Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания. Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.

В этой статье будет рассмотрено 3 варианта защит от переполюсовки , которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.

Вариант 1

Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.

Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.

При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.

Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.

Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.

Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.

А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.

Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.

Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

Итог

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.

Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.

Прикрепленные файлы:

Схема подключения транзистора к блоку питания приведена на рис.1, а вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 - на рис.2. Работает защита так. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5 В, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45...0,5 А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на "здоровье" деталей блока питания.

Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1. Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром - тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (такой пример показан на рис. 3).
Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации - рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.

Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
Однопереходный транзистор может быть КТ117А- КТ117Г, телефон - низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).

Рис. 4

Остается добавить, что для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток - исток.
Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

Незаменимой частью множественных радиоустройств является стабилизированный блок питания , собранный, как правило, на транзисторах. В процессе работы таких устройств может случится перегрузка блока питания . Особенно частенько это случается с лабораторными блоками, предназначенными для отработки и налаживания самых различных конструкций.

Такие нарушения нормального режима работы устройства нередко приводят к повреждениям его элементов, чаще всего - регулирующего транзистора стабилизатора. При пробое этого транзистора к нагрузке окажется приложенным полное выходное напряжение выпрямителя, часто небезопасное и для нее.

Плавкие предохранители мало спасают от повреждения блока питания и нагрузки, так как нередко регулирующий транзистор стабилизатора выходит из строя раньше, чем перегорит предохранитель. Надежную защиту в этих случаях можно обеспечить с помощью специального электронного защитного устройства.

В помещенной ниже подборке заметок описаны различные по сложности устройства, предложенные радиолюбителями-читателями. Выпрямителям и стабилизаторам в заметках уделено минимум внимания.

Защитные устройства разделяются на две группы: встроенные в стабилизатор и воздействующие на его регулирующий транзистор (например, устройство В. Захарченко) и автономные, содержащие отдельный ключевой элемент (устройство В. Мельникова). Устройства второй группы чаще называют электронными предохранителями. Защитное устройство Н. Цесарука занимает промежуточное положение между этими группами.

Некоторые виды нагрузки имеют свойство сильно перегружать блок питания в момент включения в сеть, вызывая ложное срабатывание защитного устройства. Отмечены также случаи, когда в момент включения усилителя НЧ из-за резкого всплеска тока через громкоговоритель усилителя выходили из строя динамические головки громкоговорителей (разрушались их звуковые катушки). Защитное устройство Л. Выскубова и В. Макарова позволяет устранить эти недостатки.

Кажущаяся сложность защитного устройства Н. Цесарука окупается высокими эксплуатационными характеристиками, в частности быстродействием и надежностью защиты.

Нередко радиолюбители оснащают блоки питания только лампами накаливания или электронно-оптическими индикаторами, сигнализирующими о перегрузке. Подобные устройства целесообразны в большинстве случаев, иногда же индикатора вообще бывает достаточно, чтобы вовремя зафиксировать перегрузку блока питания и отключить его от сети. Поэтому редакция сочла возможным включить в подборку описания и этих индикаторов.

Защитное устройство стабилизатора блока питания, схема которого показана на рис. 1, обладает высоким быстродействием и хорошей "релейностью”, то есть малым влиянием на характеристики блока в рабочем режиме и надежным закрыванием регулирующего транзистора Т2 в режиме перегрузки. Защитное устройство состоит из тринистора Д1, диодов Д2 и Д3 и резисторов R2 и R3. Оно работает следующим образом. В рабочем режиме тринистор Д1 закрыт и напряжение на базе транзистора Т1 равно напряжению стабилизации цепочки стабилитронов Д4, Д5. При перегрузке ток через резистор R2 и падение напряжения на нем достигают величины, достаточной для открывания тринистора Д1 по цепи управляющего электрода. Открывшийся тринистор замыкает цепочку стабилитронов Д4, Д5. что приводит к закрыванию транзисторов Т1 и Т2.

Для того чтобы восстановить рабочий режим после устранения причины перегрузки, нужно нажать и отпустить кнопку Кн1. При этом тринистор закроется, а транзисторы Т1 и Т2 вновь откроются. Резистор R3 и диоды Д2, Д3 защищают управляющий переход тринистора Д1 от перегрузок по току и напряжению соответственно.

Стабилизатор обладает следующими основными параметрами: входное напряжение 28-38 В, выходное стабилизированное напряжение - 24 В; коэффициент стабилизации - около 30; ток срабатывания защиты - 2 А. быстродействие - несколько микросекунд.

Транзистор Т2 можно заменить на КТ802А, КТ805Б, а Т1 - на П307- П309. КТ601, КТ602 с любым буквенным индексом. Тринистор Д1 может быть любым из серии КУ201, кроме КУ201А и КУ201Б.

В. Захарченко г. Киев

* * *

Стабилизатор блока питания , схема которого представлена на рис. 2, может быть защищен от перегрузок и коротких замыканий нагрузки введением всего двух деталей - тринистора Д2 и резистора R5. Защитное устройство срабатывает, когда ток нагрузки превысит определенное пороговое значение, определяемое сопротивлением резистора R5. В этот момент падение напряжения на этом резисторе достигает напряжения открывания тринистора Д2 (около 1 В), он открывается и напряжение на базе транзистора Т1 уменьшается почти до нуля. Поэтому транзистор Т1, а вслед за ним и Т2 закрываются, отключая цепь нагрузки.

Для возвращения стабилизатора в исходный режим нужно кратковременно нажать на кнопку Кн1. Резистор R3 служит для ограничения тока базы транзистора Т2. Резистор R5 наматывают медным проводом.

Номинальное входное напряжение стабилизатора - 40 В, выходное можно регулировать от 27 В почти до нуля. Максимальный ток нагрузки - 2 А.

Вместо транзистора П701А можно использовать КТ801А, КТ801Б. Транзистор Т2 можно заменить на КТ803А, КТ805А, КТ805Б, П702, П702А.

А. Бизер г. Херсон

Примечание редакции. Выходное сопротивление стабилизатора можно уменьшить на величину сопротивления резистора R5, если изменить место его включения (как показано на рис. 2 штриховыми линиями). Чтобы избежать случаев ложного срабатывания защиты от зарядного тока конденсатора С2 при включении блока питания в сеть, этот конденсатор лучше изъять из устройства.

* * *

Особенностью электронного предохранителя стабилизатора, схема которого изображена на рис. 3, является возможность регулирования тока срабатывания. Предохранитель собран на транзисторах Т1 и Т2 (в его состав входят также резисторы R1-R4, стабилитрон Д1, переключатель В1 и лампа накаливания Л1). Устанавливают требуемое значение тока срабатывания переключателем В1. Работает устройство следующим образом. В рабочем режиме за счет базового тока, протекающего через резистор R1 (R2 или R3), транзистор Т1 открыт и падение напряжения на нем невелико. Поэтому ток в базовой цепи транзистора Т2 очень мал, стабилитрон Д1, включенный в прямом направлении, и транзистор Т2 закрыты.

С увеличением тока нагрузки стабилизатора падение напряжения на транзисторе Т1 увеличивается. В некоторый момент стабилитрон Д1 открывается, вслед за ним открывается транзистор Т2, что приводит к закрыванию транзистора Т1. Теперь на этом транзисторе падает почти все входное напряжение и ток через нагрузку резко уменьшается до нескольких десятков миллиампер. Лампа Л1 загорается, указывая на срабатывание предохранителя. Возврат его в исходный режим производят кратковременным отключением от сети.

Входное напряжение устройства, собранного по схеме на рис. 3, равно 50±5 В, выходное стабилизированное можно регулировать в пределах примерно от 1 до 27 В. Коэффициент стабилизации - около 20. Для повышения температурной стабильности выходного напряжения последовательно со стабилитроном Д3 включен еще один стабилитрон Д2 в прямом направлении.

Каскад на транзисторе Т1 сравнивает напряжение на резисторе R2, пропорциональное току нагрузки стабилизатора, с напряжением на стабилитроне Д2. включенном в прямом направлении. При перегрузке стабилизатора напряжение на резисторе R2 становится больше напряжения на стабилитроне и транзистор Т1 открывается. Благодаря действию положительной обратной связи между цепями коллектора и базы этого транзистора в системе транзистор Т1 - реле Р1 развивается блокинг-процесс.

Длительность импульса - около 30 мс (в случае применения реле РМУ, паспорт РС4.533.360СП). Во время импульса напряжение на коллекторе транзистора Т1 резко уменьшается. Это падение напряжения через диод Т3 передается на базу регулирующего транзистора Т2 стабилизатора (напряжение на базе транзистора становится положительным относительно эмиттера), транзистор закрывается и ток через цепь нагрузки резко уменьшается.

Одновременно с открыванием транзистора Т1 начинает увеличиваться ток через коллекторную обмотку реле Р1, и примерно через 10 мс оно срабатывает, самоблокируется и отключает цепь нагрузки контактами P1/1. По окончании блокинг-процесса транзистор Т1 закрывается, реле Р1 остается включенным, а стабилизатор - обесточенным. Для восстановления исходного режима на короткое время отключают блок питания от сети. Быстродействие электронной защиты зависит от частотных свойств транзисторов Т1 и Т2 и скорости нарастания тока через коллекторную обмотку реле P1 (то есть от собственной емкости и индуктивности рассеяния обмоток реле) и не превышает нескольких десятков микросекунд. Защитное устройство срабатывает при токе нагрузки, равном 0,4 А.

Стабилизатор блока обладает коэффициентом стабилизации около 50. Номинальное входное напряжение 20 В, выходное - 15 В. Порог срабатывания защиты можно сделать регулируемым, для чего параллельно резистору R2 включают переменный резистор сопротивлением 10-20 Ом, к среднему выводу которого и подключают провод от вывода к базовой обмотки реле Р1.

Как только ток нагрузки достигает порогового значения, падение напряжения на резисторах R5 и R6 увеличивается настолько, что яркость свечения светодиода оптрона становится достаточной для открывания фототиристора. Его сопротивление становится очень малым, и на базу транзистора Т1 поступает положительное напряжение, закрывающее электронный ключ. При этом напряжение на нагрузке резко уменьшается, лампа Л1 гаснет. Ток, протекающий через фототиристор и резисторы R4 и R1, достаточен для удержания оптрона во включенном состоянии

Для того чтобы вернуть устройство в исходное состояние, нужно на короткое время нажать на кнопку Кн1. При этом фототиристор оптрона оказывается замкнутым накоротко и закрывается, электронный ключ поддерживается закрытым, а конденсатор С1 разряжается. В первый момент после отпускания кнопки электронный ключ остается закрытым и плавно открывается по мере заряда конденсатора С1 через резистор R1 Напряжение на нагрузке плавно увеличивается до номинального (описанный процесс происходит и при включении блока питания в сеть). Этим полностью устраняется опасность первоначального броска тока через нагрузку, который нередко является причиной выхода из строя элементов нагрузки и блока питания. Отсутствие броска тока, кроме этого, позволяет избежать ложных срабатываний защитного устройства.

Диоды Д1 и Д2 ускоряют процесс перехода транзисторов электронного ключа от режима насыщения к закрыванию при возникновении перегрузки. Порог срабатывания ключа устанавливают переменным резистором R5. Лампу Л1 выбирают исходя из требуемого номинального напряжения на нагрузке. Транзисторы Т2 и Т3 следует устанавливать на теплоотвод площадью не менее 100-120 см2.

Максимальное входное напряжение, при котором возможно использование описываемого устройства, - 50 В; максимальный ток нагрузки - 5 А; минимальный ток срабатывания - 0.4 А. Паление напряжения на защитном устройстве при открытом электронном ключе не превышает 1,5 В. Устройство может применяться для защиты выпрямителей, стабилизаторов напряжения, транзисторов мощных каскадов усилителей НЧ.

В. Макаров, Л. Выскубов, г. Ленинград

Добрый день. В этой заметке я хочу предложить вашему вниманию блок питания дополнительного усилителя мощности для портативной радиостанции «Веда-ЧМ» . Выходное напряжение блока питания 24В, номинальный ток нагрузки – 3,5А, порог тока срабатывания защиты от короткого замыкания – 5,5А, ток короткого замыкания – 0,06А.

Общий вид комплекта показан на фото 1.

Схема блока питания представлена на рисунке 1.

Силовой трансформатор блока – перемотанный сетевой трансформатор от старого телевизора ТС-90-1, в качестве первичной обмотки — используются все витки сетевой обмотки трансформатора. Новая вторичная обмотка содержит 2×65 витков провода ПЭТВ-2 диаметром 1,25мм. При отсутствии провода данного диаметра, можно на каждой из катушек намотать по 130 витков проводом диаметром 0,9мм. При этом катушки потом соединяют синфазно параллельно при сохранении схемы мостового выпрямителя. Если эти катушки соединить последовательно, то от двух диодов можно избавиться (Рис.2).

