радіо, 2006, № 3, с. 45-50.

Автор: А. Лунаєв, м. Курськ; Публікація: radioradar.net

Дивіться інші статті розділу Захист апаратури від аварійних режимів роботи мережі.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Специфікація Cable Power для HDMI кабелів 15.06.2022

Організація HDMI Forum опублікувала виправлення до стандарту HDMI 2.1a з описом технології Cable Power. З її допомогою виробники аксесуарів зможуть позбавитися зовнішніх блоків живлення та інших "милиць" при передачі даних на велику відстань без втрати якості сигналу.

Сучасні HDMI-кабелі мають негласне обмеження довжини 3 метри для перегляду контенту, що вимагає повної пропускної здатності 48 Гбіт/с, без зниження стабільності сигналу та якості картинки. При використанні більш довгих аксесуарів зазвичай застосовуються додаткові адаптери живлення з USB-коннектором.

Нова специфікація Cable Power передбачає можливість подачі додаткової потужності (до 5 В/0,3 A) безпосередньо через аксесуар. Окремі пристрої або роз'єми при цьому не потрібні - подача живлення здійснюватиметься самим джерелом сигналу (наприклад, ігровою консоллю або медіаплеєром).

Зазначається, що функція буде працювати лише в одному напрямку. Користувачеві доведеться перевірити розташування відповідного значка на конекторі самого кабелю. При неправильному підключенні аксесуар не втратить працездатність, але не отримає додаткового живлення - це може призвести до погіршення якості сигналу.

Поки що невідомо, які саме комерційні пристрої першими отримають підтримку стандарту Cable Power. Його розробники також повідомляють, що власники старого обладнання зможуть використовувати нові кабелі за допомогою спеціальних перехідників micro-USB Type-B або USB Type-C.

Інші цікаві новини:

▪ Недорогий захист автомобільної електроніки від кібератак

▪ Рослини на робочому столі знижують стрес

▪ OMRON зменшує розміри FPC-з'єднувачів

▪ Оновлена лінійка SSD Mushkin

▪ Ін'єкція гормону FGF21 допомагає протверезіти

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Попередні підсилювачі. Добірка статей

▪ стаття Гігієнічні норми вмісту хімічних речовин у атмосфері. Основи безпечної життєдіяльності

▪ стаття Чи впливала погода на перебіг історії? Детальна відповідь

▪ стаття Виноград дівочий п'ятилисточковий. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Радіоприймач рибалки-любителя. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Спектри гармонійних спотворень в електронних лампах Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт