Схемы электронный предохранитель на транзисторе схема. Электронный предохранитель на полевом транзисторе

Электронный предохранитель являются действенным способ позволяющий защитить всевозможные электронные приборы от перегрузок по току.

В основном электронные предохранители обязаны соответствовать следующим требованиям: они должны быть экономичными, простыми и в то же время надежными и иметь малые размеры. Для воплощения всех перечисленных требований как нельзя, кстати, подходят полевые транзисторы высокой мощности.

Принципиальная схема одного из вариантов подобного электронного предохранителя приводится в данной статье.

Описание работы электронного предохранителя

Данный электронный предохранитель подключается в разрыв цепи между источником питания и защищаемой нагрузкой. Схема обеспечивает защиту при напряжении 5…20 вольт при нагрузке, доходящей до 40 ампер.

(DA1) построен , на вход 3 которого подается опорное напряжение со (DA2). Полевой транзистор VT1 воплощает сразу две функции: датчика тока и мощного электронного ключа. Как уже отмечалось выше, специфика электронного предохранителя заключается в применении сопротивления канала полевого транзистора в роле датчика тока.

Ключевые характеристики используемого полевого транзистора

• предельная мощность рассеивания — 110 Вт.
• сопротивление канала — 0,027 Ом.
• максимальное напряжение сток-исток — 55 В.
• предельный ток стока — 41 А.

Для активации предохранителя предназначена кнопка SA1 (без фиксации). При непродолжительном нажатии на ее, напряжение поступает на затвор полевого транзистора через сопротивление R4 и диод VD2. В результате этого транзистор подключает питание к нагрузке.

Состояние на выходе операционного усилителя LМ358 связано с уровнем напряжения на его входе 2. Если ток, потребляемый нагрузкой, меньше установленного порога срабатывания электронного предохранителя, то напряжение на входе 2 компаратора будет ниже опорного напряжения на выводе 3. В результате на выходе 1 будет высокий уровень напряжения, который поддерживает транзистор в открытом состоянии.

Одновременно с ростом тока потребления, будет увеличиваться и напряжение на полевом транзисторе VT1. Когда данное напряжение превзойдет напряжение на сопротивлении R1, на выходе компаратора напряжение начнет снижаться, транзистор VT1 начнет закрываться с одновременным ростом напряжение на нем.

В связи с этим на выходе компаратора еще сильнее снижается напряжение, что в конечном итоге это приводит к мгновенному закрытию транзистора и обесточиванию нагрузки. Для повторной активации электронного предохранителя нужно повторно нажать кнопку SA1.

Необходимую величину тока срабатывания предохранителя подбирают подстроечным сопротивлением R1. В случае если контролируемое питание стабильно, то стабилизатор DA2 и сопротивление R3 можно убрать из схемы, установив на место R3 перемычку. Для надежного отключения контролируемой нагрузки при небольшом токе срабатывания (не более 1…1,5 ампер) надлежит повысить сопротивление датчика тока, подключив резистор около 0,1 Ом в электрическую цепь стока транзистора VT1 (точка «А» на схеме).

В схеме возможно использовать произвольный ОУ (DA1), который может работать при нулевом напряжении на обоих входах в режиме однополярного питания, а именно К1464УД1Р, КР1040УД1А, К1464УД1Т. DA2 может быть заменен на отечественный КР142ЕН19. Подстроечный резистор марки СПЗ-28, СПЗ-19а. Все постоянные резисторы С2-33, МЛТ. Не оксидный конденсатор С1 типа К10-17В

О. СИДОРОВИЧ, г. Львов, Украина

В статье автор предлагает ряд оригинальных электронных предохранителей для низковольтных цепей, выполненных с использованием реле или реле и тиристоров. Возврат предохранителей в исходное состояние осуществляется кнопкой.

