Схема. Электронный предохранитель
Эффективное средство защиты от перегрузки по току источников питания, например аккумуляторов, а также нагрузки — электронные предохранители. В большинстве случаев они должны удовлетворять следующим требованиям: простота, экономичность, малые потери и габариты. Для реализации этих параметров подходящие коммутирующие элементы — мощные полевые переключательные транзисторы [1].
Схема устройства на основе такого транзистора показана на рис. 1. Предохранитель включают между источником питания (выключателем) и нагрузкой. Устройство работоспособно при напряжении от 5 до 20 В и токе нагрузки до 40 А. Полевой транзистор Л»1 выполняет одновременно функции электронного ключа и датчика тока, микросхема ОУ DA1.1 — компаратора напряжения. На микросхеме DA2 собран источник образцового напряжения 2,5 В.
Для запуска устройства служит кнопка SB1, при кратковременном замыкании которой напряжение питания через диод VD2 и резистор R4 поступит на затвор транзистора, вследствие чего он откроется и подключит нагрузку к источнику питания. Выходное напряжение ОУ зависит от соотношения напряжений на его входах. Если ток нагрузки меньше тока срабатывания предохранителя, напряжение на неинвертирующем входе будет больше, чем на инвертирующем, поэтому на выходе ОУ будет напряжение, меньшее напряжения питания примерно на 1,5 В. Транзистор VT1 останется открытым, на неинвертирующем входе ОУ будет стабильное напряжение с резистивного делителя R2R1.
Особенность электронного предохранителя, как уже отмечено выше, — использование сопротивления канала полевого транзистора в качестве датчика тока, что отличает его от аналогичного устройства, описанного в [2]. Основные параметры примененного транзистора: сопротивление канала — 0,027 Ом, максимальный ток стока — 41 А, предельное напряжение сток-исток — 55 В, а максимальная рассеиваемая мощность — 110 Вт. Сопротивление канала открытого транзистора зависит от напряжения на его выводах и температуры корпуса, при напряжении питания более 5…6 В оно изменяется в пределах 20…30 %, что вполне допустимо для таких устройств.
С увеличением потребляемого тока будет расти напряжение и на транзисторе VT1. Когда оно превысит напряжение на резисторе R1, на выходе ОУ напряжение станет уменьшаться, транзистор будет закрываться, а напряжение на нем расти, что приведет к дальнейшему снижению напряжения на выходе ОУ и закрыванию транзистора. Следовательно, когда ток нагрузки достигает определенного значения, устройство скачком закрывает транзистор и обесточивает нагрузку. Светодиод HL1 сигнализирует о том, что устройство выключено. Ток, потребляемый предохранителем в этом состоянии (без учета тока через светодиод), равен несколько миллиампер. Для включения нагрузки необходимо снова кратковременно нажать на кнопку SB 1.
Ток срабатывания предохранителя устанавливают подстроечным резистором R1. Если напряжение питания стабильно, микросхему DA2 и резистор R3 можно исключить, заменив последний проволочной перемычкой. Для устойчивого отключения нагрузки при малом токе срабатывания (менее 1…1.5А) следует увеличить сопротивление датчика тока, включив резистор сопротивлением около 0,1 Ом в цепь стока транзистора VT1 (в разрыв цепи в точке А на рис. 1).
В устройстве можно применить любой ОУ (DA1), работоспособный при нулевом напряжении на обоих входах в условиях однополярного питания. В частности, подойдут отечественные аналоги микросхемы LM358 — КР1040УД1А, К1464УД1Р в корпусе DIP-8 и К1464УД1Т в корпусе SO-8. DA2 — любая микросхема из серии TL431. Транзистор VT1 может быть любым п-канальным из списка, указанного в [1], предпочтительнее выделенный желтым цветом (в этом случае минимальное напряжение питания устройства примерно равно 5 В, иначе оно возрастет до 7 В). Подстроечный резистор — СПЗ-19а, СПЗ-28 или аналогичные импортные. Постоянные резисторы — МЛТ, С2-33, Р1-4, Р1-12. Конденсатор С1 — К10-17В. Кнопка SB1 — любая малогабаритная с самовозвратом. Детали для поверхностного монтажа: DA1 — LM358AM, DA2 — TL431CD (рис. 2), резисторы Р1-12 размещены на печатной плате (рис. 3) из односторонне фольгированного стеклотекстолита.
Налаживание устройства сводится к установке тока срабатывания подстроечным резистором R1. Интервал изменения этого тока можно установить подбором сопротивления резистора R2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, № 5, с. 45.
2. Нечаев и. Электронный предохранитель. — Радио, 2004, № 3, с. 37.
И. НЕЧАЕВ, г. Курск
«Радио» №6 2005г.
Похожие статьи:
Электронный регистратор событий
Электронный ‘рубильник’
Электронный уровнемер
Электронный выключатель
