Ограничитель тока нагрузки: Ошибка 404 — документ не найден

ОГРАНИЧИТЕЛЬ ТОКА СХЕМА

Недостаток плавких предохранителей, это их одноразовость и необходимость последующей ручной замены на другой, рассчитанный на тот же ток предохранитель. Когда под рукой нет подходящего, используют предохранители на другой ток или ставят самодельные предохранители или просто перемычки из провода, что негативно отражается на надежности работы аппаратуры. Обеспечить автоматическую защиту устройства и одновременно повысить быстродействие можно за счет использования электронного предохранителя.Часто мы пренебрегаем защитой, и в результате имеем немало сгоревших схем из-за неправильного подключения к БП, случайного замыкания, превышения тока нагрузки и т. д. Так что потратьте немного времени и дополните любой блок питания с напряжением 3 – 25 В этой защитой. Встроить его можно в БП или зарядное устройство.

В ограничителе тока нагрузки стоят обычные биполярные транзисторы. Входное напряжение через резистор R1 поступает на базу транзистора VT1 и открывает его.

Транзистор работает в режиме насыщения, поэтому входное напряжения поступает на выход источника питания. При токе меньше порогового транзистор VT2 закрыт, и светодиод не горит. Резистор R3 выполняет роль датчика тока. Как только падение напряжения на нем превысит порог открывания транзистора VT2, он откроется, включится светодиод, а транзистор VT1, начнет закрываться, и ток через нагрузку ограничится.

При указанных на схеме номиналах элементов ток короткого замыкания равен (0,7 В)/(2 Ом)=0,35 А. Меняя номинал этого резистора – получим любое значение токоограничения. Например питая что-то очень слаботочное, ставим сопротивление 8 Ом, ток ограничения будет 0.7/8 =0.1А. Уже точно ничего не сгорит. Следует помнить, что этот резистор берётся для тока более пол-ампера, мощностью 1 – 2 Ватта.

Если всё-таки без жучка никак, воспользуйтесь таблицей значений токов плавления для предохранителей из проволоки.

     ФОРУМ

Ограничитель тока на транзисторе от коротких замыканий

Ограничитель тока на транзисторе — защита выхода от коротких замыканий

Ограничитель тока на транзисторе — для питания внешних устройств или подсистем многим изделиям требуется дополнительный выход постоянного напряжения. Если такие подсистемы рассчитаны на горячее подключение, дополнительный выход должен быть защищен от коротких замыканий. Схемы, в которых используются предохранители, медленны, а падающее на предохранителях напряжение может влиять на основную систему. Очень дешевая схема, обеспечивающая импульсное ограничение тока, показана на Рисунке 1. Схема может реагировать на кратковременные или постоянные короткие замыкания выхода.

Основные элементы примененные в схеме

Единственный побочный эффект, создаваемый схемой на входной шине, — небольшой провал напряжения (сотни милливольт в течение сотен микросекунд). Основные элементы, использованные в устройстве — это инвертор с триггером Шмитта U1 (74НС14), транзисторный ключ Q2 и токоизмерительный резистор R

sense. Напряжение питания VIN этой схемы равно 12 В, а расчетный максимальный ток нагрузки — 0.6 А. В нормальном режиме работы, когда ток нагрузки не превышает 500 мА, транзистор Q1 закрыт. Напряжение в точках V1 и V2 равно нулю, С1 разряжен, а напряжение в узле V3 равно 5 В. Транзисторы Q3 и Q2 включены, и выходное напряжение VOUT= 12B.

Если ток нагрузки превысит 0.6 А, транзистор Q1 включится, напряжение V1 увеличится, и конденсатор С1 будет заряжаться через диод D1 с небольшой постоянной времени C1хR1. Когда напряжение V2 превысит верхний порог переключения 74НС14, напряжение в точке V3 упадет практически до нуля, транзистор Q3 закроется и выключит Q2, в результате чего протекание тока через нагрузку прекратится. Вслед за ним выключится транзистор Q1, напряжение в узле V1 станет низким, и конденсатор С1 начнет заряжаться с большой постоянной времени, равной С1хR2. По истечении промежутка времени, зависящего от С1 и R2, напряжение в узле V

2 станет низким, в узле V3 — высоким, и проходной транзистор Q2 откроется.

Принцип работы устройства

В случае продолжительного замыкания выхода этот процесс периодического импульсного включения и выключения продолжится. При больших токах нагрузки ограничитель тока на транзисторе может получить проблемы, связанные с большой мощностью, рассеиваемой на резисторе Rsense. В связи с этим Q1 можно заменить монитором тока верхнего плеча (таким, например, как ZXCT1021) и внести соответствующие изменения в схему. D2 выполняет защитную функцию, разряжая конденсатор С1 при выключении питания. Транзистор Q2 должен выдерживать достаточный ток (желательно от 4 до 5 А). Разработчики также должны не забывать о разбросе пороговых напряжений триггера Шмитта.

Уменьшение падения напряжения

Для снижения прямого падения напряжения Q2 можно заменить р-канальным MOSFET. При более высоких напряжениях (например, 24 В) необходимо обеспечить защиту промежутка затвор-исток MOSFET: это напряжение не должно превышать пробивного напряжения стабилитрона. Когда выход был закорочен резистором 1 Ом, напряжение в точке V2 начало изменяться по пилообразному закону между пиковыми значениями 2 В и 3.2 В с временем нарастания 500 мкс и временем спада 1 с. Амплитуда импульса выходного тока была равна примерно 1.5 А при длительности 500 мкс, а провал входного напряжения составлял 0.2 В в течение тех же 500 мкс. Чтобы сократить длительность импульса тока короткого замыкания, емкость конденсатора С1 можно уменьшить (скажем, до 0.47 mkO).

ограничение тока закороченной нагрузки до 20А

Проблема с ограничением тока при использовании линейного драйвера, такого как этот, заключается в том, что драйвер будет рассеивать энергию пропорционально падению напряжения на нем. Если нагрузка падает большую часть напряжения, драйвер может быть в состоянии выжить. Но если нагрузка падает только на несколько вольт при 20 А, то драйвер будет рассеивать большое количество энергии.

При 20 А и 12 В цепь будет рассеивать мощность = V x I = 12 x 20 = 240 Вт. Это существенная сумма.

Если нагрузка падает на 10 В при 20 А, водитель должен сбросить оставшиеся 2 Вольт. Таким образом, рассеяние нагрузки составляет 10 В x 20 А = 200 Вт, а рассеяние драйвера — 2 В x 20 А = 40 Вт. 40 ватт в Дарлингтоне должны иметь достаточно солидный радиатор, чтобы не перегреваться. Если вы отключите его быстро, и если только один или два из них находятся в этом режиме, то вы сможете «сойти с рук». Но если какое-то время какое-то количество нагрузок остается на пределе тока, «будут проблемы».

Одно из решений состоит в том, чтобы иметь контроллер, который полностью отключается, когда я превышаю 10 А, ждет некоторое время и пытается снова. Проблема в том, что до 20А все хорошо, но если нагрузка пытается взять больше 20А, она ограничивается выбросами 20А = намного меньше, чем в среднем 20А.

Одним из решений является «ШИМ» переключателя, когда он находится в режиме ограничения тока (переключатель только включен или выключен), и отрегулируйте соотношение между выходом и выключением, чтобы среднее значение составляло 20А. Схема для этого может быть дешевле и проще, чем может показаться. Операционный усилитель или на схему и несколько пассивных компонентов. Или пакет CMOS Schmitt Gate и немного игры.

Лучший способ — это использовать драйвер режима переключения, который ограничивает до 20 А и отключает доступную энергию только при необходимости. Это также могут быть простые 92 транзистора в минималистском виде), но для каждой цепи требуется раздражающая катушка индуктивности.


Как показано, результат будет ОЧЕНЬ неточным, поскольку коэффициент усиления по току пары транзисторов Дарлингтона будет очень неточным. Если вы не выберете тест (например, не отрегулируете базовый резистор с помощью потенциометра), он будет очень неточным и даже тогда не будет хорошим в долгосрочной перспективе. Я могу дать вам дешевые схемы для ограничителя тока. но сначала давайте посмотрим, куда идет вопрос.

Да, вам нужен диод поперек нагрузки, если он индуктивный, полярность такая, что он обычно не проводит.


Рассеяние в контроллере и почему:

Ток от 12 В через нагрузку и контроллер на землю

R — сумма всех резисторов в данной последовательной цепи. 2 x .5 = 200 Вт.

Контроллер «нагревается» :-).

Ограничение тока ШИМ:

ШИМ = широтно-импульсная модуляция полностью включает нагрузку, скажем, X%, если время и выключено в течение 100-Х% времени

Если вы включите нагрузку полностью, а затем полностью выключите ее с коэффициентом заполнения 1: 5, средний ток составит 20 А.

Я на = 12 / 0,1 = 120 А!

Я выключен = 0

(1 х 120 А + 5 х 0 А) / 6 = 20 в среднем

Батарея должна быть в состоянии обеспечить пики 120А.

Добавление индуктора последовательно с нагрузкой и «диод-ловушка» превращает схему в «понижающий преобразователь», например, так

Если переключатель находится в положении N-й раз, выходное напряжение будет равно 1 / N-й в Vin.

Обычный подход состоит в том, чтобы контролировать Iout и регулировать период включения для ограничения максимального тока по желанию.

Вот пример, который делает именно это.

Это не совсем то, что вы хотите, но показывает принцип. Это схема драйвера реле, предоставленная мною Ричардом Проссером. Подстановка соответствующей катушки индуктивности для L1 и размещение нагрузки чуть ниже L1 обеспечивает ограниченный ток питания. Это становится немного «занят» для того, что вы хотите.


Использование защищенного токоограничивающего MOSFET

Было предложено использовать защищенный от тока МОП-транзистор, такой как защищенный низковольтный драйвер ON Semiconductor NCV8401 с ограничением тока и температуры

Сильной стороной NCV8401 является отключение, если поддерживается высокий ток повреждения, и ограничение максимального тока, который может протекать при возникновении отказа. Устройства, подобные этому, делают это хорошо, но они не предназначены для поддержания ограничивающего тока в течение длительных периодов времени. Я попробовал подключить подобное устройство прямо через автомобильный аккумулятор и включить его. Нет проблем — они просто входят в ограничение и восстанавливаются к нормальной работе, когда условие перегрузки устранено.

Это изумительные устройства, и они чрезвычайно полезны на своем месте, но они не будут соответствовать первоначально заявленной цели поддержания постоянного тока 20 А в нагрузке, например, в условиях неисправности, КРОМЕ ТОГО, если вы теплоотводите их для получения полного тока повреждения — что требует рассеиваемая мощность до 12 В x 20 А = 240 Вт в драйвере, в худшем случае. NCV8401 имеет тепловое сопротивление перехода к корпусу 1,6 ° C / Вт и максимальную температуру перехода 150 ° C. Даже на идеальном радиаторе (0 ° C / Вт) при температуре окружающей среды 25 ° C, что позволит вам максимально (150-25) / 1,6 = 78 Вт. На практике около 40 Ватт будет очень хорошо работать даже с чрезвычайно способной системой радиатора.

Если спецификация была изменена, это нормально, но если вы хотите непрерывно получать ограниченные 20А (до тех пор, пока не остановится или не дойдет), есть только два пути. Или

  • (1) Примите полное рассеивание 12 В x 20 А = 240 Вт, когда водитель рассеивает то, что нагрузка не принимает, или

  • (2) Используйте преобразование энергии в режиме переключения, чтобы драйвер подавал 20А при любом напряжении, требуемом для нагрузки. 2 x R = 400 x 0,2 = 80 Вт, либо OR = V x I = 4 В x 20 A = 80 Вт (опять же, конечно).

В этом случае, если напряжение 4 В поступает от преобразователя режима переключения, эффективность которого составляет z% (0 <= Z <= 100). В приведенном выше примере, где Pload = 80 Вт, тогда, если преобразователь имеет значение Z = 70 (%), тогда преобразователь режима переключения рассеивает только (100-Z) / 100 x P нагрузка = 0,3 x 80 Вт = 24 Вт. Это все еще существенно, но гораздо меньше, чем 240-80 = 160 Вт, которые рассеиваются линейным ограничителем. Так …

Импульсный регулятор, ограничитель тока

Это предназначено в качестве другого примера, чем в качестве окончательного решения. Это может быть введено в эксплуатацию, но было бы лучше сделать предварительный проект, основанный на этом принципе.

Схема, которая будет выполнять почти то, что вам нужно, может быть построена с использованием, например, MC34063 в схеме на рис. 11a или 11b, здесь таблица данных MC34063.

Вероятно, было бы так же легко использовать пакет компараторов (например, LM393, LM339 и т. Д.) Для реализации чего-то подобного, поскольку вы можете выполнять настоящее измерение тока нагрузки, а не циклическое измерение цикла, выполненное здесь, но это будет работать.

Указанные схемы MC34063 могут быть модифицированы для использования внешнего MOSFET N-канала или P-канала, если это необходимо (что я, вероятно, и использовал бы). Полевые транзисторы действительно имеют обыкновение отказывать в коротком замыкании. Создание их редко, если вообще не удается, делает это менее проблематичным :-).

Здесь выходное напряжение можно установить на «высокое», так как то, что нам нужно, это преобразование энергии и ограничение тока. Например, если нагрузка равна 0,4R, а номинальное целевое напряжение равно 12 В, то ограничитель тока ограничит то, что происходит на самом деле. Вместо ограничителя «цикл за циклом» можно добавить значение тока низкой боковой нагрузки и использовать его для ограничения напряжения привода, чтобы обеспечить целевой ток нагрузки.


Ступенчатый резистор линейного ограничителя

Самым простым способом может быть создание набора переключаемых резисторов, которые могут быть двоично-коммутируемыми для ограничения тока нагрузки до 20А. Счетчик считает значение резистора вверх, если ток слишком высокий, и вниз, если слишком низкий. Рассеиваемая мощность составляет 240 Вт при 20 А всегда, когда нагрузка меньше 0,6R, НО резисторы выполняют работу, а биполярные транзисторы или полевые транзисторы, используемые в качестве переключателей нагрузки, могут работать холодными. Не слишком сложно сделать, но «досадно грубый» подход :-).

6.05. Ограничители тока с обратным наклоном характеристики

Cтабилизаторы напряжения и источники питания

Проектирование теплоотвода мощных схем



Для стабилизатора с простым ограничением тока рассеяние мощности на транзисторе будет максимальным, если выход закорочен на землю (случайно или из-за нарушения нормального функционирования схемы), и эта мощность рассеяния обычно превосходит мощность при номинальной нагрузке. Например, проходной транзистор в рассмотренном нами стабилизаторе, дающем 4 — 5 В при токе 2 А, будет при закороченном выходе рассеивать мощность 30 Вт (на входе +15 В, ток 2 А), а при номинальной нагрузке — 20 Вт в худшем случае (перепад напряжений 10 В при токе 2 А). Еще хуже обстоит дело для схем, в которых напряжение, падающее на проходном транзисторе, представляет собой небольшую часть выходного напряжения. Например, в стабилизаторе, дающем + 15 В при 2 А от нестабилизированного питания + 25 В, рассеиваемая мощность изменяется от 20 Вт (на полной нагрузке) до 50 Вт (при коротком замыкании).

С аналогичной проблемой мы сталкиваемся при работе с пушпульными усилителями мощности. При нормальных условиях мы имеем максимальный ток нагрузки при минимальном напряжении на транзисторе (амплитуда выходного сигнала около максимальной), и, наоборот, при значении тока нагрузки, близком к нулю (нулевое напряжение на выходе), напряжение на транзисторе будет максимальным. В случае короткого замыкания мы имеем максимальный ток нагрузки в самый неподходящий момент, а именно при напряжении на транзисторе, равном полному напряжению питания. В результате мощность рассеяния на транзисторе намного превышает нормальную.

Лобовое решение этой проблемы — применение массивных радиаторов и транзисторов с большой расчетной мощностью, работающих в далекой от опасной области характеристик (см. разд. 6.07). Но даже и в этом случае нехорошо, что в аварийных условиях в схеме будет протекать слишком большой ток, поскольку могут выйти из строя другие элементы. Лучше применить метод ограничения с обратным наклоном токовой нагрузочной характеристики, при которой выходной ток уменьшается в условиях короткого замыкания или перегрузки. Идея метода видна из схемы рис. 6.7 — опять же на примере стабилизатора 723 с внешним проходные транзистором.

Рис. 6.7. Мощный стабилизатор, снабженный схемой ограничения тока с обратным наклоном характеристики, а — схема; б — зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. Iмакс/Iк.з = 1 + [R2/(R1 + R2)]Uст/Uбэ.

Делитель в цепи базы транзистора Т0 обеспечивает обратный наклон характеристики при коротком замыкании. При нормальном значении напряжения выхода + 15 В ток в схеме ограничен величиной порядка 2 А так как напряжение на базе транзистора Т0 равно +15,5 В, а на эмиттере + 15 В (при повышенной температуре, при которой чип стабилизатора обычно работает, ГУБЭ равно ~ 0,5 В). Ток короткого замыкания будет меньше; при выходе, замкнутом на землю, выходной ток будет — 0 5 А, а рассеиваемая на транзисторе Т1 мощность будет меньше, чем при полной нагрузке. Это очень хорошо, так как нет необходимости проектировать теплоотвод с запасом, достаточно его рассчитать только для случая полной нагрузки. Величина тока короткого замыкания при заданном токе полной нагрузки определяется выбором номиналов резисторов токоограничивающей схемы. Предупреждение: будьте осторожны при выборе значения тока короткого замыкания! Если переусердствовать, то можно построить источник питания, который «не запустится» на номинальную нагрузку. Ток короткого замыкания не должен быть стишком малым: приблизительно одна треть тока максимальной нагрузки при полном выходном напряжении.

Упражнение 6.3. Спроектируйте стабилизатор с внешним проходным транзистором и обратным наклоном характеристики при коротком замыкании, который даст ток 1 А при стабилизированном напряжении на выходе
+ 5 В и всего лишь 0,4 А при коротком замыкании выхода.


Нестабилизированные источники питания


Как ограничить ток в цепи постоянного тока

Infineon IRF9540N

В. И. Иволгин, г. Тамбов

Любое электронное устройство имеет источник питания, за счет энергии которого оно выполняет свои функции. И неудивительно, что в печати значительное место отводится их описаниям, рекомендациям по конструированию, рассмотрению работы отдельных узлов, предложениям по их улучшению.

Следует отметить, что современные источники питания, как правило, обладают довольно низким выходным сопротивлением. И по этой причине в нештатных ситуациях, даже при низких напряжениях на их выходе, не исключены значительные токовые перегрузки, приводящие к повреждению источника или самого устройства. В связи с этим источники питания, как правило, снабжаются системами защиты. Они достаточно разнообразны, обладают большей или меньшей автономностью относительно конструкции самого источника.

Один из вариантов такого устройства, которое можно использовать в виде самостоятельного узла, предлагается в [1]. Его принцип действия основан на ограничении потребляемого тока, в качестве датчика которого применяется низкоомный резистор, включенный последовательно в один из проводов между источником питания и нагрузкой. Напряжение с датчика, пропорциональное потребляемому току, после усиления используется для управления проходным транзистором. Изменением в нужный момент режима его работы и выполняется непосредственная защита от перегрузки.

В указанной статье в качестве прототипа приводится хорошо известная структура на двух биполярных транзисторах (Рисунок 1). Основной недостаток устройства – значительное падение напряжения на нем, которое достигает максимального значения при предельном рабочем токе. По данным автора, оно составляет примерно 1.6 В, причем на проходном транзисторе VT1 падает около 1 В, а на токовом датчике Rs – остальные 0.6 В. В связи с чем автором предлагается другая схема, которая позволяет снизить падение напряжения на нем до 0.235 В при токе ограничения в 1.3 А. Это значение достаточно мало, правда достигается оно использованием более сложной схемы, содержащей около 20 элементов [1].

Рисунок 1. Принципиальная схема прототипа
ограничителя тока.

С другой стороны, эта конструкция, по сравнению с предложенной автором, привлекает своей простотой. И в связи с этим возникает вопрос: а можно ли, оставаясь в рамках такой простой структуры, добиться снижения падения напряжения на подобном предохранителе без ее заметного усложнения? И каким образом?

Как следует из приведенных числовых данных по прототипу, наибольшее падение напряжения приходится на проходной биполярный транзистор VT1. Анализ показывает, что при подобном включении добиться его насыщения, и тем самым достичь малых значений падения напряжения, невозможно без дополнительного источника питания. Но его введение только для этой цели было бы накладным. И хотя можно было бы, наверное, предложить и какие-то другие способы уменьшения этих потерь на VT1, будет рациональнее сразу произвести замену биполярного транзистора на полевой с низким значением сопротивления канала. Это позволит уменьшить как падение напряжения на регулирующем транзисторе, так и собственное потребление ограничителя за счет снижения токов управления. Кроме того, целесообразно изменить связи между транзисторами так, чтобы преобразовать ограничитель в систему двух усилительных каскадов, вместо лишь одного в исходной структуре. В конечном итоге принципиальная схема исследуемого ограничителя будет выглядеть уже так (Рисунок 2), которую можно рассматривать и как упрощенный вариант устройства, приведенного в [2].

Рисунок 2. Принципиальная схема преобразованного
ограничителя тока.

Проверка работоспособности предлагаемого ограничителя, а также выполнение измерений, проводились на макете, в котором использовались в качестве VT1 полевой транзистор IRF9540, установленный на радиаторе, VT2 – транзистор SS8550 с β ≈ 300, RS – резистор 1.2 Ом, R1 – 4.2 кОм, а нагрузкой являлся набор переменных проволочных резисторов необходимой мощности. Напряжение на входе ограничителя составляло 12 В. Результаты измерений приведены на Рисунке 3.

Рисунок 3. Зависимость падений напряжения на датчике
тока RS и проходном транзисторе VT1 на
начальной стадии ограничения.

Испытание ограничителя коротким замыканием показало, что при выполнении этой манипуляции ток через проходной транзистор устанавливается на уровне 0.5 А при напряжении на токовом датчике 0.60 В. И, таким образом, подобный ограничитель тока вполне работоспособен. Можно также отметить его довольно высокое выходное сопротивление в режиме ограничения тока – при изменении напряжения на его выходе в интервале 0…11.3 В ток через нагрузку практически остается равным 0.5 А. Кроме того, в связи с известной зависимостью параметров транзисторов от температуры, была проконтролирована зависимость значения ограничения тока от нагрева VT2. Как оказалось, ее величина составила всего около –0.2% относительной погрешности на градус.

Из анализа графиков следует, что падение напряжения на проходном транзисторе этой конструкции уже достаточно мало и даже на краю токового диапазона не превышает 0.1 В. Можно так же отметить, что на графике зависимости падения напряжения на VT1 визуально можно выделить два интервала. На первом из них, при токах от 0 до 0.45 А, рост падения напряжения является его линейной функцией, что указывает на насыщение транзистора в этой части диапазона. И действительно, вычисленное по этим данным сопротивление канала транзистора составляет приблизительно 0.125 Ом, что практически совпадает с паспортными данными используемого транзистора VT1. При бóльших же токах, в интервале 0.45 – 0.5 А, происходит сначала медленный, а затем резкий нелинейный рост этой величины, связанный уже с включением механизма ограничения тока.

Таким образом, из приведенных выше данных следует, что общее падение напряжения на ограничителе заметно снизилось, и уже определяется в основном не падением напряжения на VT1, а напряжением датчика RS. Каким же образом можно уменьшить последнюю величину?

Ответ напрашивается сам собой – нужно уменьшить значение RS, как это и сделано в [1], а для компенсации снижения уровня сигнала датчика использовать дополнительный усилитель. Но с другой стороны, и в рассмотренной выше схеме (Рисунок 2) такой усилитель, выполненный на транзисторе VT2, уже есть. Тем не менее, его параметры не позволяют снизить падение напряжения RS до меньших значений, хотя он и обладает достаточно высоким коэффициентом усиления. В связи с этой проблемой рассмотрим подробнее особенности работы VT2 в роли предварительного усилителя сигнала с датчика тока.

Как следует из принципиальной схемы (Рисунок 2), ограничение тока через VT1 происходит за счет изменения напряжения на его затворе, возникающего при изменении коллекторного тока транзистора VT2. Управление же его режимом осуществляется напряжением с резистора датчика тока RS. И, как следует из данных последних измерений (Рисунок 3), выход устройства на полное ограничение тока происходит только при напряжениях около 0.6 В на его базе относительно эмиттера. Этим обстоятельством и определяется величина сопротивления резистора RS.

Но характерно, что часть напряжения на датчике в диапазоне от 0 до 0.55 В можно считать «лишней», поскольку в этом интервале VT2 практически не «чувствует» его, а по настоящему «рабочим» для него будет только интервал 0.55 — 0.6 В. Сдвинув же нижнюю границу чувствительности усилителя, визуально составляющую 0.55 В, к нулю, можно будет решить проблему снижения значения RS.

Технически этого результата можно достичь, например, вводом в цепь между базой VT2 и правым выводом RS отдельного вспомогательного источника напряжением 0.55 В. Но удобнее сформировать его применением делителя из двух резисторов, включенных между общим проводом и эмиттером транзистора VT1 (резисторы R2, R3, Рисунок 4). И его параметры должны обеспечивать падение напряжения на R2, равное 0.55 В. Для меньшей зависимости этой величины от входного тока транзистора ток этого делителя желательно выдерживать в пределах 0.5 — 1 мА. При этих условиях уже незначительное напряжение на RS переведет транзистор VT2 в активный режим начала ограничения, а полное ограничение тока произойдет при падения напряжения на RS всего лишь немногим более 0.05 В. Понятно, что изменением этих резисторов можно будет изменять порог ограничения тока. И это будет удобнее, чем подбирать величину RS.

Рисунок 4. Принципиальная схема ограничителя
тока со сниженным падением напряжения
на резистивном датчике.

Новая редакция принципиальной схемы ограничителя, уже с учетом изложенных соображений, представлена на Рисунке 4. Его макет для испытаний был выполнен с сохранением деталей устройства предыдущей версии с изменением сопротивления RS на 0.2 Ом, а установленные дополнительные резисторы R2 и R3 имеют значения, соответственно, 680 Ом и 15 кОм. Условия проведения испытаний и измерений сохранены теми же, что и ранее.

Основные результаты испытаний, как следует из представленных графиков (Рисунок 5), сводятся к следующему. Как и ранее, ток короткого замыкания устройства составляет 0.5 А. Точнее, реально при указанных значениях резисторов R2, R3, он составил 0.48 А, но это значение было скорректировано включением последовательно с R3 дополнительного переменного резистора. Что касается максимального значения падения напряжения на датчике RS, то оно упало пропорционально уменьшению величины установленного RS и составило всего около 0.1 В. График падения напряжения на регулирующем транзисторе, по сравнению с аналогичным параметром предыдущей схемы, в общем, сохранил свои черты, хотя и несколько изменился. Так, например, следует обратить внимание на то, что в этот раз область резко нелинейного роста падения напряжения на проходном транзисторе сместилась в диапазон 0.4 — 0.5 А, а в остальной – растет практически линейно. Из этого следует, что определенный резерв по снижению падения напряжения на датчике тока RS еще есть.

Рисунок 5. Зависимость падения напряжения на RS и
проходном транзисторе VT1.

Как уже отмечалось, незначительная коррекция тока ограничения в этой конструкции была проведена изменением сопротивления R3, но когда требуется его значительное изменение, удобнее пользоваться R2. При расчете его величины целесообразно предварительно задаться величиной максимального падения напряжения VSM на датчике тока RS в режиме ограничения. В принципе, это значение может быть любым из интервала от 0 до 0.6 В. Но нужно иметь в виду, что с его уменьшением ухудшается температурная стабильность предложенного решения. Так при VSM = 0.6 В температурный коэффициент зависимости изменения предела ограничения тока в области комнатных температур не превышает значения 0.2% на градус, а при VSM = 0.1 В этот показатель возрастает уже до 1.5% . Эта величина в ряде случаев может оказаться еще приемлемой, и ее условно можно принять за нижнюю границу интервала допустимых значений VSM, верхняя же будет обусловлена максимальным падением напряжения на базе транзистора VT2 в режиме ограничения тока. Если для расчета выбрать VSM равным 0.15 В, то из этого условия при заданном токе ограничения IM, например, 1.5 А, определится величина

Далее, допустив, что в режиме ограничения сумма падений напряжения на RS и R2 будет равняться 0.6 В, как это следует из результатов предшествующих измерений (Рисунок 3), получим уравнение:

(1),

из которого следует, что

(2).

При VВХ = 12 В и R3 = 15 кОм получаем, что R2 = 0.58 кОм.

При необходимости этим резистором, если его заменить на переменный, можно будет оперативно менять ток ограничения в значительных пределах, что, правда, будет сопровождаться изменением величины максимального падения напряжения VSM и соответствующего ему изменения температурного коэффициента нестабильности.

Подводя итог обсуждению вопроса о конструкции простого ограничителя тока (Рисунок 4), можно сделать вывод о том, что изменения, внесенные в структуру прототипа (Рисунок 1), в конечном итоге, позволили снизить потери напряжения на нем до десятых долей вольта. Следует также добавить, что его работа выборочно была проверена и в других режимах, не отраженных в статье. В частности, при токах ограничения в диапазоне от 10 мА до 5 А и входных напряжениях 7, 12 и 20 В. Для адаптации к этим условиям изменялись лишь значения RS ( 0.05, 0.2 и 1.2 Ом), а для задания тока ограничения в качестве R2 использовался переменный резистор на 1 кОм, сопротивление которого устанавливалось в соответствии с расчетом по (2). Все остальные элементы, включая и транзисторы, оставались прежними.

Infineon IRF9540N

В. И. Иволгин, г. Тамбов

Любое электронное устройство имеет источник питания, за счет энергии которого оно выполняет свои функции. И неудивительно, что в печати значительное место отводится их описаниям, рекомендациям по конструированию, рассмотрению работы отдельных узлов, предложениям по их улучшению.