Как известно, геркон (герметичный контакт) представляет собой баллон из стекла, в который впаяны контакты из сплава с большой магнитной проницаемостью. Если геркон поместить в магнитное поле, то возникающая в зазоре магнитная сила притягивает контакты, которые замкнутся после того, как эта сила превысит механические силы упругости контактов . Если катушку, намотанную на корпусе геркона, подсоединить в разрыв цепи, ток через которую необходимо контролировать, то геркон можно использовать в качестве элемента электронного предохранителя, объединяющего в себе датчик тока (катушка) и устройство отключения цепи (контакты). Рассмотрим электронные предохранители на базе геркона КЭМ-3, имеющего такие параметры: время срабатывания - 1,5 мс; время отпускания - 2 мс; максимальный коммутируемый постоянный ток - 1 А; максимальное сопротивление контактов - 0,15 Ом; наработка на отказ - 10 в 6 степени циклов.

Отсюда видно, что быстродействие геркона выше, чем у обычного реле и уж тем более выше, чем у плавких вставок. У плавкой вставки ВП1-1, например, по техническим условиям оно равно 0,1 с при четырехкратной перегрузке. Для описываемых ниже электронных предохранителей необходимо герконовое реле, которое легко изготовить самостоятельно.

На рис. 1 показана конструкция самодельного герконового реле.

Стеклянный корпус геркона 1 служит каркасом для обмотки 2 катушки реле. Щечки 3 катушки, представляющие собой текстолитовые шайбы с вырезами для выводов, приклеивают по краям геркона КЭМ-3 эпоксидным клеем 4. Чертеж щечки дан на рис. 2.

Обмотка катушки содержит 60 витков провода ПЭВ диаметром 0,3 мм (для тока срабатывания 1 А). Сопротивление обмотки настолько мало, что им можно пренебречь.

На рис. 3 представлена схема простого электронного предохранителя, выполненного на таком реле (К2).

Кроме того, в его состав входит герконовое реле заводского изготовления РЭС55А (К1). В нормальном режиме ток нагрузки проходит по цепи: входная клемма ("+" источника питания), замкнутые контакты кнопки SB1, обмотка реле К2, нормально-замкнутые контакты К1.1 реле К1, нормально-замкнутые контакты К2.1 реле К2. При возникновении токовой перегрузки резко возрастает ток через обмотку реле К2, что вызывает срабатывание его контактов К2.1, которые размыкают цепь тока. К реле К1 подводится почти все напряжение питания, реле срабатывает и размыкает цепь обмотки реле К2 контактами К1.1. Таким образом, разрывается цепь тока перегрузки, и через аварийную нагрузку протекает ток, ограниченный параллельным соединением сопротивлений обмотки реле К1 и цепи индикации, состоящей из светодиода HL1 и резистора R1. Свечение светодиода HL1 говорит об отключении предохранителя. Для запуска предохранителя необходимо кратковременно нажать на кнопку SB1.

Ток срабатывания предохранителя выбирают не более 1 А исходя из максимально допустимого тока для герконов КЭМ-3. Чертеж печатной платы предохранителя показан на рис. 4.

На рис. 5 представлена схема еще одного варианта электронного предохранителя.

В его состав, кроме герконового реле К1, выполненного в соответствии с рис. 1, входит тринистор VS1. Устройство запускается кратковременным нажатием кнопки SB1. При этом открывается тринистор VS1 и по цепи: плюс источника питания, тринистор VS1, обмотка реле К1, нормально замкнутые контакты К1.1, нагрузка - протекает ток. При уменьшении сопротивления нагрузки, т. е. при возникновении токовой перегрузки или короткого замыкания, увеличивается ток через обмотку реле К1, контакты К1.1 которого размыкаются, размыкая цепь тринистора VS1. Тринистор VS1 закрывается, отключая тем самым источник питания от нагрузки. При этом загорается светодиод HL1, свидетельствуя об отключении предохранителя. Для его повторного запуска необходимо кратковременно нажать кнопку SB1. Падение напряжения на предохранителе определяется в основном падением напряжения на тринисторе VS1 (около 1,5 В при токе 1 А). Чертеж печатной платы предохранителя дан на рис. 6.

В таблице указано число витков обмотки самодельного герконового реле для разного тока срабатывания предохранителей, выполненных по схемам рис. 3 и 5.

Провод обмотки во всех случаях выбран диаметром 0,3 мм.

