Защита трансивера от перенапряжения на выходе блока питания

Обновлено: 21.11.2024

Как вы относитесь к этой статье? Помогите нам улучшить контент для вас.

Спасибо! Ваш отзыв получен.

Не удалось отправить отзыв. Повторите попытку позже.

Что вы думаете об этой статье?

Защита от перенапряжения необходима для предотвращения повреждений в результате электрических переходных процессов. Это функция источника питания, которая отключает питание или ограничивает выходной сигнал, когда напряжение превышает заданный уровень. В большинстве источников питания используется схема защиты от перенапряжения для предотвращения повреждения электронных компонентов. Они предлагают некоторую форму схемы защиты от перенапряжения (OVP) для обнаружения и последующего быстрого снижения перенапряжения. Здесь представлена защита стабилитроном, которая является наиболее распространенным способом.

1. Фон перенапряжения

Каждая схема работает при различных уровнях напряжения, при этом 3,3 В, 5 В и 12 В являются наиболее распространенными уровнями напряжения для цифровой схемы. Но каждая конструкция особенная, и наличие более одного рабочего напряжения также является нормальным для схемы. Например, стандартная компьютерная система SMPS будет работать при шести различных уровнях напряжения, а именно ±3,3 В, ±5 В и ±12 В. В этих случаях, если маломощное устройство работает от высокого напряжения, компонент будет необратимо поврежден, если для питания различных типов компонентов используются разные уровни напряжения. Поэтому, чтобы избежать вреда от перенапряжения, разработчик всегда должен концентрироваться на реализации схемы защиты от перенапряжения в своих проектах. рекомендуемое или нормальное рабочее напряжение и максимальное рабочее напряжение. Для любых цепей или деталей любое значение выше максимального рабочего напряжения может быть фатальным. Использование схемы защиты от перенапряжения на стабилитроне — очень распространенное и экономичное решение.

2. Основы защиты входа стабилитрона

Чтобы защитить цепь от перенапряжения, стабилитроны часто являются первым вариантом. Диод Зенера следует той же теории диода, которая блокирует ток в обратном направлении. Однако есть недостаток, заключающийся в том, что стабилитрон блокирует протекание тока в обратном направлении только при ограниченном напряжении, определяемом номинальным напряжением стабилитрона. Стабилитрон 5,1 В блокирует ток в обратном направлении до 5,1 В. Если напряжение на стабилитроне превышает 5,1 В, он позволяет току проходить через него. Эта функция стабилитрона делает его отличным компонентом защиты от перенапряжения.

3. Простая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона

Рассмотрите схему, в которой необходима защита микроконтроллера от перенапряжения. Все, что имеет максимальное значение 5 В на выводах ввода-вывода микроконтроллера. Таким образом, напряжение более 5 В повредит микроконтроллер.

Рис. 1. Защита микроконтроллера от перенапряжения

Диод, используемый в приведенной выше схеме, представляет собой стабилитрон на 5,1 В. В случае перенапряжения он будет работать отлично. Он может передавать ток и регулировать напряжение до 5,1 В, если напряжение превышает 5,1 В. На практике, однако, он будет вести себя как обычный диод и блокировать напряжение менее 5,1 В. Чтобы получить полное описание симуляции, вы можете создать его в соответствии с вашими потребностями.

Рисунок 2. Моделирование схемы защиты от перенапряжения

На приведенной выше схеме есть входное напряжение, которое является источником постоянного тока. R1 и D1 — это два компонента, которые защищают выход от защиты от перенапряжения. D1, 1N4099, в данном случае является стабилитроном. Когда V1 достигает 6,8 В, выход будет защищен. Максимальное выходное напряжение останется равным 6,8 В в качестве опорного напряжения 1N4099.
Давайте посмотрим, как приведенная выше схема работает в качестве схемы защиты входа стабилитрона и защищает выход от напряжения более 6,8 В.

При помощи PSpice cadence моделируется приведенная выше схема. Выход остается постоянным на уровне 5,999 В при входном напряжении 6 В на V1 (которое составляет 6,0 В).

Входное напряжение в приведенном выше моделировании составляет 6,8 В. Таким образом, производительность составляет 6,785 В, что аналогично 6,8 В. Давайте еще поднимем входное напряжение и создадим ситуацию перенапряжения.

