Ограничители тока: электронные предохранители

Серия ОПС1

Ограничительное устройство ОПС1 производится всех трех классов защиты: B, C, и D.

Для чего нужны защитные устройства?

ОПС1 способно защитить любое электрооборудование. Благодаря компактным размерам такое устройство подходит для установки и подключения в обычном электрощите квартиры, коттеджа или офиса. Установка УЗИП в таких помещениях поможет спасти дорогостоящую технику и компьютерное оборудование. В загородных коттеджах, оборудованных системой «умный дом» монтаж ОПС1 предписывается инструкцией производителя, поскольку электронная начинка очень чувствительна к импульсным перенапряжениям. Также подобная защита требуется любым автономным системам жизнеобеспечения, наблюдения и безопасности.

Поэтому такое устройство устанавливается не только в частном секторе и городских квартирах, но и в административных, офисных, коммерческих и других зданиях.

Особенности конструкции и характеристики

ОСП1 имеет стандартные размеры и модульное исполнение: это позволяет без проблем установить устройство на DIN-рейку. При этом прибор может иметь от 1 до 4 сменных модулей (в зависимости от класса). Сменный модуль (отработанный варисторный разрядник) легко заменяется новым: для этого в центре корпуса предусмотрены направляющие, в которые и вставляется новый модуль. Это позволяет быстро произвести замену без отключения проводов и демонтажа всего устройства.

Применяемый в модуле варистор изготавливается из керамической смеси и окиси цинка, с добавлением специальных примесей для получения уникальных запирающих свойств. Также в каждом блоке предусмотрена защита от повышенной токовой нагрузки.

Для контроля работоспособности сменного блока предусмотрено окно с цветным указателем состояния. Для обеспечения надежного контакта на зажимах (клеммах) выполнены насечки, обеспечивающие большую площадь соприкосновения. Это автоматически уменьшает сопротивление самого контакта.

В зависимости от класса защиты и производителя, ограничители перенапряжения имеют такие характеристики:

Класс защиты – IP;
Разрядный ток имеет форму 8/20 мкс;
Номинальное напряжение составляет 230–400 В;
Время срабатывания составляет не более 25 нс;
Напряжение защищаемой линии: от 1 до 2 кВ;
Максимальный разряд, который способно выдержать устройство: 10 – 60 кА.

Чтобы подключить устройство защиты, используются медные или алюминиевые провода сечением от 4 до 25 мм 2

Обратите внимание! При подключении ОПС1 важно соблюдать полярность. Для этого все клеммные зажимы на корпусе прибора имеют маркировку, какой провод следует подключить в этот разъем

Схема подключения

Теперь давайте рассмотрим, что представляет собой схема подключения УЗИП в энергосеть на примере частного дома.

На примере показано, как правильно выполнить подключение ограничителей перенапряжения зонально: такая схема признана наиболее эффективной. Именно концепция трехступенчатой защиты с размещением УЗИП внутри помещения нашла наибольшее применение на практике

При этом важно для каждой зоны устанавливать соответствующий класс ограничителя

Обратите внимание! При монтаже ОСП1 важно выдерживать правильное расстояние между приборами: между ними должно быть минимум 10 метров

Виды и особенности схем ограничителей силы тока

Ограничитель силы тока – устройство, предназначенное для исключения возможного повышения силы тока в схеме выше заданного значения. Самым простым ограничителем является обыкновенный плавкий предохранитель. Конструктивно предохранитель представляет собой плавкую вставку, заключенную в изолятор – корпус. Если в схеме по тем или иным причинам повышается сила тока, потребляемая нагрузкой, плавкая вставка перегорает, и питание нагрузки прекращается.

При всех преимуществах использования предохранителя он обладает одним серьезным недостатком – низким быстродействием, что делает невозможным его применение в некоторых случаях. К недостаткам можно отнести и одноразовость предохранителя – при его перегорании придется искать и устанавливать предохранитель точно такой же, как и перегоревший.

