Защита для устройств, питающихся от сети 220 В
Предельное напряжение, которое могут выдерживать стабилизированные импульсные блоки питания, которыми оснащено большинство бытовой импортной радиоаппаратуры, составляет 272 В (это действующее значение по техдокументации фирм-изго-товителей). Но в сети иногда наблюдаются скачки и помехи с более высоким уровнем, что может привести к повреждениям.
Чтобы защитить оборудование от перенапряжений, надо учитывать, что в питающей сети могут действовать следующие виды импульсных помех:
- повышенное напряжение между линейными проводами;
- повышенное напряжение между заземлением и одним из линейных проводов.
Указанные помехи могут присутствовать и одновременно, поэтому необходимо, чтобы защитный блок и подключенные к нему устройства имели хорошее заземление, иначе удастся обеспечить защиту только от повышенного напряжения между линейными проводами.
Для сетевых защитных устройств характерно применение всех рассмотренных выше компонентов, при этом схемы могут быть од-но-, двух- и трехступенчатые. Фрагменты наиболее распространенных схем защиты приведены на рис. 1.15 и 1.16.
В однокаскадном узле защиты обычно используется трехполюсный разрядник или варисторы (рис. 1.15). Если на любом проводнике превышено заданное напряжение пробоя — обе “половинки” трехполюсного разрядника срабатывают и выброс напряжения разряжается на землю. Это позволяет получить защиту и от синфазной помехи (она бывает гораздо мощнее дифференциальной наводки).
Рис. 1.15. Узел однокаскадной защиты от перенапряжений, выполненный на: а — разрядниках; б — варисторах
Рис. 1.16. Варианты схем двухкаскадной защиты от перенапряжений
В двухступенчатых схемах обычно устанавливают варисторы и диоды одновременно, рис. 1.16. Так как варисторы способны поглощать большую импульсную мощность, чем диоды, они используются в качестве первичной защиты, но дополняются более быстродействующими элементами — сапрессорами.
Для электронного оборудования наибольшую опасность представляет не ток, а напряжение в цепи, поэтому в настоящее время все более широко используют TRANSIL-диоды. Для защиты устройств в сети 220 В обычно применяют двунаправленные диоды, допускающие работу на переменном токе, например, 1.5КЕ440СА или Р6Е440СА (последние буквы — СА часто используются в обозначениях и других типов элементов для указания на Симметричную структуру и допуск по напряжению ограничения). Если сдвоенные не удастся приобрести, то можно взять два однонаправленных диода и соединить их последовательно одинаковыми полярностями.
Рабочее напряжение у защитных диодов выбирается с учетом максимальной амплитуды напряжения в линии. Так, например, по отечественному стандарту считается нормальным, если действующее напряжение (U) сети имеет отклонение от номинала 220 В -15 или +10%, т. е. может быть и 242 В, при этом его амплитуда составит:
С учетом возможного технологического разброса напряжения ограничения, имеющегося у защитных диодов, по рекомендациям разработчиков этих элементов, рабочее напряжение Ѵвя выбирается с запасом на 10 — 20%, т. е. должно быть не менее чем 400 В.
На входе цепи защиты обязательно устанавливаются токовые предохранители — при кратковременной перегрузке предохранитель сработать не успеет (у него время разрыва цепи составляет не менее 0,05. 0,1 с), но защита потоку нужна, чтобы ограничить время работы остальных защитных элементов и исключить выделение на них большой мощности при продолжительном воздействии перегрузки.
Самую надежную защиту радиоаппаратуры способны обеспечить трехкаскадные схемы, два типовых варианта которых приведены на рис. 1.17.
Трехкаскадную защиту ставят в тех случаях, когда вероятно прямое попадание разряда молнии в воздушную линию питания. При этом в самом худшем случае из строя может выйти только блок защиты, но радиоаппаратура сохранится.
Мы рассмотрели построение универсальных схем сетевой защиты, но в некоторых ситуациях можно обойтись более простыми узлами, например, когда требуется защитить схему с трансформаторным питанием. Для этого случая варианты подключения сапрессоров показаны на рис. 1.18.
При установке элементов защиты следует знать, что в случае шуток отечественных энергетиков, когда в питающей сети вместо 220 продолжительное время действует 380 В, такие элементы выйдут из строя (они не могут долго рассеивать большую мощность), но при этом все же сохранят от повреждения радиоаппаратуру.
Рис. 1.17. Трехкаскадная схема защиты от перенапряжений по сети 220 В
Рис. 1.18. Вариант подключения защитных диодов к трансформатору: а — в первичной цепи; б, в — во вторичной цепи
Литература: Радиолюбителям полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.
Источник
Быстродействующая защита от перенапряжения своими руками
Хочу сделать защиту от перенапряжения для своей бытовой техники, так как редко, но бывают скачки. У некоторых горела вся техника в квартире.
Выбрал эту схему, так как простая. Что скажете, будет работать?
