Дијаграм на коло на електронски осигурувач (EF) на транзистор со ефект на поле:

Нискиот отпор на отворениот канал на транзистор со ефект на поле (27 mOhm) се користи како струен сензор. Во ова коло, PT извршува две функции: електронски прекинувач и струен сензор. Чипот LM358 се користи како компаратор на напон. Референтниот извор на напон од 2,5 V е составен на чипот TL431.
Копчето SB1 го вклучува ED, кога накратко ќе се притисне, напонот за напојување преку диодата VD2 и отпорникот R4 се доставува до портата PT, како резултат на што се отвора и го поврзува товарот со изворот на енергија.
Кога струјата на оптоварување ќе достигне одредена вредност (поставена од отпорникот R1), уредот нагло го затвора транзисторот и го исклучува оптоварувањето. LED HL1 покажува дека товарот е исклучен.
За да го вклучите товарот, мора повторно накратко да го притиснете копчето SB1.

Компоненти:
Во електронскиот осигурувач, можете да користите кој било оперативен засилувач (OA) кој работи при нула напон на двата влеза, под услов да има униполарно напојување (LM358, KP1040UD1A, K1464UD1P) во пакет DIP8.
TL431 - која било од оваа серија. Транзистор со ефект на поле кој било N-канал (IRLR2905, IRL1404, IRF1010N, IRLZ44, IRF840). PT означено на дијаграмот е во куќиште D-Pak.
Други детали за ЕП:
Отпорници:
R1 - 10 kOhm тип SP3-19a, SP3-28 или слично;
R2 - 200 kOhm;
R3 - 3 kOhm;
R4-R5-1 kOhm - 0,125 W.
Диоди:
VD1, VD2-1N4148, KD522B
Кондензатор: C1 - 0,1 µF - K10-17V
LED: AL307.

ПХБ:

Фотографија на готовиот уред:

Поставување:
Значи, уредот беше составен. Ние го поврзуваме со изворот на енергија, поврзете го товарот. Го зголемуваме напонот на напојувањето (отпорникот R1 е поставен на положбата на максимална отпорност).
На 2,5 V, HL1 почнува да свети. Го зголеми напонот на 10V. Товарот е нула волти. Го притискаме копчето SB1, сијаличката се гаси и напонот за напојување се појавува на товарот.
Струјата на амперметарот е 4,5 A. Ние го зголемуваме напонот на 20 V. При струја од 9 A, LED свети, сигнализирајќи дека товарот е исклучен. Минималната работна струја што можевме да ја поставиме беше 3 А.
Интервалот за промена на струјата на одговор може да се постави со избирање на отпорот на отпорникот R2. За да се намали струјата на одговор, неопходно е да се инсталира моќен отпорник со отпор од околу 0,1 Ом во отвореното коло на колото за одвод на еднонасочна струја (означено со ѕвездичка на дијаграмот).

Електронскиот осигурувач работи на напон од 5 V до 20 V и оптоварување струи до 40 A. За извор на енергија со напон до 40 V, неопходно е да се направат промени во колото:
1) користете оп-засилувач дизајниран за соодветниот униполарен позитивен напон, нема многу од нив, треба да го побарате. LM358 има ограничување на напонот за едно напојување од 32 V.
2) Зголемете го отпорникот R4 на 47 kOhm. Инсталирајте отпорник од 47 kOhm помеѓу изворот и портата на PT (на таблата ова е отпорник R6), бидејќи IRLR2905 има дозволен напон на одводниот извор од 20 V.
Зголемете ги отпорниците R3, R5 на 10 kOhm и зголемете ја моќноста на отпорникот R5 на 0,25 W.

Преземете PCB:

Кола за напојување

За време на инсталацијата или поправката на електронската опрема што се напојува директно од електричната мрежа, може да дојде до краток спој поради разни видови грешки. За да се спречи оштетување на опремата од овој феномен, мора да се користи електронски осигурувач. Сликата подолу покажува дијаграм на колото за електронски осигурувачисо голема брзина, која е наменета за тековна потрошувачка до 10 А.