Следует отметить, что современные источники питания, как правило, обладают довольно низким выходным сопротивлением. И по этой причине в нештатных ситуациях, даже при низких напряжениях на их выходе, не исключены значительные токовые перегрузки, приводящие к повреждению источника или самого устройства. В связи с этим источники питания, как правило, снабжаются системами защиты. Они достаточно разнообразны, обладают большей или меньшей автономностью относительно конструкции самого источника.

Один из вариантов такого устройства, которое можно использовать в виде самостоятельного узла, предлагается в [1]. Его принцип действия основан на ограничении потребляемого тока, в качестве датчика которого применяется низкоомный резистор, включенный последовательно в один из проводов между источником питания и нагрузкой. Напряжение с датчика, пропорциональное потребляемому току, после усиления используется для управления проходным транзистором. Изменением в нужный момент режима его работы и выполняется непосредственная защита от перегрузки.

В указанной статье в качестве прототипа приводится хорошо известная структура на двух биполярных транзисторах (Рисунок 1). Основной недостаток устройства – значительное падение напряжения на нем, которое достигает максимального значения при предельном рабочем токе. По данным автора, оно составляет примерно 1.6 В, причем на проходном транзисторе VT1 падает около 1 В, а на токовом датчике Rs – остальные 0.6 В. В связи с чем автором предлагается другая схема, которая позволяет снизить падение напряжения на нем до 0.235 В при токе ограничения в 1.3 А. Это значение достаточно мало, правда достигается оно использованием более сложной схемы, содержащей около 20 элементов [1].

Рисунок 1. Принципиальная схема прототипа
ограничителя тока.

С другой стороны, эта конструкция, по сравнению с предложенной автором, привлекает своей простотой. И в связи с этим возникает вопрос: а можно ли, оставаясь в рамках такой простой структуры, добиться снижения падения напряжения на подобном предохранителе без ее заметного усложнения? И каким образом?

Как следует из приведенных числовых данных по прототипу, наибольшее падение напряжения приходится на проходной биполярный транзистор VT1. Анализ показывает, что при подобном включении добиться его насыщения, и тем самым достичь малых значений падения напряжения, невозможно без дополнительного источника питания. Но его введение только для этой цели было бы накладным. И хотя можно было бы, наверное, предложить и какие-то другие способы уменьшения этих потерь на VT1, будет рациональнее сразу произвести замену биполярного транзистора на полевой с низким значением сопротивления канала. Это позволит уменьшить как падение напряжения на регулирующем транзисторе, так и собственное потребление ограничителя за счет снижения токов управления. Кроме того, целесообразно изменить связи между транзисторами так, чтобы преобразовать ограничитель в систему двух усилительных каскадов, вместо лишь одного в исходной структуре. В конечном итоге принципиальная схема исследуемого ограничителя будет выглядеть уже так (Рисунок 2), которую можно рассматривать и как упрощенный вариант устройства, приведенного в [2].

Рисунок 2. Принципиальная схема преобразованного
ограничителя тока.

Проверка работоспособности предлагаемого ограничителя, а также выполнение измерений, проводились на макете, в котором использовались в качестве VT1 полевой транзистор IRF9540, установленный на радиаторе, VT2 – транзистор SS8550 с β ≈ 300, RS – резистор 1.2 Ом, R1 – 4.2 кОм, а нагрузкой являлся набор переменных проволочных резисторов необходимой мощности. Напряжение на входе ограничителя составляло 12 В. Результаты измерений приведены на Рисунке 3.

Рисунок 3. Зависимость падений напряжения на датчике
тока RS и проходном транзисторе VT1 на
начальной стадии ограничения.

Испытание ограничителя коротким замыканием показало, что при выполнении этой манипуляции ток через проходной транзистор устанавливается на уровне 0.5 А при напряжении на токовом датчике 0.60 В. И, таким образом, подобный ограничитель тока вполне работоспособен. Можно также отметить его довольно высокое выходное сопротивление в режиме ограничения тока – при изменении напряжения на его выходе в интервале 0…11.3 В ток через нагрузку практически остается равным 0.5 А. Кроме того, в связи с известной зависимостью параметров транзисторов от температуры, была проконтролирована зависимость значения ограничения тока от нагрева VT2. Как оказалось, ее величина составила всего около –0.2% относительной погрешности на градус.

Из анализа графиков следует, что падение напряжения на проходном транзисторе этой конструкции уже достаточно мало и даже на краю токового диапазона не превышает 0.1 В. Можно так же отметить, что на графике зависимости падения напряжения на VT1 визуально можно выделить два интервала. На первом из них, при токах от 0 до 0.45 А, рост падения напряжения является его линейной функцией, что указывает на насыщение транзистора в этой части диапазона. И действительно, вычисленное по этим данным сопротивление канала транзистора составляет приблизительно 0.125 Ом, что практически совпадает с паспортными данными используемого транзистора VT1. При бóльших же токах, в интервале 0.45 – 0.5 А, происходит сначала медленный, а затем резкий нелинейный рост этой величины, связанный уже с включением механизма ограничения тока.

Таким образом, из приведенных выше данных следует, что общее падение напряжения на ограничителе заметно снизилось, и уже определяется в основном не падением напряжения на VT1, а напряжением датчика RS. Каким же образом можно уменьшить последнюю величину?

Ответ напрашивается сам собой – нужно уменьшить значение RS, как это и сделано в [1], а для компенсации снижения уровня сигнала датчика использовать дополнительный усилитель. Но с другой стороны, и в рассмотренной выше схеме (Рисунок 2) такой усилитель, выполненный на транзисторе VT2, уже есть. Тем не менее, его параметры не позволяют снизить падение напряжения RS до меньших значений, хотя он и обладает достаточно высоким коэффициентом усиления. В связи с этой проблемой рассмотрим подробнее особенности работы VT2 в роли предварительного усилителя сигнала с датчика тока.

Как следует из принципиальной схемы (Рисунок 2), ограничение тока через VT1 происходит за счет изменения напряжения на его затворе, возникающего при изменении коллекторного тока транзистора VT2. Управление же его режимом осуществляется напряжением с резистора датчика тока RS. И, как следует из данных последних измерений (Рисунок 3), выход устройства на полное ограничение тока происходит только при напряжениях около 0.6 В на его базе относительно эмиттера. Этим обстоятельством и определяется величина сопротивления резистора RS.

Но характерно, что часть напряжения на датчике в диапазоне от 0 до 0.55 В можно считать «лишней», поскольку в этом интервале VT2 практически не «чувствует» его, а по настоящему «рабочим» для него будет только интервал 0.55 — 0.6 В. Сдвинув же нижнюю границу чувствительности усилителя, визуально составляющую 0.55 В, к нулю, можно будет решить проблему снижения значения RS.

Технически этого результата можно достичь, например, вводом в цепь между базой VT2 и правым выводом RS отдельного вспомогательного источника напряжением 0.55 В. Но удобнее сформировать его применением делителя из двух резисторов, включенных между общим проводом и эмиттером транзистора VT1 (резисторы R2, R3, Рисунок 4). И его параметры должны обеспечивать падение напряжения на R2, равное 0.55 В. Для меньшей зависимости этой величины от входного тока транзистора ток этого делителя желательно выдерживать в пределах 0.5 — 1 мА. При этих условиях уже незначительное напряжение на RS переведет транзистор VT2 в активный режим начала ограничения, а полное ограничение тока произойдет при падения напряжения на RS всего лишь немногим более 0.05 В. Понятно, что изменением этих резисторов можно будет изменять порог ограничения тока. И это будет удобнее, чем подбирать величину RS.

Рисунок 4. Принципиальная схема ограничителя
тока со сниженным падением напряжения
на резистивном датчике.

Новая редакция принципиальной схемы ограничителя, уже с учетом изложенных соображений, представлена на Рисунке 4. Его макет для испытаний был выполнен с сохранением деталей устройства предыдущей версии с изменением сопротивления RS на 0.2 Ом, а установленные дополнительные резисторы R2 и R3 имеют значения, соответственно, 680 Ом и 15 кОм. Условия проведения испытаний и измерений сохранены теми же, что и ранее.

Основные результаты испытаний, как следует из представленных графиков (Рисунок 5), сводятся к следующему. Как и ранее, ток короткого замыкания устройства составляет 0.5 А. Точнее, реально при указанных значениях резисторов R2, R3, он составил 0.48 А, но это значение было скорректировано включением последовательно с R3 дополнительного переменного резистора. Что касается максимального значения падения напряжения на датчике RS, то оно упало пропорционально уменьшению величины установленного RS и составило всего около 0.1 В. График падения напряжения на регулирующем транзисторе, по сравнению с аналогичным параметром предыдущей схемы, в общем, сохранил свои черты, хотя и несколько изменился. Так, например, следует обратить внимание на то, что в этот раз область резко нелинейного роста падения напряжения на проходном транзисторе сместилась в диапазон 0.4 — 0.5 А, а в остальной – растет практически линейно. Из этого следует, что определенный резерв по снижению падения напряжения на датчике тока RS еще есть.

Рисунок 5. Зависимость падения напряжения на RS и
проходном транзисторе VT1.

Как уже отмечалось, незначительная коррекция тока ограничения в этой конструкции была проведена изменением сопротивления R3, но когда требуется его значительное изменение, удобнее пользоваться R2. При расчете его величины целесообразно предварительно задаться величиной максимального падения напряжения VSM на датчике тока RS в режиме ограничения. В принципе, это значение может быть любым из интервала от 0 до 0.6 В. Но нужно иметь в виду, что с его уменьшением ухудшается температурная стабильность предложенного решения. Так при VSM = 0.6 В температурный коэффициент зависимости изменения предела ограничения тока в области комнатных температур не превышает значения 0.2% на градус, а при VSM = 0.1 В этот показатель возрастает уже до 1.5% . Эта величина в ряде случаев может оказаться еще приемлемой, и ее условно можно принять за нижнюю границу интервала допустимых значений VSM, верхняя же будет обусловлена максимальным падением напряжения на базе транзистора VT2 в режиме ограничения тока. Если для расчета выбрать VSM равным 0.15 В, то из этого условия при заданном токе ограничения IM, например, 1.5 А, определится величина

Далее, допустив, что в режиме ограничения сумма падений напряжения на RS и R2 будет равняться 0.6 В, как это следует из результатов предшествующих измерений (Рисунок 3), получим уравнение:

(1),

из которого следует, что

(2).

При VВХ = 12 В и R3 = 15 кОм получаем, что R2 = 0.58 кОм.

При необходимости этим резистором, если его заменить на переменный, можно будет оперативно менять ток ограничения в значительных пределах, что, правда, будет сопровождаться изменением величины максимального падения напряжения VSM и соответствующего ему изменения температурного коэффициента нестабильности.

Подводя итог обсуждению вопроса о конструкции простого ограничителя тока (Рисунок 4), можно сделать вывод о том, что изменения, внесенные в структуру прототипа (Рисунок 1), в конечном итоге, позволили снизить потери напряжения на нем до десятых долей вольта. Следует также добавить, что его работа выборочно была проверена и в других режимах, не отраженных в статье. В частности, при токах ограничения в диапазоне от 10 мА до 5 А и входных напряжениях 7, 12 и 20 В. Для адаптации к этим условиям изменялись лишь значения RS ( 0.05, 0.2 и 1.2 Ом), а для задания тока ограничения в качестве R2 использовался переменный резистор на 1 кОм, сопротивление которого устанавливалось в соответствии с расчетом по (2). Все остальные элементы, включая и транзисторы, оставались прежними.

Двухвыводной компонент позволяющий ограничить постоянный ток на уровне от десятых долей миллиампера до десятков миллиампер является простым решением для множества цепей электрических схем. Компонент, о котором пойдет речь в этой статье, повышает устойчивость работы приборов, обладает низкой ценой, позволяет упростить разработку электрических схем и производство множества приборов. Полупроводниковый прибор в большинстве случаев имеет конструкцию корпуса, напоминающую диод малой мощности. Благодаря наличию всего двух выводов полупроводники этого класса упоминаются в документации производителей как диодные ограничители тока current limiting diodes, CLD встречается также наименование current regulator diodes, CRD. Внутренняя схема ограничителя тока не содержит диодов, такое название закрепилось только благодаря внешнему сходству корпуса прибора с диодом. Попытаюсь немного восполнить недостаток информации о свойствах и применении диодного ограничителя тока. Вспомним некоторые теоретические сведения для правильного применения прибора.

ВСПОМНИМ ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ

Источники электропитания разделяются на источники ЭДС и источники тока. Идеализированный источник ЭДС обладает внутренним сопротивлением равным нулю, напряжение на его выходе равно ЭДС и не зависит от выходного тока, обусловленного нагрузкой. Идеализированный источник тока обладает двумя бесконечно большими параметрами: внутренним сопротивлением и ЭДС, которые связаны постоянным отношением – током. При возрастании сопротивления нагрузки возрастает ЭДС, что позволяет получить требуемый ток в цепи независящий от сопротивления нагрузки. Свойство источника тока, позволяющее получить стабильное значение тока: при изменении сопротивления нагрузки изменяется ЭДС источника тока таким образом, что значение тока остается постоянным.

Существующие источники тока поддерживают ток на требуемом уровне в ограниченном диапазоне напряжения, создаваемого на нагрузке и в небольшом диапазоне сопротивления нагрузки. Идеализированный источник тока рассматривается, а реальный источник тока может работать при нулевом сопротивлении нагрузки. Одним из важных параметров любого источника тока, является диапазон сопротивления нагрузки. В реальности обеспечить ток в диапазоне сопротивления нагрузки от нуля до бесконечности невозможно и ненужно. К сопротивлению нагрузки прибавляются сопротивления контактов разъемов, проводов, сопротивление других элементов, следовательно, нагрузка с нулевым сопротивлением не существует. Бесконечно большое сопротивление означает, что нагрузка отсутствует и ток не протекает, напряжение на выходных клеммах источника тока равно максимальному значению. Режим замыкания выхода источника тока не является исключением или трудно реализуемой функцией источника тока, это один из режимов работы, в который может безболезненно перейти прибор при случайном замыкании выхода и выйти на режим работы с номинальным сопротивлением нагрузки. Свойство источника тока обеспечить постоянный ток независимо от сопротивления нагрузки является весьма ценным, благодаря этому свойству существенно повышается надежность системы, в которой он применен. На практике источник тока – прибор, имеющий в своем составе источник ЭДС. Лабораторный блок питания, аккумулятор, солнечная батарея все это источники ЭДС, поставляющие электроэнергию потребителю. Последовательно с источником ЭДС включается стабилизатор или ограничитель тока. Выход этой группы последовательно соединенных приборов рассматривается как источник тока, применяющийся для питания электродвигателей, в системах гальванического нанесения покрытий на металлах, создания постоянных магнитных полей, питания обычных, сверхярких, лазерных светодиодов и многих других целей.

Простейший источник тока можно создать, используя диодный ограничитель тока. Величина ограничения тока и точность ограничения соответствуют документации, опубликованной фирмой изготовителем.

