Применение самовосстанавливающихся предохранителей для модернизации шнура питания

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

1. 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