В электронных цепях питания

Активное ограничение тока или защита от короткого замыкания

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

На изображении показан один из типов схемы ограничения тока. Схема представляет собой 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 _{нагрузка} становится короткой (и V _o становится равным нулю).

Кроме того, это рассеяние мощности будет сохраняться до тех пор, пока существует перегрузка, а это означает, что устройства должны быть способны выдерживать ее в течение значительного периода времени. Эта рассеиваемая мощность будет значительно меньше, чем при отсутствии схемы ограничения тока. В этом методе за пределами ограничения по току выходное напряжение будет уменьшаться до значения, зависящего от ограничения по току и сопротивления нагрузки.

Кривые VI для регуляторов напряжения с различными режимами работы с перегрузками: обратная связь , ограничение постоянного тока и неограниченное .

Чтобы уменьшить тепло, которое должно рассеиваться проходными устройствами при коротком замыкании, используется ограничение тока обратной связи , которое снижает ток в случае короткого замыкания. При коротком замыкании , когда выходное напряжение упало до нуля, ток обычно ограничивается небольшой долей максимального тока.

Рассеиваемая мощность в зависимости от сопротивления нагрузки для линейных регуляторов напряжения с различными режимами перегрузки. Здесь V _in = 12 В, V _OC = 10 В, I _max = 1 A, I _SC = 0,17 A. Максимальное рассеивание в конструкции с обратной связью в три раза ниже, чем в конструкции с ограничением постоянного тока .

Основная цель ограничения тока обратной связи в линейных источниках питания — удерживать выходной транзистор в пределах безопасного предела рассеиваемой мощности . Линейный регулятор рассеивает разницу между входным и выходным напряжениями в виде тепла. В условиях перегрузки выходное напряжение падает, поэтому разница становится больше, что увеличивает рассеяние. Foldback помогает удерживать выходной транзистор в безопасной рабочей зоне в условиях сбоя и перегрузки . Foldback также значительно снижает рассеиваемую мощность в нагрузке в условиях отказа, что может снизить риски возгорания и теплового повреждения.

Многие источники питания используют защиту с ограничением постоянного тока ; Функция foldback делает еще один шаг вперед, линейно уменьшая предел выходного тока по мере уменьшения выходного напряжения. Однако это усложняет источник питания и может вызывать условия «блокировки» с неомическими устройствами, потребляющими постоянный ток независимо от напряжения питания (например, операционные усилители). Ограничитель тока с обратной связью может также использовать временную задержку, чтобы избежать блокировки и ограничить локальный нагрев при коротком замыкании.

Импульсный стабилизатор напряжения , работающих на предельном токе с выхода короткое замыкание не увеличили рассеивание мощности в транзисторе мощности (ы), так что Foldback ограничение тока является функция приложения только , а не тот , который также предотвращает ошибку нагрузки от также разрушение источника питания. Преимущество безопасности за счет уменьшения мощности, передаваемой при коротком замыкании в нагрузке, пропорционально пределу рабочего тока. Ограничение обратного тока чаще всего встречается в импульсном блоке питания, когда он является компонентом продукта, который прошел независимую сертификацию в соответствии с региональными стандартами безопасности.

Пусковой ток лампы накаливания заставляет настольный источник питания ограничивать свой выходной ток с помощью ограничителя тока обратной связи.

Ограничитель с обратной связью

Такая же простая диодная форма ограничения тока может быть включена в цепи питания, которые используют обратную связь для определения фактического выходного напряжения и обеспечивают более точно регулируемый выход. Если точка измерения выходного напряжения принимается после последовательного токового резистора, то падение напряжения может быть исправлено на выходе.

Эта схема обеспечивает гораздо лучшее регулирование, чем регулятор прямого эмиттера, также может учитывать падение напряжения в резисторе с токовым пределом, если имеется достаточное падение напряжения на транзисторе в цепи источника питания. Выходное напряжение можно также отрегулировать, чтобы получить требуемое значение с помощью переменного резистора. Диодная форма ограничения тока может быть легко интегрирована в схему питания. Кроме того, это дешёво и удобно.

