Защита от переполюсовки и кз зарядного устройства

Защита от КЗ для блока питания своими руками

Иногда при наладке самодельных электронных устройств получается короткое замыкание, из за которого может выйти из строя блок питания. Поэтому у блока питания должна быть надежная защита от короткого замыкания, способная в нужный момент быстро отключить замкнувшую нагрузку и уберечь блок питания от поломки.

На этом рисунке изображена схема простого устройства предназначенного для надежной защиты блока питания от короткого замыкания.

Схема защиты блока питания от короткого замыкания

Принцип работы релейной защиты довольно простой. При подаче напряжения на схему в режиме ожидания загорается красный светодиод. После нажатии кнопки S1 ток поступает на обмотку реле, контакты переключаются и блокируют обмотку реле, таким образом схема переходит в рабочий режим, об этом сигнализирует загоревшийся зеленый светодиод, ток поступает на нагрузку. При возникновении короткого замыкания пропадает напряжение на обмотке реле, контакты его размыкаются, нагрузка автоматически отключается, загорается красный светодиод сигнализируя о срабатывании релейной защиты.

Схема предназначена для работы с постоянным выходным напряжением от 8 до 15 вольт, поэтому будет отлично работать с зарядным устройством из компьютерного блока питания, а также с любыми другими трансформаторными или импульсными блоками питания имеющими выходное напряжение в указанном диапазоне.

Данную схему можно считать универсальной, потому что её легко переделать под любое напряжение, достаточно всего лишь заменить реле под нужное вам напряжение, ну и конечно при необходимости подобрать резисторы R1 и R2 под установленные в схему светодиоды.

Печатная плата устройства защиты блока питания от короткого замыкания.

Печатная плата защиты блока питания от короткого замыкания

Посмотрим, как работает готовое устройство защиты блока питания от короткого замыкания. В дежурном состоянии после подачи питания, горит красный светодиод, нагрузка отключена.

Нажимаем кнопку и устройство перейдет в рабочий режим.

Загорелся зеленый светодиод, сигнализируя о подаче питания на нагрузку, в качестве нагрузки я использую обыкновенную 12 вольтовую лампочку.

С помощью отвертки замыкаю между собой центральный контакт с цоколем лампочки, получается короткое замыкание, мгновенно срабатывает защита от КЗ, нагрузка отключается, загорается красный светодиод своим светом сообщая о коротком замыкании.

Радиодетали для сборки

Реле SRD-12VDC-SL-C, можно использовать аналогичное на другое напряжение
Резисторы R1, R2 1K сопротивление подбирайте для каждого светодиода
Светодиоды 5 мм 2 шт. красный и зеленый
Кнопка любая без фиксации с нормально разомкнутыми контактами

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать защиту от короткого замыкания для блока питания

Можно ли заряжать дома?

В случае отсутствия гаража допускается возможность подзарядки АКБ в квартире. Однако делать это лучше на балконе. В свое время этого процесса электролит выделяет вредный для человека сернистый газ и хлористый кислород. При его вдыхании вам головокружение и тошнота. Потому заряжаем в очень отдаленном и отлично открытом помещении. Также смотрите за состоянием электролита.

Нельзя допускать, чтоб аккумулятор бурлил. Это понижает его ресурс. Примерно легковой 60-амперный аккумулятор заряжается за 7-8 часов. При всем этом на ЗУ необходимо выставлять наименьшую силу тока. Для АКБ вредоносны стрессовые нагрузки. Если батарея длительно заряжается, либо одна из банок закипела через полчаса, означает, она неисправна.

Схема электронного предохранителя

В данной схеме в качестве ключа использован полевой транзистор с р каналом IRF4905, имеющий сопротивление в открытом состоянии 0,02 Ом, при напряжении на затворе = 10В.

В принципе этой величиной ограничивается и минимальное напряжение питания данной схемы. При токе стока, равном 10А, на нем будет выделяться мощность 2 Вт, что повлечет за собой необходимость установки небольшого теплоотвода. Максимальное напряжение затвор-исток у этого транзистора равно 20В, поэтому для предотвращения пробоя структуры затвор-исток, в схему введен стабилитрон VD1, в качестве которого можно применить любой стабилитрон с напряжение стабилизации 12 вольт. Если напряжение на входе схемы будет менее 20В, то стабилитрон из схемы можно удалить. В случае установки стабилитрона, возможно, потребуется коррекция величины резистора R8. R8 = (Uпит — Uст)/Iст; Где Uпит – напряжение на входе схемы, Uст – напряжение стабилизации стабилитрона, Iст – ток стабилитрона. Например, Uпит = 35В, Uст = 12В, Iст = 0,005А. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ом.