Теперь 7,5 В, что больше 6,8 В, является входным напряжением. Производительность теперь составляет 6,883 В. Вот как диод Зенера успешно спасает подключенную цепь от ситуации перенапряжения, даже когда напряжение возвращается к уровню менее 6,8 В, как показано на предыдущем этапе, схема снова будет нормально работать. Другими словами, стабилитрон не сгорает даже в состоянии перенапряжения, в отличие от предохранителя. Можно использовать 9,1 В, 10,2 В.

4. Как выбрать стабилитрон для защиты цепи?

Следующая важная часть — выбор значения стабилитрона. Приведенные ниже пункты помогут вам выбрать правильное значение стабилитрона и номер детали.
1) Сначала выберите напряжение стабилитрона. Именно значение напряжения будет служить замыкающим контуром для стабилитрона и защищать нагрузку от перенапряжения. Напряжение стабилитрона в Pspice для приведенного выше примера составляет 6,8 В.
В некоторых случаях целевое напряжение стабилитрона отсутствует. В таких случаях можно выбрать близкое значение стабилитрона. Например, для защиты от перенапряжения до 7 В близким значением является стабилитрон на 6,8 В.
2) Рассчитайте ток нагрузки, включенный в цепь защиты от перенапряжения. Это 50 мА для нашего примера, рассмотренного выше. Помимо тока нагрузки, стабилитронам требуется ток смещения. Следовательно, общий ток плюс ток смещения стабилитрона должен быть равен току нагрузки. Для приведенного выше примера общий ток может быть равен 50 мА + 10 мА = 60 мА.
3) Для стабилитронов существует рейтинг мощности. Следовательно, для правильного отвода тепла требуется правильная номинальная мощность стабилитрона. На основании измеренного полного тока в фазе 2, который составляет 60 мА, можно рассчитать номинальную мощность. Следовательно, номинальная мощность стабилитрона будет равна напряжению стабилитрона, которое связывает полный ток, протекающий через диод.
4) Рассчитайте номинал резистора, продифференцировав напряжение источника и общее напряжение. Предел, который может быть применен к цепи, будет напряжением источника. Например, это может быть 13 В, чтобы максимизировать перенапряжение, которое может возникнуть, или может быть добавлено в качестве напряжения питания.
Падение напряжения на резисторе тогда будет = 13 В - 6,8 В = 6,2 В. , значение резистора будет = 6,2 В / 0,060 А = 103 Ом. Можно выбрать стандартное значение резистора 100 Ом. общий; у них также есть 3В, 5В, 12В, 18В, 24В.

5. Обзор защиты от перенапряжения стабилитрона

Самый простой способ защиты устройств от перенапряжения – схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитронов. В этой технике напряжение остается регулируемым, а стоимость этой схемы намного ниже по сравнению с другими технологиями.
Хотя, безусловно, у такой схемы есть недостатки. Рассеиваемая мощность является основным недостатком схемы такого типа. Он по-прежнему рассеивает тепло из-за включенного последовательного резистора и приводит к потерям энергии.

Схемы защиты, такие как защита от обратной полярности, защита от короткого замыкания и защита от повышенного/пониженного напряжения, используются для защиты любого электронного устройства или цепи от любых внезапных сбоев. Обычно для защиты от перенапряжения используется предохранитель или MCB, здесь, в этой схеме, мы построим цепь защиты от перенапряжения без использования предохранителя.

Защита от перенапряжения — это функция источника питания, которая отключает питание всякий раз, когда входное напряжение превышает заданное значение. Для защиты от скачков высокого напряжения мы всегда используем схему защиты от перенапряжения или схему защиты от перенапряжения. Схема защиты от перенапряжения — это тип защиты от перенапряжения, который чаще всего используется в электронных схемах.

Существует множество различных способов защиты цепи от перенапряжения. Самый простой способ – подключить предохранитель на входе со стороны питания. Но проблема в том, что это разовая защита, потому что при превышении напряжения заданного значения провод внутри предохранителя сгорит и разорвет цепь. Затем вы должны заменить поврежденный предохранитель на новый, чтобы снова выполнить соединения.

В этой схеме стабилитрон и биполярный транзистор используются для автоматической защиты от перенапряжения. Это можно сделать двумя способами,

<р>1. Цепь регулятора напряжения Зенера: этот метод регулирует входное напряжение и защищает схему от перенапряжения, подавая регулируемое напряжение, но он не отключает выходную часть, когда напряжение превышает пределы безопасности. Мы всегда будем получать выходное напряжение, меньшее или равное номиналу стабилитрона.

<р>2. Схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона: во втором методе защиты от перенапряжения всякий раз, когда входное напряжение превышает заданный уровень, он отключает выходную часть или нагрузку от цепи.

