При подключении различных устройств к сильноточным источникам напряжения, например к автомобильному аккумулятору, возможны фатальные повреждения нагрузки из-за неисправности устройства или человеческой ошибки, например, при переполюсовке полярности напряжения питания.
Чтобы уменьшить вероятность подобных неприятностей, можно оснастить шнур питания, с помощью которого подключаются потребители тока, полимерным самовосстанавливающимся предохранителем.
Принципиальная схема для модификации гибкого питающего провода показана на рис.1. Напряжение питания постоянного тока 0…50 В поступает на вход устройства в соответствии с указанной полярностью подключения. Если контакты выключателя SA1 разомкнуты, то ток нагрузки протекает через самовосстанавливающийся предохранитель FU1. Когда такой предохранитель холодный, его сопротивление около 0.1…0.12 Ом, это означает, что при токе через него 1 А падение напряжения на самовосстанавливающемся предохранителе будут не более 0.2 В. При токе через самовосстанавливающийся предохранитель больше номинального рабочего, предохранитель разогревается и переходит в состояние высокого сопротивления, защищая подключенные к выходу нагрузки от фатального повреждения. Конденсатор С1 блокировочный по цепи питания.
Рис. 1
На транзисторах VT1, VT2 собран узел генератора стабильного тока для питания светодиода. В конструкции применен светодиод с повышенной светоотдачей, который хорошо светит при токе 1.5 мА. Уменьшить протекающий через светодиод ток можно, установив резистор R3 большего сопротивления. Соответственно, если этот резистор установить меньшего сопротивления, то ток через светодиод увеличится. При этом нужно рассчитывать, чтобы рассеиваемая транзистором VT2 мощность не превысила максимально допустимую для него. Если предполагается, что на вход устройства будет поступать напряжение переменного тока, то транзисторный узел включают в диагональ выпрямительного диодного моста.
Если контакты выключателя SA1 замкнуты, то самовосстанавливающийся предохранитель в работе не участвует. Защита нагрузок осуществляется встроенными в блок питания средствами, а при их отсутствии возможны повреждения оборудования. Предохранитель выбран на ток 1.6 А исходя из того, что этот ток достаточен для питания автомагнитол, мощных УМЗЧ, работающих на малой громкости, но, в то же время, этот ток относительно небольшой, который обычно не способен привести к фатальным неисправностям оборудования, например, при переполюсовке полярности или при неисправности только одного плеча мощного УМЗЧ — второе плечо может выдержать кратковременную перегрузку, обеспечив сохранность хотя бы части дорогих мощных транзисторов. Таким устройством можно пользоваться, например, при подключении слаботочных устройств к компьютерному блоку питания, способному выдавать ток по основным линиям питания более 10 А, или, например, к самодельному БП, собранному по схеме [1].
Конструкция
Узел генератора стабильного тока смонтирован на небольшой монтажной плате размерами 37×15 мм (рис.2). Компоновка деталей в корпусе размерами 45x40x15 мм показана на рис.3, а вид устройства в сборе — на фото в начале статьи.
Рис. 2
Выход устройства оснащен двумя типами соединителей: «крокодилами» и круглым штекером питания с наружным диаметром 5.5 мм.
Рис. 3
Устройство с устанавливаемым максимальным током нагрузки
Возможности шнура питания со встроенной защитой можно расширить, если вместо одного самовосстанавливающегося предохранителя применить несколько таких предохранителей, переключаемых на требуемый рабочий ток. На рис.4 показана принципиальная схема узла защиты от перегрузок на восемь значений постоянного или переменного тока, в котором использовано всего четыре самовосстанавливающихся предохранителя.
Рис. 4
Разные значения тока срабатывания защиты выбираются с помощью восьмипозиционного кнопочного переключателя SA1. Когда нажата кнопка SA1.1, ток на нагрузку проходит через предохранитель FU1, рассчитанный на номинальный рабочий ток 0.1 А. Сопротивление такого предохранителя в холодном состоянии около 3 Ом, что в некоторых случаях необходимо учитывать, например, при питании импульсного преобразователя напряжения. При двукратной перегрузке (начальный ток 200 мА) испытанный экземпляр предохранителя переходил в состояние высокого сопротивления через 55 с при начальной температуре корпуса 20°С. После срабатывания этого предохранителя ток через нагрузку уменьшался до 34 мА.
При нажатии кнопки переключателя SA1.2 предохранитель FU1 отключается, a FU2 на ток 200 мА подключается. Сопротивление такого предохранителя в холодном состоянии около 2 Ом. При нажатии кнопки переключателя SA1.3 ток нагрузки протекает уже по двум предохранителям — FU1 и FU2, суммарный номинальный рабочий ток которых составит около 300 мА. При нажатии кнопки SA1.4 контакты SA1.3 размыкаются, ток будет протекать через предохранитель FU3. Сопротивление этого предохранителя в холодном состоянии около 0.3 Ом. При нажатии кнопки SА1.5 ток будет протекать через предохранители FU2, FU3 — 200 мА +650 мА. При нажатой кнопке SА1.6 ток будет протекать через предохранитель FU4. В холодном состоянии сопротивление этого предохранителя около 0.2 Ом. При нажатии кнопки SА1.7 ток будет протекать через предохранители FU2 и FU4 — 200 мА +1100 мА, а при нажатой SА1.8 — через FU3 и FU4 — 650 мА+1100 мА. Светодиод НL1 своим свечением будет сигнализировать о срабатывании подключенных предохранителей.
При параллельном включении двух самовосстанавливающихся предохранителей они срабатывают приблизительно через 120 с при превышении тока нагрузки на 30% от их суммарного тока срабатывания или, через 15 с при двукратном увеличении тока выше суммарного номинального.
Температура корпуса наиболее сильноточного предохранителя всегда будет больше температуры корпуса параллельно включенного слаботочного предохранителя.
Детали
Для рассмотренных устройств подойдут постоянные резисторы любого типа, например МЛТ, С1-4. Конденсатор К50-35, К50-68 или аналог. Транзисторы КТ503Е (две белых точки на корпусе) можно заменить КТ503Д, КТ611БМ, MPSA-06, МРSА-43, 2N6515, 2SC1009. Сверхъяркий сдвоенный светодиод L-57SRSRD можно заменить любым из серий L-57, L-937, L-117 или аналогичным. Вместо светодиода RL311-SR114S красного цвета свечения можно применить любой непрерывного свечения без встроенного резистора с повышенной светоотдачей, например, из серий КИПД40, КИПД66. Переключатель PS10 от компьютерного блока питания, рассчитанный на коммутируемый ток 6 А. Обе группы его контактов соединяют параллельно. Переключатель — блок из восьми кнопок ПКн-61 с зависимой фиксацией положения, можно применить аналогичный блок кнопок типа П2К. Самовосстанавливающиеся предохранители можно применить любые из серий LР60 или МF-R. Следует учитывать, что самовосстанавливающиеся предохранители серии МF-R на номинальный рабочий ток более 1.1 А рассчитаны на рабочее напряжение до 30 В.
Литература
- Бутов А.Л. Мощный источник питания АБК- 11-18-5// Электрик. — 2011. — №10. — c.50-52.
Автор: Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.
Источник: Радиоаматор №4/2017