Принцип работы защиты по току

Тут необходимо применить обычную логику и увидеть причинно-следственную связь: 1) Основная проблема — большое значения тока в цепи; 2) Как понять какое значение тока? -> Измерить его; 3) Измерили и получили значение -> Сравниваем его с заданным допустимым значением; 4) Если превысили значение -> Отключаем нагрузку от источника тока.

Абсолютно любая защита, не только по току, строится именно так. В зависимости от физической величины по которой строится защита, будут возникать на пути реализации разные технические проблемы и методы их решения, но суть неизменна. Теперь предлагаю по порядку пройти по всей цепочки построения защиты и решить все возникающие технические проблемы. Хорошая защита — это защита, которую предусмотрели заранее и она работает. Значит без моделирования нам не обойтись, я буду использовать популярный и бесплатный MultiSIM Blue

, который активно продвигается Mouser-ом. Скачать его можно там же — ссылка . Также заранее скажу, что в рамках данной статьи я не буду углубляться в схемотехнические изыски и забивать вам голову лишними на данном этапе вещами, просто знайте, что все немного сложнее в реальном железе будет.

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.

3 схемы на транзисторах и тиристорах

Для начала рассмотрим схемы защиты блока питания на полупроводниковых компонентах. Они просты, надежны и, главное, обладают большим, чем у схем с электромагнитным реле быстродействием.

Простейшая на биполярном транзисторе

Эта несложная для повторения конструкция подойдет для относительно маломощного (до 5-6 А) блока питания или зарядного устройства. В качестве управляющего ключа в блоке защиты используется довольно распространенный и недорогой кремниевый транзистор КТ819.

Пока ток, протекающий через токоизмерительный резистор R3 в нагрузку не превышает допустимого, управляющий транзистор Т2 закрыт. А Т1 благодаря напряжению смещения с резистора R1 открыт. Нагрузка получает питание. При перегрузке или коротком замыкании на выходе схемы напряжение, вызванное падением на токоизмерительном резисторе R3, открывает T2. Тот в свою очередь запирает ключ Т1, одновременно зажигая светодиод LED1 «Перегрузка». В этом состоянии схема будет находиться до тех пор, пока ток потребления нагрузкой не войдет в допустимый диапазон.

На месте Т1 могут работать транзисторы 2N5490, 2N6129, 2N6288, 2SD1761, BD291, BD709, BD953, КТ729. Т2 – любой маломощный кремниевый транзистор типа n-p-n. К примеру, популярный КТ315 с любой буквой. Светодиод – любой индикаторный. Наладка схемы сводится к подбору номинала резистора R3, выполненного из куска нихромового провода. Чем ниже сопротивление резистора, тем выше ток, при котором сработает защита. Силовой транзистор Т1 нужно установить на радиатор с эффективной площадью рассеивания не менее 300 мм2.

На полевом транзисторе

В этой конструкции в качестве силового ключа используется полевой транзистор, имеющий меньшее, чем биполярный падение напряжения и способный коммутировать больший ток.

Схема защиты от КЗ на полевом транзисторе

Пока ток через нагрузку не превышает критический, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 невелико, транзистор Т2 закрыт. Т1 открывается напряжением, которое подаётся через LED1. В это время ток, протекающий через светодиод и резистор R4 очень мал и светодиод не светится.

При коротком замыкании или перегрузке падение напряжения на токоизмерительном резисторе увеличивается, транзистор Т2 открывается и запирает полевой транзистор, отключая нагрузку. При этом ток через светодиод увеличивается и последний начинает светиться, указывая на перегрузку. Налаживание конструкции сводится к подбору номинала токоизмерительного резистора R1 – чем его сопротивление ниже, тем при большем токе нагрузки включится защита.

В узле можно использовать практически любые полевые транзисторы, выдерживающие ток 15-20 А и соответствующее напряжение. Подойдут, к примеру, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48. Если ток через нагрузку не будет превышать 8 А транзистору радиатор не нужен. Т2 – любой маломощный кремниевый n-p-n проводимости, скажем КТ315 или КТ3102.

На тиристоре

Эта схема предназначена для защиты от короткого замыкания зарядного устройства, но может работать с любым трансформаторным блоком питания без сглаживающих конденсаторов.

Схема защиты зарядного устройства на тиристоре

Пока ток через нагрузку не превышает нормальный, T1 открыт. При этом при каждой полуволне напряжения коллекторным током открытого транзистора открывается тиристор, питая нагрузку. При коротком замыкании выходное напряжение падает, Т1 закрывается и запирает тиристор. Критическое напряжение, а значит, и порог срабатывания настраивается потенциометром Р1. В схеме можно использовать любой тиристор серии КУ202, Транзистор КТ814 можно заменить на BD136, BD138, BD140. Тиристор необходимо установить на радиатор площадью не менее 300 см2.

Как проверить зарядное устройство?

Для диагностики аккумуляторная батарея подключается к ЗУ и производится замер величины напряжения. Процедура измерения выполняется на клеммных зажимах, которые идут от бортовой сети к АКБ. Для измерения используется мультиметр. В идеале эта величина должна составить около 14,4 вольт.

Если рабочий параметр при диагностике показал менее 13 вольт либо напряжение скачет, но аккумулятор рабочий, то ЗУ подлежит ремонту. Выполнить проверку можно посредством замера величины силы тока в электроцепи.

Для проведения диагностики необходимо разряженный аккумулятор соединить с зарядным прибором через тестер. Клеммы мультиметра устанавливаются между клеммным зажимом и самим контактом АКБ. Величина силы тока, которая подается на аккумулятор, должна быть около 10% от общей емкости батареи. Если полученные значения не соответствуют норме, то ЗУ нерабочее и его надо менять либо ремонтировать.

Проверка без аккумулятора

При отсутствии тестера диагностику зарядного прибора допускается произвести по другой схеме. Вместо мультиметра будет использоваться обычная лампа, рассчитанная на работу в 12-вольтной сети. Подключение источника освещения выполняется аналогичным образом. Если в результате соединения лампа загорелась, это говорит о корректной работе зарядного прибора. В случае, если световой источник не включился, ЗУ подлежит ремонту.

Проверка диодного моста

Для диагностики этой составляющей необходимо подать напряжение на зарядное оборудование. Если диодный мост нерабочий, то ток можно увидеть как на выходе, так и на входе. Иначе выполняется диагностика каждого диодного элемента составляющей. Если диоды работоспособны, то величина сопротивления с одной стороны будет минимальной, а с другой стороны — стремиться к бесконечности. Нерабочие диодные элементы подлежат удалению и замене на новые.

Неисправности в амперметре

Если предыдущие действия по диагностике не дали результатов, выполняется проверка работы амперметра. Простой вариант убедиться в работоспособности устройства — соединить клеммные зажимы друг с другом. Если в результате выполненных действий появилось напряжение, но до этого оно отсутствовало, то амперметр подлежит замене или ремонту.

Канал Maysternya TV подробно рассказал о диагностике автомобильного зарядного оборудования в гаражных условиях.

Нагрузочная вилка

Это, пожалуй, самый проф метод проверки состояния аккума. Обычно таковой способ употребляется на 100. В чем его сущность? Устройство

подключается к клеммам батареи и дает ток недлинного замыкания.

Зарядное устройство с автоматическим отключением электроника у3-а-6/12-7,5-ух л 3.1

Другими словами нагрузочная вилка имитирует работу стартера и указывает, в какой степени вольт проседает аккумулятор при попытке водителя завести мотор. Это самая четкая схема проверки состояния АКБ. Чтоб верно считывать показания, помните, что после нагрузки напряжение на аккуме надо сделать двух или больше 10 Вольт. Когда батарея проседает до 9 и ниже, означает, она уже слабенькая. Таковой аккумулятор будет стремительно разряжаться зимой.

Меры безопасности

При ликвидации поломок зарядки для АКБ необходимо учитывать простые меры безопасности:

Нельзя замыкать контактные щупы на приборе. Это может привести к замыканию и возгоранию устройства. Из строя выйдет основная плата зарядного прибора и восстановить ее не получится.
При демонтаже АКБ не допускается замыкание плюсового и отрицательного зажимов, подключенных к батарее. Это станет причиной замыкания в бортовой сети, что приведет к катастрофическим последствиям. Может произойти поломка электронного блока управления и даже выход из строя всего электрооборудования.
Если восстанавливать работу зарядного прибора автовладелец будет самостоятельно, надо с внимательностью подойти к выбору комплектующих деталей. Не допускается использование составляющих, не соответствующих элементам, установленным на плате. Это может привести не только к поломке самого зарядного прибора, но и к выходу из строя аккумулятора.
При проверке ЗУ после ремонта АКБ надо будет подзарядить. Выполняя эту задачу, обязательно надо открутить пробки на банках устройства, если аккумулятор обслуживаемый. В противном случае возможно закипание раствора электролита. В теории может возникнуть взрыв аккумулятора.

Пользователь Алексей Техмастер подробно рассказал о мерах предосторожности, а также ремонте зарядного оборудования для батареи машины

Немного теории об аккумуляторах

Любой аккумулятор (АКБ) — накопитель электрической энергии. При подаче на него напряжения энергия накапливается, благодаря химическим изменениям внутри батареи. При подключении потребителя происходит противоположный процесс: обратное химическое изменение создаёт напряжение на клеммах устройства, через нагрузку течёт ток. Таким образом, чтобы получить от батареи напряжение, его сначала нужно «положить», т. е. зарядить аккумулятор.

Практически любой автомобиль имеет собственный генератор, который при запущенном двигателе обеспечивает электроснабжение бортового оборудования и заряжает аккумулятор, пополняя энергию, потраченную на пуск мотора. Но в некоторых случаях (частый или тяжёлый запуск двигателя, короткие поездки и пр.) энергия аккумулятора не успевает восстанавливаться, батарея постепенно разряжается. Выход из создавшегося положения один — зарядка внешним зарядным устройством.

Как узнать состояние батареи

Чтобы принимать решение о необходимости зарядки, нужно определить, в каком состоянии находится АКБ. Самый простой вариант — «крутит/не крутит» — в то же время является и неудачным. Если батарея «не крутит», к примеру, утром в гараже, то вы вообще никуда не поедете. Состояние «не крутит» является критическим, а последствия для аккумулятора могут быть печальными.

Оптимальный и надёжный метод проверки состояния аккумуляторной батареи — измерение напряжения на ней обычным тестером. При температуре воздуха около 20 градусов зависимость степени зарядки от напряжения на клеммах отключённой от нагрузки (!) батареи следующая:

12.6…12.7 В — полностью заряжена;
12.3…12.4 В — 75%;
12.0…12.1 В — 50%;
11.8…11.9 В — 25%;
11.6…11.7 В — разряжена;
ниже 11.6 В — глубокий разряд.

Нужно отметить, что напряжение 10.6 вольт — критическое. Если оно опустится ниже, то «автомобильная батарейка» (особенно необслуживаемая) выйдет из строя.

Правильная зарядка

Существует два метода зарядки автомобильной батареи — постоянным напряжением и постоянным током. У каждого свои особенности и недостатки:

Зарядка постоянным напряжением — годится для восстановления заряда не полностью разряженных батарей, напряжение на клеммах которых не ниже 12.3 В. Процесс заключается в следующем: к клеммам батареи подключают источник постоянного тока напряжением 14.2–14.7 В. Окончание процесса контролируют по току потребления: когда он упадёт до нуля, зарядка считается оконченной. Недостаток такого способа — возможно большой начальный зарядный ток; чем сильнее батарея разряжена, тем выше ток. Преимущества метода очевидны — вам не нужно постоянно регулировать ток зарядки, аккумулятору не грозит перезарядка, если вы про него забудете.
Зарядка постоянным током — самый распространённый и надёжный способ. В этом режиме ЗУ выдаёт постоянный ток, равный 1/10 ёмкости батареи. Окончание процесса зарядки определяется по напряжению на батарее — когда оно достигнет 14.7 В, заряжать батарею прекращают. Недостаток такого метода — батарею можно испортить, не сняв вовремя с зарядки.

Схемы защиты от КЗ

Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания и от Кз (короткого замыкания). 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 схемы защиты бп от переполюсовки, которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.

Модель защиты 1

Это схема защиты бп 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.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

Схема универсальная 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.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Вариант простой 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.

Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

Анализ схемы защиты бп

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.

Прикрепленные файлы: zashita_ot_perep

Ответы на 5 часто задаваемых вопросов

Потребуется ли производить какие-то дополнительные меры, перед тем как приступать к зарядке аккумуляторной батареи на своём автомобиле? – Да, потребуется почистить клеммы, поскольку во время работы на них появляются кислотные отложения. Контакты очень хорошо нужно почистить, чтобы ток без трудностей поступал к батарее. Иногда автомобилисты используют смазку для обработки клемм, ее тоже следует убрать.

Чем протереть клеммы зарядных устройств? — Специализированное средство можно купить в магазине или приготовить самостоятельно. В качестве самостоятельно изготовленного раствора используют воду и соду. Компоненты смешиваются и перемешиваются. Это отличный вариант для обработки всех поверхностей. Когда кислота соприкоснется с содой, то произойдет реакция и автомобилист обязательно ее заметит. Это место и потребуется тщательно протереть, чтобы избавиться от всей кислоты

Если клеммы ранее обрабатывались смазкой, то она убирается любой чистой тряпкой.

Если на аккумуляторе стоят крышки, то их нужно вскрывать перед началом зарядки? — Если крышки имеются на корпусе, то их обязательно снимают.

По какой причине необходимо откручивать крышечки с аккумуляторной батареи? — Это нужно, чтобы газы, образующиеся в процессе зарядки, беспрепятственно выходили из корпуса.

Есть необходимость обращать внимание на уровень электролита в аккумуляторной батарее? – Это делается в обязательном порядке. Если уровень ниже требуемого, то необходимо добавить дистиллированную воду внутрь аккумулятора

Уровень определить не составит труда – пластины должны быть полностью покрыты жидкостью.