Простая защита от напряжения неправильной полярности без потерь мощности
» Схемы » Силовая электроника
19-04-2016
Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2015
Aruna Rubasinghe
EDN
Общепринятым способом защиты цепей от ошибочной полярности напряжения является использование диодов. Например, в схеме на Рисунке 1 последовательный диод позволяет протекать току лишь при правильной полярности приложенного напряжения.
| Рисунок 1. | Последовательный диод защищает схему от неправильной полярности входного напряжения,но на диоде теряется мощность. |
Кроме того, воспользовавшись диодным мостом, вы можете выпрямить входное напряжение, и на вашу схему всегда будет приходить напряжение нужной полярности (Рисунок 2).
Но этим методам присущ серьезный недостаток – прямое падение напряжения на диодах приводит к большим потерям мощности. При токе 1 А схема на Рисунке 1 будет рассеивать 0.7 Вт, а на Рисунке 2 – 1.4 Вт.
В статье предлагается простая конструкция защитного устройства, на котором не падет напряжение и не теряется энергия (Рисунок 3).
| Рисунок 2. | Вы можете использовать мостовой выпрямитель и сделать систему безразличной к полярности входного напряжения. Но потери энергии на диодах здесь вдвоепревышают потери в схеме на Рисунке 1. |
Выберем реле, пригодное для работы с напряжением обратной полярности. К примеру, для системы с напряжением питания 12 В возьмем 12-вольтовое реле.
При правильной полярности входного напряжения диод D1 закрыт, и реле S1 остается выключенным. Затем подключим вход и выход питания к нормально замкнутым контактам реле, что обеспечит протекание тока в нагрузку.
Диод D1 блокирует питание реле, и схема защиты не потребляет мощности.
| Рисунок 3. | В цепь питания можно включить реле, которое пропуститток в нагрузку без потерь мощности. Диод D2 подавляетиндуктивные выбросы на обмотке реле. |
При противоположной полярности входного напряжения диод D1 открывается и включает реле (Рисунок 4). Включение реле отрывает источник питания от нагрузки, и зажигается красный светодиод D3, сообщая о неправильной полярности напряжения.
| Рисунок 4. | При обратном входном напряжении реле переключаются,прерывая питание нагрузки, и светодиод зажигается. |
Таким образом, схема потребляет мощность только при ошибочном подключении питания. В отличие от МОП или полупроводниковых ключей, замкнутые контакты реле имеют низкое сопротивление, на котором практически не падает напряжение и не теряется мощность. Схема пригодна для защиты систем с широким диапазоном напряжений питания.
Источник: https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=164432
Защита преобразователя от подачи напряжения обратной полярности
Если DC/DC-преобразователи не защищены от ошибок в полярности их подключения – переполюсовки, то это почти наверняка приведет к немедленному отказу преобразователя.
Основная причина заключается в наличии защитного диода в структуре полевого транзистора, который выполняет роль основного ключевого элемента преобразователя.
Диод, который используется в обратном включении, при несоблюдении полярности напряжения, оказывается в режиме прямой проводимости и через него начинает течь очень большой ток. Этот ток может привести к отказу элементов первичной цепи преобразователя.
Чтобы избежать этой угрозы, существует несколько вариантов защиты:
- последовательно включенный диод;
- параллельно включенный диод с предохранителем;
- последовательно включенный p-канальный полевой транзистор;
- предохранитель.
Самый простой способ защитить DC/DC-преобразователь от повреждений, вызванных переполюсовкой при подключении входных цепей, – это подключение последовательного диода по входу. Такая схема представлена на рисунке 1.
Если напряжение питания подано в обратной полярности (реверсировано), то диод не дает течь току во входною цепь DC/DC преобразователя.
Данная схема имеет серьезный недостаток, который особенно проявляется при низких входных напряжениях. В зависимости от типа диода, его прямое падение напряжения может составить от 0,2 В до 0,7 В.
Это сопровождается соответствующей потерей мощности, что снижает как коэффициент полезного действия (КПД), так и входное напряжение.
Такого недостатка, как прямое падение напряжения на диоде, можно избежать, если применить защиту преобразователя с помощью шунтирующего (параллельно включенного) диода и последовательно включенного предохранителя (см. рис. 2).
В этом случае при обратной полярности подключения, напряжение на входе преобразователя теоретически ограничено уровнем около минус 0,7 В. Но даже этого напряжения может быть достаточно, чтобы повредить некоторые преобразователи. К тому же и предохранитель имеет некоторое падение напряжения, зависящее от входного тока, поэтому и в данном случае будут потери мощности.
Третий вариант защиты заключается в использовании последовательно включенного p-канального
полевого транзистора (см. рис. 3).
Конечно, полевой транзистор является самым дорогим решением, но сам транзистор относительно недорог по сравнению со стоимостью преобразователя. Максимальное напряжение затвор-исток должно превышать максимальное напряжение питания или максимально возможное напряжение обратной полярности.
Кроме того, транзистор также должен иметь наиболее низкое значение сопротивления канала в открытом состоянии. Приемлемым является сопротивление около 50 мОм.
В этом случае, если напряжение питания подключено правильно, то полевой транзистор будет полностью открыт и при входном токе преобразователя в 1 ампер, падение напряжения на транзисторе составит около 50 милливольт.
Входной предохранитель может применяться как в качестве защиты в схеме с шунтирующим диодом (см. рис. 2), так и без шунтирующего диода.
В любом случае предохранитель не должен срабатывать на самом большом допустимом входном токе при нормальном режиме работы преобразователя.
Так же необходимо учитывать, что в момент включения пусковой ток преобразователя значительно выше, чем его максимальный рабочий ток, поэтому необходимо выбирать «замедленный» предохранитель.
Сочетание высокого номинального тока предохранителя и задержка его срабатывания также означают то, что в случае переполюсовки шунтирующий диод должен быть рассчитан на соответствующий предохранителю ток, а блок питания должен иметь возможность дать достаточный ток для срабатывания предохранителя.
Если источник питания подключен ошибочно и предохранитель перегорел, то он должен быть заменен до того, как преобразователь будет снова включен. В случае, если цепь должна оставаться постоянно отключенной от шины питания до тех пор, пока причина неисправности не будет устранена с помощью команды технического обслуживания, это может быть преимуществом.
Для автоматического восстановления работоспособности после устранения переполюсовки, используются так называемые самовосстанавливающиеся предохранители. Это устройства с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), то есть их сопротивление увеличивается при повышении температуры.
При переполюсовке такой предохранитель быстро нагревается проходящим через него током до температуры плавления его внутренней зернистой структуры. При этом его сопротивление резко возрастает, и этим обеспечивается эффективное отключение преобразователя до некоторого минимального тока, называемого током удержания предохранителя.
При отключении питания или снятия перегрузки, такой предохранитель остывает и автоматически восстанавливает свою исходную проводимость.
Источник: http://reom.ru/stati/436/
Защита от переполюсовки на реле
Во избежание выхода из строя зарядного устройства при переполюсовке необходимо использовать специальные схемы защиты. Самой простой и доступной для повторения защитой является защита от переполюсовки на реле. При использовании реле, возникают свои небольшие преимущества и некоторые недостатки, о которых мы сегодня и поговорим.
Одной из самых популярных вариантов защиты является защита на полевике. Но иногда возникает проблема с настройкой схемы, подбором полевика, да и стоит он относительно не дешево. А вот небольшое реле скорей всего уже есть у каждого автомобилиста в гараже.
Основу схемы составляет реле, обмотка которого подключена через диод VD2. При подключении АКБ правильной полярностью, ток пройдет через обмотку и диод VD2, реле включит контактную группу и пойдет процесс зарядки. При неправильной полярности — диод VD2 не дает включиться реле.
Схема также включает в себя два светодиода, которые включены разнополярно, в зависимости от того, какой полярностью будет подключена АКБ, такой светодиод и будет светиться.
Диод VD1 – гасит импульсы, которые возникают при срабатывании реле. Кнопка КН1 – кнопка без фиксации, используется для ручного старта зарядного.
При подключении к зарядному устройству сильноразряженного аккумулятора (ниже 8 В) может возникнуть случай, когда напряжения АКБ недостаточно для включения реле.
Тогда необходимо нажать кнопку, запустить зарядное устройство вручную и после чего уже подключать АКБ. Необходимо знать, что при ручном старте защита от переполюсовки НЕ РАБОТАЕТ.
Как сделать защиту от переполюсовки?
Такую защиту мы установим в зарядное устройство, собранное из блока питания компьютера. Плату со светодиодами можно изготовить из небольшого кусочка макетки или текстолита.
Реле необходимо подбирать минимум на 15 А, но лучше установить с запасом на 30-40 А. Крепить его через ушко к корпусу, так оно не занимает много места.
Кнопку и светодиоды лучше вывести на верхнюю или лицевую панель.
Защита от переполюсовки на реле – тесты
Зарядное устройство включено в сеть, работает вентилятор.
Подключена АКБ неправильной полярностью – загорается красный светодиод.
Подключена АКБ правильной полярностью – загорается зеленый светодиод, включается реле и начинается зарядка.
Недостатки и преимущества защиты от переполюсовки на реле
Преимущества:
- простота схемы;
- надежность;
- нет дорогих и дефицитных компонентов.
Недостатки:
- не спасает от короткого замыкания;
- защищает от переполюсовки только в момент установки АКБ на зарядку. При подключении следующей батареи, необходимо отключать и перезапускать зарядное, для возвращения реле в исходное состояние.
Источник: http://diodnik.com/zashhita-ot-perepolyusovki-na-rele/
Схемы защиты от смены полярности питания
Человеческий фактор, к сожалению, является наиболее частой причиной аварий и катастроф. Забывчивость, рассеянность, невнимательность, расчёт на пресловутые «авось да небось» — вот первопричины того, что многие устройства не доживают свой век до «технической пенсии».
При лабораторных и радиолюбительских экспериментах частой ошибкой является переполюсовка питания, когда положительный и отрицательный провод меняются местами. Защититься от этого не так уж и сложно (Рис. 6.21, а…и).
Рис. 6.21. (начало):
а) индикатор HL1светится разным цветом при нормальной работе (зелёный) и при неверной полярности входного напряжения (красный). Для устранения неисправности требуется ручная перестыковка проводов. При повышении питания с +3 до +5 В следует увеличить сопротивление резистора R1 до 390…470 Ом;
б) автоматическая коррекция полярности питания без участия человека («автополюсовка»). Специализированная микросхема DAI (фирма Maxim/Dallas) обеспечивает очень низкую разность напряжений между входом и выходом, а именно, 40 мВ при токе 100 мА;
в) схема полуавтоматической коррекции полярности питания. Исходное состояние переключателя SA1 произвольное. Если полярность с первого раза «не угадана», то надо перевести переключатель в другое положение.
Такая методика иногда технически проще, чем перестыковка соединительных проводов. Транзистор VT1 защитный, на нём падает напряжение около 0.1 В.
Здесь и далее считается, что внутри стабилизатора имеются конденсаторы фильтра, но на схеме они не показаны;
г) аналогично Рис. 6.21, в, но при замене полевого транзистора диодом Шоттки VDL Однако при этом ухудшается экономичность, поскольку на диоде падает достаточно большое напряжение, в среднем 0.2…0.4 В в зависимости от протекающего тока; О
Рис. 6.21. (окончание):
д) схема «автополюсовки» с диодным мостом VD1…VD4. Применение диодов Шоттки обеспечивает падение напряжения между входом и выходом 0.4…0.8 В в зависимости от протекающего тока;
е) аналогично Рис. 6.21, д, но с мостом на обычных диодах VD1…VD4. Эта схема хуже по экономичности, поскольку падение напряжения между входом и выходом составляет 1.4… 1.8 В. Может применяться при отсутствии диодов Шоттки, а также при желании рассеять на диодах «лишнюю» мощность в целях облегчения теплового режима стабилизатора А1.
ж) благодаря диоду VD1, контакты реле K1. I замыкают цепь только в том случае, если будет подана «правильная» полярность питания. Достоинство — очень малое падения напряжения между входом и выходом. Недостаток — дополнительный расход мощности на постоянно включённом реле А7;
з) защита от неверной полярности питания в «плюсовом проводе» при помощи полевого р-канального транзистора VT1. Важную роль играет диод Шоттки, находящий внутри транзистора. Через него (и нагрузку в цепи +3.
1 В) в начальный момент времени протекает ток, который открывает транзистор, после чего диод шунтируется открытым переходом «сток — исток». Замена транзистора VTI — IRLML6402.
Достоинство схемы заключается в непосредственной связи общего провода устройства и «минусового» контакта батареи GB1
и) аналогично Рис. 6.21, з, но с установкой «-канального транзистора VT1 в «минусовом» проводе. Замена транзистора — IRLML2402, IRF7601, BS170. Схема защиты с «-канальным транзистором обычно обеспечивает меньшее падение напряжения, чем схема с р-канальным транзистором. Особенность — отсутствует прямая связь цепи GND и батареи GB1.
Источник:
Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.
Источник: http://nauchebe.net/2012/09/sxemy-zashhity-ot-smeny-polyarnosti-pitaniya/
Схемы коммутации индуктивных нагрузок
Одним из популярных использований диодов является ослабление индуктивной “отдачи”: импульсов высокого напряжения, возникающих при прерывании протекания постоянного тока через индуктивность. Возьмем, к примеру, простую схему на рисунке ниже без защиты от индуктивной отдачи.
Индуктивная отдача: (a) Кнопка разомкнута. (b) Кнопка замкнута, поток электронов протекает от батареи через катушку, которая по полярности совпадает с батареей. Магнитное поле сохраняет энергию. (c) Кнопка разомкнута. Ток всё еще протекает в катушке из-за уменьшения магнитного поля.
Обратите внимание на изменение полярности катушки. (d) Напряжение на катушке в зависимости от времени.
Когда кнопка нажат, ток проходит через индуктивность, создавая вокруг нее магнитное поле.
Когда кнопка отжимается, ее контакт разрывается, прерывая протекание тока через индуктивность и вызывая быстрое уменьшение магнитного поля.
Поскольку напряжение, индуцируемое в катушке провода, прямо пропорционально скорости изменения магнитного потока во времени (закон Фарадея: e = NdΦ/dt), это быстрое уменьшение магнитного поля вокруг катушки создает “всплеск” высокого напряжения.
Если речь идет о катушке электромагнита, например, о соленоиде или реле, (сконструированной для создания физической силы при помощи магнитного поля при протекании тока), эффект индуктивной “отдачи” вообще не имеет никакой полезной цели.
Фактически, он очень вреден для коммутатора, так как вызывает чрезмерное искрение контактов, что значительно сокращает их срок службы.
Из практических способов уменьшения высоковольтного переходного процесса, возникающего при размыкании переключателя, нет более простого, чем так называемый коммутирующий диод, показанный на рисунке ниже.
Индуктивная отдача с защитой: (a) Ключ разомкнут. (b) Ключ замкнут, сохранение энергии в магнитном поле. (c) Ключ разомкнут, индуктивная отдача накоротко замыкается диодом.
В этой схеме диод подключен параллельно катушке, поэтому, когда постоянное напряжение будет подаваться на катушку через кнопку, он будет смещен в обратном направлении.
Таким образом, когда катушка находится под напряжением, диод не проводит ток (рисунок выше (b)).
Однако когда ключ размыкается, индуктивность катушки реагирует на уменьшение тока индуцированием напряжения обратной полярности с целью поддержания тока той же величины и в том же направлении.
Это внезапное изменение полярности напряжения на катушке смещает диод в прямом направлении, и диод обеспечивает путь для протекания тока катушки индуктивности, поэтому вся ее накопленная энергия рассеивается медленно, а не мгновенно (рисунок выше (c)).
В результате напряжение, наведенное в катушке резко ее уменьшающимся магнитным полем, довольно мало: просто величина прямого падения напряжения на диоде, а не сотни вольт, как было ранее. Таким образом, во время процесса разряда к контактам ключа прикладывается напряжение, равное напряжению батареи плюс примерно 0,7 В (если используется кремниевый диод).
В языке электроники термин коммутация относится к изменению полярности напряжения или направления тока.
Таким образом, назначение коммутирующего диода состоит в том, чтобы действовать всякий раз, когда напряжение меняет полярность, например, на катушке индуктивности при прерывании протекания через нее тока.
Менее формальный термин для коммутирующего диода – демпфер, поскольку “демпфирует” или “гасит” индуктивную отдачу.
Примечательным недостатком этого метода является дополнительное время, которое добавляет к разрядке катушки. Поскольку наведенное напряжение ограничивается до очень низкого значения, скорость изменения магнитного потока во времени сравнительно невелика.
Помните, что закон Фарадея описывает скорость изменения магнитного потока (dΦ/dt), как пропорциональную наведенному мгновенному напряжению (e или v).
Если мгновенное напряжение ограничено некоторым низким значением, то скорость изменения магнитного потока во времени будет также ограничена низким (медленным) значением.
Если катушка электромагнита “погашена” с помощью коммутирующего диода, магнитное поле буде рассеиваться с относительно низкой скоростью по сравнению с изначальным сценарием (без диода), где поле исчезает почти мгновенно после размыкания ключа.
Количество времени, о котором идет речь, будет, скорее всего, меньше одной секунды, но оно будет заметно больше, чем без коммутирующего диода.
Это может привести к неприемлемым последствиям, если катушка используется для приведения в действие электромеханического реле, поскольку реле будет иметь естественную “временную задержку” обесточивания катушки, и нежелательная задержка даже в доли секунды может нанести ущерб некоторым схемам.
К сожалению, нельзя одновременно и исключить высоковольтный переходной процесс индуктивной отдачи, и сохранить быстрое снятие намагниченности катушки: невозможно нарушить закон Фарадея.
Однако, если медленное снятие намагниченности неприемлемо, можно достигнуть компромисса между переходными напряжением и временем, позволяя напряжению на катушке подняться до некоторого более высокого уровня (но не настолько высокого, как без коммутирующего диода). Схема на рисунке ниже показывает, как это можно сделать.
(a) Последовательно с коммутирующим диодом включен резистор. (b) Диаграмма напряжения. (c) Уровень без диода. (d) Уровень с диодом, но без резистора. (e) Компромиссный уровень с диодом и резистором.
Резистор, включенный последовательно с коммутирующим диодом, позволяет напряжению, наведенному катушкой, подниматься до уровня превышающего прямое падение напряжения на диоде, ускоряя тем самым процесс размагничивания. Это, конечно же, будет давать большее напряжение на контактах, и поэтому резистор должен быть такого номинала, чтобы ограничить переходное напряжение на приемлемом максимальном уровне.
Оригинал статьи:
- Inductor Commutating Circuits
Источник: https://radioprog.ru/post/181
Защита ЗУ от переполюсовки аккумулятора
Источник: http://radioklon.ucoz.ua/publ/felbj/zashhita/zashhita_zu_ot_perepoljusovki_akkumuljatora/10-1-0-1001
(нет голосов)
Загрузка...
detector