Схема стабилизатора напряжения стабилитрона

Регулятор напряжения Зенера защищает схему от перенапряжения, а также регулирует входное напряжение питания. Принципиальная схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона приведена ниже:

Предустановленное значение напряжения цепи — это критическое значение, при превышении которого либо отключается питание, либо напряжение выше этого значения не допускается. Здесь значение предустановленного напряжения является номиналом стабилитрона. Например, мы используем стабилитрон на 5,1 В, тогда напряжение на выходе не будет превышать 5,1 В.

Когда выходное напряжение увеличивается, напряжение база-эмиттер уменьшается, из-за этого транзистор Q1 проводит меньше. Поскольку Q1 проводит меньше, он снижает выходное напряжение, следовательно, поддерживает постоянное выходное напряжение.

Выходное напряжение определяется как:

VO — выходное напряжение

VZ — напряжение пробоя стабилитрона

VBE — напряжение база-эмиттер

Схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона

Приведенная ниже принципиальная схема защиты от перенапряжения построена с использованием стабилитрона и транзистора PNP. Эта схема отключает выход, когда напряжение превышает заданный уровень. Заданное значение является номинальным значением стабилитрона, подключенного к цепи. Вы даже можете изменить стабилитрон в соответствии с подходящим значением напряжения. Недостатком схемы является то, что вы можете не найти точное значение стабилитрона, поэтому выберите тот, который имеет ближайший номинал к вашему заданному значению.

Необходимый материал

FMMT718 PNP-транзистор — 2 шт.
Стинеровский диод 5,1 В (1N4740A) — 1 шт.
Резисторы (1 кОм, 2,2 кОм и 6,8 кОм) – 1 шт. (каждый)
Макет
Соединение проводов

Схема цепи защиты от перенапряжения

Работа схемы защиты от перенапряжения

Когда напряжение ниже заданного уровня, на клемме базы Q2 высокий уровень, и, поскольку это транзистор PNP, он выключается. И, когда Q2 находится в выключенном состоянии, базовая клемма Q1 будет НИЗКОЙ, и это позволяет току течь через него.

Теперь, когда напряжение превышает заданное значение, диод Зенера начинает проводить ток, который соединяет базу Q2 с землей и включает Q2. Когда Q2 включается, базовая клемма Q1 становится ВЫСОКОЙ, а Q1 включается, что означает, что Q1 ведет себя как разомкнутый переключатель. Следовательно, Q1 не пропускает через себя ток и защищает нагрузку от превышения напряжения.

Теперь нам также нужно учесть падение напряжения на транзисторах, оно должно быть низким для правильной точности схемы. Поэтому мы использовали PNP-транзистор FMMT718, который демонстрирует очень низкое значение насыщения VCE, благодаря чему падение напряжения на транзисторах низкое.

ПРИМЕЧАНИЕ. Благодаря Стюарту (G0LGS) не была учтена текущая грузоподъемность дорожек Veroboard, которая составляет чуть менее 6 А, поэтому, если вы собираетесь это сделать, имейте это в виду. .

Файл устройства защиты от перенапряжения, включая принципиальную схему и полный список деталей, можно загрузить здесь — Vprotect.

Схема предназначена для «перегорания» предохранителя питания оборудования с целью его защиты, защита от обратной полярности, а также переходных скачков напряжения и разрушительных перенапряжений.

Спецификация Kenwood TS-2000 составляет 13,8 В +/- 15% (общее максимальное напряжение 15,87 В), эта схема пропускает только 14,8 В, прежде чем сработает схема защиты.

Компоненты рассчитаны на 40 А, максимальное потребление тока Kenwood составляет 20,5 А, что соответствует мощности.

Плату можно было сделать немного меньше, но мне было лень ее подрезать!

Здесь показана тестовая установка с установленным низким значением тока отключения блоков питания (PSU) для контроля напряжения отключения, слева от блока питания между ручками, помеченными CURRENT, находится небольшой светодиод с надписью C.C. для постоянного тока схема работает, пропуская 13,73 В на счетчик.

Напряжение от блока питания теперь превышает допустимый предел в 14,8 В, а светодиод CC горит, показывая, что если бы это был предохранитель, он сработал бы для защиты трансивера. 14,8 В — это максимальное напряжение, которое когда-либо будет добраться до трансивера, несмотря ни на что!