Ограничитель тока нагрузки в электросетях

Системы распределения энергии имеют автоматические выключатели для выключения питания в случае неисправности. Они имеют определённые недостатки в обеспечении необходимой надёжности, так как не всегда могут отключать минимально необходимый аварийный участок сети для ремонта. Проблема возникает при реконструкции электроснабжения путём добавления новой мощности или перекрёстных соединений, которые должны иметь свои шины и выключатели, модернизированные для более высоких пределов тока короткого замыкания (ТКЗ).

Улучшение качества электроэнергии в сетях напрямую зависит от надёжности режима работы сетевого оборудования. Среди различных типов помех, влияющих на качество напряжения в сети (скачки, искажения гармоник и т. д. ), наиболее серьёзным препятствием являются падения напряжения, так как связанные с ним скачки фазового угла могут привести к поломке оборудования, к полной остановке производства, объектов ЖКХ, что со скоростью цепной реакции создаст угрозу жизнеобеспечения населения.

https://youtube.com/watch?v=T3JMdmOHhCs

Общей причиной падения напряжения является ток короткого замыкания. При возникновении неисправности в распределительной сети на всех повреждённых шинах резко падает напряжение. Уровень зависит от точки подключения и электрического расстояния шины до места аварии.

Для снижения негативных процессов и отключения неисправных участков сети применяются следующие ограничители:

Распределительный статический компенсатор;
рекуператор динамического напряжения;
конденсатор с контролируемым тиристором;
полупроводниковый коммутатор статического переноса;
твердотельный ограничитель тока неисправности.

Такие защитные устройства не всегда совершенны. Некоторые из них имеют недостаток из-за высокой стоимости, а другие могут ограничить ток повреждения менее чем в 5 раз от нормального тока, что недостаточно при перегрузках.

https://youtube.com/watch?v=nXO84s9cXU4

Точки применения токовых ограничителей в электросиловом оборудовании:

До места срабатывания головного выключателя на аварийном фидере нагрузок потребителей с недопустимостью перерывов в электроснабжении;
на оборудовании, рабочие характеристики которого перестают соответствовать предельному току короткого замыкания, возросшему в связи с аварийной ситуацией в системах электроснабжения.

Простым решением ОТ в электросетевом оборудовании является добавление сопротивления в схему. Это ограничивает скорость, с которой может увеличиваться ТКЗ до того, как выключатель разомкнут, но также ограничивает способность схемы удовлетворять быстроменяющийся потребительский спрос, поэтому добавление или удаление больших нагрузок вызывает нестабильную мощность.

https://youtube.com/watch?v=bUrJnTdYZyA

Что такое ограничитель мощности тока?

Если ответить на этот вопрос с точки зрения функций, это устройство — своего рода фильтр поступающего напряжения в дом. С точки зрения конструктивных особенностей, ограничитель мощности — это немного модифицированный автоматический выключатель максимального тока, поэтому этот способ контроля и управления источником питания отличается высокой надежностью, точностью и высоким уровнем безопасности.

Самый простой тип ограничителя мощности — это просто выключатель максимального тока. С помощью данного устройства можно запрограммировать определенную величину мощности тока, при превышении которой выключатель просто отключит электрическую цепь, но при этом останется подключенным к ней.

Большинство современных ограничителей мощности устроены немного сложнее, поскольку через определенное время у них также есть система повторного включения цепи. Реализация такого решения не требует слишком сложной конструкции ограничителя, но делает устройство более универсальным и полезным. При рассмотрении вопроса о покупке ограничителя мощности следует иметь в виду, что этот тип контрольного и защитного оборудования нельзя использовать для цепей, в которых имеются устройства, требующие выдачи значительного пускового тока, включая люминесцентные лампы,

Отличаются ли трехфазный ограничитель мощности и однофазный ограничитель мощности друг от друга? С точки зрения принципа действия — нет, но значения отключений и внешней конструкции могут отличаться из-за специфики тока и большей мощности устройств, подключенных к источнику питания.

