Защита от переполюсовки и к.з. зарядного устройства
Надо было разработать портативное зарядное устройство З.У. для зарядки 12V АКБ в полевых условиях. То есть, заряжать один аккумулятор от другого. Причем, зарядный ток — до 15 А. В полевых условиях, в темноте и на морозе перепутать полярность — проще простого. Хотелось сделать так, чтобы при неправильной полярности ничего не перегорало, а просто гудел зуммер.
Самая простая известная схема защиты — с предохранителем.
Если предохранитель сгорит — на морозе его не заменишь!
Кроме того, при неправильной полярности на выход З.У. придёт целых — 0.9 Вольт!
Вот так перегорает предохранитель Tesla 20A в схеме с 2-мя диодами шоттки VS42CTQ030. В течение 25 mS на З.У. приходит — 0.9 Вольт! Осциллограф подключен к точке А
Большинство микросхем не выдерживает обратной полярности более — 0.6 Вольт. Скорее всего, З.У. при этом выйдет из строя. Хотя и без особого дыма:)
Схема на реле меня тоже не устроила.
Реле включится, если правильно подключить аккумулятор. Просто, дёшево и сердито. Кроме одного но! Если подключить АКБ правильно, а потом снова подключить АКБ, не отключая З.У. НЕПРАВИЛЬНО — то всё сгорит! Ведь, пока З.У. включено, реле уже не отпустит.
Часто можно встретить и другую схему:
Однако, в ней присутствует шунт. При токе 15А потери на шунте будут значительными. А для портативного устройства каждый ватт на вес золота!
Нам нужен был общий КПД 94…96%. Без применения принудительной вентиляции З.У.
Давайте теперь посмотрим мою схему:
Работает она следующим образом: На вход (точкаА) приходит напряжение от З.У. которое ограничено по току до 15А, +10…+15 V. От него питается дифференциальный компаратор DA1 через диод VD2. На положительном входе компаратора всегда +0.1V (определяется диодами VD1 и делителем R2, R3). Пока АКБ не подключена, на отрицательном входе компаратора 0v и силовой ключ VT1 закрыт.
Когда АКБ подключена правильно, и напряжение на ней более 4V, стабилитрон VD4 открывается. На отрицательном входе компаратора появляется +0.2V > +0.1V и силовой ключ VT1 открывается. Начинается заряд батареи.
Если теперь отключить АКБ и поменять её полярность, то на отрицательном входе компаратора появляется -0.2V и силовой ключ VT1 закроется.
Защита за 0.3 mS отключит батарею от З.У., и минус на него не придет. На входе компаратора будет только -0.2V, что допустимо на неограниченное время. Как видим, никаких шунтов в этой схеме нет! В момент переполюсовки или К.З. питание компаратора обеспечивается за счёт конденсатора С2 и он всегда остаётся “в сознании”.
Подсоединяем осциллограф. Одиночная синхронизация по спаду напряжения на выходе защиты. Подключаем АКБ сначала правильно (зарядка пошла), а потом неправильно.
Жёлтый луч — выход устройства защиты.(точка В) Мы видим, что при переполюсовке ПЛЮС меняется на МИНУС.
Синий луч — показывает напряжение на входе устройства защиты.(точкаА) При переполюсовке оно всегда остается положительным. З.У. не выходит из строя. Зуммер издаёт звуковой сигнал.
Аналогично защита срабатывает и при К.З. Правда звука зуммера при этом нет.
Диоды VD5 и VD6 ограничивают нежелательные выбросы напряжения (+30…-15V) при соединении и отсоединении проводов. L-образный фильтр С4, С5 — обязательный атрибут на выходе в соответствии со стандартами автомобильной промышленности.
Все детали, используемые в этой схеме — миниатюрные SMD 0805. Потери на силовом ключе VT1 минимальные — Rds(ON) = 2.4 mOhm, поэтому на печатной плате защита много места не занимает. (выделена красным)
В качестве VT1 можно использовать любые MOSFET P канал. V(ds) = -40…-60V; Vgs = -1.5…-2.5V logic level; Ciss +7
Комментарии ( 16 )
Аналогично защита срабатывает и при К.З. Правда звука зуммера при этом нет.