Ако има струја во колото повеќе од -10 А, уредот автоматски се исклучува и товарот поврзан со конекторот X2 се исклучува. Кога електронскиот осигурувач е поврзан со мрежа од 220 V, напонот за напојување од 12 V се доставува до неговата контролна единица Струјата тече низ отпорникот R6 и светлосниот емитер на оптоспојката U1, бидејќи транзисторот VT1 и тиристорот VS2 се затворени.

Во овој момент, фотодинисторот на оптоспојувачот се отвора и струјата почнува да тече низ него и отпорникот R3. Напонот исправен од мостот VD1...VD4 се напојува со контролната електрода на тиристорот VS1. По отворањето, SCR VS1 ја затвора дијагоналата на мостот и ја отвора патеката за напон во мрежата до товарот. Кога струјата на оптоварување надминува или има краток спој во неговите кола, падот на напонот на отпорникот R10 доведува до отворање на транзистор VT1 и тиристорот VS2. Тиристорот, со својот мал отпор, го заобиколува колото за напојување на оптоспојувачот што емитува светлина, што доведува до затворање на фотодинисторот на оптоспојувачот и тиристорот VS2. Како резултат на тоа, товарот е исклучен, што е потврдено со осветлувањето на HL1 LED. За да го вклучите електронскиот осигурувач, користете го копчето SB1. Во моментот на притискање на копчето SB1, кога неговите контакти се затвораат, тиристорот VS2 се затвора, но електронскиот осигурувач сè уште останува не вклучен, бидејќи колото за напојување на оптоспојката што емитува светлина е заобиколено. И само кога ќе се ослободи копчето, кога ќе се отворат неговите контакти, мрежниот напон се доставува до товарот. Овој дизајн на колото ви овозможува да спречите дефект на уредот, како и во случај на обид да го вклучите за време на краток спој.

За да се бара рачно исклучување на товарот, електронскиот осигурувач има копче SB2. Следниве радио компоненти може да се користат во уредот. Отпорник R10 е парче жица PEV-1 00,6 mm, долга 2 m, кое е намотано околу телото на моќен отпорник. Сите други отпорници се од типот MJIT, дизајнирани за моќноста наведена на дијаграмот. Кондензаторот C1 е од типот K73-17, а C2 и SZ се K50-6. Диодите VD1...VD4, покрај оние наведени во дијаграмот, можат да бидат од сериите D232, D233, D247, KD203, KD206 и други со U06p.max од најмалку 400 V. Наместо диодите KD209B (VD5 , VD6, VD8), погодни се диоди од серијата KD102, а може да се користи зенер диодата D814D (VD7) - D814G, D813, D811, KS213 и други со стабилизациски напон од 10...12 V. SCR KU101 ( VS2) може да се користи со кој било индекс на букви, KU202 (VS1) - со индекси K... N. Транзистор VT1 од сериите KT361, KT209, KT201, KT502, KT501, KT3107 и слични серии. Копчињата SB1 и SB2 тип P2K без фиксирање. SCRs VS1 и диодите VD1...VD4 треба да се инсталираат на рамни алуминиумски радијатори со димензии 50x80x5 mm. Главниот дел од деловите на уредот е монтиран на печатено коло со димензии 72x52 mm, исечено од еднострана фолија од фиберглас. Плочката е поставена во куќиште во кое на предната страна се поставени копчињата SB1 и SB2, HL1 LED и XI приклучокот. Електронскиот осигурувач што е правилно склопен од делови што се сервисираат не треба да се прилагодува. За да го поставите потребниот работен праг на уредот, неопходно е да се изберат тиристорот VS1 и отпорникот R10 врз основа на фактот дека Ikc< Icp.max При этом сопротивление резистора R10 определяют из формулы.

Овој уред е дизајниран да ги заштити струјните кола од прекуструјни и кратки кола на оптоварување. Поврзан е помеѓу изворот на енергија и товарот.

Осигурувачот е направен во форма на мрежа со два терминали и може да работи заедно со напојување со прилагодлив излезен напон во рок од 3...35 V. Максималниот вкупен пад на напонот преку осигурувачот не надминува 1,9 V максимум струја на оптоварување. Струјата на исклучување на заштитниот уред може постојано да се прилагодува од 0,1 до 1,5 А, без оглед на напонот на оптоварување. Електронскиот осигурувач има добра термичка стабилност и брзина (3...5 μs), и е сигурен при работа.

Дијаграмот на електричното коло на електронскиот осигурувач е прикажан на слика 1. Во режим на работа, тиристорот VS1 е затворен, а електронскиот прекинувач на транзисторите VT1, VT2 е отворен поради струјата што тече низ отпорникот R1 до основата на транзистор VT1. Во овој случај, струјата на оптоварување тече низ електронскиот клуч, збир на отпорници R3-R6, променлив отпорник R8 и контактите на копчето SB1.

При преоптоварување, падот на напонот низ колото на отпорниците R3-R6, R8 достигнува вредност доволна за отворање на SCR VS1 долж колото на контролната електрода. Отворениот SCR го затвора основното коло на транзистор VT1, што доведува до затворање на електронскиот клуч. Струјата во колото за оптоварување нагло се намалува; останува незначителна резидуална струја, еднаква на Iost=Upit/R1. На Upit=9 V Iost=12 mA, а на 35 V - 47 mA.

За да го вратите режимот на работа откако ќе ја отстраните причината за преоптоварувањето, треба накратко да го притиснете копчето SB1 и да го ослободите. Во овој случај, SCR ќе се затвори, а транзисторите VT1 и VT2 повторно ќе се отворат.
Преостанатата струја може да се намали со зголемување на отпорноста на отпорникот R1 за 1,5...2,5 пати и со користење на транзистори VT1 ​​и VT2 со голем коефициент на пренос на статичка струја. Сепак, прекумерното зголемување на отпорноста на отпорникот R1 доведува до зголемување на падот на напонот преку транзистор VT2, односно зголемување на падот на напонот преку осигурувачот во режим на работа.

Преостанатата струја може значително да се намали (до 2...4 mA) при кој било напон на напојување со користење на струен извор на транзистор со ефект на поле KP303A или KP303B со почетна струја на одвод од 1...2,5 mA до транзистор на пристрасност VT1. Во овој случај, отпорникот R1 е исклучен. Портата и изворот на транзисторот со ефект на поле мора да се поврзат заедно и да се поврзат со основата на транзистор VT1, а одводот со неговиот колектор. Треба да се има на ум дека во овој случај уредот работи во кола со напон не поголем од 25 V.

Слика 2 ја покажува зависноста на струјата на работа на осигурувачите од отпорот на отпорникот R8. Типот на оваа карактеристика силно зависи од напонот на отворање на тиристорот.
Треба да се има на ум дека со напон на напојување кој има значителни бранувања, електронскиот осигурувач се активира на врвовите на напонот, така што просечната струја низ товарот ќе биде малку помала отколку кога се користи добро измазнет напон.

Струјата на работа на осигурувачот може да се одреди од изразот: I open =U openVS1 /(R eq +R8), каде U openVS1 е напонот на отворање на тринисторот, а R eq е еквивалентен отпор на колото на отпорниците R3-R6 . Како што покажува графиконот на слика 2, регулирањето на работната струја со отпорникот R8 во зоната на граничната вредност е прилично грубо, па затоа е препорачливо или да се намалат контролните граници со намалување на отпорот на отпорникот R8 за 1,5...2 пати. , или воведете повеќестепена регулација со прекинувач со комплет прецизно избрани отпорници.

Осигурувачот е монтиран на печатено коло направено од фиберглас со дебелина од 1,5 mm (слика 3). Плочката ги содржи сите делови освен транзистор VT2, отпорник R8 и копчето SB1. Транзистор VT2 мора да се инсталира на мал ладилник, на пример, на дуралуминска плоча со димензии 90x35x2 mm со свиткани рабови.

Уредот може да користи и транзистори во метално куќиште, само треба да го промените дизајнот и димензиите на ладилникот. Транзисторот KT817B може да се замени со KT815B-KT815G, KT817V, KT817G, KT801A, KT801B и KT805AM со KT802A, KT805A, KT805B, KT808A, KT808B-KT8 Коефициентот на пренос на статичка струја на транзисторите мора да биде најмалку 45. Фиксни отпорници - MLT, MT и MON; променлив отпорник - која било жица; копче SB1 - P2K без заклучување.

Подобро е да се користат тиристори KU103A во осигурувачот со напон на отворање од 0,4...0,6 V.
Како по правило, собраниот осигурувач не бара прилагодување. Во некои случаи, неопходно е да се избере отпорот Req со додавање на друг отпорник за да се постави максималната работна струја. Плочката обезбедува простор за четири отпорници R3-R6.

Ориз. 2

Ориз. 3

Радио бр.5, 1988 година, стр

Список на радиоелементи

Означување	Тип	Деноминација	Количина	Забелешка	Купувајте	Мојот бележник
VT1	Биполарен транзистор	KT817B	1			Во бележник
VT2	Биполарен транзистор	KT805AM	1			Во бележник
VS1	Тиристор и Триак	KU103A.B	1			Во бележник
R1	Отпорник	750 Ом	1	2 В		Во бележник
R2	Отпорник	2,4 kOhm	1			Во бележник
R3-R6	Отпорник

Во напојувањата од секаков тип, важно е да се заштитат струјните кола од прекумерна струја и напонски преоптоварувања, како и безбедно да се поврзат напојувањето со товарот. Меѓу решенијата на компанијата за безбедно префрлување и следење на струјните кола, има и производи за работа со надворешни транзистори и производи од новата генерација - електронски осигурувачи eFuse кои содржат вграден прекинувач за напојување.

Колото за напојување на електронски уред се состои од извор на енергија и поврзан товар. За безбедно и сигурно функционирање на уредот, изворот на енергија мора да ги обезбеди номиналната струја и напонот во колото. Во итни ситуации, може да се појават и краткорочни и долгорочни прекумерни струи, пренапон или напојување со недоволен напон за правилно функционирање, како и погрешно менување на поларитетот на напонот како резултат на неправилно поврзување на изворот на енергија со товарот. колото за напојување. Сите овие настани може да предизвикаат дефект на напојуваниот уред (оптоварување), како и на струјните кола на изворот на енергија, што ќе доведе до локално прегревање, па дури и до пожар на уредите. Меѓународните стандарди ја регулираат задолжителната употреба на безбедносни уреди во кола за напојување на електронските уреди, обезбедувајќи гарантирано исклучување на уредот од колото за напојување во случај на преоптоварување за да се спречи пожар за време на работата.

Прекумерната струја и пренапонот главно се јавуваат за време на процесот на поврзување или исклучување на изворот на енергија од товарот. Главната причина за тековното преоптоварување при поврзување на моќноста е зголемената струја на налет, чија вредност може да биде ред на големина поголема од номиналната струја. Типичен пример: моментот на поврзување на мрежен адаптер AC/DC со електронска единица, капацитетот на влезните кола за напојување може да биде неколку илјади микрофаради. Високата неконтролирана струја може да изгори осигурувач во колото за напојување (најдобрата опција од безбедносна гледна точка), да ги оштети влезните кола на електронската единица со напојување, а исто така да доведе до откажување на излезните транзистори за напојување на напојувањето. Во струјните кола на моќните електрични погони може да се појават и високи струи. Проблемот со заштитата на моќта од преоптоварувања е особено релевантен за следните класи на електронски уреди:

• електронски уреди кои се напојуваат со надворешни мрежни адаптери за AC/DC;
• електронски системи со приклучок за пристап до заменливи модули (на пример, телекомуникациска опрема за монтирање на решетка);
• компјутерски периферни уреди поврзани со USB магистралата (на пример, надворешни хард дискови);
• системи и уреди со резервни или алтернативни извори на енергија (литиумска батерија, AC адаптер, мрежа на возилото);
• непрекинато напојување, системи со својот вишок.

Во сите овие уреди, за време на работата, може да се појават опасни транзиенти во струјните кола.

Елементи за пасивна заштита базирани на дискретни елементи

Пасивните заштитни елементи во струјните кола на електронската опрема се користат неколку децении и продолжуваат активно да се користат во моментов. Тие вклучуваат:

• осигурувачи (тековна заштита);
• осигурувачи со можност за ресетирање (тековна заштита);
• Зенер диоди (заштита од пренапон).

Причината за распространетоста и популарноста на пасивните осигурувачи е првенствено нивната ниска цена и леснотијата на користење. Сепак, овие компоненти имаат одредени недостатоци.

Главните недостатоци на осигурувачите

• Непредвидлив момент на работа поради влијанието на многу временски неодредени фактори. Првенствено на температурата на околината, животниот век на осигурувачите и режимите на работа. Како резултат на тоа, струјата на исклучување може многу да се разликува од номиналната вредност наведена на осигурувачот.
• Бавен одговор. Има брзи и бавни осигурувачи. Процесот на топење на проводна жица со суперструја може да се случи за време од неколку до десетици милисекунди за брзи осигурувачи и до неколку стотици милисекунди за бавни осигурувачи. Времето на одговор зависи од нивото на тековното преоптоварување (види слика 1). Колку е поголема струјата, толку побрзо жицата се топи. За осигурувач со номинална струја од 0,5 А, времето на одговор е 1 ms на три пати поголема од струјата.
• Зависност на тековниот праг од температурата на околината. Колку е поголема надворешната температура, толку помалку енергија е потребна за да се стопи жицата и колку е помала струјата заштитата ќе работи.
• Скокачот треба да се замени по сопнувањето.
• Уредот со напојување останува без струја откако осигурувачот ќе се вклучи.

Главните недостатоци на осигурувачите со саморесетирање

• Значителен отпор во нормален режим при номинални струи. Работата на осигурувачот од пасивен тип се заснова на локално прегревање на омската структура со суперструи, како резултат на што отпорот се зголемува и струјата е ограничена. Загубите на енергија на нив се двојно поголеми отколку кај конвенционалните осигурувачи.
• Ниска отпорност на пренапони и прекумерни струи. Бидејќи таквите импулси влијаат на осигурувачот PolySwitch, елементите се деградираат, нивните важни параметри се менуваат (отпорност во состојба и струја на работа) и откажуваат.
• Промени во тековниот работен праг со текот на времето поради неизбежно деградирање на структурата.
• Значајна зависност на струјата на активирање од температурата на околината (види слика 2). Прагот на одговор на истиот осигурувач може да варира од 40 до 140% од номиналната струја, во зависност од температурата (крива C на слика 2).
• Отпорот на осигурувачот се зголемува по секое исклучување, што доведува до дополнително зголемување на загубата на енергија.

e-Fuse електронски осигурувачи

Активните или, како што се нарекуваат и електронски осигурувачи од серијата eFuse, произведени од Texas Instruments се целосно ослободени од недостатоците својствени на кола за пасивна заштита. Во суштина, електронскиот осигурувач е коло со прекинувач на поле со низок отпор со интегрирани контролни кола и кола за следење на протокот на струја и нивоата на влезниот напон. Блок-дијаграмот на електронскиот осигурувач eFuse е прикажан на слика 3.

Колото е поврзано со колото за напојување и обезбедува заштита на оптоварувачките кола од зголемена струја на налет, струја на краток спој, пренапони на влезниот напон, низок напон, а исто така и од погрешно менување на поларитетот на влезниот напон.

Праговите може да се постават со надворешни кола (отпорници или отпорен делител на напон) или, на пример, од излезната порта на микроконтролерот што ја следи состојбата на колата за напојување на уредот или системот. Електронскиот осигурувач се активира автоматски кога ќе се открие еден од наведените алармни настани: надминување на одредено ниво на струја, намалување на нивото на влезниот напон под нормата, надминување на нивото на напон над нормата или неточен поларитет на влезниот напон.

Електронските осигурувачи се достапни и со вграден прекинувач, кој обезбедува работа во кола со струи до 12 А, и за употреба со надворешен транзистор за напојување. Осигурувачот со надворешен клуч eFuse обезбедува повисоки нивоа на струја на префрлување. Дополнително, во зависност од наведениот тип на заштита во осигурувачите, може да се користи едно од заштитните сценарија: автоматско враќање на прекинувањето по исчезнувањето на вонредна ситуација или заклучување на итен настан. Во вториот случај, за да се врати во нормална работа, изворот на енергија мора да се рестартира со учество на операторот или под контрола на микроконтролер кој ги надгледува струјните кола.

eFuse електронски осигурувачи со интегриран клуч

Осигурувачите со вграден транзистор со ефект на поле се дизајнирани да ги заштитат струјните кола во опсег од 2,5 до 20 V со струја до 12 А. Уредите од овој тип можат да се поделат на три сегменти: со фиксен работен напон ( / /), со широк опсег на работни напони () и со можност за мерење на струјата што тече низ нив (/).

Во Табела 1 се прикажани главните параметри на електронските осигурувачи на микроциркулите e-Fuse со вграден MOSFET транзистор.

Табела 1. Електронски осигурувачи со вграден клуч

Име	Макс. струја, А	Работен напон, В	Поставување на прагот на струја	Мониторинг	Исклучување на низок напон	Заштита од пренапони	Контрола на пораст на излезот
	5	5; 12	Надворешен отпорник	бр	Надворешно коло	Вграден: 6,1 V; 15 В	Надворешен кондензатор
	5	2.9…20	Надворешен отпорник,	бр	Внатрешен компаратор	Надворешен	Надворешен кондензатор
	12	2.5…18	Надворешен отпорник,	Аналоген излез	Внатрешен компаратор	Внатрешен компаратор	Надворешен кондензатор

Слика 4 покажува дијаграм за употреба на едноставен електронски осигурувач TPS2592x.

Нивото на прагот на струјата низ транзисторот е поставено со отпорник Rlim (влез ILIM). Точноста на поставувањето на прагот е 15%. Опсегот на прилагодување на тековниот граничен праг е 2...5 A. Делителот R1/R2 го поставува прагот на низок напон (влез EN/UVLO). Ниското ниво може да го блокира овој тип на заштита. Прагот на пренапон се поставува внатрешно за време на производството. Вредноста на прагот се одредува според верзијата (индексот) на микроколото. За TPS2592Ax, прагот на пренапон е 12 V, а за TPS2592Vx – 5 V. Заклучувањето, активирањето на заштитата, на пример, за верзијата 5 V се случува кога влезот ќе достигне 6,1 V. Отпорот на отворениот прекинувач на проодниот транзистор е само 29 mOhm.

Работниот алгоритам, како и главните параметри на заштитниот механизам за уредите од семејството TPS2592 се прикажани во Табела 2.

Табела 2. Модификации на електронските осигурувачи TPS2592 со различни сценарија за заштита

INA225 Засилувач на сигнал за струен шант

Микроколото обезбедува контрола на струјата во колото за оптоварување. Во суштина, ова е засилувач на диференцијален сигнал од надворешен отпорник (тековен шант) со програмабилно засилување. Излезниот сигнал е пропорционален на струјата во колото за оптоварување, аналоген. Дигитализацијата ја врши ADC на надворешен микроконтролер. Слика 14 го прикажува дијаграмот на колото на микроспојот.

Програмирањето (изборот) на четири фактори на засилување (25/50/100/200) се врши со две дигитални цифри од микроконтролерот. Микроколото е дизајнирано да ја следи струјата во струјните кола на различна опрема (мерење, телекомуникации, полначи, напојувања). Пакет со чипови: MSOP-8. Работен температурен опсег: -40…125°C. Напојувањето се снабдува од напон од 2,5…36 V, т.е. од контролирани напонски кола.

Компаратор за струјна заштита INA300

Компараторот обезбедува праг следење на струјата во дадено коло. Има еден дигитален излез што покажува дали сигналот го надминал зададениот праг. Од страната на микроконтролерот, можете да го поставите саканото ниво на праг (поставено од надворешен отпорник RLIMIT и програмабилен сигнал од излезот DAC на микроконтролерот). Контролни сигнали од микроконтролерот: Овозможи-резолуција, Режим на брава за настан за итен случај. Користејќи надворешни кола, можете да го поставите нивото на брзина на компараторот - 10/50/100 μs. Слика 15 покажува типично коло за поврзување на компараторот.

Заклучок

За да ги заштити уредите од високи струи на допир, пренапони и да ги следи параметрите на моќноста, Texas Instruments им обезбедува на дизајнерите широк опсег на интегрирани кола.

Новата класа на интелигентни уреди за заштита на електронските уреди долж струјните кола обезбедува:

• зголемување на нивото на доверливост и безбедност при користење на уреди;
• зголемување на нивото на одржување и работа, намалување на трошоците за одржување и поправка;
• намалување на загубите на електрична енергија;
• зголемување на нивото на интеграција (намалување на големината и тежината на уредите, намалување на просторот на печатените кола).