Пороговая схема запитывается от сети через гасящие резисторы R3, R4 и диоды VD1. VD4. Стабилитрон VD8 служит для стабилизации напряжения питания схемы. Изменяющееся напряжение сети поступает через диодный мостик VD1. VD4 на делитель R1, R2. С движка резистора R2, который устанавливает напряжение срабатывания устройства, управляющее напряжение подается через диод VD5 на базу транзистора VT1. Стабилитрон VD6 служит для защиты транзистора от больших напряжений. При напряжении е сети больше нормы, напряжение на базе транзистора повышается, он открывается и включает реле К1. Контакты К1.1 замыкаются, срабатывает реле К2 и отключает контактами К2.1 нагрузку. После восстановления напряжения в электрической сети реле К1 обесточивается, отключает реле К2. которое контактами К2.1 включает нагрузку. Светодиоды VD10, VD12 служат для индикации состояния устройства.
Репе К2 — любое с рабочим напряжением обмотки 220 В, К1 — также любое из серии РЭС-9.
Налаживание устройства сводится к установке резистором R2 напряжения срабатывания автомата.Источник: Н.Басенков, журнал «Радиолюбитель». Схемы и статьи публикуются с разрешения редакции журнала.
Спасибо! Попробую обязательно.
Ознакомился со статьей, возник вопрос ))
Какой лучше ставить тиристор?
Почему С1-С2 на 25 вольт? Т132-50-12 или 10-25? характеристики разные, но цена на 10-25 намного дешевле, хотя его найти трудно, только аналоги, дороговато!
И суть этой схемы в том, что бы при скачке свыше заданной нормы привести сеть к КЗ, что бы выбило пробки?
Источник
5. Защита электронных устройств от перенапряжения
Для защиты радиоэлектронного оборудования традиционно применяют плавкие предохранители. Обычно в них используют тонкие неизолированные проводники калиброванного сечения, рассчитанные на заданный ток перегорания. Наиболее надежно эти приспособления работают в цепях переменного тока повышенного напряжения. С понижением рабочего напряжения эффективность их применения снижается. Обусловлено это тем, что при перегорании тонкой проволоки в цепи переменного тока возникает дуга, распыляющая проводник. Предельным напряжением, при котором может возникнуть такая дуга, считается напряжение 30. 35 6. При низковольтном питании происходит просто плавление проводника. Процесс этот занимает более продолжительное время, что в ряде случаев не спасает современные полупроводниковые приборы от повреждения.
Тем не менее, плавкие предохранители и поныне широко используют в низковольтных цепях постоянного тока, там, где от них не требуется повышенное быстродействие.
Там, где плавкие предохранители не могут эффективно решить задачу защиты радиоэлектронного оборудования и приборов от токовых перегрузок, их можно с успехом использовать в схемах защиты электронных устройств от перенапряжения.
Принцип действия этой защиты прост: при превышении уровня питающего напряжения срабатывает пороговое устройство, устраивающее короткое замыкание в цепи нагрузки, в результате которого проводник предохранителя плавится и разрывает цепь нагрузки.
Метод защиты аппаратуры от перенапряжения за счет принудительного пережигания предохранителя, конечно, не является идеальным, но получил достаточно широкое распространение благодаря своей простоте и надежности. При использовании этого метода и выбора оптимального варианта защиты стоит учитывать, насколько быстродействующим должен быть автомат защиты, стоит ли пережигать предохранитель при кратковременных бросках напряжения или ввести элемент задержки срабатывания. Желательно также ввести в схему индикацию факта перегорания предохранителя.
Простейшее защитное устройство [4.1], позволяющее спасти защищаемую радиоэлектронную схему, показано на рис. 4.1. При пробое стабилитрона включается тиристор и шунтирует нагрузку, после чего перегорает предохранитель. Тиристор должен быть рассчитан на значительный, хотя и кратковременный ток. В схеме совершенно не допустимо использование суррогатных предохранителей, поскольку в противном случае могут одновременно выйти из строя как защищаемая схема, так и источник питания, и само защитное устройство.
Рис. 4.1. Простейшая защита от перенапряжения
Рис. 4.2. Помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения
Усовершенствованная схема защиты нагрузки от превышения напряжения, дополненная резистором и конденсатором [4.2], показана на рис. 4.2. Резистор ограничивает предельный ток через стабилитрон и управляющий переход тиристора, конденсатор снижает вероятность срабатывания защиты при кратковременных бросках питающего напряжения.
Следующее устройство (рис. 4.3) защитит радиоаппаратуру от выхода из строя при случайной переполюсовке или превышении
напряжения питания, что нередко бывает при неисправности генератора в автомобиле [4.3].
При правильной полярности и номинальном напряжении питания диод VD1 и тиристор VS1 закрыты, и ток через предохранитель FU1 поступает на выход устройства.
Рис. 4.3. Схема защиты радиоаппаратуры с индикацией аварии
Если полярность обратная, то диод VD1 открывается, и сгорает предохранитель FU1. Лампа EL1 загорается, сигнализируя об аварийном подключении.
При правильной полярности, но входном напряжении, превышающем установленный уровень, задаваемый стабилитронами VD2 и VD3 (в данном случае — 16 Б), тиристор VS1 открывается и замыкает цепь накоротко, что вызывает перегорание предохранителя и зажигание аварийной лампы EL1.
Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на максимальный ток, потребляемый радиоаппаратурой.
Элементы ГТЛ-логики обычно работоспособны в узком диапазоне питающих напряжений (4,5. 5,5 Б). Если аварийное снижение питающего напряжения не столь опасно для «здоровья» микросхем, то повышение этого напряжения совершенно недопустимо, поскольку может привести к повреждению всех микросхем устройства.
На рис. 4.4 приведена простая и довольно эффективная схема защиты 7777-устройств от перенапряжения, опубликованная в болгарском журнале [4.4]. Способ защиты предельно прост: как только питающее напряжение превысит рекомендуемый уровень всего на 5% (т.е. достигнет величины 5,25 Б) сработает пороговое устройство и включится тиристор. Через него начинает протекать ток короткого замыкания, который пережигает плавкий предохранитель FU1. Разумеется, в качестве предохранителя нельзя использовать суррогатные предохранители, поскольку в таком случае может выйти из строя блок питания, защищающий схему тиристор, а затем и защищаемые микросхемы.
Недостатком устройства является отсутствие индикации перегорания предохранителя. Эту функцию в устройство несложно ввести самостоятельно. Примеры организации индикации разрыва питающей цепи приведены также в главе 36 книги [1.5].
Рис. 4.4. Схема защиты микросхем ТТЛ от перенапряжения
Рис. 4.5. Схема устройства защиты от перенапряжения, работающего на переменном и постоянном токе
Схема устройства, которое в случае аварии в электросети защитит телевизор, видеомагнитофон, холодильник и т.д. от перенапряжения, приведена на рис. 4.5 [4.5].
Напряжение срабатывания защиты определяется падением напряжения на составном стабилитроне VD5+VD6 и составляет 270 Б.
Конденсаторы С1 и С2 образуют совместно с резистором R1 RC-цепочку, которая препятствует срабатыванию устройства при импульсных выбросах в сети.
Схема работает следующим образом. При напряжении в сети до 270 В стабилитроны VD3, VD4 закрыты. Также закрыты и тиристоры VS1, VS2. При действующем напряжении более 270 В открываются стабилитроны VD3, VD4, и на управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 поступает открывающее напряжение. В зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения ток проходит либо через тиристор VS1, либо через VS2. Когда ток превышает 10 А, срабатывают автоматические выключатели (пробки, плавкие предохранители), отключая электроприборы от электросети. Нагрузка (на рисунке не показана) подключается параллельно тиристорам. Проверить работоспособность устройства можно с помощью ЛАТРа.
Устройство работоспособно и на постоянном токе.
Рис. 4.6. Схема релейного устройства защиты от перенапряжения с самоблокировкой
Устройство защиты от перенапряжения (рис. 4.6) выгодно отличается от предыдущих тем, что в нем не происходит необратимого повреждения элемента защиты [4.6]. Вместо этого при напряжении свыше 14,1 В пробивается цепочка стабилитронов VD1 — VD3, включается и самоблокируется тиристор VS1, срабатывает реле К1 и своими контактами отключает цепь нагрузки.
Восстановить исходное состояние устройства защиты можно только после вмешательства оператора — для этого следует нажать на кнопку SB1. Устройство также переходит в рабочий ждущий режим после кратковременного отключения источника питания. К числу недостатков данного устройства защиты относится его высокая чувствительность к кратковременным перенапряжениям.
Устройство (патент DL-WR 82992) [4.7], принципиальная схема которого приведена на рис. 4.7, может применяться для защиты нагрузки от недопустимо высокого выходного напряжения. В нормальных условиях транзистор VT1 работает в режиме, когда напряжение между его коллектором и эмиттером небольшое, и на транзисторе рассеивается небольшая мощность (ток базы определяется резистором R1). Сопротивление стабилитрона VD2 в этом случае большое и тиристор VS1 закрыт.
Рис. 4.7. Схема полупроводникового реле защиты нагрузки от перенапряжения
При возрастании напряжения на выходе устройства выше определенной величины через стабилитрон начинает протекать ток, который приводит к открыванию тиристора. Транзистор VT1 при этом закрывается, и напряжение на выходе устройства становится близко к нулю. Отключить защиту можно только отключением источника питания.
Описанное устройство должно включаться в выходную цепь стабилизаторов так, чтобы сигнал обратной связи подавался из цепи, расположенной за системой защиты. При номинальном выходном напряжении 12 В и токе 1 А в устройстве можно применить транзистор КТ802А, тиристор КУ201А — КУ201К, стабилитрон — Д814Б. Сопротивление резистора R1 должно быть 39 Ом (мощность рассеивания при отсутствии системы автоматики, отключающей стабилизатор от сети, составляет 10 Вт), R2 — 200 Ом, R3 — 1 кОм.
Источник