ПРИМЕРЫ И НЕКОТОРЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Постоянство тока при изменении приложенного напряжения отражает динамическое сопротивление. Горизонтальный участок характеристики имеет небольшой наклон, который показывает отношение небольшого изменения напряжения к вызванному им небольшому изменению тока. Этот параметр носит название динамического сопротивления или дифференциального сопротивления по аналогии с законом Ома. При больших изменениях напряжения ток меняется незначительно, поэтому динамическое сопротивление диодного ограничителя тока измеряется в мегаомах. Чем выше значение этого параметра, тем лучше диодный ограничитель тока.

Диодные ограничители тока выпускаются многими производителями полупроводников.

ПРИМЕНЕНИЕ

Схемного обозначения и наименование диодных ограничителей тока в соответствии с ГОСТ найти не удалось. В схемах статьи применяется обозначение обычного диода. Ток ограничения может отклоняться от номинального тока на величину до двадцати процентов. При изменении напряжения от двух вольт до напряжения пробоя ток ограничения также меняется на пять процентов. Чем выше ток ограничения, тем больше отклонение при увеличении напряжения. При параллельном включении нескольких диодных ограничителей можно получить тот же ток ограничения, что и при использовании одного, но при этом уменьшить минимально возможное рабочее напряжение при этом диапазон напряжения, в котором работает ограничитель, увеличивается.

Сравнивая графики вольтамперных характеристик идеального источника тока и диодного ограничителя тока заметно отличие при малом напряжении на выводах. Для нормальной работы диодного ограничителя тока необходимо напряжение более некоторого значения, как правило, это более двух вольт. При возрастании напряжения от нуля до уровня около двух вольт ток возрастает от нуля до величины ограничения тока, соответствующей типу ограничителя. Эта часть вольтамперной характеристики напоминает характеристику резистора. При дальнейшем возрастании напряжения ток не увеличивается – происходит ограничение тока. Другими словами ток может принимать значения от нуля плавно возрастая до величины ограничения. Чем ниже напряжение, при котором прибор переходит в режим ограничения тока, те удобнее применять его в разрабатываемых схемах. При дальнейшем возрастании напряжения наступит пробой примерно в диапазоне напряжений от пятидесяти до ста вольт в зависимости от типа ограничителя. Горизонтальная часть характеристики имеет наклон, отражающий некоторое изменение величины ограничения тока в зависимости от напряжения. Чем больше величина напряжения на выводах, тем сильнее величина ограничения тока отличается от паспортных данных тока. Напряжение на полюсах цепи состоящей из нагрузки и диодного ограничителя тока должно быть таким, чтобы обеспечить напряжение на выводах диодного ограничителя более полутора-двух вольт. Рассмотрим цепь, состоящую из диодного ограничителя тока и светодиодов. При напряжении питания 24 вольта на светодиодах должно быть не более двадцати двух вольт, иначе яркость снизится. Если схема требует уменьшения напряжения на светодиодах до полутора вольт (допустим, что нагрузкой является один светодиод), то напряжение на диодном ограничителе составит 22,5 вольта, что позволит ему находится в нормальном режиме работы и ниже критического напряжения пробоя с запасом напряжения для скачков питания. Так как яркость и оттенок свечения светодиода зависят от протекающего тока, то при включении диодного ограничителя тока в цепь питания светодиода обеспечивается правильный режим и надежность благодаря фиксации тока на требуемом уровне и работе в диапазоне напряжений от двух до ста вольт.

Эту схему легко преобразовать в зависимости от светодиодов и напряжения питания. Один или несколько параллельно включенных диодных ограничителей тока в цепь светодиодов зададут ток светодиодов, а количество светодиодов зависит от диапазона изменения напряжения питания. С помощью диодных источников тока можно построить индикаторный или осветительный прибор, предназначенный для питания от постоянного напряжения, через выпрямитель и фильтр светодиодный светильник подключается к сети переменного напряжения.
Использование резистора в цепи питания светодиода индикатора включения системного блока персонального компьютера в сеть приводило к пробою светодиода. Применение диодного ограничителя тока позволило получить надежную работу индикатора. При этом индикатор подключается к разъему блока питания, что упрощает замену материнской платы

Диодные ограничители тока допускается включать параллельно. Требуемый режим питания нагрузок можно получить, меняя тип или включая параллельно требуемое количество этих приборов. При питании светодиода оптопары через резистор пульсации напряжения питания схемы приводят к колебаниям яркости, накладывающимся на фронт прямоугольного импульса. Применение диодного ограничителя тока в цепи питания светодиода, входящего в состав оптопары, позволяет снизить искажение цифрового сигнала, передаваемого через оптопару и увеличить надежность канала передачи информации. Применение диодного ограничителя тока задающего режим работы стабилитрона позволяет построить простой источник опорного напряжения. При изменении питающего тока на десять процентов напряжение на стабилитроне меняется на две десятых процента, а так как ток стабилен, то величина опорного напряжения стабильна при изменении питания схемы.

Влияние пульсаций питающего напряжения на выходное опорное напряжение уменьшается на сто децибел. Более дешевый источник опорного напряжения можно разработать, если заменить стабилитрон резистором. Ток фиксирован, следовательно, напряжение на резисторе изменяться не будет. При включении подстроечного резистора последовательно с постоянным резистором появляется возможность точно установить требуемую величину опорного напряжения, что нельзя сделать при использовании стабилитрона.


С помощью диодного ограничителя тока и конденсатора можно получить линейно меняющийся сигнал – напряжение, которое возрастает или убывает с постоянной скоростью. Ток, заряжающий или разряжающий конденсатор пропорционален скорости изменения напряжения на конденсаторе. Если ток фиксирован, то напряжение на конденсаторе изменяется с постоянной скоростью – линейно. Напряжение на конденсаторе U(t)=It/C, где I – ток ограничения диодного ограничителя тока, t – время протекания тока, С – емкость конденсатора. Например, если ток ограничения равен один миллиампер, а емкость конденсатора сто микрофарад то через одну секунду напряжение на конденсаторе достигнет величины в десять вольт. Линейное нарастание тока прекращается, когда напряжение на конденсаторе приближается к напряжению питания цепи с ограничителем тока. Эту времязадающую цепь применяют в схемах пилообразных и треугольных сигналов, в аналого-цифровых преобразователях, устройствах плавного пуска электроприборов и многих других.

Использование диодного ограничителя тока в схеме эмиттерного повторителя в цепи эмиттера увеличивает входное сопротивление транзистора, увеличивает усиление схемы и уменьшает рассеяние тепла при работе транзистора в критических режимах.

УСТРОЙСТВО ДИОДНОГО ОГРАНИЧИТЕЛЯ ТОКА

Основа прибора – полевой транзистор с p-n переходом и n-каналом. Напряжение затвор-исток определяет ток стока. При соединении затвора с истоком ток через транзистор равен начальному току стока, который течет при напряжении насыщения между стоком и истоком. Поэтому для нормальной работы диодного ограничителя тока напряжение, приложенное к выводам должно быть больше некоторого значения, равного напряжению насыщения полевого транзистора.

Полевые транзисторы имеют большой разброс начального тока стока, точно эту величину предсказать нельзя. Дешевые диодные ограничители тока представляют собой отобранные по току полевые транзисторы, у которых затвор соединен с истоком. Для уменьшения тока ограничения и увеличения динамического сопротивления в истоковую цепь включается резистор автоматического смещения, задающий обратное смещение затвора.

При изменении напряжения приложенного между стоком и истоком от насыщения до пробоя ток почти не изменяется. Для получения тока ограничения требуемой величины сопротивление R резистора вычисляется по формуле:

где:
Uси нас. – напряжение насыщения сток-исток
Iогр – величина ограничения тока
Icток. нач. – начальный ток стока

При разработке ограничителя тока на основе полевого транзистора напряжение насыщения сток-исток можно получить из выходной характеристики полевого транзистора, начальный ток стока – справочная величина.

Выходная характеристика полевого транзистора с p-n переходом КП312А и n-каналом.

При смене полярности напряжения диодный ограничитель тока превращается в обычный диод. Это свойство обусловлено тем, что p-n переход полевого транзистора оказывается смещенным в прямом направлении и ток течет по цепи затвор-сток. Максимальный обратный ток некоторых диодных ограничителей тока может достигать сто миллиампер.

ИСТОЧНИК ТОКА 0,5 А И БОЛЕЕ

Для стабилизации токов величиной 0,5-5 ампер и более можно применить схему, главный элемент которой мощный транзистор. Диодный ограничитель тока стабилизирует напряжение на резисторе 200 Ом и на базе транзистора. Изменение резистора R1 от 0,2 до10 Ом устанавливает ток, поступающий в нагрузку. Выбор тока стабилизации схемы ограничивает максимальный ток транзистора или максимальный ток источника питания. Применение диодного ограничителя тока с наиболее возможным номинальным током стабилизации улучшает стабильность выходного тока схемы, но при этом нельзя забывать о минимально возможном напряжении работы диодного ограничителя тока. Изменение резистора R1 на 1-2 Ом значительно меняет величину выходного тока схемы. Этот резистор должен иметь большую мощность рассеяния тепла, изменение сопротивления из-за нагрева приведет к отклонению выходного тока от заданного значения. Резистор R1 лучше собрать из нескольких параллельно включенных мощных резисторов. Резисторы, примененные в схеме должны иметь минимальное отклонение сопротивления при изменении температуры. При построении регулируемого источника стабильного тока или для точной настройки выходного тока резистор 200 Ом можно заменить переменным. Для улучшения стабильности тока транзистор усиливается вторым транзистором меньшей мощности. Транзисторы соединяются по схеме составного транзистора. При использовании составного транзистора минимальное напряжение стабилизации увеличивается.

Эту схему можно использовать для питания соленоидов, электромагнитов, обмоток шаговых двигателей, в гальванике, для зарядки аккумуляторов и других целей. Транзистор обязательно устанавливается на радиатор. Конструкция прибора должна обеспечивать достаточный теплоотвод. Если бюджет проекта позволяет увеличить затраты на один-два рубля и конструкция прибора допускает увеличение площади печатной платы, то использую параллельное объединение диодных ограничителей тока можно улучшить параметры разрабатываемого прибора. Соединенные параллельно пять компонентов схемы CDLL5305 позволят стабилизировать ток на уровне десять миллиампер, как и в случае применения одного компонента схемы СDLL257, но минимальное напряжение работы в случае пяти CDLL5305 меньше, что важно для схем с низким напряжением питания. Также к положительным свойствам CDLL5305 относится его доступность, по сравнению с приборами производителя Semitec. Замена одного ограничителя тока группой параллельно соединенных ограничителей тока позволяет снизить нагрев диодных ограничителей тока и отодвинуть верхнюю границу температурного диапазона. Платой за работу источника тока независимо от сопротивления нагрузки является мощность, выделяемая на транзисторе. В каждом случае требуется выбрать компромисс между запасом по сопротивлению нагрузки и выделяемым теплом на мощном регулирующем элементе. Для обеспечения широкого диапазона сопротивлений нагрузки нужно использовать источник питания с возможно большим напряжением. При выходном токе сто миллиампер на нагрузке в двадцать Ом напряжение составит два вольта, а падение напряжения на элементах источника тока составит 28 вольт при питании прибора напряжением тридцать вольт. Мощность 28В*100мА=2,8 ватт выделится на элементах схемы источника тока. При выборе радиатора следует не забывать о простом правиле: “Кашу маслом не испортишь”. Уменьшение максимально возможного сопротивления нагрузки позволит уменьшить напряжение питания, что снизит нагрев устройства, снизит размеры радиатора и увеличит КПД.

УВЕЛИЧЕНИЕ РАБОЧЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

Для использования диодных ограничителей тока при напряжениях более напряжения пробоя последовательно с диодным ограничителем тока включается один или несколько стабилитронов, при этом область напряжений работы диодного ограничителя тока смещается на величину стабилизации напряжения стабилитроном. Схему можно использовать для грубого определения превышения порогового значения напряжения.

Разыскать отечественные диодные ограничители тока не удалось. Вероятно с течением времени ситуация с отечественными полупроводниковыми приборами этого класса изменится.

П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники.
Л. А. Бессонов. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи.
Радио №2, 1974 г.
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/124777/MICROSEMI/CDLL5305.html
http://www.datasheetarchive.com/CA500-datasheet.html
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/cclm0035-5750.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/other/ec051semiconductora.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/cld_application_notes.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/ALL_SMD_CLD_curves.pdf
http://www.centralsemi.com/product/smd/select/diodes/CLD.aspx
http://www.semitec-usa.com/downloads/crd.pdf

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи

Ограничитель мощности OM-01-14

Позволяет подключать нагрузку мощностью до 3,5 кВт, без внешнего пускателя. Имеет одну группу контактов 30А. При подключении нагрузки через внешний пускатель, позволяет контролировать ток до 100А. Контролирует отклонения по напряжению, потребляемому току и мощности, как в большую, так и в меньшую сторону/

Ограничитель мощности предназначен для защиты чувствительных к перепадам напряжения и тока приборов и оборудования, питаемых от однофазной сети, а также визуального контроля частоты сети, напряжения и потребляемого тока, активной и общей мощности, суммарного количества потребленной электроэнергии. Устройство позволяет подключать нагрузку, мощностью до 3,5 кВт, без внешнего пускателя. Имеет одну группу контактов 30А. Ограничитель мощности позволяет установить допустимые значения параметров: напряжение (устанавливаются верхнее и нижнее значения в пределах от 100В до 330В), максимальный потребляемый ток (от 0,1А до 100А), гистерезис напряжения (1-20В), максимальную потребляемую мощность (0,1-22кВт), время реакции на аварию t1 (0,1-99,9с), время повторного включения t2 (0,1-99,9с), время повторного включения при превышении мощности или тока нагрузки t3 (0-240мин), максимальное количество потребленной электроэнергии (1-9999кВт*ч). При включении, устройство диагностирует сеть и, если напряжение в пределах допустимого, контакты исполнительного реле замыкаются. Значения частоты сети, напряжения, потребляемого тока, активной и общей мощности, суммарного количества потребленной электроэнергии, поочередно отражаются на светодиодном индикаторе. При отклонении электрических параметров выше или ниже установленных пределов в течение времени t1, контакты исполнительного реле размыкаются; при этом подается напряжение на сигнализирующее устройство (фонарь, звонок и т.п.). При восстановлении значения напряжения в пределы установленных, через время t2 происходит повторное включение нагрузки. Если причиной отключения было превышение допустимого тока или мощности нагрузки, то повторно нагрузка будет включена через время t3. Если установлено значение t3 = 0, то повторное включение производится в ручном режиме. На индикаторе устройства отображается причина отключения и значение аварийного параметра. При превышении суммарного количества потребленной электроэнергии, прибор информирует об этом (мигает светодиод) Устройство устанавливается на DIN-рейку 35 мм, имеет понятную цифровую и световую индикацию, значения параметров легко Ограничитель мощности OM-01-14 имеет ряд преимуществ перед аналогичными приборами других производителей: Широкие возможности установки параметров: широкий диапазон регулировок по всем параметрам, возможность регулировки гистерезиса напряжения и времени срабатывания, а также раздельно времени повторного включения при превышении напряжения, и при превышении тока или мощности нагрузки.Точность регулировки. OM-01-14 является цифровым прибором, с точностью по напряжению, по мощности и току Высокая информативность. Наш прибор имеет цифровую индикацию текущих параметров сети,значения аварийного параметра, а также возможность, при аварийном отключении, подачи напряжения на внешнее сигнальное устройство. Защита от несанкционированного доступа. У нас есть возможность ввести индивидуальный код доступа, без которого не будет возможно изменение установленных параметров.

Ограничение тока

Ограничение тока — это практика наложения ограничения на ток , который может подаваться на нагрузку , для защиты цепи, генерирующей или передающей ток, от вредного воздействия из-за короткого замыкания или перегрузки. Термин «ограничение тока» также используется для определения типа устройства защиты от перегрузки по току. Согласно NEC/NFPA 70 от 2020 года, устройство защиты от сверхтока с ограничением тока определяется как «устройство, которое при отключении токов в своем диапазоне ограничения тока снижает ток, протекающий в неисправной цепи, до величины, существенно меньшей, чем то, которое можно получить в та же схема, если бы устройство было заменено сплошным проводником с совместимым импедансом».

Ограничитель пускового тока — это устройство или группа устройств, используемых для ограничения пускового тока. Пассивные резистивные компоненты, такие как резисторы или термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) , представляют собой простые варианты, основными недостатками которых, соответственно, являются рассеиваемая мощность и время охлаждения. Более сложные решения с использованием активных компонентов можно использовать, когда более простые варианты не подходят.

В некоторых электронных схемах используется активное ограничение тока, поскольку плавкий предохранитель может не защитить твердотельные устройства.

На изображении показан один из вариантов схемы ограничения тока. Схема представляет простой механизм защиты, используемый в регулируемых источниках постоянного тока и усилителях мощности класса AB .

Q1 — проходной или выходной транзистор. R sens — датчик тока нагрузки. Q2 — это защитный транзистор, который включается, как только напряжение на R sens становится около 0,65 В. Это напряжение определяется значением R sens и током нагрузки через него (I load ). Когда Q2 включается, он снимает базовый ток с Q1, тем самым уменьшая ток коллектора Q1. что очень близко к току нагрузки. Таким образом, R sens фиксирует максимальный ток на уровне 0,65/R sens . Например, если R sens = 0,33 Ом, ток ограничивается примерно до 2 А, даже если R load становится коротким (и V o становится равным нулю).

Кроме того, это рассеивание мощности будет сохраняться до тех пор, пока существует перегрузка, а это означает, что устройства должны выдерживать ее в течение значительного периода времени. Эта рассеиваемая мощность будет значительно меньше, чем если бы схема ограничения тока не была предусмотрена. В этом методе выходное напряжение за пределами ограничения тока будет уменьшаться до значения, зависящего от ограничения тока и сопротивления нагрузки.


Цепи ограничителя тока источника питания

» Electronics Notes

Методы и схемы ограничения тока с использованием диодов и транзисторов для обеспечения функции ограничения тока для источников питания и других цепей.


Схемы линейных источников питания. Учебное пособие. Включает:
Линейные источники питания. Шунтовой регулятор Серийный регулятор Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78**

См. также: Обзор электроники источника питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Цепи ограничения тока являются ключевым элементом источников питания, защищая их в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.

Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки почти всегда устанавливаются ограничители тока, которые являются стандартной функцией, включенной в ИС регулируемых источников питания.

Как следует из названия, схема ограничения тока ограничивает ток от регулируемого источника питания до максимальной величины, определяемой схемой, и таким образом можно избежать серьезного повреждения цепей, как источника питания, так и питаемой цепи. .

Эти схемы более применимы к линейным источникам питания, хотя аналогичные методы измерения могут использоваться в импульсных источниках питания.

Типы ограничения тока

Как и в случае любой технологии и типа электронной схемы, существует несколько вариантов выбора. То же самое относится и к ограничителям тока, используемым в регулируемых источниках питания.

Существует два основных типа схемы ограничения тока:

  • Ограничение постоянного тока:   При использовании ограничения постоянного тока выходное напряжение поддерживается по мере увеличения тока до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой достигается максимум.В этот момент ток поддерживается на этом уровне, в то время как напряжение падает с увеличением нагрузки.

    Это основная форма ограничения тока, используемая в регулируемых источниках питания. Схема проста и использует всего несколько электронных компонентов, но не снижает ток в случае короткого замыкания — он поддерживается на максимальном уровне, что может привести к повреждению схемы.

    Одним из недостатков является то, что при срабатывании ограничения тока потребляется максимальный ток, но в этот момент выходное напряжение падает, а это означает, что на последовательном транзисторе регулируемого блока питания возникает повышенное напряжение.Это увеличивает рассеиваемую мощность внутри устройства.

    В точке, где выходное напряжение близко к нулю, потребляется максимальный ток, в то время как напряжение на ней равно полному входному напряжению цепей сглаживания и выпрямления. Это не идеально, потому что на этапе проектирования электронной схемы необходимо сделать поправку на это, требуя, возможно, более крупного последовательного проходного транзистора, а также дополнительных возможностей теплоотвода, что увеличивает стоимость и размеры регулируемого источника питания.

  • Ограничение тока обратного хода:   В этом типе ограничения тока, используемом в регулируемых источниках питания, выходное напряжение поддерживается до момента, когда начинает действовать ограничение тока. В этот момент, вместо того, чтобы просто ограничивать ток, ток фактически начинает уменьшаться. Таким образом, чем больше перегрузка, тем меньше ток, и тем самым снижается риск повреждения.

    Ограничение обратного тока в регуляторе напряжения снижает энергопотребление, потому что по мере увеличения перегрузки ток снижается, а общее энергопотребление падает, удерживая тепловыделение последовательного проходного транзистора в более разумных пределах.

    Хотя это немного сложнее в своем подходе, токоограничение с обратной связью может быть реализовано с использованием относительно небольшого количества электронных компонентов. Поскольку эта функция обычно встроена в интегральные схемы регулируемых источников питания, дополнительные затраты на использование обратного ограничения по сравнению с ограничением постоянного тока не заметны. Соответственно, в этих ИС практически всегда используется обратная схема ограничения тока.

    Ограничитель обратного хода усложняет линейный источник питания, поскольку требует больше электронных компонентов, чем простой ограничитель постоянного тока.Существует также возможность состояния, известного как «блокировка», с неомическими устройствами, которые потребляют постоянный ток независимо от напряжения питания. Ограничитель тока с обратной связью может также включать временную задержку, чтобы избежать проблем с блокировкой.

Две разные формы ограничения тока линейного источника питания, как правило, используются в разных областях, фактический тип, используемый для любого конкретного приложения, выбирается на этапе проектирования электронной схемы проекта.

Базовая схема ограничения постоянного тока

Существует ряд схем, которые можно использовать для ограничения постоянного тока для защиты источника питания, но в одной из самых простых схем используются всего три электронных компонента: два диода и резистор.

Простой регулируемый источник питания с ограничением тока

В схеме ограничения тока источника питания используется чувствительный резистор, включенный последовательно с эмиттером выходного проходного транзистора. Два диода, расположенные между выходом схемы и базой проходного транзистора, обеспечивают токоограничивающее действие.

Когда схема работает в нормальном рабочем диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение. Это напряжение плюс напряжение базы-эмиттера транзистора меньше, чем два падения диодного перехода, необходимые для включения двух диодов, чтобы они могли проводить ток.Однако по мере увеличения тока увеличивается и напряжение на резисторе.

Когда оно равно напряжению включения для диода, напряжение на резисторе плюс падение на переходе база-эмиттер для транзистора равняется двум падениям на диоде, и в результате это напряжение появляется на двух диодах, которые начинают проводить. Это начинает снижать напряжение на базе транзистора, тем самым ограничивая потребляемый ток.

Схема этого диодного ограничителя тока для линейного источника питания особенно проста, и, соответственно, конструкция электронной схемы также очень проста.

Значение последовательного резистора можно рассчитать таким образом, чтобы напряжение на нем возрастало до 0,6 В (напряжение включения для кремниевого диода) при достижении максимального тока. Однако всегда лучше обеспечить некоторый запас, ограничивая ток от простого стабилизатора питания до того, как будет достигнут абсолютный максимальный уровень.

Двухтранзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока

Такая же простая диодная форма ограничения тока может быть включена в схемы линейных источников питания, которые используют обратную связь для определения фактического выходного напряжения и обеспечивают более точную регулировку выходного сигнала.Если точка измерения выходного напряжения находится после последовательного резистора измерения тока, то падение напряжения на нем можно скорректировать на выходе.

Линейная схема питания с обратной связью и ограничением тока

Схема ограничения тока транзистора с обратной связью

Свернутая схема ограничения тока дает гораздо лучшие характеристики, чем обычная схема ограничения постоянного тока, используемая в более простых приложениях питания.

Транзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока

В обратной схеме используется несколько дополнительных электронных компонентов, в том числе транзистор и несколько резисторов, но она обеспечивает гораздо лучшую защиту источника питания и питаемых цепей.

Схема работает, потому что по мере увеличения нагрузки увеличивающаяся доля напряжения между эмиттером и землей падает на резисторе R3 — чем меньше нагрузка, тем эффект делителя потенциала означает, что больше напряжения падает на резисторе R3.

Достигнут момент, когда транзистор Tr3 начинает открываться. Когда это происходит, он начинает ограничивать ток.

Если сопротивление нагрузки становится меньше, то напряжение на резисторе R3 увеличивается, больше включает Tr3, и это еще больше снижает ток, уменьшая уровень обеспечиваемого тока.

Существует несколько уравнений, которые можно использовать для определения ключевых значений схемы для обеспечения требуемого максимального тока для линейного регулятора напряжения, а также уровня обратного тока при коротком замыкании.

Для максимального тока от линейного регулятора напряжения:

Imax=1R3((1+R1R2)VBE+R1R2Vreg)

Для тока короткого замыкания линейного регулятора напряжения:

Отношение максимального тока к току короткого замыкания:

ImaxISC=1+(R1R1+R2)VregVBE

Где:
    I max = максимальный ток регулятора напряжения до ограничения тока
     В BE = напряжение, при котором транзистор начинает открываться — обычно 0.6V
    V reg = выходное регулируемое напряжение
      I SC = ток, обеспечиваемый при наличии короткого замыкания.

Ввиду того, что точка измерения регулятора находится после резистора измерения тока, любое падение напряжения на резисторе не повлияет на выходное напряжение схемы, поскольку оно будет компенсировано регулятором. (Это предполагает, что на последовательном транзисторе имеется достаточное напряжение для его правильной регулировки.) Таким образом, токоизмерительный резистор не вызовет какого-либо снижения выходного напряжения схемы регулятора источника питания.

Схема ограничения тока источника питания может быть встроена в различные схемы с использованием транзисторов и полевых транзисторов в качестве элемента последовательного прохода. Операционные усилители могут использоваться в качестве дифференциальных усилителей для обеспечения необходимого опорного напряжения для устройств вывода.

Основная проблема с обратным ограничением тока заключается в том, что оно не всегда хорошо работает с нелинейными нагрузками. Например, если бы он управлял лампой накаливания, сопротивление которой в холодном состоянии намного ниже, чем в горячем, то регулятор напряжения с ограничителем тока увидел бы очень низкое сопротивление и вошел бы в обратный режим, не позволяя лампа нагрелась и завелась.Индуктивные нагрузки могут столкнуться с аналогичными проблемами — двигатели и т. д. имеют большой пусковой ток. Это означает, что в большинстве случаев базовое токоограничение не подходит для этих типов нагрузки.

Ограничение тока является ключевой функцией всех блоков питания. Поскольку электронные устройства остаются включенными почти постоянно и часто остаются без присмотра, функции безопасности, такие как ограничение тока, необходимы в линейных источниках питания, а также в импульсных источниках питания.

К счастью, ограничение тока легко реализуемо и не требует включения многих дополнительных электронных компонентов, а если оно содержится в интегральной схеме, дополнительные затраты не заметны.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
    Вернитесь в меню проектирования схем . . .

Ограничитель тока обеспечивает защиту цепи при низком падении напряжения

Загрузить эту статью в формате .PDF

Во многих случаях источнику питания требуется внутренняя функция ограничения тока, обычно построенная с использованием датчика тока, схемы управления и проходного транзистора.Сам датчик тока может быть простым маломощным резистором; поскольку напряжение на нем пропорционально току, это напряжение можно использовать для управления током, протекающим через проходной транзистор.

В одном примере этой конфигурации (рис. 1) , R SENSE представляет собой низкоомный резистор, используемый для измерения тока. 1 Пока напряжение на этом резисторе меньше ~0,6 В, будет работать только транзистор T1. Всякий раз, когда ток нагрузки I L достигает такого значения, что при R SENSE напряжение (равное I L × R SENSE ) превышает ~0.6 В транзистор Т2 начинает открываться. Ток базы Т1 потребляется Т2, и, как следствие, ток эмиттера Т1 падает.


1. Простой, широко используемый ограничитель тока состоит из датчика тока (обычно маломощного чувствительного резистора), схемы управления и проходного транзистора.

 

Однако эта простая схема имеет ограничение из-за связанного с этим падения напряжения; при активации произойдет падение напряжения на T1 (V CE, SAT ) ~1 В и на R SENSE ~0.6 В. Суммарное падение напряжения составляет ~1,6 В. Следовательно, если ограничитель тока подключить к источнику питания +5 В, на нагрузке получится ~3,4 В, что недопустимо в низковольтных цепях.

Альтернативой является использование известного регулятора напряжения LM317 в качестве ограничителя тока. 2 Этот подход также приводит к падению напряжения ~ 2 В. В другом ограничителе тока в качестве проходного устройства используется полевой МОП-транзистор с каналом P, при этом напряжение на затворе управляется транзистором, который усиливает падение напряжения R SENSE . 3 В этой цепи наблюдается падение напряжения до ~0,6 В.


2. Преимущество этого более сложного ограничителя тока заключается в гораздо меньшем падении напряжения, чем в предыдущей конструкции, что является критическим фактором в схемах, работающих от маломощных источников питания. (Щелкните изображение, чтобы увеличить.)

 

Ограничитель тока Рисунок 2 имеет очень низкое падение напряжения, поэтому не мешает работе низковольтной цепи. Схема работает от минимального напряжения питания 5 В до более высоких значений, устанавливаемых некоторыми компонентами.Напряжение на чувствительном резисторе 0,1 Ом усиливается ОУ IC1 в дифференциальном режиме; Питание +5 В IC1 поступает от D1, стабилитрона, работающего в качестве стабилизатора.

Для регулируемого ограничения тока коэффициент усиления ОУ регулируется переменным резистором R5. Выход IC1 управляет сопротивлением сток-исток (R DS ) низкопорогового MOSFET Q2, а ток стока Q2 управляет током светодиода VOM1271, драйвера фотогальванического MOSFET. 4

Когда ток нагрузки низкий, напряжение R SENSE низкое, а низкий уровень выходного сигнала IC1 остается ниже порогового значения Q2.Результирующий более высокий ток светодиода драйвера MOSFET создает выходное напряжение ~ 8 В, что достаточно для того, чтобы перевести транзистор Q1 в состояние полной проводимости. Когда ток нагрузки достигает значения, которое переводит Q2 в проводимость, напряжение затвор-исток V GS Q1 становится низким, что приводит к снижению тока нагрузки.


3. Изменение напряжения нагрузки, Q1 и Q1+RSENSE в зависимости от диапазона значений тока нагрузки показывает относительную неравномерность.

 

Схема тестировалась с питанием +12 В и мощным переменным резистором 100 Ом в качестве нагрузки.Потенциометр R5 был отрегулирован так, чтобы установить ограничение по току чуть выше 1 А. Нагрузочный резистор медленно уменьшали от его максимального значения, и измеряли напряжения на Q1, R SENSE и нагрузке (рис. 3) . При токе нагрузки от 0,25 до 1,3 А падение напряжения на Q1 и Q1+R SENSE составило 0,09 В и 0,235 В соответственно.


4. Расширенное представление напряжений Q1 и Q1+RSENSE более четко показывает действие сброса ограничения тока, которое происходит, когда ток нагрузки превышает установленный предел.

 

При максимальном токе нагрузки 1,3 А падение напряжения на резисторе R SENSE , равное 0,145 В, вносит существенный вклад в общее падение. Падение можно уменьшить, выбрав более низкие значения R SENSE . Расширенный вид падений напряжения на Q1 и Q1+R SENSE (рис. 4) показывает, как эти два падения меняются в зависимости от тока нагрузки. Когда ток нагрузки превышает установленный предел, он запускает действие сброса ограничения тока.

Этот ограничитель тока подходит для низковольтных приложений, начиная с +5 В.Для более высоких напряжений или работы в более широком диапазоне напряжений резистор смещения Зенера R6 можно заменить регулятором постоянного тока (CCR), а Q1 следует выбирать для более высокого напряжения или номинального тока. Вся схема токоограничителя может быть упакована и использована как трехполюсное устройство (рис. 5) .


5. Несмотря на внутреннюю сложность, всю схему токоограничителя можно рассматривать как трехполюсник. (Щелкните изображение, чтобы увеличить.)

 

Саджад Хайдар (Sajjad Haidar) — технолог в области электроники в Службе инженерной электроники Университета Британской Колумбии (UBC).Он имеет степень магистра наук. по прикладной физике и электронике Университета Дакки (Бангладеш). Ранее он семь лет работал в Японии в области перестраиваемых твердотельных лазеров и оптоэлектроники. С ним можно связаться по адресу [email protected]

Каталожные номера:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Current_limiting

2. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf

3. http://www.electro-tech-online.com/articles/adjustable-low-drop-current-limiter.660

4. http://www.vishay.com/docs/83469/vom1271t.pdf

Ищете запчасти? Перейдите на SourceESB.

Цепь ограничения тока: описание электронных схем

Схема ограничения тока помогает в источниках питания, обеспечивая общую защиту в случае возможной перегрузки или короткого замыкания.

Как правило, в электронных компонентах установлены ограничители тока для предотвращения будущих повреждений при подаче питания.Они входят в число стандартных функций, необходимых для регулирования интегральных схем (ИС) источников питания.

Вышеупомянутое и многое другое мы собираемся разъяснить в этой статье.

1. Что такое схема ограничения тока?

Проще говоря, ограничители тока предотвращают повреждение цепей, ограничивая токи от регулируемого источника питания. Таким образом, единственный максимальный уровень тока, который может определить электронная схема, будет применим в долгосрочной перспективе.

(электронная схема)

Так зачем же тогда нужен ограничитель тока?

Поскольку вы можете использовать ограничители тока в нескольких приложениях, лучше всего обеспечить долговечность и безопасность электронных компонентов. В итоге у вас будет текущая защита на устройствах.

Часто вы будете использовать схемы ограничения тока в линейных источниках питания или даже применять методы измерения в импульсных источниках питания. В других случаях вы можете использовать схему регулятора тока для управления светодиодом высокой мощности.

По мере продвижения мы коснемся обоих приложений.

2. Типы цепей ограничения тока

Существует множество ограничителей тока, которые вы можете выбрать в соответствии с вашим проектом. Тем не менее, обычно используются следующие типы.

Ограничение постоянного тока

Технологи считают ограничение постоянного тока самой простой формой ограничения тока при регулировании источников питания.

Механизмы действия: Ограничитель постоянного тока работает, поддерживая выходное напряжение при повышении тока до максимального уровня.Когда ток достигнет своего пика, он будет находиться на постоянном обслуживании. Тогда произойдет падение напряжения с ростом нагрузки.

Некоторые из его преимуществ включают в себя;

  • Это простая схема с понятной схемотехникой.
  • Кроме того, требуется всего несколько электронных компонентов.
Что касается недостатков
;
  • Всякий раз, когда происходит короткое замыкание, ток не уменьшается.Он поддерживает ток цепи на максимальном уровне, что может привести к некоторым повреждениям схемы.

(короткое замыкание с повреждением)

  • Более того, когда ограничение тока начнет действовать, вы сможете потреблять максимальный ток. Однако при этом выходное напряжение падает, что приводит к повышенному напряжению на последовательном транзисторе при регулировании источника питания. Следовательно, происходит увеличение рассеиваемой мощности внутри электронного устройства.
  • В-третьих, при почти нулевом выходном напряжении и потребляемом максимальном токе напряжение практически всегда равно начальному входному напряжению от цепей выпрямления и сглаживания.

К сожалению, такое состояние на этапе проектирования электронной схемы не рекомендуется. Это связано с тем, что не будет сделана поправка, что вынуждает включать более крупный последовательный проходной транзистор.

Кроме того, вам может понадобиться дополнительный радиатор, который впоследствии увеличивает размер и стоимость регулируемого источника питания.

(радиатор для отвода тепла в печатной плате)

A Ограничение тока обратного хода

Обратное ограничение тока обеспечивает поддержание выходного напряжения до начала действия ограничения тока. При этом ток начинает снижаться, наряду с ограничением тока. Обычно более высокая перегрузка по мощности приводит к уменьшению тока, что снижает вероятность повреждения электрической цепи.

Некоторые из его достоинств включают в себя;

  • Во-первых, это снижает энергопотребление, так как увеличение перегрузки приводит к падению тока.При этом энергопотребление уменьшается, а тепловыделение последовательного транзистора находится на похвальном пределе.
  • Затем вы можете реализовать его использование в нескольких электронных компонентах.
  • Кроме того, это экономично. В большинстве случаев включение обратных токоограничений в интегральные схемы регулируемых источников питания является неизбежной особенностью. Таким образом, требование делает стоимость практически незаметной.
Недостатки ;
  • Ограничитель обратного хода более сложен по сравнению с ограничителем постоянного тока, поскольку требует больше электронных компонентов.Это также означает дополнительную сложность линейного источника питания.
  • Во-вторых, плохо работает с нелинейными нагрузками.
  • Кроме того, при использовании ограничителя с неомическим устройством может произойти блокировка. В то же время устройства имеют тенденцию потреблять непрерывные уровни тока независимо от напряжения питания.

N/B – Чтобы избежать состояния блокировки, мат ограничителя тока с обратной связью имеет переходную задержку.

3. Расчет резистора ограничения тока

(применение резисторов в электрических компонентах)

Чтобы рассчитать резистор ограничителя тока, нам нужно будет посмотреть на рисунок ниже.На рисунке показан переменный резистор, который можно использовать для установки управления током.

Для R1 можно заменить постоянным резистором, рассчитав его по указанной формуле:

R1 (ограничительный резистор) = Uref/ток

                  Альтернативно 

R1 = 1,25/ток

R1 мощность = 1,25 x ток

Примечание: разные светодиоды могут иметь разные токи, и вы можете рассчитать его, разделив оптимальное прямое напряжение на его мощность (стандартное напряжение ватт (при 3.3В)).

Например, 2-ваттный светодиод будет иметь 2/3,3 В = 0,6 А или 300 мА.

Расчет также применим к другим светодиодам.

  1. Применение схемы ограничения тока

В этой части статьи обсуждается использование схемы ограничения тока для разработки схемы скорости тока светодиода.

Значение схемы скорости тока для светодиода Светодиоды

обеспечивают эффективное освещение при низком потреблении.Но иногда на их характеристики может влиять ток и тепло. Это особенно верно при рассмотрении светодиодов высокой мощности, поскольку они выделяют много тепла.

Светодиод, питаемый большими токами, нагревается сверх допустимого, а затем повреждается. С другой стороны, неконтролируемое рассеивание тепла в конечном итоге начнет потреблять больше тока и также подвергнется разрушению.

Таким образом, ограничение тока помогает решить возникающие проблемы.

Схемы применения – разработка управляемой током светодиодной трубки

Вы можете использовать схему скорости тока для эффективного и точного создания цепей светодиодных трубок, управляемых током.Например, при подключении схемы драйвера светодиода постоянного тока мощностью 30 Вт вы будете использовать приведенную ниже формулу для расчета подключенного последовательного резистора.

R = (напряжение питания – общее прямое напряжение светодиода)/ ток светодиода

R (Ватт) = (напряжение питания – общее прямое напряжение светодиода) x ток светодиода

Если у вас нет микросхемы, вы можете настроить транзисторы с биполярным соединением или несколько транзисторов, чтобы сформировать рабочую схему контроллера тока для вашего светодиода.

(светодиодный контроллер с транзистором)

Практические способы проектирования включают в себя;

Использование двух диодов и резистора

Типы диодов

в качестве электрических компонентов.

В схеме источника питания будет использоваться эмиттер выходного проходного транзистора с последовательным резистором считывания. Затем вы поместите два диода между базой транзистора и выходом схемы, чтобы добиться эффекта ограничения тока.

Поскольку схема работает в нормальном диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение.

Небольшое напряжение и напряжение база-эмиттер часто слишком малы для включения двух диодных токов, как это сделали бы два диодных перехода, тем не менее, увеличение тока приводит к увеличению напряжения на резисторе.

Для того чтобы два диода могли проводить ток, должны быть одинаковые падение на переходе база-эмиттер и резистор, что в конечном итоге равняется двум падениям на переходе диода.

Счетные резисторы

Вы определите R1 по следующей формуле:

R1 = (Us – 0,7) Hfe/ток нагрузки

Us = напряжение питания

Hfe = усиление прямого тока T1  

Ток нагрузки = ток светодиода = 100 Вт/35 В = 2.5 ампер

Как для R2:

R2 = 0,7/ток светодиода

Заключение

Таким образом, электронные устройства с постоянным питанием требуют мер безопасности, чтобы продолжать работать в течение длительного времени. Кроме того, меры безопасности должны использовать меньше дополнительных электронных компонентов, быть дешевыми и простыми для реализации в устройствах. Ограничитель тока подходит для всех категорий, упомянутых здесь.

Более того, вы можете интегрировать его самостоятельно при настройке своего проекта.Однако, если у вас возникнут какие-либо вопросы, свяжитесь с нами. Мы будем рады помочь.

Что такое методы ограничения тока

Методы ограничения тока используются для управления величиной тока, протекающего в цепи. Ограничение гарантирует, что по всей цепи протекает безопасный ток, и при его превышении активируется метод защиты. Устройства и схемы ограничения тока могут иметь различные формы в зависимости от чувствительности схемы, величины тока, времени отклика и возможных причин избыточного тока.

Избыточный ток может протекать в цепи из-за короткозамкнутых компонентов, таких как диоды, транзисторы, конденсаторы или трансформаторы. Другие причины включают неисправность нагрузки (перегрузку), короткое замыкание частей цепи внешним объектом или перенапряжение на клеммах входного питания.

Компоненты ограничения тока

Выбор ограничительного устройства зависит от нескольких факторов. Пассивные и активные компоненты могут использоваться по отдельности или в комбинации. Ниже приведены часто используемые ограничивающие компоненты, обычно подключаемые последовательно с нагрузкой.

Предохранитель и резисторы

Используются для простого ограничения тока. Предохранитель обычно перегорает, если его номинальный ток превышается.

Резисторы встроены в схему, и с помощью закона Ома I=V/R (где I — ток, V — напряжение, а R — сопротивление) можно получить правильное значение сопротивления. Доступны различные физические размеры для удовлетворения любых требований к рассеиваемой мощности.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели

используются для отключения питания точно так же, как и предохранители, но их срабатывание медленнее и может быть неэффективным для чувствительных цепей.

Термисторы

Термисторы

с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) используются для ограничения начальных импульсных токов, которые возникают, когда устройство подключено к источнику питания. Термисторы имеют высокое сопротивление в холодном состоянии и низкое сопротивление при высоких температурах. NTC ограничивает пусковой ток сразу после переключения цепи. Когда ток начинает течь, его температура повышается, а сопротивление уменьшается, так что он может пропускать достаточный ток.

Транзисторы и диоды

В регулируемых блоках питания

используются активные схемы ограничения тока, такие как интегральные схемы, транзисторы и диоды.Активные цепи подходят для чувствительных цепей и реагируют на это уменьшением тока или отключением питания затронутой короткозамкнутой секции или всей системы.

Диоды ограничения тока

Диод ограничения тока (CLD), также известный как диод постоянного тока, используется для ограничения или регулирования тока в широком диапазоне напряжений. Двухполюсное устройство ограничения тока состоит из JFET с затвором, закороченным на исток. Он поддерживает постоянный ток независимо от изменений напряжения, подобно тому, как стабилитрон поддерживает постоянное напряжение.

Добавление гибкого ограничения тока

ВОПРОС:

Могу ли я легко и точно ограничить ток для моей нагрузки?

Ответ:

Имеются микросхемы ограничения тока.

В некоторых приложениях управления питанием требуется точное ограничение тока. Это необходимо либо для защиты источника энергии, например, если напряжение промежуточной цепи требует защиты от перегрузки, чтобы она могла надежно снабжать энергией другие части системы, либо для защиты нагрузки, которая может вызвать повреждение из-за перегрузки по току в условиях неисправности.

В поисках подходящей точки постоянного тока для регулятора нагрузки, отвечающей этому требованию, на рынке было найдено очень мало преобразователей напряжения с регулируемым ограничением тока. Хотя регулируемое ограничение тока чаще встречается в конструкциях контроллеров с внешними переключателями питания, все интегрированные решения редко предлагают такую ​​функцию. Кроме того, регулируемые ограничения тока часто не обладают очень высокой точностью. Кроме того, ограничители тока в ИС преобразователей постоянного тока обычно ограничивают только ток катушки индуктивности, а не входной или выходной ток источника питания.Такое встроенное ограничение тока предназначено для защиты «просто» самого импульсного стабилизатора от разрушения в случае отказа. Ограничение по току лежит выше номинально заданного максимального выходного тока и иногда имеет относительно низкую точность. Этого достаточно для защиты импульсного стабилизатора, но часто недостаточно для использования в качестве регулируемого ограничителя тока.

Рис. 1. Система, в которой необходимо ограничить протекание тока к импульсному стабилизатору или от него.

Гибкое решение этой проблемы состоит в добавлении регулируемого ограничения тока с помощью дополнительного компонента, такого как LTC7003.В зависимости от применения может быть достигнута точность около 15%. LTC7003 – драйвер статического переключателя N-канального МОП-транзистора верхнего плеча. Благодаря регулируемому ограничению тока и функции контроля тока он идеально подходит для добавления ограничения тока к обычным преобразователям постоянного тока. На рис. 2 показано использование ограничителя тока LTC7003 для контроля выходного тока ADP2370. ADP2370 представляет собой понижающий преобразователь постоянного тока.

Рис. 2. Ограничение тока, добавленное с помощью компонента драйвера LTC7003.

Как правило, усилители измерения тока на стороне высокого напряжения также можно использовать для измерения небольшого падения напряжения на токоизмерительном резисторе в цепи питания. Они могут измерять токи с очень высокой точностью. Однако в большинстве из них допустимая разница напряжений между двумя токоизмерительными соединениями очень мала. Когда такой общий усилитель измерения тока используется в источнике питания, в котором могут возникать короткие замыкания из-за нагрузки, напряжение на чувствительном резисторе может быстро выйти за пределы допустимого диапазона.В этом случае лучше подойдет такое решение, как LTC7003, разрешенное для использования в блоке питания. Здесь LTC7003 сконструирован таким образом, что на входах SENS допускается большая разница напряжений. LTC7003 также предлагает возможность прерывания цепи питания через дополнительный N-канальный полевой МОП-транзистор Q1 при достижении установленного порогового значения тока. На рис. 3 показано решение LTC7003 с внешним N-канальным МОП-транзистором для прерывания цепи питания при достижении установленного порога тока.

Рисунок 3. Схема с LTC7003 для ограничения тока.

Через выход I MON подается напряжение, пропорциональное току, протекающему через измерительный резистор. Это напряжение относительно земли системы и соответствует напряжению на чувствительном резисторе, умноженному на коэффициент 20. Напряжение находится в диапазоне от 0 В до 1,5 В. Это напряжение можно использовать с дополнительным внешним операционным усилителем для подачи на цепь обратной связи импульсного стабилизатора.Таким образом, выходное напряжение преобразователя постоянного тока может быть уменьшено пропорционально уровню тока, определяемому LTC7003. Этот вариант показан на рис. 3 серым цветом.

Обладая интересными функциями, LTC7003 подходит для контроля, ограничения и отключения линий питания в различных системах.

Что такое токоограничивающий резистор и его функция?

Введение

В цепи резистор соединен последовательно с другими компонентами, и последовательно отсутствует выходной сигнал.Следовательно, когда последовательные компоненты закорочены, напряжение, приложенное к резистору, не сожжет резистор. Такой резистор является резистором ограничения тока. Иначе его называют не токоограничивающим резистором, а резистором защиты или нагрузочным резистором.

 

Каталог

I Что такое токоограничивающий резистор?

Токоограничивающий резистор представляет собой защитный резистор, включенный последовательно, чтобы избежать слишком сильного перегорания прибора.Принцип заключается в уменьшении тока за счет увеличения общего сопротивления нагрузки. Как правило, оно также может играть роль парциального давления. Обычно в локальной цепи резистор, не имеющий другой функции последовательно с потребителем, может рассматриваться как токоограничивающий резистор для ограничения величины тока.

 

Многие компоненты имеют ограничение на максимальный входной ток. Если входной ток слишком велик, компоненты не будут работать должным образом или даже сгорят.Чтобы контролировать ток, добавьте резистор на входе, чтобы уменьшить силу тока и избежать ненужных рисков.

Светодиоды и токоограничивающие резисторы Простое объяснение

II Как работает токоограничивающий резистор?

Резистор RL — это нагрузочный резистор, R — резистор регулятора напряжения (также называемый токоограничивающим резистором), а D — стабилитрон. В соответствии с принципом конструкции схемы регулятора напряжения, когда входное напряжение практически постоянно, RL становится меньше, ток, протекающий через RL, увеличивается, но ток, протекающий через D, уменьшается.

Токоограничивающий резистор используется для уменьшения тока на стороне нагрузки. Например, добавление токоограничивающего резистора на одном конце светодиода может уменьшить ток, протекающий через светодиод, и предотвратить повреждение светодиодной лампы.

 

III Роль токоограничивающего резистора

С точки зрения основного процесса выпрямления и фильтрации низкое и высокое напряжение одинаковы. Нарисуйте схему выпрямления и фильтрации, как показано на рисунке 1, а затем скажите: «Ключ к проблеме в том, что до включения питания на конденсаторе нет заряда.Напряжение равно 0 В, и напряжение на конденсаторе не может быть изменено. То есть в момент замыкания концы выпрямительного моста (между P и N) соответствуют короткому замыканию. Поэтому при включении питания возникают две проблемы:

Первая проблема заключается в наличии большого пускового тока, как показано кривой 1 на рисунке, который может повредить выпрямитель. Вторая проблема заключается в том, что напряжение на входе мгновенно упадет до 0 В, как показано кривой 2 на рисунке.Эти две особенности, схемы выпрямителя высокого и низкого напряжения абсолютно одинаковы. »

 

Рисунок 2. Далее: «Схема низковольтного выпрямителя должна понижаться трансформатором. Обмотка трансформатора представляет собой большую катушку индуктивности. Она действует как барьер и может ограничивать пусковой ток во время замыкания, как показано на рис. кривая 1 на рисунке (а) В схеме выпрямителя инвертора такого барьера нет, и пусковой ток гораздо серьезнее, как это показано кривой 1 на рисунке (б).

Что касается формы сигнала напряжения на входе, то фактически в цепи низковольтного выпрямителя вторичное напряжение трансформатора также мгновенно падает до 0 В, как показано на кривой 2 на рисунке (а). Но, отражая первоначальную сторону трансформатора, такое мгновенное понижение, буферизованное, как показано на кривой 3 в (а), не мешает другим устройствам в той же сети.

 

В цепи инверторного выпрямителя такого буфера нет, и его входное напряжение является напряжением сети.Следовательно, в момент замыкания напряжение сети должно упасть до 0 В, что повлияет на нормальную работу другого оборудования в той же сети, обычно называемое помехами. Поэтому между выпрямительным мостом и конденсатором фильтра необходимо подключить токоограничивающий резистор RL.

 

При подключении токоограничивающего резистора пусковой ток при включении будет уменьшен. В то же время мгновенное падение напряжения уменьшается на токоограничивающий резистор, который решает форму волны напряжения на стороне источника питания.Подождите, пока напряжение на конденсаторе поднимется до определенного уровня, а затем замкните накоротко токоограничивающий резистор.

 

Размер короткозамыкающего устройства (тиристора или контактора) зависит от мощности инвертора, но сопротивление и емкость токоограничивающего резистора не сильно отличаются. Что здесь происходит?

 

IV Конкретные примеры работы токоограничительного резистора

О нем поговорим отдельно.Сначала посмотрите на токоограничивающий резистор RL. Строго говоря, в инверторе большой мощности допустимый ток выпрямителя тоже очень велик. Емкость фильтрующего конденсатора тоже должна быть большой, сопротивление токоограничивающего резистора — маленьким, а емкость (мощность) — большой. Но давайте посмотрим на пример. Предполагая, что значение сопротивления выбранного токоограничивающего резистора составляет RL=50 Ом, каков максимальный пусковой ток, даже если напряжение источника питания равно значению амплитуды ULM=1.41&TImes;380=537В?

Только чуть больше 10А.

А если предположить, что емкость фильтрующего конденсатора 5000мкФ, то сколько время зарядки?

T=RLC=50×5000=250000 мкс=250 мс=0,25 с

Это постоянная времени зарядки, и время зарядки должно быть от 3 до 5 раз. То есть время зарядки составляет от 0,75 до 1,25 с. Равномерная точка клетки составляет около 1 с.

 

Такой зарядный ток и такое время зарядки приемлемы для инверторов большинства размеров? Поэтому, чтобы уменьшить количество типов других компонентов, производитель принял практику выбора токоограничивающих резисторов с одинаковыми характеристиками для инверторов с различными характеристиками.

 

Что касается емкости (мощности) резистора, так как время прохождения тока в RL очень короткое, всего 1с, то и время достижения 10А короче. Поэтому в целом мощность не менее 20Вт. Посмотрите на обходной контактор КМ. По-прежнему используйте конкретные примеры, чтобы проиллюстрировать это.

 

Предположим, что мощность двигателя составляет 7,5 кВт, 15,4 А. Мощность инвертора 13кВА, 18А.

Вообще говоря, мощность звена постоянного тока и входная мощность инвертора должны быть равны.При напряжении источника питания 380 В среднее значение напряжения постоянного тока составляет 513 В. Итак, насколько большим должен быть постоянный ток?

Три контакта контактора можно использовать параллельно, если достаточно контактора на 10 А.

Однако, если вы используете тиристор, вам все равно нужно использовать 30А.

Тогда, если мощность двигателя 75кВт, 139,7А. Мощность инвертора 114кВА, 150А. Каков размер подрядчика?

Следует выбирать контакторы

с номинальным током 80 А.

 

В  Причина сгорания Токоограничительный резистор

Почему токоограничительный резистор дымит и дует? Возможны три причины перегорания токоограничивающего резистора.

 

Первая возможность заключается в том, что емкость токоограничивающего резистора выбрана малой. Поскольку ток, протекающий через токоограничивающий резистор, экспоненциально затухает, а его продолжительность очень мала, как показано на рисунке 4.Следовательно, его мощность может быть выбрана меньшей. Чтобы снизить стоимость компонентов, некоторые производители инверторов часто используют меньшие значения при определении емкости токоограничивающего резистора. Однако на практике ток IR, протекающий через токоограничивающий резистор, связан с сопротивлением RL токоограничивающего резистора и емкостью CF сглаживающего конденсатора. Сравнивая графики (а) и (б), RL велико: начальное значение тока мало, но продолжительность тока велика.

 

Сравнивая рисунок (b) с рисунком (c), известно, что CF велик, и продолжительность тока будет увеличена. Поэтому, строго говоря, пропускная способность RL также должна быть соответствующим образом скорректирована. Однако, как упоминалось ранее, нет строгих требований к процессу зарядки конденсатора фильтра. Поэтому четкого регламента по сопротивлению и мощности РЛ нет. В общем, если RL ≥ 50 Ом, PR ≥ 50 Вт не проблема.

(a) RL = 80 Ом, CF = 1000 мкФ (b) RL = 40 Ом, CF = 1000 мкФ (c) RL = 40 Ом, CF = 2000 мкФ

 

Вторая возможность заключается в том, что изношен конденсатор фильтра.У каждого устройства с электролитами есть особенность: им всегда пользуешься, его непросто сломать. Если вы не будете использовать его часто, он сломается. Если инвертор хранится на складе более года, вы должны сначала открыть крышку и посмотреть на фильтрующий конденсатор, чтобы убедиться, что это «барабанная упаковка»? Есть ли утечка электролита? Характерным признаком износа электролитических конденсаторов является, во-первых, увеличение тока утечки.

 

Долго не использовавшийся инвертор внезапно добавляет высокое напряжение, и ток утечки электролитического конденсатора может быть довольно большим.При первом включении питания внутри инвертора идет дым. Вполне вероятно, что электролитический конденсатор серьезно подтекает или даже имеет короткое замыкание. Напряжением постоянного тока выше 450В зарядка затруднена, короткозамыкающее устройство не срабатывает, а токоограничивающий резистор включен в цепь на длительное время. Конечно, он должен дымить и дуть.

 

Если электролитический конденсатор в это время не используется, его следует сначала добавить примерно на 50% от номинального напряжения, а время прессования должно составлять более получаса, как показано на рисунке 5.Его ток утечки упадет, и он будет использоваться в обычном режиме.

Сначала с помощью мультиметра измерьте, не закорочен ли конденсатор. Если нет короткого замыкания, нет никаких отклонений во внешнем виде. Как показано на рисунке, через полчаса после включения конденсатор можно восстановить.

 

Третья возможность заключается в том, что обходной контактор KM или тиристор не действует. В результате токоограничивающий резистор включен в цепь надолго.

 

Байпасное устройство должно срабатывать, когда конденсатор фильтра заряжен до определенной степени (например, напряжение превышает 450 В). Поэтому при подтверждении исправности конденсатора фильтра при включении питания наблюдают, срабатывает ли обходное устройство при достаточном увеличении постоянного напряжения UD.

 

Одним из конкретных методов является подключение вольтметра PV1 параллельно токоограничивающему резистору, а также подключение вольтметра PV2 к обоим концам конденсатора фильтра, а затем подключение двух последовательно соединенных лампочек к обоим концам конденсатора фильтра. как груз.Как показано на рис. 6. После включения питания, если PV2 показывает, что UD достаточно велик, но показание PV1 не равно 0 В, устройство байпаса не работает.

Подключите нагрузку к цепи постоянного тока. При отсутствии нагрузки в токоограничивающем резисторе не будет тока, даже если короткозамыкающее устройство не сработает, токоограничительный резистор не сможет измерить напряжение.

Поскольку электролитический конденсатор обладает определенным индуктивным свойством, он не может поглощать напряжение помех за короткое время, что легко приводит к неисправности «отключения от перенапряжения».Конденсатор C0 используется для поглощения напряжения помех.

 

VI Расчет токоограничивающего резистора

Токоограничивающий резистор (RS):

(1) Обеспечьте рабочий ток ВЗ.

(2) Защитите VZ от повреждения из-за перегрузки по току.

Два крайних случая:

1. (Входное напряжение ВС)

VS = VS(Min), IL = IL(Max) (IL — рабочий ток нагрузки) Когда VS = VS(Max), IL = IL(Min)

 

VII Как выбрать токоограничивающий резистор

Как выбрать токоограничительный резистор?

 

Во-первых, вы должны знать рабочий ток и рабочее напряжение выбранного вами светодиода.Как правило, рабочий ток светодиода 0805 составляет около 5 мА, а напряжение зависит от цвета светодиода; рабочее напряжение красного, зеленого, синего и белого светодиодов не соответствует друг другу. Подробнее см. по этой ссылке: Ток питания светодиода SMD 0805, токоограничивающий резистор и яркость

 

Если взять красный светодиод в качестве примера, рабочее напряжение составляет 2 В, а рабочий ток установлен на 5 мА.

 

R = U / I = (4,2-2) / 5 = 440 Ом. Учтите, что вы питаетесь от 4.Батарея 2 В, токоограничивающий резистор может быть немного меньше, и вы можете выбрать 330 Ом.

 

Обратите внимание, что рабочий ток не должен быть слишком большим, иначе это повлияет на срок службы светодиода.

 


7.1 Как выбрать токоограничивающий резистор для светодиода?

Расчет относительно прост, но рекомендуется освоить метод расчета: метод следующий:

1, по формуле: U/I=R

2, в соответствии с типичным напряжением в спецификации светодиодного общего белого света, синий свет равен 3.2В@20мА желтый, красный 2.0В@20мА

3. В соответствии с электрическим током светодиода. Обычные пираньи на 20 мАч могут достигать 50 мА, мощные могут достигать 350 мА и выше

4. Начало расчета: В качестве примера взята обычная белая светоизлучающая трубка: R=U (падение напряжения на резисторе) /I (ток на резисторе) устанавливает напряжение возбуждения равным 12 В; тогда R=(12-3,2В)/0,02А= 8,8В/0,02А=440

Опыт

Ом: чтобы защитить срок службы продукта, общий ток привода меньше, чем типичное значение тока привода.Например, обычные диоды около 15 мА.

 


7.2 Как выбрать токоограничивающий резистор стабилитрона?

Стабилитроны могут быть соединены последовательно для использования при более высоких напряжениях, а более стабильное напряжение может быть получено при последовательном соединении.

 

Зенеровский диод действует как регулятор напряжения. При уменьшении тока нагрузки падение напряжения на токоограничивающем резисторе уменьшается, а выходное напряжение растет, т. е. относительно увеличивается обратное напряжение стабилитрона, а ток стабилитрона IZ возрастает, что делает IRS также возрастающей, Падение напряжения на трубке токоограничивающего резистора RS увеличивается, выходное напряжение падает, а выходное напряжение остается неизменным.Недостатком является невозможность получения большого выходного тока.

Процентное соотношение регулирования напряжения: %V.R

Стабильность напряжения, чем ниже коэффициент, тем лучше. Когда входное напряжение постоянного тока VS или ток нагрузки IL изменяются, выходное значение Vo может поддерживаться в определенном диапазоне.

VNL: Выходное напряжение без нагрузки VFL: Выходное напряжение при полной нагрузке

Пример: показанный выше стабилизатор имеет выходное напряжение 7,5 В при отсутствии нагрузки и 7.4 В, когда номинальный ток выводится, и достигается стабильность напряжения регулятора.

Ⅷ Часто задаваемые вопросы

1. Что такое токоограничивающий резистор?

Токоограничивающий резистор регулирует и уменьшает ток в цепи. Это уравнение и калькулятор помогают определить значение резистора, который необходимо добавить к светодиоду (LED) , чтобы он мог ограничивать ток, протекающий через светодиод. Расчет также определяет, сколько энергии потребляет светодиод.

 

2. Как найти токоограничивающий резистор?

Одиночные светодиоды

При вычислении значения токоограничивающего резистора для одного светодиода основная форма закона Ома — V = IR — принимает вид: где: Vbatt — напряжение на резисторе и светодиоде. Vled — прямое напряжение светодиода.

 

3. Какова формула тока резистора?

Ток резистора I в амперах (А) равен напряжению резистора V в вольтах (В), деленному на сопротивление R в омах (Ом): V — падение напряжения на резисторе, измеренное в вольтах (В).

 

4. Зачем светодиодам нужны токоограничивающие резисторы?

В случае светодиодных лент или коммерческого освещения устанавливаются токоограничивающие резисторы, чтобы свести к минимуму влияние изменений в источнике напряжения. Эти светодиодные фонари часто указывают напряжение, при котором они работают, и что для них требуются светодиодные драйверы постоянного напряжения. Получите правильный блок питания для вашей конфигурации светодиодов.

 

5. Как найти токоограничивающий резистор для светодиода?

Вы должны быть уверены, что номинальная мощность (мощность) вашего резистора достаточна для используемой мощности.Уравнение для мощности: допустим, вы используете приведенный выше светодиод с напряжением питания 12 В, прямым напряжением светодиода 3,9 В и общим прямым током 1400 мА.

 

6. Резистор снижает ток или напряжение?

Вкратце: Резисторы ограничивают поток электронов, уменьшая ток. Напряжение возникает из-за разности потенциалов на резисторе.

 

7. Влияет ли резистор на напряжение?

Чем больше резистор, тем больше энергии потребляет этот резистор и тем больше падение напряжения на этом резисторе…. Кроме того, законы Кирхгофа о цепях гласят, что в любой цепи постоянного тока сумма падений напряжения на каждом компоненте цепи равна напряжению питания.

 

8. Какой резистор используется в качестве устройства ограничения тока?

Токоограничивающий резистор — это резистор, который используется для уменьшения тока в цепи. Простой пример — резистор, включенный последовательно со светодиодом. Обычно вы хотите иметь токоограничивающий резистор последовательно со светодиодом, чтобы вы могли контролировать величину тока через светодиод.

 

9. В чем разница между текущим напряжением и сопротивлением?

Напряжение — это разница заряда между двумя точками. Ток – это скорость, с которой течет заряд. Сопротивление — это способность материала сопротивляться потоку заряда (тока).

 

10. Каков предельный ток источника питания?

Ограничение тока — это защита чувствительных устройств от больших токов, которые могут возникнуть как во время нормальной работы, так и из-за неисправностей.Простейшей формой устройства ограничения тока является предохранитель.

 


Вас также может заинтересовать:

Классификация сопротивления и ее параметры

Что такое термистор и как он работает?

Что такое измеритель сопротивления изоляции и как его проверить?

Что такое резистор и его функция?

Альтернативные модели

Часть Сравнить Производители Категория Описание
Произв.Номер детали: 120527-1 Сравните: Текущая часть Производители:TE Connectivity Категория: Межплатные соединители Описание: Соединение IEEE 1386 PL 64POS 1 мм припой ST SMD 64 Терминал 1 порт T/R
ПроизводительНомер детали: 5120527-1 Сравните: 120527-1 ВС 5120527-1 Производители:TE Connectivity Категория: Межплатные соединители Описание: 0.4 мм, 0,5 мм, 0,6 мм, 0,8 мм, 1 мм, с малым шагом, поверхностный монтаж, штабелируемые соединители Bd-to-Bd
№ по каталогу производителя:71436-2464 Сравните: 120527-1 ВС 71436-2464 Производители:Molex Категория: Межплатные соединители Описание: MOLEX 71436-2464 Соединитель для стековой платы, серия MICTOR, 64 контакта, вилка, 1 мм, поверхностный монтаж, 2 ряда
ПроизводительНомер детали: 71436-2864 Сравните: 120527-1 ВС 71436-2864 Производители:Molex Категория: Межплатные соединители Описание: MOLEX 71436-2864 Соединитель для стековой платы, серия MICTOR, 64 контакта, вилка, 1 мм, поверхностный монтаж, 2 ряда

ограничение тока короткозамкнутой нагрузки до 20А

Проблема с ограничением тока с использованием линейного драйвера, такого как этот, заключается в том, что драйвер будет рассеивать энергию, пропорциональную падению напряжения на нем.Если на нагрузке падает большая часть напряжения, драйвер может быть построен, чтобы выжить. Но если нагрузка падает всего на несколько вольт при токе 20 ампер, драйвер рассеивает большое количество энергии.

При 20 А и 12 В схема будет рассеивать Мощность = V x I = 12 x 20 = 240 Вт. Это существенная сумма.

Если нагрузка падает на 10 В при 20 А, драйвер должен сбросить оставшиеся 2 Вольта. Таким образом, рассеивание нагрузки составляет 10 В x 20 А = 200 Вт, а рассеивание драйвера составляет 2 В x 20 А = 40 Вт.40 Вт в Дарлингтоне нуждаются в довольно солидном радиаторе, чтобы не перегреться. Если вы быстро выключите его и если только один или два из них находятся в этом режиме, вы можете «сойти с рук». Но если ряд нагрузок какое-то время останется на предельном токе, «будут проблемы».

Одним из решений является наличие контроллера, который полностью отключается, когда I превышает 10 ампер, некоторое время ждет и повторяет попытку. Проблема в том, что до 20 А все хорошо, но если нагрузка пытается потреблять более 20 А, она ограничивается всплесками 20 А = намного меньше, чем в среднем 20 А.

Одним из решений является «ШИМ» переключателя, когда он находится в режиме ограничения тока (переключатель только включен или выключен), и отрегулировать коэффициент o/off так, чтобы среднее значение = 20A. Схема для этого может быть дешевле и проще, чем может показаться. Операционный усилитель или на схему и несколько пассивных компонентов. Или пакет ворот Шмитта CMOS и немного игры.

«Лучший» способ — использовать драйвер с режимом переключения, который ограничивается 20 А и отключает доступную энергию только при необходимости. Это также могут быть простые 92 транзистора в минималистской форме), но для каждой цепи требуется раздражающая катушка индуктивности.


Как показано, результат будет ОЧЕНЬ неточным, поскольку коэффициент усиления по току пары транзисторов Дарлингтона будет очень неточным. Если вы не выберете тест (например, отрегулируете базовый резистор с помощью потенциометра), это будет очень неточно и даже в этом случае не будет хорошим в долгосрочной перспективе. Я могу дать вам дешевые схемы для токоограничивающего драйвера. но сначала давайте посмотрим, куда идет вопрос.

Да, нужен диод на нагрузке, если она индуктивная, полярность такая, что обычно не проводит.


Рассеивание в контроллере и почему:

Поток тока от 12 В через нагрузку и контроллер на землю равен

R — это сумма всех резисторов в заданном последовательном пути.

Для 20А при 12В

  • R = V/I = 12/20 = 0,6 Ом.

Если вы ограничиваете ток до 20 А, вы создаете электронное регулируемое сопротивление, которое автоматически регулирует общее сопротивление в цепи до 0,6 Ом, ЕСЛИ нагрузка меньше 0,6.

Если нагрузка БОЛЕЕ 0.6 Ом контроллер остается включенным, так как ток меньше 20А.

В вашем примере с воспламенителем 0,1R контроллер должен добавить 0,6-0,1 = 0,5 Ом.

Контроллер «нагревается» :-).

Ограничение тока ШИМ:

PWM = широтно-импульсная модуляция полностью включает нагрузку, скажем, на X% времени и выключает на 100-X% времени

Если вы полностью включите нагрузку, а затем полностью выключите ее с рабочим циклом 1:5, средний ток составит 20 А.

I вкл = 12/0,1 = 120 А !

Я выкл = 0

(1 x 120 А + 5 x 0 А) / 6 = 20 Среднее значение

Аккумулятор должен выдерживать пиковые нагрузки 120 А.

Добавление катушки индуктивности последовательно с нагрузкой и «улавливающего диода» превращает схему в «понижающий преобразователь», например, вот так

Если переключатель находится в положении N раз, выходное напряжение будет равно 1/N от Vin.

Обычный подход заключается в контроле Iвых и настройке периода включения для ограничения максимального тока по желанию.

Вот пример, который делает именно это.

Это не совсем то, что вы хотите, но показывает принцип. Это схема драйвера реле, предоставленная Ричардом Проссером, прокомментированная мной. Замена соответствующей катушки индуктивности на L1 и размещение нагрузки чуть ниже L1 обеспечивают ограниченный ток питания. Это становится немного «занятым» тем, что вы хотите.


Использование защищенного полевого МОП-транзистора с ограничением тока

Было предложено использовать полевой МОП-транзистор с токовой защитой, такой как защищенный драйвер нижнего плеча ON Semiconductor NCV8401 с ограничением по току и температуре

Сильной стороной NCV8401 является отключение, если сохраняется высокий ток короткого замыкания, и ограничение максимального тока, который может протекать при возникновении неисправности.Подобные устройства хорошо справляются с этой задачей, но они не предназначены для поддержания предельного тока в течение длительного времени. Я попробовал подключить такое устройство напрямую к автомобильному аккумулятору и включить его. Нет проблем — они просто переходят в режим ограничения и возвращаются к нормальной работе после устранения состояния перегрузки.

Это замечательные устройства, и они чрезвычайно полезны на своем месте, но они не будут соответствовать первоначально заявленной цели поддержания постоянного тока 20 А в нагрузке при e.г. условия отказа, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ случаев, когда вы охлаждаете их, чтобы взять на себя полный ток повреждения, что требует рассеивания мощности до 12 В x 20 А = 240 Вт в драйвере в худшем случае. NCV8401 имеет тепловое сопротивление переход-корпус 1,6 °С/Вт и максимальную температуру перехода 150 °С. 1,6 = 78 Вт. На практике около 40 Ватт было бы очень-очень хорошо даже с очень мощной системой охлаждения.

Если спецификация была изменена, это нормально, но если вы хотите непрерывно подавать ограниченный ток 20 А (пока не остановится или не сгорит), то есть только два пути. Либо

  • (1) Примите общее рассеивание 12 В x 20 А = 240 Вт, при этом драйвер рассеивает то, что не потребляет нагрузка, или

  • (2) Используйте импульсное преобразование энергии, чтобы драйвер обеспечивал 20 А при любом напряжении, требуемом для нагрузки. Драйвер имеет дело только с энергией неэффективного преобразования.2 x R = 400 x 0,2 = 80 Вт, OR = V x I = 4 В x 20 A = 80 Вт (опять же, конечно).

В этом случае, если 4 В поступает от импульсного преобразователя с эффективностью z% (0 <= Z <= 100). В приведенном выше примере, где Pload = 80 Вт, если преобразователь, скажем, Z = 70 (%), тогда преобразователь режима переключения рассеивает только (100-Z)/100 x P нагрузки = 0,3 x 80 Вт = 24 Вт. Это все еще существенно, но намного меньше, чем 240-80 = 160 Вт, которые рассеивались бы с линейным ограничителем.Итак...

Ограничитель тока импульсного регулятора

Это еще один пример, а не окончательное решение. Его можно было бы ввести в эксплуатацию, но было бы лучше разработать с нуля конструкцию, основанную на этом принципе.

Схема, которая будет делать почти то, что вы хотите, может быть построена с использованием, например. MC34063 в схеме рис. 11a или 11b здесь MC34063 техническое описание

Вероятно, было бы так же просто использовать пакет компараторов (например, LM393, LM339 и т.), чтобы реализовать что-то подобное, так как вы можете выполнять истинное измерение тока нагрузки, а не цикл за циклом, сделанное здесь, но это будет работать.

Упомянутые схемы MC34063 могут быть модифицированы для использования внешнего полевого МОП-транзистора с каналом N или P, если это необходимо (именно это я, вероятно, и использовал бы). Полевые транзисторы действительно имеют привычку выходить из строя при коротком замыкании. Проектирование так, чтобы они редко, если вообще когда-либо, делали это менее проблематичным :-).

Здесь выходное напряжение может быть установлено на «высокое», так как нам нужно преобразование энергии и ограничение тока.например если нагрузка равна 0,4R, а номинальное целевое напряжение равно 12 В, то ограничитель тока будет ограничивать то, что происходит на самом деле. Вместо или в дополнение к ограничителю цикла за циклом вы можете добавить датчик тока низкой нагрузки и использовать его для ограничения напряжения привода, чтобы обеспечить целевой ток нагрузки.


Линейный ограничитель со ступенчатым резистором

Самый простой способ может состоять в том, чтобы предоставить группу коммутируемых резисторов, которые можно переключать бинарно, чтобы ограничить ток нагрузки до 20 А.Счетчик увеличивает значение резистора, если ток слишком высок, и уменьшает, если он слишком мал. Рассеиваемая мощность составляет 240 Вт при 20 А всегда, когда нагрузка меньше 0,6 R, НО резисторы выполняют свою работу, а биполярные транзисторы или полевые транзисторы, используемые в качестве переключателей нагрузки, могут охлаждаться. Не слишком сложно сделать, но «раздражающе грубый» подход :-).

0 comments on “Ограничитель тока нагрузки: Ошибка 404 — документ не найден

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *