Защита от переполюсовки и КЗ зарядного устройства, блока питания своими руками

Вариант 1

Эта защита самая простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются транзисторы и микросхемы. Реле, диодная развязка: вот все его составные части.

Схема работает следующим образом. Минус в цепи общий, поэтому будем рассматривать плюсовую цепь.

Если ко входу не подключена батарея, реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении АКБ через диод VD2 к катушке реле протекает плюс, в результате чего контакт реле замыкается и ток основного заряда течет в АКБ.

В то же время загорается зеленый светодиод, указывая на правильность подключения.

И если теперь вынуть батарею, выход схемы будет под напряжением, так как ток от зарядного устройства будет продолжать течь через диод VD2 к катушке реле.

Если полярность подключения поменять местами, диод VD2 будет заблокирован, и на катушку реле не будет подаваться питание. Реле работать не будет.

В этом случае загорится красный светодиод, который был подключен намеренно неправильно. Это укажет на обратную полярность подключения батареи.

Диод VD1 защищает схему от самоиндукции, которая возникает при выключении реле.

В случае внедрения такой защиты в автомобильное зарядное устройство стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядного устройства. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Собирать не советую

К сожалению, обе схемы, показанные на изображении выше, имеют серьезные проблемы.

1. У ворот нет защиты от перенапряжения. Да, в аккумуляторе всего 12 вольт — вроде все в порядке и зарядное устройство, скорее всего, не будет выдавать намного больше напряжения. Но если при отключенной батарее вы коснетесь отрицательной клеммы в цепи 1 или положительной клеммы в цепи 2 (очень вероятное событие, не так ли?) — с большой вероятностью затвор маломощного транзистора сработает быть сломанным: емкость затвора мала, сопротивление 10 кОм и выходная емкость мощного полевого работника не защитят от скачка напряжения в сотни вольт, который может быть активирован, например, корпусом кот заряжен до нескольких киловольт (от трения о штаны хозяина), а еще больше от человека (который погладил своего питомца или только что встал с дивана)
2. В схемах затвора нет резисторов «анти-кольцо». Это все еще разрешено, если полевой транзистор малой мощности управляется какой-либо высокоскоростной логикой. Во всех остальных случаях рекомендуется включать резистор (в данном случае где-то в пределах нескольких сотен Ом) в схему затвора, чтобы избежать паразитной генерации. Лазер может возникать во время переходных процессов, когда транзистор работает в линейном режиме. В этом случае возможны всевозможные «чудеса» в работе схемы, которые порой невозможно отследить даже на хорошем осциллографе, так как и частота очень высокая, а при подключении пробника генерация может прерываться…
3. Во второй схеме, которая на мощном p-канальном МОП-транзисторе, казалось бы, есть очень удобная возможность измерить напряжение на аккумуляторе без влияния падения напряжения на канале полевого транзистора. К сожалению, эта возможность может упасть: когда аккумулятор не подключен, обратная связь прерывается, и преобразователь зарядного устройства может выйти из строя.

Защита от переполюсовки зарядного устройства своими руками

Вот как получился блок защиты от переполюсовки зарядного устройства.

Используемый полевой транзистор — IRFZ44N (можно заменить на любой аналог). Транзистор малой мощности BC239C (или другой аналог npn). Диод — 1Н4007.

В шунте использовался старый китайский мультиметр, защита с таким шунтом срабатывает при токе 10 А.

Тестируйте с почти максимальной нагрузкой.

Моделирование короткого замыкания.

Как видите, эта защита зарядного устройства спасает не только от обратной полярности, но и от короткого замыкания или перегрузки. При использовании этой схемы в зарядных устройствах трансформатора необходимо исключить скачки напряжения и максимально сгладить их.

Демонстрация работы защиты.

Для тех, кого интересует возможность печати защиты от инверсии полярности на контроллере поля, можно скачать лист в формате Lay в конце статьи. В качестве шунта используются два резистора 0,1 Ом; 5 Вт (при этих значениях защита срабатывает с током 11-12 А). При желании можно самостоятельно дополнить плату бузером с генератором или оставить как есть.

Вариант 2

Эта схема до сих пор по многим параметрам не имеет аналогов. Защищает одновременно обратную мощность и короткое замыкание.

Принцип работы этой схемы следующий. В нормальном режиме работы плюс от блока питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, а минус через открытый переход «полевого работника» идет на вывод схемы на аккумулятор.

При обратной полярности или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, в результате чего на «поле» и на шунте образуется падение напряжения. Этого падения напряжения достаточно для активации маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний блокирует полевой транзистор, замыкая затвор с землей. При этом загорается светодиод, так как питание идет от открытого спая транзистора VT2.

Благодаря своей высокой скорости отклика эта схема гарантированно защитит зарядное устройство в случае проблем с выходом.

Схема очень надежна в эксплуатации и способна оставаться в защищенном состоянии бесконечно долгое время.

Схема защиты на реле

А теперь перейдем к конструкциям, в которых в качестве управляющего элемента используется электромагнитное реле. С одной стороны, это несколько снижает надежность — контакты реле могут перегореть при больших токах. Но с другой стороны, такие схемы достаточно просты и могут использоваться с блоком питания, рассчитанным на разное выходное напряжение — достаточно выбрать реле необходимого типа.

На одном реле

Конструкция предельно проста, содержит минимум деталей и не требует корректировки. Единственное, как было отмечено выше, необходимо подбирать реле по напряжению срабатывания и соответствующей мощности.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении LED2 горит, нагрузка обесточена. При нажатии кнопки S2 питание поступает на катушку реле К1 и активируется, подключая нагрузку к источнику питания и одновременно выключая кнопку и светодиод2. В этом случае конденсатор С1 служит для отсрочки отключения реле на время переключения его контактов. Вместе с нагрузкой питание через диод D1 поступает на обмотку K1 и становится самоблокирующимся. Кнопку можно отпустить. LED1 загорится, показывая, что нагрузка запитана.

В случае короткого замыкания напряжение в цепи питания реле падает и сбрасывает его, отключая нагрузку и повторно подключая кнопку. LED1 выключается, LED2 включается. Для перезапуска узла необходимо снять перегрузку и снова нажать кнопку S1.

Важно! С указанным на схеме реле устройство можно использовать с блоком питания на 12 вольт или зарядным устройством. Если напряжение источника другое, нужно выбрать реле, которое срабатывает этим напряжением.

На реле и однопереходном транзисторе

Эта схема немного сложнее предыдущей, но позволяет регулировать ток срабатывания защиты.

Пока ток через нагрузку не превышает определенного значения, составной транзистор Т1, Т2 выключен. По мере увеличения тока падение напряжения на резисторе R1 считывания тока вынуждает T1 и T2 размыкаться, после чего срабатывает реле K1. Реле отключает нагрузку и подключает резистор R4 к плюсовой шине, что не дает реле отключиться.

Чтобы вернуть структуру в исходное состояние, достаточно нажать кнопку S2. Реле отключается, и нагрузка снова включается. Если причину короткого замыкания не устранить, после отпускания кнопки защита снова сработает. Амплитуду пускового тока можно регулировать с помощью переменного резистора P1.

Важно! Не рекомендуется долго удерживать кнопку S2. Если не устранить причину короткого замыкания, блок питания будет перегружен и сгорит, так как блок защиты будет принудительно отключен.

В блоке можно использовать транзисторы КТ805 с любой буквой, 2SC2562, 2N3054 (Т2) и любой маломощный кремниевый транзистор структуры pnp. Напряжение срабатывания реле должно быть немного ниже напряжения питания. LED1 «Перегрузка» — любой индикатор.

Вариант 3

Это особенно простая схема, которую сложно даже назвать схемой, так как в ней используется всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже используется в промышленных масштабах.

Питание от зарядного устройства подается на аккумулятор через предохранитель. Предохранитель выбирается исходя из максимального зарядного тока. Например, если сила тока 10А, вам понадобится предохранитель на 12-15А.

Диод включен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если поменять полярность, диод откроется и произойдет короткое замыкание.

И предохранитель — слабое звено в этой цепи, которое мгновенно перегорит. После этого вам нужно будет его поменять.

Диод следует выбирать по паспорту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз выше тока горения предохранителя.

Такая схема не обеспечивает стопроцентной защиты, так как были случаи, когда зарядное устройство перегорало быстрее предохранителя.