На рис. 7 представлена схема третьего варианта электронного предохранителя, содержащего тринистор VS1 и два герконовых реле К1, К2 типа РЭС55А.

В качестве порогового элемента используется одно из реле - К2 (паспорт РС4.569.610П2). Оно имеет напряжение срабатывания 1,46 В и подключено своей обмоткой параллельно к последовательно соединенным тринистору VS1 и резистору R3, падение напряжения на которых является измеряемой величиной. Для тока нагрузки 1 А (ток предохранителя) сопротивление резистора R3 равно 0,2 Ом. Увеличивая сопротивление резистора R3, можно изменять (в сторону уменьшения) ток срабатывания предохранителя. Напряжение срабатывания реле К1 (РЭС55А паспорт РС4.569.602П2) равно 7,3 В.

Для приведения предохранителя в рабочее состояние необходимо кратковременно нажать на сдвоенную кнопку SB1. При этом включается тринистор VS1 и обесточиваются реле К1 и К2. Ток от плюса источника питания проходит по цепи: тринистор VS1, резистор R3, нормально-замкнутые контакты К2.1, нагрузка. Этот ток увеличивается при перегрузке или коротком замыкании. Соответственно увеличивается и падение напряжения на предохранителе. Когда оно достигнет порогового значения, срабатывает реле К2, контакты К2.1 которого размыкаются, отключая нагрузку от источника питания. При этом к предохранителю прикладывается напряжение, почти равное напряжению источника питания. Реле К1 срабатывает, его контакты К1.1 размыкаются, реле К2 обесточивается, его контакты К2.1 замыкаются, но ток по ним не проходит, так как вследствие их предыдущего размыкания закрыт тринистор VS1. Загорается светодиодный индикатор HL1. Реле К1 необходимо для того, чтобы отключить реле К2, к которому при размыкании его контактов К2.1 прикладывается напряжение, значительно превышающее номинальное напряжение этого реле. Благодаря наличию реле К1 время приложения этого напряжения к обмотке реле К2 равно времени включения реле К1 - примерно 1 мс. После срабатывания предохранителя от источника к нагрузке будет протекать незначительный ток через сопротивление параллельно соединенных обмотки реле К1 и цепи: резистор R1, светодиод HL1. После устранения перегрузки необходимо кратковременно нажать на кнопку SB1 для приведения предохранителя в рабочее состояние.

Чертеж печатной платы этого устройства показан на рис. 8.

В двух последних устройствах (см. рис. 5 и 7) тринистор установлен на кронштейне, чертеж которого приведен на рис. 9.

Все описанные электронные предохранители испытаны при напряжении источника питания 12 В. Это, однако, не исключает возможности их использования и при другом напряжении.

ЛИТЕРАТУРА
1. Коммутационные устройства радиоэлектронной аппаратуры. Под редакцией Рыбина Г. Я. - М.: Радио и связь, 1985.
2. Терещук Р. М. и др. Справочник радиолюбителя. - Киев: Наукова думка, 1982. Радио №12 2005

[email protected]

Схема электронного предохранителя (ЭП) на полевом транзисторе:

В качестве датчика тока используется малое сопротивление открытого канала полевого транзистора (27 мОм). В этой схеме ПТ выполняет две функции: электронного ключа и датчика тока. Микросхема LM358 используется как компаратор напряжения. Источник образцового напряжения 2,5 В собран на микросхеме TL431.
Кнопкой SB1 осуществляется запуск ЭП, при кратковременном нажатии которой напряжение питания через диод VD2 и резистор R4 поступает на затвор ПТ, вследствие чего он откроется и подключит нагрузку к источнику питания.
Когда ток нагрузки достигнет определённого значения (устанавливается резистором R1), устройство скачком закрывает транзистор и обесточивает нагрузку. Светодиод HL1 сигнализирует о том, что нагрузка отключена.
Для включения нагрузки необходимо снова кратковременно нажать на кнопку SB1.