Сравнение сигналов с помощью компаратора

Формально любой ОУ можно включить как компаратор, но такое решение по ТТХ будет уступать компаратору по быстродействию и соотношению «цена/результат». В нашем случае, чем выше быстродействие, тем выше вероятность, что защита успеет отработать и спасти устройство. Я люблю применять компаратор, опять же от Texas Instrumets — LMV7271

На что стоит обратить внимание:

Теперь давайте добавим компаратор в наш проект в симуляторе и посмотрим на его работу в режиме, когда защита не сработала и ток не превышает аварийный (кликабельная картинка):

Скачать файл для симуляции в MultiSIM можно — тут.

Что нам нужно… Нужно в случае превышения тока более 30А, чтобы на выходе компаратора был лог. 0 (GND), этот сигнал будет подавать на вход SD или EN драйвера и выключать его. В нормальном состоянии на выходе должна быть лог. 1 (5В TTL) и включать работу драйвера силового ключа (например, «народный» IR2110 и менее древние).

Возвращаемся к нашей логике: 1) Измерили ток на шунте и получили 56.4 мВ; 2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 2.88В; 3) На прямой вход компаратора подаем опорный сигнал с которым будем сравнивать. Его задаем с помощью делителя на R2 и выставляет 3.1В — это соответствует току примерно в 30А. Данным резистором регулируется порог срабатывания защиты! 4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В > 2.88В. На прямом входу (+) напряжение выше, чем на инверсном входе (-), значит ток не превышен и на выходе лог. 1 — драйвера работают, а наш светодиод LED1 не горит.

Теперь увеличиваем ток до значения >30А (крутим R8 и уменьшаем сопротивление) и смотрим на результат (кликабельная картинка):

Давайте пересмотри пункты из нашей «логики»: 1) Измерили ток на шунте и получили 68.9 мВ; 2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 3.4В; 4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В < 3.4В. На прямом входу (+) напряжение НИЖЕ, чем на инверсном входе (-), значит ток превышен и на выходе лог. 0 — драйвера НЕ работают, а наш светодиод LED1 горит.

Параллельное соединение

Параллельное соединение светодиодов

В любой точке последовательной цепи сила тока одинаковая. Это упрощает расчет, предотвращает аварийные ситуации. При выходе одного элемента из строя отключаются все светодиоды. Поэтому исключено повреждение повышением напряжения. Отмеченные причины объясняют популярность применения данного способа при создании ленточных светильников, иных конструкций.

Определенные преимущества предоставляет применение параллельного соединения. В этом варианте изделие сохраняет частичную работоспособность при повреждении одной цепи. Такое решение обеспечивает одинаковое напряжение в местах подсоединения к источнику питания каждой ветки.

Использовать один резистор для нескольких параллельных диодов нельзя. Тщательный выбор сопротивления объясняется необходимостью точной регулировки тока. В некоторых ситуациях ошибки на 0,1-0,5 А становятся причиной поломок, радикального сокращения ресурса.

Реальные технические характеристики светодиодов значительно отличаются даже в одной товарной партии. По этой причине каждую цепь защищают отдельным резистором.

Схема ограничения постоянного тока

Большинство источников питания имеют отдельные контуры регулирования DC и напряжения для регулирования своих выходов либо в режиме постоянного напряжения (CV), либо в режиме постоянного тока (CC), которые включаются в управление зависимо от того, как сопротивление нагрузки соответствует выходному напряжению и текущим настройкам.

Таким образом, защита выполняется в основном путём ограничения токового значения. При этом можно применять простую схему для ограничителя источника с использованием двух диодов и резистора. В любом источнике питания всегда существует риск того, что на выходе произойдёт короткое замыкание. Соответственно, в этих условиях необходимо защитить его от повреждений. Существует ряд схем, которые можно применить для предохранения электропитания.

Основные параметры

Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми. Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно. Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.

Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от 10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В.

Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа и зависит от назначения:

цвета синий, красный, зелёный, желтый;
трёхцветный RGB;
четырёхцветный RGBW;
двухцветный, теплый и холодный белый.

Подключение светодиода через резистор

Схема подключения светодиода

С учетом представленных данных можно сделать несколько важных промежуточных выводов:

резистивные защитные схемы применяют при маленькой мощности;
они не выполняют функции стабилизации;
пассивный элемент не способен гасить импульсные броски напряжения.

Приемлемые показатели эффективности можно получить при создании:

датчиков;
индикаторов;
сигнализаторов.

Для маленькой локальной подсветки аквариума такое решение подойдет. Однако вряд ли будет приемлемым длительное потребление большого количества энергии. Отсутствие стабилизации проявляется заметным изменением яркости при увеличении/уменьшении напряжения.

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 V_IN 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 V_OUT= 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 V₂ 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 R_sense. 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).

https://youtube.com/watch?v=RwqiHAdQxAI

Предыдущая запись Мини колонка для музыки

Следующая запись Усилитель на микросхеме

Применение

Ограничитель перенапряжения применяется для предотвращения нарастания перенапряжения на электрическом оборудовании с последующим переводом импульса разряда на землю.

Рис. 3: пример использования ОПН

Широкое применение нелинейных ограничителей распространено в линиях электропередач, где они выступают в роли молниезащиты, а сами провода являются молниеприемниками. В промышленных целях ограничители перенапряжения используются для защиты различных электрических аппаратов и персонала, к примеру, на тяговых и трансформаторных подстанциях, распределительных устройствах и т.д. В бытовых устройствах ОПН применяются для установки в электрических щитках на вводе в здание или для защиты какого-либо ценного оборудования.

Почему аппаратная?

Ответ на этот вопрос простой — любое программируемое решение на МК, с внешним АЦП и прочее, могут попросту «зависнуть» и даже если вы достаточно грамотный софтописатель и включили сторожевой таймер и прочие защиты от зависания — пока оно все обработается ваше устройство сгорит. Аппаратная защита позволяет реализовать систему с быстродействием в пределах нескольких микросекунд, а если бюджет позволяет, то в пределах 100-200 нс, чего достаточно вообще для любой задачи. Также аппаратная защита не сможет «зависнуть» и спасет устройство, даже если по каким-то причинам ваш управляющий микроконтроллер или DSP «зависли». Защита отключит драйвер, ваша управляющая схема спокойно перезапустится, протестирует аппаратную часть и либо подаст ошибку, например, в Modbus или запустится если все хорошо.

Тут стоит отметить, что в специализированных контроллерах для построения силовых преобразователей есть специальные входы, которые позволяют аппаратно отключить генерацию ШИМ сигнала. Например, у всеми любимого STM32 для этого есть вход BKIN.

Отдельно стоит сказать еще про такую вещь как CPLD. По сути это набор высокоскоростной логики и по надежности оно сопоставимо с аппаратным решением. Вполне здравым смыслом будет поставить на плату мелкую CPLD и реализовать в ней и аппаратные защиты, и deadtime и прочие прелести, если мы говорим о dc/dc или каких-то шкафах управления. CPLD позволяет сделать такое решение очень гибким и удобным.

Схемы электронных предохранителей

На представленных схемах отображаются наиболее простые автоматические защитные средства от токовых перегрузок. В основе устройства этих приборов лежат полевые транзисторы, обладающие начальным током, который не может быть превышен. Необходимая величина тока задается путем подбора определенного транзистора.

На схеме 1 используется элемент марки КП302А, указывающий на максимальное значение тока 30-50 мА. Для того чтобы повысить это значение, необходимо включить параллельно сразу несколько транзисторов.

Схема 2 работает с использованием обычных биполярных транзисторов с минимальным коэффициентом передачи тока 80-100. Путь входного напряжения начинается в резисторе R1, далее проходит через транзистор VT1, открывая его. Режим насыщения транзистора способствует уходу большей части напряжения к выходу. Если ток не превышает пороговое значение, в этом случае транзистор VT2 остается закрытым и светодиод HL1 светиться не будет. В схеме 2 резистор R3 является датчиком тока.