Схема стабилизатора собрана навесным монтажом (1 на фото 2). Конденсаторы С3 и С4 у меня находятся в корпусе усилителя мощности. Цифрой два обозначен дополнительный регулируемый стабилизатор напряжения для питания «Веда-ЧМ», собранного на микросхеме КРЕН12А. Меняя напряжение питания самой радиостанции, можно менять в некоторых пределах выходную мощность излучения усилителя. Схему этого стабилизатора можно найти в рубрике «Блоки питания» — «Стабилизатор напряжения на КР142ЕН12А». Индикатор перегрузки работает следующим образом. Напряжение на конденсаторах фильтра выпрямителя С1и С2 примерно равно 37 вольт, учитывая, что выходное напряжение – 24В, напряжение между точками 1 и 2 будет находиться в районе13 вольт, которого не хватит для пробоя стабилитронов VD5, VD6, так как их суммарное напряжение стабилизации равно 15В. При «коротыше» напряжение между этими точками возрастет, через стабилитроны потечет ток и светодиод HL1 загорится, а светодиод HL2 – погаснет. Обратите внимание на то, что на «земле» находятся коллектора мощных транзисторов, что, ну просто очень удобно, размещая транзисторы непосредственно на корпусе изделия. Блок питания и усилитель мощности висят на стене чердака под антенной, что значительно уменьшает потери мощности в кабеле. До свидания. К.В.Ю.

Данная схема представляет собой простейший блок питания на транзисторах, оборудованный защитой от короткого замыкания (КЗ). Его схема представлена на рисунке.

Основные параметры:

• Выходное напряжение - 0..12В;
• Максимальный выходной ток - 400 мА.

Схема работает следующим образом. Входное напряжение сети 220В преобразуется трансформатором в 16-17В, затем выпрямляется диодами VD1-VD4. Фильтрация пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется конденсатором С1. Далее выпрямленное напряжение поступает на стабилитрон VD6, который стабилизирует напряжение на своих выводах до 12В. Остаток напряжения гасится на резисторе R2. Далее осуществляется регулировка напряжения переменным резистором R3 до требуемого уровня в пределах 0-12В. Затем следует усилитель тока на транзисторах VT2 и VT3, который усиливает ток до уровня 400 мА. Нагрузкой усилителя тока служит резистор R5. Конденсатор С2 дополнительно фильтрует пульсации выходного напряжения.

Защита работает так. При отсутствии КЗ на выходе напряжение на выводах VT1 близко к нулю и транзистор закрыт. Цепь R1-VD5 обеспечивает смещение на его базе на уровне 0,4-0,7 В (падение напряжения на открытом p-n переходе диода). Этого смещения достаточно для открытия транзистора при определённом уровне напряжения коллектор-эмиттер. Как только на выходе происходит короткое замыкание, напряжение коллектор-эмиттер становится отличным от нулевого и равным напряжению на выходе блока. Транзистор VT1 открывается, и сопротивление его коллекторного перехода становится близким к нулю, а, значит, и на стабилитроне. Таким образом, на усилитель тока поступает нулевое входное напряжение, через транзисторы VT2, VT3 будет протекать очень маленький ток, и они не выйдут из строя. Защита отключается сразу же при устранении КЗ.

Детали

Трансформатор может быть любой с площадью сечения сердечника 4 см 2 и более. Первичная обмотка содержит 2200 витков провода ПЭВ-0,18, вторичная - 150-170 витков провода ПЭВ-0,45. Подойдёт и готовый трансформатор кадровой развёртки от старых ламповых телевизоров серии ТВК110Л2 или подобный. Диоды VD1-VD4 могут быть Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л или любые на ток не менее 1 А и обратное напряжение не менее 55 В. Транзисторы VT1, VT2 могут быть любые низкочастотные маломощные, например, МП39-МП42. Можно использовать и кремниевые более современные транзисторы, например, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 и другие. В качестве VT3 - германиевые П213-П215 или более современные кремниевые мощные низкочастотные КТ814, КТ816, КТ818 и другие. При замене VT1 может оказаться, что защита от КЗ не работает. Тогда следует последовательно с VD5 включить ещё один диод (или два, если потребуется). Если VT1 будет кремниевый, то и диоды лучше применять кремниевые, например, КД209(А-В).

В заключение стоит заметить, что вместо указанных на схеме p-n-p транзисторов можно применять и аналогичные по параметрам транзисторы n-p-n (не вместо какого-либо из VT1-VT3, а вместо всех из них). Тогда нужно будет поменять полярности включения диодов, стабилитрона, конденсаторов, диодного моста. На выходе, соответственно, полярность напряжения будет другая.

Список радиоэлементов