Запчасти: – куплены на ebay в Великобритании

1.5KE 15 TVS Diode 1.5KW 15v DO-21 — 1,69£

Тиристор 40А, 600В TO-220 TYN640RG — 3,19£

IN5245B Диодный стабилитрон 15 В, 0,5 Вт — 1,42 фунта стерлингов

Радиальный электролитический конденсатор 1 мкФ 50 В — 0,99 фунтов стерлингов

Резисторы 27к, 10 Ом и Veroboard у меня уже были

Меньше 8 фунтов стерлингов для защиты дорогого радиоприемника, динамика с фильтром и т. д. Фотографии готового устройства ЗДЕСЬ.

17 мыслей о «Схеме перенапряжения лома для защиты трансивера»

Здравствуйте! У вас есть принципиальная схема этого лома для защиты от перенапряжения? Я только что приобрел старый регулируемый блок питания на 30А. У меня есть проверка, и у него есть защита от короткого замыкания, но ничего от перенапряжения.
Не могли бы вы вернуться ко мне.

73
Майк — ZL1MRC

Спасибо за обращение, исходная ссылка на диаграмму не работает, о чем я не знал, я добавил ссылку на оригинального автора и в качестве резервной копии скачал статью, так что, надеюсь, потеря ссылки не приведет к потере информация.

Удачных вам построек.

Привет!
Я изучал оригинальную статью и заметил, что автор упоминает номинал конденсатора как 1 мкФ в своем тексте, но 10 мкФ на схеме и в списке деталей. Я вижу, 1 мкФ был использован здесь. Так что в настоящее время (без каламбура :D) ничья на двоих. Можем ли мы решить это по штрафам? Какой из них правильный? Или это не слишком критично?
Я буду строить это, так как однажды у меня был линейный блок питания на 13,8 В, который начал подавать 16,5 В на радио, и я заметил это только по тому, насколько ярким был свет на индикаторе сигнала.

В исходной статье (сейчас, к сожалению, неработающая ссылка) говорилось, что 50 В 1 мкФ было приемлемым, что я и использовал, и все было в порядке.

Это увлекательно, спасибо.

Как новичок, я пытаюсь защитить цепь с напряжением 13,8 В постоянного тока и максимальным номиналом 10 А.

У меня возникли проблемы с переводом компонентов, которые вы использовали для своей сборки, в соответствии с моими собственными требованиями.

Будем признательны за любую помощь

Компоненты, перечисленные в блоге, будут в порядке, способ работы схемы лома зависит от того, что напряжение поднимается выше установленного триггера, а затем, по сути, представляет собой короткое замыкание в источнике питания и, таким образом, перегорает выходной предохранитель блока питания. .

Предохранитель является жертвой защиты установки от повреждений, компоненты, используемые в схеме блога, будут работать так же хорошо, если нагрузка, принимаемая от блока питания, составляет 10 А.

Надеюсь, это поможет.

Я немного озадачен расположением схемы.

Почему используются и TVS, и тиристор? Когда одного или другого, вероятно, будет достаточно.

Я подозреваю, что стабилитрон / тиристор / и т. д. в вашем тесте ничего не делает — если он выполнял свою работу, когда напряжение от настольного блока питания достигало порога 15 В или около того, источник питания с ограниченным током, как показано) будет только смещенным в прямом направлении напряжением проводящего тиристора (около 0,7 В).

Я не электронщик, описание от автора схемы такое:

В этой схеме 1.5KE15A по-прежнему фиксирует и поглощает быстрые переходные процессы перенапряжения, а также обеспечивает
защиту от обратного напряжения. Тем не менее, более длительные условия перенапряжения, такие как
блок питания, который теряет стабилизацию, отключают симистор, который перегорает предохранитель. Конденсатор емкостью 1 мкФ делает схему нечувствительной к кратковременным переходным процессам и шумам на входящей линии постоянного тока. С этой схемой диод 1.5KE15A не выйдет из строя при любых
условиях перенапряжения.

Не уверен, поможет это или нет.

Таким образом, игнорируя тот факт, что тиристор не проводит ток (поскольку напряжение на нем будет 0,7 В) на вашем втором изображении (см. мой предыдущий комментарий):

Что меня действительно беспокоит, так это то, что в исходном PDF-файле указано, что используются предохранители на 25 А — дорожка на плате Vero не будет проводить ток свыше 25 А в течение очень долгого времени (т. е. намного меньше времени, чем плавкий предохранитель).

Схема в этой форме, вероятно, хороша только для источника питания с номиналом и предохранителем на 5 А или меньше, для чего-либо еще соединения с тиристорным анодом и катодом должны быть намного более прочными.