В случае падения напряжения транзистор VT1 закроется, ограничивая, таким образом, прохождение тока через нагрузку. Элемент VT2, наоборот, будет открыт, с одновременным включением светодиода. Номиналы элементов, указанных на схеме 2, соответствуют току короткого замыкания с напряжением 0,7 вольт, сопротивлением 3,6 Ом и силой тока 0,2 – 0,23 ампера.

На схеме 3 в электронном предохранителе в качестве ключа используется полевой транзистор VT1 повышенной мощности. Срабатывание защиты происходит при токе, зависящем от соотношения резистивных элементов. Важную роль играет величина сопротивления датчика тока, последовательно включаемого в цепь вместе с полевым транзистором. После того как защита сработала, повторное подключение нагрузки происходит путем нажатия кнопки SA1.

В чем измеряется сопротивление резистора

Чтобы ответить на вопрос в чем измеряется сопротивление резистора, нужно обратиться к стандартизации и наукам об измерениях. Международная и общепринятая схема цветовых кодов резисторов была разработана много лет назад как простой и быстрый способ определения омического значения резистора независимо от его размера или состояния. Он состоит из набора отдельных цветных колец или полос в спектральном порядке, представляющих каждую цифру значения резисторов. Сила сопротивления определеяет качество резистора. Цветовая маркировка резистора всегда считывается по одной полосе за раз, начиная слева направо, с большей полосой допуска ширины, ориентированной на правую сторону, что указывает на ее допуск. Путем сопоставления цвета первой полосы с соответствующим номером в столбце цифр цветовой диаграммы под первой цифрой идентифицируется, и это представляет первую цифру значения сопротивления.

Опять же, сопоставляя цвет второй полосы с соответствующим номером в столбце цифр цветовой диаграммы, мы получаем вторую цифру значения сопротивления и так далее. Затем цветовой код резистора читается слева направо, как показано ниже:

Это система маркировки. Резисторы бывают разных размеров и значений сопротивления, а чтобы вычислить нужный, и существуют формулы расчета. Резисторы изготавливаются по определенной стандартной сетке, которая подходит для большинства целей. Чтобы не быть голословными, нужно приложить цветовую таблицу.

Вместо последовательных значений сопротивления от 1 Ом (базовая единица измерений) и выше, определенные значения резисторов существуют в определенных пределах допуска. Допуск резистора представляет собой максимальную разницу между его фактическим значением и требуемым значением и обычно выражается как зависимость положительного или отрицательного значения в процентах. Например, резистор с допуском 1 кОм ± 20% может иметь максимальное и минимальное значение сопротивления:

Максимальное значение сопротивления

1 кОм или 1000 Ом + 20% = 1200 Ом

Минимальное значение сопротивления

1 кОм или 1000 Ом – 20% = 800 Ом

Что такое токоограничитель?

Прибор, схема которого построена таким образом, что предотвращает возможность возрастания силы электричества выше заданных или допустимых пределов амплитуды, называется ограничителем тока. Наличие защиты сети при установленном в нем ограничителе тока дает возможность уменьшить требования к последней в плане динамической и термической устойчивости в случае закорачивания.

В высоковольтных линиях с величиной напряжения до 35 кВ ограничение КЗ добиваются путем применения электрических реакторов, в отдельных случаях – предохранителей плавких, созданных на основе мелкозернистых наполнителей. Также цепи, питаемые высоким и низким напряжением, защищают схемами, собранными на базе:

выключателей тиристорных;
реакторов нелинейного и линейного типа, с шунтированием переключателями полупроводниковыми оперативного срабатывания;
реакторами нелинейными с подмагничиванием.

Цепи постоянного тока

Всем известно, что на постоянном токе трансформаторы не работают, тогда как в таких случаях повысить напряжение? В большинстве случаев постоянку повышают с помощью дросселя, полевого или биполярного транзистора и ШИМ-контроллера. Другими словами, это называется бестрансформаторный преобразователь напряжения. Если эти три основных элемента соединить как показано на рисунке ниже и на базу транзистора подавать ШИМ сигнал, то его выходное напряжение повысится в Ku раз.

Ku=1/(1-D)

Также рассмотрим типовые ситуации.

Допустим вы хотите сделать подсветку клавиатуры с помощью небольшого отрезка светодиодной ленты. Для этого вполне хватит мощности зарядного от смартфона (5-15 Вт), но проблема в том, что его выходное напряжение составляет 5 Вольт, а распространенные типы светодиодных лент работают от 12 В.

Тогда как повысить напряжение на зарядном устройстве? Проще всего повысить с помощью такого устройства как «dc-dc boost converter» или «импульсный повышающий преобразователь постоянного напряжения».

Такие устройства позволяют повысить напряжение с 5 до 12 Вольт, и продаются как с фиксированной величиной, так и регулируемые, что позволит в большинстве случаев поднять с 12 до 24 и даже до 36 Вольт. Но учтите, что выходной ток ограничен самым слабым элементом цепи, в обсуждаемой ситуации – током на зарядном устройстве.

При использовании указанной платы выходной ток будет меньше входного во столько раз, во сколько поднялось напряжение на выходе, без учета КПД преобразователя (он в районе 80-95%).

Подобные устройства строят на базе микросхем MT3608, LM2577, XL6009. С их помощью можно сделать устройство для проверки реле регулятора не на генераторе автомобиля, а на рабочем столе, регулируя значения с 12 до 14 Вольт. Ниже вы видите видео-тест такого устройства.

https://youtube.com/watch?v=hpJsErEEw_g

Интересно! Любители самоделок часто задают вопрос «как повысить напряжение с 3,7 В до 5 В, чтобы сделать Power bank на литиевых аккумуляторах своими руками?». Ответ прост – использовать плату-преобразователь FP6291.

На подобных платах с помощью шелкографии указано назначение контактных площадок для подключения, поэтому схема вам не понадобится.

Также часто возникающая ситуация — необходимость подключить к автомобильному аккумулятору 220В прибор, а бывает что за городом очень нужно получить 220В. Если бензинового генератора у вас нет – используйте автомобильный аккумулятор и инвертор, чтобы повысить напряжение с 12 до 220 Вольт. Модель мощностью в 1 кВт можно купить за 35 долларов – это недорогой и проверенный способ подключить 220В дрель, болгарку, котёл или холодильник к 12В аккумулятору.

Если вы водитель грузовика, вам не подойдёт именно указанный выше инвертор, из-за того, что в вашей бортовой сети скорее всего 24 Вольта

Если вам нужно поднять напряжение с 24В до 220В – то обратите на это внимание при покупке инвертора

Хотя стоит отметить, что есть универсальные преобразователи, которые могут работать и от 12, и от 24 вольт.

В случаях, когда нужно получить высокое напряжение, например, поднять с 220 до 1000В, можно использовать специальный умножитель. Его типовая схема изображена ниже. Он состоит из диодов и конденсаторов. Вы получите на выходе постоянный ток, учтите это. Это удвоитель Латура-Делона-Гренашера:

А так выглядит схема несимметричного умножителя (Кокрофта-Уолтона).

С его помощью вы можете повысить напряжение в нужное число раз. Это устройство строится каскадами, от числа которых зависит сколько вольт на выходе вы получите. В следующем видео описан принцип работы умножителя.

https://youtube.com/watch?v=kKJgZvWp0Bo

Кроме этих схем существует еще множество других, ниже изображены схемы учетвертителя, 6- и 8-кратных умножителей, которые используются для повышения напряжения:

Наверняка вы не знаете:

Что такое линейное и фазное напряжение
Как сделать 380В из 220
Что такое ограничитель перенапряжения

Опубликовано:
03.10.2018
Обновлено: 03.10.2018

Ограничители тока: схемы