Схема ограничения тока | Мастер Винтик. Всё своими руками!
Вы здесь:
Главная » Все записи » Схема ограничения тока
Добавил: Chip,Дата: 12 Мар 2015
Рубрика: [ Все записи, Источники питания, Стабилизаторы ]
Как ограничить ток через нагрузку?
Часто бывает возникает необходимость ввести в схему ограничение по току. Это один из методов защиты электронной нагрузки. При коротком замыкании в цепи нагрузки схемой защиты по току можно спасти источник питания от повреждения.
Схема простейшего ограничителя тока выполнена на полевом транзисторе, которая фактически называется стабилизатором тока. Ток нагрузки при использовании такого ограничитель не сможет превысить начальный ток стока полевого транзистора.
Величина тока задается подбором типа транзистора. Увеличить значения тока можно параллельным включением нескольких транзисторов.
В ограничителях тока нагрузки используются так же биполярные транзисторы.
Принцип работы такого устройства на примере одной из схем с применением двух биполярных транзисторов. Входное напряжение через резистор R1 поступает на базу транзистора VT1, и открывает его. Транзистор переходит в режим насыщения, основная часть входного напряжения поступает на выход. При токе, меньшем порогового, транзистор VT2 закрыт, и светодиод не горит. Резистор R3 является датчиком тока. Как только падение напряжения на нем превысит порог открывания транзистора VT2, он откроется, включит светодиод, а транзистор VT1, наоборот, частично закроется, и ток через нагрузку ограничится.
Видео «Ограничение тока через нагрузку»
Источник:chipdip.ru
Метки: [ источники питания, устройства ]
ПОДЕЛИТЕСЬ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ:
П О П У Л Я Р Н О Е:
- Принципы функционирования и основы ремонта блоков питания.
- Как из воды сделать огонь?
- Самодельный сварочный аппарат
Блоки питания импортных телевизоров.
Необходимым условием для работы телевизионного приемника является наличие стабилизированных напряжений. Эту функцию выполняет блок питания.
На работу блока питания влияет много факторов, от которых зависит не только качество выдаваемых стабилизированных напряжений, но и работоспособность блока питания в целом. Подробнее…
Хорошим и нужным в хозяйстве мастера будет устройство, получающее высокотемпературное пламя (около 2000° С) из нескольких литров воды!
В этом Вы можете убедиться, ознакомившись с описанием устройства разработанного мною электролизера.
Предлагается очень простая конструкция, в которой нет баллонов, редукторов, вентилей и сложной горелки.
Подробнее…
Сварочный аппарат из телевизионных трансформаторов своими руками
Давно уже не используются старые ламповые телевизоры.
Мощные силовые трансформаторы, используемые в них могут пригодиться для изготовления блоков питания, зарядного, пускового устройств или соединив несколько трансформаторов можно даже собрать небольшой сварочный аппарат!
Подробнее…
Популярность: 30 566 просм.
Вы можете следить за комментариями к этой записи через RSS 2.0. Вы можете оставить свой комментарий, пинг пока закрыт.
— НАВИГАТОР —
Системы электропитания с усреднением импульсной мощности
По типу нагрузки системы электропитания обычно подразделяются на те, что непрерывно обеспечивают более-менее постоянную выходную мощность, и на те, в которых энергия потребляется короткими импульсами. Чаще всего системы электропитания импульсных нагрузок сконфигурированы в расчете на пиковую выходную мощность. Например, если периодическая нагрузка в течение 1 мс потребляет 3 кВт, а после этого 5 мс выключена, то для ее питания используют источник мощностью также 3 кВт, хотя средняя мощность в этом случае составляет всего 500 Вт.
Такой подход создает определенные проблемы для разработчика, поскольку необходимо, чтобы система была спроектирована с учетом требований для пиковой мощности, которые также определяют размер, вес и стоимость всей системы. Вспомогательные устройства, в частности шунтирующие конденсаторы, радиаторы и вентиляторы, тоже занимают системное пространство, усугубляя проблему ограниченного веса и размера системы. По мере увеличения мощности устройств это приводит к тому, что требования к системе становятся труднореализуемыми.
И здесь лучшей альтернативой может стать проектирование энергосистемы для усредненной, а не пиковой мощности.
Усреднение мощности
Одним из решений для приложений, в которых периодическая нагрузка потребляет мощность только в течение короткого времени, является совместное использование преобразователей напряжения с ограничением выходного тока и батареи конденсаторов для обеспечения максимальной потребляемой мощности. Однако при создании такой системы электропитания разработчик должен учитывать не только возможности преобразователя по ограничению своего выходного тока, но и устойчивость его обратной связи по напряжению.
Кроме этого, следует правильно определить емкость конденсаторной батареи, чтобы удержать падение напряжения на нагрузке в пределах допустимых значений.
Такие области применения, как импульсные усилители, мигающие светодиодные фонари и автоматические устройства периодического включения/выключения, могут использовать принцип усреднения мощности для снижения стоимости, объема и веса системы.
Конфигурации с усреднением мощности, принцип действия которых проиллюстрирован на рис. 1, особенно эффективны, когда нагрузка способна работать в широком диапазоне входного напряжения. Обычно это относится к таким приложениям, где нагрузка источника питания представляет собой другое регулирующее устройство (как правило, POL-преобразователь) или несколько регулирующих устройств. В моменты потребления мощности POL-преобразователем или его нагрузкой большую часть тока будет обеспечивать конденсаторная батарея, потому что преобразователь перейдет в режим ограничения выходного тока, работая и на батарею, и на нагрузку.
В это время напряжение на батарее конденсаторов будет падать, а потому ее емкость должна быть такой, чтобы напряжение оставалось в пределах рабочего диапазона POL-преобразователя.
Рис. 1. Пример конфигурации с усреднением мощности нагрузки
Для того чтобы минимизировать емкость данной конденсаторной батареи, разработчику выгоднее заряжать ее до максимально допустимого входного напряжения POL-преобразователя и позволять ей разряжаться до его минимального входного напряжения.
Эксплуатация преобразователей с ограничением выходного тока в импульсных приложениях
DC/DC-преобразователи обычно разрабатываются для стабилизации своего выходного напряжения вплоть до максимального уровня выходной мощности. Если нагрузка пытается отобрать от преобразователя ток больший, чем его максимальный ток, то преобразователь переходит в режим ограничения выходного тока, при этом либо снижая свое выходное напряжение, либо отключаясь и перезагружаясь.
Ограничение выходного тока, как правило, устанавливается на уровне чуть выше, чем максимальный ток преобразователя.
Так, преобразователь, рассчитанный на выходную мощность 500 Вт с выходным напряжением 48 В постоянного тока, будет иметь максимальный постоянный ток 500 Вт/48 В = 10,4 А. Однако ограничение тока не будет происходить до тех пор, пока выходной ток не достигнет примерно 13 А. Ограничение тока обычно предусмотрено для единичных аварийных ситуаций, происходящих при сбоях в работе нагрузки. Если преобразователь не рассчитан на длительное функционирование в режиме ограничения выходного тока, то его компоненты начнут подвергаться перегрузкам, что сократит срок службы системы электропитания.
Если нагрузка больше максимального тока преобразователя, но не превышает предел ограничения его выходного тока, то существует вероятность перегрузить источник и вызвать сбой в работе системы питания, поскольку 500-Вт преобразователь с пределом тока, установленным на уровне 13 А, будет перегружен до 624 Вт.
Работа с большой накопительной емкостью
Большая накопительная емкость, используемая для усреднения импульсной мощности нагрузки, может также осложнить работу системы электропитания.
Включение преобразователя на значительную емкость, составляющую во многих случаях сотни тысяч микрофарад, приведет к ограничению его выходного тока. Для исключения проблем, связанных со срабатыванием защиты преобразователя от перегрузки по выходному току, часто применяется внешняя схема ограничения тока заряда накопительной емкости, чтобы удерживать условия действия источника в пределах его рабочих величин.
Разработчики систем электропитания могут предусмотреть предварительную зарядку внешнего конденсатора или добавить к нему на время заряда последовательное сопротивление, которое ограничит ток заряда при включении и будет закорочено после заряда конденсатора. Схемы подзарядки конденсатора и ограничения его тока заряда могут быть достаточно сложными и занимать ценное пространство на печатной плате. Внешние схемы ограничения тока должны быть также достаточно быстрыми, чтобы вовремя отслеживать перегрузки, поскольку существует вероятность многократного повторения таких событий.
После того как преобразователь успешно включится, система электропитания должна стать стабильной, но для некоторых
DC/DC-преобразователей конденсатор большой емкости может дестабилизировать контур обратной связи по напряжению, что станет причиной сбоя системы электропитания.
Разработчик сможет решить эту проблему потенциальной нестабильности, если у него есть доступ к элементам контура обратной связи преобразователя, но для этого опять потребуются сложные и трудоемкие инженерные работы.
Преобразователи, созданные для работы с нагрузками большой емкости
Таким образом, внешние схемы могут стать очень сложными в случае, если преобразователь не предназначен для работы с большой выходной емкостью. К счастью, на рынке существуют преобразователи напряжения, предназначенные для работы с большой емкостной нагрузкой, способные функционировать в режиме ограничения выходного тока и выходной мощности даже при выходной емкости до 10 000 мкФ. Можно использовать конденсаторы даже большей емкости, если они подключены к преобразователю только на время его запуска. Подобные преобразователи имеют функцию безопасного ограничения выходного тока, это означает, что они могут работать с выходной мощностью, превышающей номинальную в течение коротких промежутков времени.
При запуске такие преобразователи будут заряжать выходные конденсаторы, оставаясь при этом в безопасной рабочей зоне, а после заряда конденсаторов контур обратной связи преобразователей останется стабильным и обеспечит их нормальное действие.
В приложениях, рассчитанных на усреднение импульсной мощности, мощность, потребляемая конечными POL-преобразователями, окажется больше, чем возможности первичного преобразователя, поэтому он будет питать нагрузку до тех пор, пока его выходное напряжение не снизится из-за режима ограничения тока. Как только его напряжение начнет спадать, ток, потребляемый нагрузкой, будет обеспечиваться батареей конденсаторов. При выборе конденсаторов необходимо брать в расчет, что от них будет отбираться гораздо больший ток, чем от преобразователя.
После завершения импульса тока в нагрузке преобразователь должен успеть подзарядить батарею до ее начального напряжения, чтобы она была готова к следующему циклу.
На рис. 2 показаны осциллограмма и блок-схема системы электропитания, работающей на принципе усреднения мощности.
В этом примере 320-Вт первичный преобразователь имеет выходное напряжение, равное 50 В. Последующие POL-преобразователи обеспечивают суммарный импульсный ток нагрузки 20 A при напряжении 48 В постоянного тока, что составляет 960 Вт импульсной мощности. Частота нагрузки достигает 1 Гц, а рабочий цикл равен 7%, то есть длительность импульса составляет 70 мс. Когда POL-преобразователи питают нагрузку, они потребляют энергию от батареи конденсаторов емкостью 100 000 мкФ (uF) и от первичного преобразователя, который переходит в эти моменты в режим защиты от перегрузки по току, причем основную часть потребляемой нагрузкой мощности обеспечивает батарея конденсаторов. После завершения импульса первичный преобразователь подзарядит батарею до ее начального напряжения.
Рис. 2. Блок-схема системы электропитания, работающей на принципе усреднения мощности, и осциллограмма ее выходных характеристик
Вывод
Источники электропитания, сконфигурированные на принципе усреднения импульсной мощности, очень эффективны для уменьшения размера, веса и стоимости энергосистем, в которых нагрузка представляет собой короткие периодические импульсы.
Внешнюю дополнительную схему можно минимизировать, если преобразователь постоянного тока способен безопасно работать в режиме ограничения выходного тока или выходной мощности. Оптимизация системы электропитания с усреднением мощности также помогает устранить дополнительные схемы и аппаратные средства, необходимые для систем электропитания, рассчитанных на обеспечение пиковой мощности нагрузки. Все это вместе позволяет разработчику обеспечить требования по габаритам и весу системы электропитания.
электричества — Почему нагрузки в цепи ограничивают ток?
$\begingroup$
Я нашел эту цитату на sparkfun.com и запутался.
«Если у вас ДЕЙСТВИТЕЛЬНО есть нагрузка по току, ток, протекающий через вашу цепь, будет ограничен тем, что потребляет ваше устройство, что обычно очень мало».
Итак, если бы у меня был светодиод, будет ли ток от батареи достаточно сильным, чтобы питать светодиод?
- электричество
- электрические цепи
- короткие замыкания
$\endgroup$
$\begingroup$
Я нашел эту цитату на sparkfun.
com и запутался.Я понимаю почему; цитата сбивает с толку. У вас есть ссылка на цитату?
Во-первых, что такое нагрузка? Нагрузка в этом контексте представляет собой то, на что подается электроэнергия (в отличие от источника , который, как правило, подает энергию).
Нагрузку можно охарактеризовать кривой ВАХ (ток-напряжение), которая, по сути, говорит вам о сквозном токе при заданном напряжении.
Итак, , если напряжение на нагрузке фиксировано
Так если бы у меня был светодиод ток от аккумулятора будет только сильный достаточно для питания светодиода?
Рассмотрим ВАХ некоторых типичных светодиодов:
Изображение предоставлено
Обратите внимание, что ток светодиода сильно зависит от напряжения на ; ток светодиода может сильно измениться при небольшом изменении напряжения источника.
По этой причине резистор обычно подключается последовательно со светодиодом, что значительно уменьшает зависимость тока светодиода от напряжения источника.
Для определения рабочего тока полезно использовать линию нагрузки
$\endgroup$
$\begingroup$По аналогии с водой. Нагрузка — это «дыра в плотине», через которую текут электроны. При заданном напряжении (высоте плотины) размер нагрузки (размер отверстия) определяет ток. Если нагрузка потребляет слишком большой ток, блок питания не сможет поддерживать напряжение (уровень воды за плотиной упадет).
$\endgroup$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Используйте интеллектуальные выключатели нагрузки для защиты от ограничения тока
Возможность контролируемого включения нагрузки важна в приложениях, где бюджет мощности ограничен. Жесткое переключение нагрузки может привести к просадке входной шины питания и возникновению неисправности. В некоторых приложениях короткое замыкание на одной шине может привести к повреждению всей системы, что приведет к перезагрузке или повреждению основного источника питания или чрезмерному рассеиванию мощности на системной плате.
Вот почему разработчики систем часто включают переключатели нагрузки верхней стороны как часть архитектуры блока питания (рис. 1) . Для достижения некоторых желаемых функций, таких как включение/выключение низкого напряжения, разрядка нагрузки и управление скоростью нарастания, необходимо использовать довольно много дискретных компонентов.
1. Дискретная реализация «интеллектуального» переключателя нагрузки верхнего плеча (а) использует несколько внешних компонентов вместо простоты интегрированного подхода, такого как SiP32429 (б).
Типичная схема переключателя нагрузки на стороне высокого напряжения не учитывает результаты падения напряжения на шине питания при внезапном приложении нагрузки. Интеллектуальные переключатели, выпускаемые несколькими производителями полупроводников, обеспечивают несколько уровней защиты.
Например, Vishay предлагает интеллектуальный переключатель, который обеспечивает программируемый плавный пуск, программируемые ограничения тока, защиту от перегрева, флаг неисправности и блокировку при пониженном напряжении. Он выключится и повторит попытку включения через полную процедуру плавного пуска через 150 мс после выключения переключателя и устранения неисправности. Другие версии выключают переключатель в случае неисправности и остаются выключенными.
Несмотря на всю сложность, интеллектуальный переключатель, разработанный специально для коммутации нагрузки и защиты от сбоев, намного проще и состоит из гораздо меньшего количества компонентов, чем переключатель нагрузки, состоящий из отдельных компонентов.
Помимо очевидного преимущества уменьшенной площади платы, к дополнительным преимуществам относятся:
• Реакция интеллектуального переключателя очень точна и воспроизводима благодаря встроенным схемам измерения тока и ограничения тока.
• Интеллектуальный коммутатор действительно повышает функциональность по сравнению с дискретным решением. Набор функций может включать защиту от перегрузки по току (OC), защиту от перенапряжения, регулируемую и фиксированную скорость нарастания, выходной разряд и блокировку обратного хода.
• Равномерное сопротивление достигается при широком рабочем входном напряжении. С помощью зарядового насоса к затвору полевого МОП-транзистора можно прикладывать постоянное напряжение независимо от входного напряжения, чтобы обеспечить постоянное сопротивление. Этого практически невозможно достичь дискретно.
| Скачать эту статью в формате .PDF Этот тип файла включает в себя графику и схемы высокого разрешения, если это применимо.  |
Области применения: Источник питания/Батарея Экономия энергии и защита
Выключатель нагрузки высокой стороны часто используется в приложениях, в которых срок службы батареи очень важен. В таких системах все схемы, кроме самых важных, удалены от выхода батареи. Для отключения неиспользуемых нагрузок и экономии энергии можно использовать ряд переключателей нагрузки на стороне высокого напряжения.
Помимо увеличения срока службы батареи, преимущество использования выключателя ограничения тока вместо самовосстанавливающегося предохранителя становится очевидным из следующего сравнения. Сбрасываемый предохранитель обычно используется в ноутбуках, например, в схемах подсветки, где для питания цепочек светодиодов используется повышающий регулятор. Если на выходе произойдет короткое замыкание, это может поставить под угрозу системную шину, потому что несинхронный импульс имеет путь от входа к выходу через дроссель и диод 9.0029 (рис.
2) .
Сравнение входного тока и напряжения шины 12 В при защите полимерным устройством с положительным температурным коэффициентом (PPTC или polyfuse) показывает, что интеллектуальный коммутатор быстрее реагирует на короткое замыкание и быстро начинает ограничивать ток, что приводит лишь к незначительному падение входного питания по сравнению с дикими колебаниями напряжения и тока в конфигурации с самовосстанавливающимся предохранителем. Использование интеллектуального переключателя означает, что на входе в систему можно использовать меньшую объемную емкость и что нет риска сброса системы из-за сбоя в сети.
Другие области применения: Драйвер соленоида
Интеллектуальный переключатель интересно использовать в качестве драйвера соленоида . Соленоид по существу представляет собой большую индуктивность. При подаче напряжения ток через соленоид будет возрастать со скоростью, определяемой его индуктивностью и сопротивлением постоянному току. Когда на соленоид подается достаточный ток намагничивания, он активируется, вызывая падение тока, прежде чем ток снова достигнет устойчивого состояния. В этот момент входной сигнал можно изменить на импульсно-модулированный (ШИМ) с помощью микроконтроллера с заданной программой управления, чтобы снизить рабочие потери или просто уменьшить мощность, подаваемую на соленоид.
В этом конкретном примере приложения, в котором SiP32429 используется для управления соленоидом, устройство имеет время задержки включения 550 мкс, время нарастания примерно 7 мс при нагрузке 10 Ом и время задержки выключения 1 мкс. Это дает в общей сложности минимальное время работы 7,56 мс.
Этого более чем достаточно для работы соленоидов до 20 Гц при мощности менее 5 ВА.
На снимке экрана осциллографа на рис. 3 желтым цветом обозначено приложенное напряжение, синим — напряжение соленоида, а зеленым — ток соленоида. На схеме соленоид подключен между 0 В и V Выход устройства с Шоттки параллельно для отключения переходных процессов и для отвода энергии. Этот подход также можно использовать в качестве драйвера реле в той же конфигурации.
3. Интеллектуальный переключатель можно использовать в качестве привода соленоида (а). Соленоид потребляет большой ток, когда на него подается напряжение (b). Схема в работе показана на (c). Преимущество использования в данном приложении токоограничивающего переключателя нагрузки с регулируемой скоростью нарастания заключается в том, что функции защиты никогда не допускают постоянного состояния соленоида. Если интеллектуальный коммутатор столкнется с перегрузкой по току, он выключится до того, как будет предпринята попытка автоматического повтора.
Если сбой повторится, часть снова выключится.
Драйвер коллекторного двигателя постоянного тока или драйвер вентилятора Приложения
SiP32429 работает как переключатель верхнего плеча в приложениях драйвера двигателя (рис. 4). Схема довольно проста. Вентилятор подключен параллельно диоду Шоттки (для свободного выключения) между V Out SiP32429 и землей. Контакт включения подключается между V In и землей через делитель термистор/резистор.
4. В приложении с вентилятором можно использовать интеллектуальный выключатель нагрузки для включения вентилятора при повышении температуры с помощью термистора. Плавное включение снижает пусковой ток при запуске двигателя. Этот подход можно использовать, например, в приложениях, в которых для охлаждения используется односкоростной вентилятор. Когда обнаруживается перегрев системы, дополнительные функции интеллектуального переключателя весьма полезны. Если устройство перегреется из-за экстремальной температуры окружающей среды, флажок будет использоваться в качестве предупреждения для отключения основной системы.
Еще одним положительным моментом использования такой детали являются функции ограничения тока. Если бы вентилятор заблокировался, то SiP32429 среагировал бы в течение 1 мкс, чтобы снять напряжение, предотвращая сильные скачки напряжения, создаваемые индуктивностью вентилятора.
Включение и последовательность подачи питания
Другим альтернативным применением является интеллектуальный переключатель, подающий напряжение на повышающий/понижающий импульсный регулятор или даже на несколько таких цепей (рис. 5). Возможность медленного заряда в емкость снова позволяет использовать меньшие размеры источника питания, в то время как последовательность включения питания будет легко достижима. Возможность отключения нескольких цепей, когда система находится в режиме ожидания, для уменьшения тока покоя является еще одной очень полезной опцией, зависящей от приложения.
5. Использование интеллектуального переключателя нагрузки на передней панели импульсного стабилизатора позволяет легко реализовать последовательность, защищая при этом питание системы и последующие нагрузки.
Заключение
В целом, защита шин питания системы от отказов является важной частью хорошей схемы питания. Переключатель нагрузки верхнего плеча с такими функциями, как ограничение тока и управление скоростью нарастания, очень полезен при реализации схем защиты или простых цепей, где индуктивные и емкостные нагрузки требуют плавного переключения.
В приложениях, где источник имеет большое количество энергии, короткое замыкание может привести к значительным повреждениям, если архитектура питания не рассчитана на отказоустойчивость. В таких приложениях использование выключателя ограничения тока не только разумно, но и может снизить стоимость системы и повысить надежность. Даже в случае возникновения неисправности ущерб ограничен и может быть устранен с меньшими затратами.
Оуайн Брайант — инженер по эксплуатации в подразделении интегральных схем компании Vishay Intertechnology. Ранее он был старшим инженером-электронщиком в компаниях Dyson, Classe Audio и Harman Becker Automotive Systems.