параллельно силовому ключу предусмотрен байпас — на фото — розовое реле с внешним управлением
А зачем реле, если можно подать открывающий сигнал прямо на мосфет?
Зарядное в целом будешь описывать или коммерческая разработка?
Зарядное устройство на фото используется в том числе и для заряда суперконденсаторов с нуля вольт. Поэтому режим К.З. для него не является аварийным. Как раз для этого режима, чтобы не усложнять схему, применяется байпас. Также можно «поднять» и полностью «убитый» аккумулятор с нуля. В этих режимах на точках А и В напряжение будет около 0 вольт и управлять МОСФЕТОМ не так просто. Для случая штатной зарядки аккумуляторов с 5V до 15V Ваши предложения совершенно правильные.
Само зарядное устройство описать можно, если к этой теме есть интерес. Схема большая и придётся её делить на части: силовая часть, цепи защиты, управление зарядным током от МК, блок индикации, EMI и борьба за КПД.
В этих режимах на точках А и В напряжение будет около 0 вольт и управлять МОСФЕТОМ не так просто.
Логично. Но если оно используется в составе зарядного — можно использовать и собственное питание зарядника. Релюшка же откуда-то питается.
А схема в целом — лично мне интересно.
Банки обычно заряжают током 1/10*С, т.е. 15А на шунте подразумевают зарядку аккума емкостью 150А*ч. У меня на дизеле стоит дай бог 90, а на пузотёрке — 55.
Лично я бы лучше усложнил схему на реле, чем горсть экзотических диодов искал.
Т.Е. навороты у вас за пределами любительских схем. И при всех плюсах, вроде подъема аккума с нуля (а как тут с полярностью быть, из-за которой забракована релейная схема? воткнут банку не той полярностью и что дальше?) штучный экземпляр девайса проще купить, чем повторить
Источник
Как сделать защиту от переполюсовки, от КЗ для блока питания своими руками
Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания. Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.
В этой статье будет рассмотрено 3 варианта защит от переполюсовки, которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.
Вариант 1
Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.
Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.
Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.
Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.
И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.
Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.
В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.
Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.
В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.
Вариант 2
Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.
Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.
При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.
Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.
Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.
Вариант 3
Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.
Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.
Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.
А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.
Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.
Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.
С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.
Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.
Автор: Эдуард Орлов –
Источник
Поделки своими руками для автолюбителей
Защита от переполюсовки за 5 минут для зарядного устройства.
Многие зарядные устройства, особенно самодельные, как правило, не имеют защиты от переполюсовки, вот сегодня мы и сделаем самую простую защиту практически для любого блока питания, а по надежности не уступающую дорогим.
Защитой от переполюсовки я считаю должно быть оснащено любое зарядное устройство, дабы защитить его хоть немного от нашей не внимательности. Я думаю, что любой автолюбитель, когда ставит аккумулятор на зарядку хоть раз да перепутывал провода.
Итак, что нам потребуется для создания этой защиты.
Это обыкновенное, автомобильное 4-х контактное реле на 12 вольт.
Пару диодов 1N4007 или идентичные, да тут практически подойдут любые, которые у вас найдутся.
Светодиод с резистором, — это для индикации, чтобы видеть, что устройство у нас подключено правильно.
Схема показана ниже.
Работает она следующим образом. Наше реле будет находиться в разомкнутом состоянии до подключения автомобильного аккумулятора на зарядку. Как только мы подключим аккумулятор, плюс поступит на обмотку реле через диод VD2, сработает обмотка реле и замкнёт контакты К1.1, через которые будет протекать основной ток заряда. Одновременно с этим загорится светодиод, который будет сигнализировать о том, что всё подключено правильно.
А вот если перепутать полярность подключения, то диод VD2 будет заперт и соответственно на обмотке реле не будет питания, в этом случаи наша схема будет молчать.
Пояится схема навесным монтажом, так как, чтобы делать плату, ну просто очень мало деталей, но это не говорит о том, что вы НЕ можете спаять красивее и аккуратнее, а возможно и вставить сразу эту защиту на основную плату к зарядному устройству. Здесь каждый делает, так как ему удобно, главное чтобы конечный результат вам самим нравился.
Источник