Компоненты:
В электронном предохранителе можно применить любой операционный усилитель (ОУ), работоспособный при нулевом напряжении на обоих входах, при условии однополярного питания (LM358, KP1040УД1A, K1464УД1P) в корпусе DIP8.
TL431 - любой из этой серии. Полевой транзистор любой N- канальный (IRLR2905, IRL1404, IRF1010N, IRLZ44, IRF840). Указанный на схеме ПТ – в корпусе D-Pak.
Остальные детали ЭП:
Резисторы:
R1 - 10кОм типа СП3-19а, СП3-28 или аналогичные;
R2 - 200 кОм;
R3 – 3 кОм;
R4-R5-1 кОм - 0,125 Вт.
Диоды:
VD1,VD2-1N4148, КД522Б
Конденсатор: С1 - 0,1 мкФ - К10-17В
Светодиод: АЛ307.

Печатная плата:

Фото готового устройства:

Настройка:
Итак, устройство собрали. Подключаем его к источнику питания, подсоединяем нагрузку. Повышаем напряжение источника питания (резистор R1 установил в положение максимального сопротивления).
При 2,5 В начинает светиться HL1. Поднял напряжение до 10В. На нагрузке ноль вольт. Нажимаем кнопку SB1, гаснет светодиод и на нагрузке появляется напряжение источника питания.
Ток на амперметре - 4,5 А. Повышаем напряжение до 20 В. При токе 9 А засветился светодиод, сигнализируя о том, что нагрузка отключена. Минимальный ток срабатывания, который удалось выставить – 3 А.
Интервал изменения тока срабатывания можно установить подбором сопротивления резистора R2. Для уменьшения тока срабатывания необходимо в разрыв цепи стока ПТ (на схеме отмечено звёздочкой) установить мощный резистор сопротивлением около 0,1 Ом.

Электронный предохранитель работоспособен при напряжении от 5 В до 20 В и токе нагрузки до 40 А. Для источника питания с напряжением до 40 В необходимо внести изменения в схему:
1) применить ОУ, рассчитанный на соответствующее однополярное плюсовое напряжение, их не так много, надо искать. У LM358 предельное напряжение однополярного питания 32 В.
2) Резистор R4 увеличить до 47 кОм. Между истоком и затвором ПТ установить резистор 47 кОм (на плате это резистор R6), поскольку у IRLR2905 допустимое напряжение сток-исток 20 В.
Резисторы R3, R5 увеличить до 10 кОм, а мощность резистора R5 увеличить до 0,25 Вт.

Скачать печатную плату:

Бытовая автоматика

Это устройство (рис. 7.21) выполняет роль электронного предохранителя- оно отключает нагрузку, если протекающий через нее ток превысит допустимый. Ток, протекающий через нагрузку, подключенную к разъему XI, создает на резисторе R3 падение напряжения. Часть этого напряжения, снимаемого с движка переменного резистора R2, подается в цепь базы транзистора V3. В коллекторной цепи этого транзистора включено электромагнитное реле К1. Если ток нагрузки превысит заданную величину, то реле К1 сработает и своими контактами Kl.l, К1.2 отключит нагрузку от сети и за-блокируется. В таком состоянии прибор остается до тех пор, пока не будет нажата кнопка S1 «Сброс».

Схема устройства

Резистор R1, диод V2, стабилитрон VI и конденсатор С1 образуют стабилизированный источник питания. Диод V4 предохраняет эмиттерный переход транзистора V3 от воздействия на него напряжения обратной полярности. Ток ограничения устанавливают переменным резистором R2. Минимальный ток ограничения определяется сопротивлением резистора R3.

При указанном на схеме номинале он составляет 0,2...0,3 А. Для защиты сети от коротких замыканий в нагрузке используется плавкий предохранитель F1. Контакты Kl.l, К1.2 реле соединены параллельно для увеличения возможного максимального тока нагрузки. Транзистор V3 может быть из серий МП25, МП26 с любым буквенным индексом, диод V4 - серий Д7, Д9, Д311. Стабилитрон Д816Г можно заменить тремя последовательно включенными стабилитронами Д814Д. Реле К1 - РЭС9 (паспорт РС4.524.205). Кнопка S1 -МТ1-1 или П2К. Максимальный ограничиваемый устройством ток нагрузки не должен превышать 1,5 А - иначе могут подгореть контакты реле К1.