Это действительно хороший момент, и, честно говоря, я не уделил ему особого внимания, Google нашел это:

Ширина дорожки полосовой доски составляет 2 мм (78 миль). Отверстия, просверленные в них, имеют диаметр 0,8 мм (31 мил), оставляя в общей сложности (0,6 мм [23 мил] с каждой стороны отверстия) 1,2 мм (47 мил) для максимального используемого пути тока. Толщина Veroboard/Stripboard из расчета 1 унция на квадратный фут составляет 35 микрон (1,37 мила).

Предполагая, что у вас температура окружающей среды 25 градусов C (77 F) и вы можете выдержать до 50 градусов C (90 F) больше, затем в калькулятор ширины дорожки печатной платы он выдает:

Я внесу поправки в блог по этому вопросу.

Большое спасибо, что нашли время, чтобы тщательно изучить схему и ее конструкцию.

В статье AD5X он впервые описал мега простую версию, использующую только TVS диод 1.5KE15A Самостоятельно с предохранителями. Зачем еще усложнять схему? Эта первая простая версия кажется более чем адекватной, или я что-то упустил?

Это было указано ранее, я решил построить схему с дополнительными элементами, но вы ничего не упустили.

Привет, Ян,
Спасибо за ответ. Я собираюсь собрать пару простых — диод и предохранитель, и просто припаять их к силовым проводам и термоусадочной трубке. Дает немного спокойствия, а?
73
Найджел G4BSW

Схема обеспечивает защиту от перенапряжения, но что произойдет, если вы случайно поменяете полярность силовых кабелей?

Привет и спасибо, что заглянули в блог.

Схема предназначена для защиты радио, поэтому, если вы случайно перепутаете полярность, это приведет к прямому короткому замыканию блока питания и срабатыванию предохранителя блока питания. Простым решением для защиты от этого было бы поставить еще один диод последовательно с плюсом питания.

Спасибо за ответ, мне очень понравилась эта схема, и я попробую построить ее, спасибо!

Схема на блоке питания, предназначенная для защиты подключенного оборудования от слишком высокого напряжения в случае неисправности блока питания. Состояние, известное как неуправляемое напряжение или перенапряжение (перенапряжение), может привести к тому, что уровень напряжения превысит допустимый для подключенного устройства.

В типичном источнике питания управляющее напряжение подается на последовательное регулирующее устройство, такое как транзистор, известный как регулятор напряжения. Обычно входное напряжение для этого может значительно превышать выходное напряжение. Если транзистор последовательного стабилизатора в блоке питания выходит из строя в режиме, при котором происходит короткое замыкание, к питаемой цепи будет приложен предварительно отрегулированный сглаженный уровень напряжения.

Базовая схема защиты от взлома

Содержание

Лом

Многие настольные блоки питания имеют схему защиты подключенного оборудования. Двумя обычно используемыми компонентами для устройства лома являются кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) и полевой МОП-транзистор. Цепь лома обычно размещается между выходными клеммами источника питания для защиты нагрузки от любого перенапряжения.

выпрямитель с кремниевым управлением

Схема защиты от перенапряжения SCR представляет собой схему защиты от перенапряжения, использующую кремниевый управляемый выпрямитель или SCR. Лом или схема защиты от перенапряжения SCR подключается между выходом источника питания и землей. Напряжение на стабилитроне выбрано немного выше, чем на выходной шине. Обычно 5-вольтовая шина может работать с 6,2-вольтовым стабилитроном. Когда напряжение на стабилитроне достигнуто, через стабилитрон будет протекать ток и запускать управляемый кремнием выпрямитель или тиристор. Затем это приведет к короткому замыканию на землю, тем самым защитив питающую схему от любого повреждения, а также перегорит предохранитель, который затем отключит напряжение от последовательного регулятора.

Зажим

Фиксатор — это электронная схема, которая фиксирует положительные или отрицательные пиковые отклонения сигнала до определенного значения, сдвигая его значение постоянного тока. Фиксатор не ограничивает размах сигнала от пика к пику, он перемещает весь сигнал вверх или вниз, чтобы поместить пики на опорный уровень. Диодный фиксатор проводит электрический ток только в одном направлении и предотвращает превышение сигналом опорного значения; и конденсатор, который обеспечивает смещение постоянного тока от накопленного заряда. Конденсатор образует постоянную времени с нагрузкой резистора, которая определяет диапазон частот, в котором ограничитель будет эффективен.

Читайте также: