Ограничители напряжения: Простейшие способы ограничения напряжений и защиты от кратковременных импульсных перенапряжений
В тех случаях, когда необходимо ограничить диапазон изменения какого-либо сигнала, используются устройства, называемые ограничителями. В подобных цепях находят широкое применение диоды различных видов (импульсные, универсальные, стабилитроны, ограничители и др.).
С помощью импульсных стабилитронов или ограничителей напряжения можно защитить входные (и выходные) цепи различных узлов аппаратуры от воздействия кратковременных импульсных помех и перенапряжений, проникающих в них из-за грозовых разрядов, коммутации индуктивных нагрузок, статических электрических разрядов и т.п. (рис. 3.2‑1…3.2‑4).
Рис. 3.2-1. Схема защиты диодного моста и трансформатора
Рис.
Рис. 3.2-3. Схема защиты ОУ по цепям питания
Рис. 3.2-4. Схемы защиты ОУ по входным и выходным однополярным (а) и двуполярным (б, в) сигнальным цепям
Обыкновенные универсальные, выпрямительные или импульсные диоды также могут использоваться в схемах ограничения напряжения. Например, если необходимо ограничить уровень напряжения сигнала каким-либо конкретным значением, то подойдет простейшая схема представленная на рис. 3.2-5. Здесь напряжение ограничения составляет примерно 5,6 В. Оно складывается из значения опорного напряжения \(U_{оп} = {5 В}\) и падения напряжения на диоде при прямом смещении (для многих кремниевых диодов ~0,6 В).
Рис.
3.2-5. Простейший одноуровневый диодный ограничитель
Аналогично может быть построена схема и для двухуровневого ограничения (рис. 3.2-6).
Рис. 3.2-6. Двухуровневый диодный ограничитель
Такая и подобные схемы широко используются для защиты различных узлов электронной аппаратуры. Например, входные цепи цифровых микросхем КМОП часто выполняются по схеме приведенной на рис. 3.2-7.
Рис. 3.2-7. Типовая схема защиты входных узлов логических элементов КМОП
На рис. 3.2-8 показан последовательный диодный двусторонний ограничитель, в котором при входных напряжениях ±0,5 В напряжение на выходе практически равно нулю и отличается от нуля, если входное напряжение выходит за указанные рамки. Такой ограничитель позволяет подавить нежелательные сигналы малого уровня (фон, шумы).
Рис. 3.2-8. Последовательный двусторонний диодный ограничитель
На рис. 3.2-9 приведен еще один параллельный диодный двусторонний ограничитель, в котором напряжения ±0,5 В передаются на вход без ограничения, а напряжения, выходящие за эти рамки, ограничиваются.
Рис. 3.2-9. Параллельный диодный ограничитель по уровню ±0,5 В
Для получения уровней ограничения порядка ±0,1…0,3 В можно использовать германиевые диоды или диоды Шоттки, а при необходимости увеличения уровней ограничения до ±1 В , вместо одного диода включают последовательно два или более диодов. Для еще больших напряжений можно использовать стабисторы, светодиоды (в прямом включении), стабилитроны.
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|
ОПН — Ограничители перенапряжений нелинейные.
Ограничители ОПНОграничители ОПН — назначение и применение
Ограничители перенапряжения в настоящее время являются одним из наиболее эффективных средств защиты электрооборудования сетей электропередачи.
Ограничители ОПН обладают надежностью и высокими эксплуатационными свойствами.
Нелинейные ограничители перенапряжений используются как основные средства зашиты изоляции устройств электрических сетей от коммутационных и атмосферных грозовых перенапряжений.
ОПН рекомендуется применять вместо ранее широко используемых вентильных разрядников необходимых классов напряжения при проведении проектирования, эксплуатации электротехнических установок, их модернизации или реконструкции.
В отличие от стандартных вентильных разрядников, ограничители перенапряжения ОПН не имеют искровых промежутков и состоят из одного или нескольких модулей, содержащих колонку варисторов (нелинейных объемных резисторов) на основе окиси цинка или металлооксидной керамики, помещенных в полимерную или фарфоровую покрышку.
Благодаря использованию в ОПН оксидно-цинковых резисторов их можно применять для более эффективного ограничения перенапряжений в сравнении с обычными вентильными разрядниками и в связи с этим ограничители выдерживают рабочее напряжение сети без ограничения по времени.
Полимерная или фарфоровая покрышки ОПН обеспечивают надежную защиту варисторов (резисторов) от воздействия окружающей среды и способствуют их безопасной эксплуатации.
Размеры и вес ограничителей перенапряжений значительно меньше данных параметров вентильных разрядников.
Помимо перечисленных достоинств ограничителей перенапряжений, ОПН пожаро- и взрывобезопасен для помещений и сооружений, а также он может использоваться в сейсмоактивных районах.
Принцип действия ОПН
Учитывая высокую нелинейность варисторов, при появлении коммутационных или грозовых перенапряжений через ограничитель перенапряжений протекает большой импульсный ток.
Резисторы ОПН переходят в активное (проводящее) состояние и в итоге — значение перенапряжения уменьшается до безопасного для изоляции оборудования уровня.
Когда же перенапряжение снижается до нормального уровня, ограничитель ОПН возвращается в неактивное (непроводящее) состояние.
Приборы и вспомогательная аппаратура к ОПН:
- Защитный экран для ОПН
- Приспособление для измерения тока проводимости под напряжением
- ДТО-03 датчик тока для ОПН-110 и выше
- Устройство контроля тока (УКТ)
- Изолирующие основания ОПН
Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях | Подстанции
Фото и видео
Новости (архив)
Контакты
contact@forca.
ru
- Главная
- Новости
- Back
- Подстанции
- Выключатели
- Back
- Выключатели (все)
- Вакуумные
- Элегазовые
- Масляные
- Электромагнитные
- Справка выключатели
- Производители выключателей
- Инфо
Как работают ограничители перенапряжения
org/BreadcrumbList»>Расшифруем понятие ОПН в энергетике (электрике) — ограничитель напряжения нелинейный. Это электрический аппарат, предназначенный для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений изоляции электроустановок в сетях низкого и высокого напряжения.
Буква Н в аббревиатуре ОПН означает нелинейный, а не напряжение.
Устройство опн
Нелинейным в устройстве ОПНа является сопротивление — переменное сопротивление (варистор).
Его переменность важна при изменении токов и видна на вольтамперной характеристике о-пэ-эн-а.
Сопротивления выпускаются в виде дисков, которые состоят из металлооксидной керамики.
Они соединяются последовательно и параллельно внутри изоляционного корпуса, в зависимости от класса напряжения и пропускной способности ОПН.
Для каждого ОПН важно, чтобы все сопротивления имели одинаковые вольтамперные характеристики. В обратном случае, отдельные сопротивления будут нагреваться сильнее, что будет приводить к разрушениям самих сопротивлений и всего ОПН в целом.
Нелинейные сопротивления располагаются внутри корпуса из изоляции. Раньше для изоляции использовали фарфор, керамику. В настоящее время можно встретить ОПН, внешняя изоляции которых выполнена из полимерного изоляционного материала.
Наружная изоляция выполнена сложной формы, количество и форма ребер определяется требованием пути утечки внешней изоляции. Сама характеристика пути утечки определяет минимальный размеры ОПН.
Важной характеристикой состояния изоляции является чистота ОПНа, поэтому важно очищать его от пыли, грязи, так как эти факторы портят прочность внешней изоляции.
Внутренняя изоляции более мощная и прочная, чем внешняя.
Кроме сопротивлений и изоляции, в состав аппарата входят выводы подключения. Ограничитель подключается между фазой и землей.
опн обозначение на схеме
Ниже рассмотрим как выглядит ОПН на однолинейной схеме. Переменный резистор, который обозначается FV, как и разрядник.
Как работает опн
Принцип действия ОПН в снижении перенапряжения, за счет поглощения варисторами броска тока, выделяемого при уменьшении их сопротивления при возникновении перенапряжения. Путано написал, но думаю сейчас более подробно разберемся и станет доступнее.
Для понимания принципа работы ОПН рассмотрим обобщенную вольт-амперную характеристику переменного резистора.
Условно её можно разделить на три зоны по оси икс — зона малых токов, зона средних токов и зона высоких токов. По оси игрик также можно разбить на зону рабочего напряжения, зону низкого напряжения и зону перенапряжений.
На каждом из этих участков сопротивление ведет себя по-разному. В первой зоне ОПН находится в рабочем состоянии, сопротивление резисторов велико и по ОПНу течет малый ток.
При возникновении перенапряжения варистор переходит на участок 2 своей ВАХ. Перенапряжение создает импульс тока на ОПН, резисторы переходят в проводящее состояние, поглощают импульс тока и рассеивают его тепловой энергией.
За счет отведенного импульса тока перенапряжение уменьшается и резистор возвращается в зону 1. Аналогично и в зоне 3, но там перегиб кривой еще больше и бросок тока становится еще сильнее.
Ограничители перенапряжения для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений.
Ограничители перенапряжения
Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) — электрический аппарат, предназначенный для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений.
ОПН также можно назвать разрядником без искровых промежутков. ОПН на сегодняшний день являются одним из эффективных средств защиты оборудования электрических сетей.
Применение
В некоторых случаях, оборудование может оказаться под влиянием повышенного, по сравнению с номинальным, напряжения (при грозе или коммутациях электрических цепей). В этом случае, возрастает вероятность пробоя изоляции установки. Нелинейные ограничители перенапряжений предназначены для использования в качестве основных средств защиты электрооборудования станций и сетей среднего и высокого классов напряжения переменного тока промышленной частоты от коммутационных и грозовых перенапряжений. Ограничители применяются вместо вентильных разрядников соответствующих классов напряжения и включаются параллельно защищаемому устройству или установке.
Устройство и принцип действия
Ограничитель перенапряжения является безискровым разрядником.
В наличие на складе:
| наименование | ед.изм | кол-во | цена |
| ОПН – 170 УХЛ4 24В | шт | 6 | 130 |
| ОПН-121УХЛ4 48В | шт | 10 | 85 |
| ОПН-214 УХЛ4 380В | шт | 5 | 160 |
| ОПН-130 УХЛ4 24В | шт | 31 | 100 |
| ОПН-212 УХЛ4 110В | шт | 1 | 120 |
| ОПН-222 УХЛ4 110В | шт | 1 | 100 |
| ОПН-132 УХЛ4 110В | шт | 7 | 100 |
| ОПН-172 УХЛ4 110В | шт | 4 | 120 |
| ОПН-122 УХЛ4 110В | шт | 3 | 120 |
| ОПН-113 | шт | 1 | 100 |
| Варистор LA4KE1B | шт | 3 | 420 |
| Ограничитель перенапряжения LA4DA2E | шт | 3 | 620 |
Развернуть
Свернуть
Всего товаров в данной категории: 7
Сортировка: По умолчаниюНазвание (А — Я)Название (Я — А)Цена (низкая > высокая)Цена (высокая > низкая)Рейтинг (начиная с высокого)Рейтинг (начиная с низкого)Модель (А — Я)Модель (Я — А)
Показать: 12255075100
Показано с 1 по 7 из 7 (всего 1 страниц)
Мощные полупроводниковые ограничители напряжения
Введение
Для защиты электронного оборудования от перегрузок по напряжению при воздействии электромагнитных импульсов естественного и искусственного происхождения практикуется применение так называемых TVS-диодов, а также полупроводниковых (кремниевых) ограничителей напряжения (ПОН).
В России налажено производство ПОН, рассчитанных на напряжения пробоя до 400 В и рассеяние импульсной мощности до 10 кВт. В частности, существует несколько серий ПОН, рассчитанных на ограничение перенапряжений на уровне напряжений ограничения 7,5–500 В. Предельный уровень рассеиваемой импульсной мощности серийных ограничителей 10 кВт — ограничитель напряжения 2Р486А с напряжением пробоя 400 В. Зарубежные производители выпускают TVS-диоды, рассчитанные на рассеяние импульсной мощности до 90 кВт.
Требуемое рабочее напряжение получают путем параллельной и последовательной коммутации диодов с соответствующими напряжениями пробоя. Допускается последовательное соединение любого числа однотипных ограничителей напряжения. Аналогичным образом достигается повышение мощности отдельных ПОН: арматура таких ограничителей содержит цепочки спаянных последовательно кристаллов — кремниевых р-n-структур [6–8]. Теплоотвод обеспечивается за счет спаянных с кристаллами дисков из металла с высокими теплоемкостью и теплопроводностью, обычно медных, покрытых серебром.
Последовательным соединением кристаллов достигается также и другая цель — разработка ПОН с высоким (обычно выше 100 В) напряжением пробоя. В частности, по этому принципу разработана серия 1,5-кВт ПОН типа КР240 с Uпроб от 110 до 250 В [6], ограничители КС606АС (310 В), КС606БС (360 В), 2Р236А (320 В), 5-кВт ПОН 2С901Б (200 В), 2С903А (400 В), 10-кВт ПОН КР486А (400 В) [7].
При применении этих подходов необходимо учитывать определенные нюансы. Например, в патенте [10] представлено изобретение, технический результат которого — создание высоковольтного «сверхмощного» полупроводникового ограничителя напряжения. Согласно описанию, в предлагаемом полупроводниковом ограничителе напряжения высокие напряжения пробоя и рассеиваемой импульсной мощности достигаются за счет формирования в кремнии серии последовательно соединенных р-n-переходов. Отвод выделяющегося в р-n-переходах тепла в момент воздействия электрического импульса осуществляется подложкой — радиатором, контактирующим с торцевыми областями р-n-переходов (рис.
1).
Рис. 1. Структура высоковольтного полупроводникового ограничителя напряжения
Однако такой прием является неэффективным. Изготовленный по принципу, предлагаемому в патенте [10], образец ПОН выдерживал допустимую импульсную мощность 1,5 кВт. При этом его габариты превосходили габариты традиционных [4, 6–9] 1,5-кВт ПОН более чем в два раза. Это обусловлено тем, что в конструкции, представленной в [10], упущен один момент, отмеченный ранее в работе [9]: выделяющийся в р-п-переходе при воздействии паразитного импульса мощный тепловой импульс необходимо мгновенно эффективно поглотить и рассеять. Поэтому кристаллы в типовой конструкции ПОН непосредственно контактируют с теплоотводящими дисками (радиаторами) из материала с хорошей теплопроводностью и теплоемкостью. В качестве таковых применяются, как правило, медь (покрытие серебро), иногда серебро или специальные композитные материалы, в частности композит меди с молибденом (сплав МД). В настоящее время известна разработка такого композита на основе меди, серебра и алмазной крошки.
В настоящей работе приведены результаты по конструированию ПОН с рассеиваемой импульсной мощность до 150 кВт. При этом в качестве технологической основы изготовления мощных ПОН выбран принцип тонкой базы [9]: чем тоньше относительно высокоомный базовый слой, тем меньше последовательное сопротивление и, соответственно, падение напряжения в базе, то есть выделение в базе греющей мощности. Особенно это ощутимо при воздействии коротких (tи< 1 мс) импульсов, амплитуда тока которых может достигать сотен ампер. Поэтому в качестве исходного материала для разработки ОН с Uпроб свыше 10 В предлагается использовать эпитаксиальные структуры n-р+-типа. Ограничение по нижнему пределу Uпроб таких структур связано с ограниченными возможностями современной технологии эпитаксиального наращивания.
Симметричные и несимметричные полупроводниковые ограничители напряжения
Отличительной особенностью защиты цепей питания переменного тока от цепей постоянного тока является необходимость использования устройств защиты с симметричной ВАХ (рис.
2).
Рис. 2. Вольт-амперная характеристика симметричного ограничителя напряжения
Если в случае несимметричных ПОН (рис. 3) выходом из положения является принцип последовательного соединения кристаллов, то в случае мощных высоковольтных симметричных ПОН (рис. 2) обеспечить симметричность ВАХ ПОН общепринятым способом организации встречного включения р-n-структур кристаллов (рис. 4), т. е. удвоения их количества, представляется крайне затруднительным.
Рис. 3. Вольт-амперная характеристика несимметричного ограничителя напряжения
Рис. 4. Электрическая схема симметричного ограничителя напряжения со встречными цепочками ограничительных элементов
И чем выше требуется обеспечить Uпроб ПОН и чем больше его рассеиваемая мощность, тем сложнее технологически это сделать. При конструировании ПОН такого рода симметричность ВАХ обеспечивается с помощью специализированной мостовой схемы из четырех выпрямительных диодов (рис.
5).
Рис. 5. Электрическая схема симметричного ограничителя напряжения с выпрямительным мостом
Увеличение мощности конструкции ПОН с симметричной ВАХ можно получить, используя способ последовательно-параллельного включения ограничительных элементов (рис. 6).
Рис. 6. Электрическая схема симметричного ограничителя напряжения с последовательно-параллельным включением ограничительных элементов и выпрямительным мостом
Симметричность ВАХ конструкции ПОН можно обеспечить также за счет использования кристаллов c симметричными р+—n—р+-, n+—р—n+-структурами ограничительных элементов. В этом случае электрическая схема сборки выглядит так, как показано на рис. 7.
Рис. 7. Электрическая схема симметричного ограничителя напряжения, собранного на основе «симметричных» низковольтных кристаллов (р+-n-р+-, n +-р-n+-структур)
Однако в этом случае не представляется возможным обеспечить «принцип тонкой базы» за счет используемых обычно n-р+—эпитаксиальных структур с толщиной базы порядка 20 мкм.
На практике для диффузионных р+-n-р+—, n+-р-n+—структур толщину базы даже менее ~200 мкм обеспечить если не невозможно, то крайне сложно.
Конструирование мощных выпрямительно-ограничительных диодов
На основании приведенного выше анализа известной информации разработаны конструкции мощных ПОН с напряжениями пробоя 33–500 В и импульсными мощностями 50–150 кВт в виде многокристальных модулей, симметричность ВАХ которых обеспечивается за счет мостовых схем.
Выпрямительные мосты собирались на основе четырех нестандартных (экспериментальных) мощных выпрямительных диодов, рассчитанных на импульсный ток (импульс экспоненциальной формы с параметрами 10/1000 мкс) в прямом направлении до 2000 А.
Выпрямительные диоды для «мостовой» схемы разработаны на основе высокоомного кремния n-типа проводимости марки КЭФ40. Напряжение пробоя таких диодов ~600 В, что обеспечивает надежное функционирование «мостовой» схемы для разработанного семейства ПОН с Uпроб 33–500 В, предназначенных для защиты РЭА в сетях постоянного и переменного тока с напряжением до 230 В.
Для монтажа в конструкции ПОН используется арматура выпрямительных диодов, изготавливаемая тем же образом, что и арматуры защитных элементов: кристалл паяется между двумя серебренными медными теплораспределительными дисками и выводами.
В сборках экспериментальных образцов ПОН применялись кристаллы с напряжением пробоя ~33 В, рассчитанные на рассеяние ~5,0 кВт импульсной мощности каждый. В качестве теплоотводящих дисков (радиаторов) использовались медные диски толщиной 400 мкм, покрытые слоем гальванического серебра толщиной ~5 мкм. Кристаллы и теплоотводящие диски собирали (пайка припоем марки ПСр2.5) в виде многокристальных ограничительных элементов, из которых затем набирались ограничительные цепочки с нужным Uпроб.
Монтаж ПОН производился из ограничительных элементов и мостовой схемы на двухвыводной керамической плате прямоугольной формы (рис. 8).
Рис. 8. Платы модулей полупроводниковых ограничителей напряжения
Платы помещались в прямоугольные пластмассовые корпуса.
Герметизация плат в корпусах производилась компаундом марки КПТД-1/3Т-15,0 (К7), широко применяемым в электротехнической промышленности.
Экспериментальные образцы ПОН изготавливались как в соответствии с электрической схемой рис. 4 (мощность ПОН до 100 кВт), так и в соответствии со схемой рис. 5 — мощность ПОН свыше 100 кВт. Следует отметить, что, в отличие от конструкций ПОН относительно небольшой мощности, для которых в случае параллельного их соединения требуется точное согласование величин их напряжений пробоя (не более 20 мВ) [1], в разработанной конструкции мощного ПОН с последовательно-параллельным включением ограничительных р-п-структур (рис. 5) необходимое значение предельной импульсной мощности достигнуто при величине рассогласования Uпроб цепочек порядка 5–7 В.
В качестве ближайшего аналога разработанным мощным ПОН можно рассматривать 60-кВт ПОН (TransZorb) типа 60KS200С фирмы General Semiconductor Industries [11]. Результаты сопоставления основных параметров (характеристик) ПОН 60KS200С и одного из экспериментальных образцов мощных ПОН, близких по напряжению пробоя, представлены в таблице.
Параметры | ПОН | 60KS200С |
Напряжение пробоя Uпроб, В, при тестовом токе 1мА | 243–297 | 200–225 |
Импульсное напряжение ограничения Uогр.и, В, при tи = 10/1000 мкс | 400 | 335 |
Импульсный ток ограничения Iогр.и, А, при tи = 10/1000 мкс | 370 | 180 |
Постоянное обратное напряжение Uобр, В | 220 | 180 |
Коэффициент ограничения (Uогр/Uпроб.max) Когр | 1,34 | 1,48 |
Импульсная мощность Римп, кВт, при tи = 10/1000 мкс | 150 | 60 |
Вес, г | 30 | 50 |
Габариты (Ш×Д×В), мм | 32×32×11 | 57×35×13 |
Таким образом, видно, что разработанные ПОН превосходят зарубежные аналоги по одному из важнейших параметров ограничителей напряжения — коэффициенту ограничения и, даже при меньших габаритах и массе, по мощности рассеяния импульсов перенапряжения.
Заключение
На основе анализа принципов конструирования и результатов исследования экспериментальных образцов мощных кремниевых ограничителей напряжения показана возможность разработки и производства ПОН с рассеиваемой импульсной мощностью (tф/tи = 10/1000 мкс) до 100–150 кВт. Причем в основу конструкций мощных ПОН с симметричной ВАХ положены электрические схемы с последовательным и последовательно-параллельным включением ограничительных элементов и выпрямительным мостом.
Литература- Кадуков А. TVS-диоды — полупроводниковые приборы для ограничения опасных перенапряжений в электронных цепях // Компоненты и технологии. 2001. № 1.
- Кондратьев Б., Попов В. Ограничители для защиты радиоэлектронной аппаратуры от перенапряжения: Обзор. М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. Зарубежная электронная техника. 1983. № 2(260).
- Скорняков С., Рахматов А. Ограничители напряжения для электронных автоматических телефонных станций // Электронная промышленность.
1991. № 1. - Скорняков С., Павлов В., Рахматов А. Кремниевые ограничители напряжения — эффективные элементы защиты радиоэлектронных устройств // Компоненты и технологии. 2008. № 3.
- Полупроводниковые приборы. Руководство по применению. ОСТ 11336.907.0-79.
- Научно-технический отчет по ОКР «НОЖ-2». Разработка базовой технологии создания многофункциональных сетевых защитных устройств на основе модулей полупроводниковых ограничителей напряжения высокой импульсной мощности до 150 кВт и специализированных микросхем. 2012.
- Научно-технический отчет по ОКР «Неофит». Разработка и освоение малогабаритных ограничителей напряжения категории качества «ВП» — по типу ограничителей напряжения 1,5ОН18А, 10ОН400А аА0.336.640ТУ. 2010.
- Патент на изобретение № 2245592 от 27.01.2005 (РФ). Ограничитель напряжения с увеличенной мощностью / Ч. Л. Радд, А. Ф. Муратов, В. А. Потапчук, А. М. Умаров.
- Павлов В., Рахматов А., Скорняков С. Условия обеспечения длительной надежной работы ограничителей напряжения // Компоненты и технологии. 2008. № 4.
- Патент на изобретение №2318271 от 27.02.2008 (РФ). Высоковольтный полупроводниковый ограничитель напряжения (варианты) / Г. Бадалян, Д. Григорян, Р. Татевосян.
- Semiconductors general catalog. Sanken Electric Co., Ltd. 2012.
1991. № 1.
Современные ограничители перенапряжения пришли на смену устаревшим вентильным разрядникам. В роли основного рабочего элемента в них выступают нелинейные резисторы — варисторы. Они располагаются в корпусе, который изготавливается из высокопрочного полимера. Конструктивное исполнение ограничителей перенапряжения обеспечивает высокий уровень взрывобезопасности даже при КЗ. Стоимость приборов определяется их исполнением. Они востребованы для использования в быту, например — в дачных домах или квартирах. Отличительные черты таких ограничителей перенапряжения — компактность и сравнительно небольшой вес. Обычно их конструкция подразумевает возможность крепления на DIN-рейку. В некоторых приборах реализована возможность дистанционного управления, а также индикация режимов функционирования. Ограничители перенапряжения классифицируются в зависимости от следующих признаков:
Устройства, предназначенные для монтажа на DIN-рейку, могут быть одно- и трехфазными. Также их делят на три класса: первые устанавливаются на вводе в здание, вторые — в распределительном щитке объекта, а третьи — непосредственно на оборудовании, которое нуждается в защите от помех. Конструкция и принцип действия Основным рабочим элементом ограничителя перенапряжения (сокращенно — ОПН) является варистор — переменный резистор с нелинейными вольтамперными характеристиками. В зависимости от сложности устройства их устанавливают от одного до нескольких десятков, соединенных последовательно и параллельно. ОПН для квартиры, коттеджа или дачи состоит:
Рассмотрим подробнее виды ОПН по типу изоляции и конструктивному исполнению:
Принцип действия ограничителя перенапряжения основан на нелинейности вольтамперных характеристик варисторов. В нормальных условиях их сопротивление настолько велико, что электрический ток через них не проходит. Рабочим элементом для ограничителей перенапряжения электросетей в промышленном секторе являются специальные колонки, состоящие из набора варисторов. Последние соединяются в соответствии с последовательно-параллельной схемой и рассчитаны на высокое напряжение. Схемы подключения ограничителей перенапряженияДля защиты линий электроснабжения используют разные схемы подключения:
Специфика монтажа В зависимости от модели ОПН устанавливаются на специальный фундамент с помощью болтов или крепятся к 3-лучевой опорной раме в вертикальном положении. Общий перечень работ:
Основные критерии подбора
При выборе подходящего ограничителя напряжения обращайте внимание на следующие параметры:
При эксплуатации устройств следует соблюдать основные требования:
С нами можно связаться По телефону: По электронной почте: | |||||||||
с использованием принципиальной схемы операционного усилителя, форма сигнала
Операционный усилитель обычно используется в качестве компаратора в тех случаях, когда его скорость и точность не критичны. Как показано в предыдущем посте ( OP-AMP COMPARATOR ), скорость переключения компаратора операционного усилителя может быть улучшена, а шум также может быть устранен. Проблемы смещения также можно уменьшить, добавив схему компенсации напряжения и резистор уменьшения смещения. Поскольку операционный усилитель изначально спроектирован для работы в качестве усилителя, его выход не будет работать линейно с такими логическими схемами, как TTL.Для TTL требуется входное напряжение в диапазоне (0-5) вольт. Таким образом, чтобы поддерживать колебания выходного напряжения операционного усилителя между этими диапазонами, в схему добавляются другие компоненты, такие как стабилитроны. Такие схемы с заданным размахом выходного сигнала называются ограничителями напряжения.
Некоторые из наиболее часто используемых схем ограничителя напряжения показаны ниже.
На рисунке, показанном ниже, два стабилитрона подключены к тракту обратной связи схемы операционного усилителя. Эта конструкция помогает поддерживать предел напряжения между положительным и отрицательным значениями выходного напряжения, В 0 . Как показано на осциллограмме, когда напряжение Vin увеличивается от 0 до положительного напряжения, значение V0 увеличивается в противоположном направлении (отрицательном). Это продолжается до тех пор, пока диод D1 не смещается в прямом направлении, а D2 не переходит в лавинный пробой.
Схема операционного усилителя-компаратораПри этом условии, V 0 = V Z + V D1
В Z — стабилитрон
В D1 — Падение напряжения на D1 = 0.7В
Если Vo увеличивается от 0 до отрицательного напряжения, Vo увеличивается в положительном направлении до тех пор, пока диод D2 не будет смещен в прямом направлении и D1 не перейдет в лавинообразное состояние.
При этом условии, V 0 = V Z + V D2
В Z — стабилитрон
В D1 — Падение напряжения на D 2 = 0,7 В
Таким образом, предел размаха выходного напряжения находится в пределах + (V Z + 0.7) и — (V Z + 0,7).
На рисунке ПЗУ используется для уменьшения проблем со смещением. Vin появится на резисторе R, поскольку v 1 = v 2 = 0 В (виртуальная земля).
На рисунке ниже показана комбинация стабилитронов и выпрямительных диодов. Эта схема используется для приведения уровня размаха V0 в положительное направление.
Когда V в изменяется от 0 до положительного напряжения, D2 имеет обратное смещение и, таким образом, V0 = -V sat .
Когда V в изменяется от 0 до отрицательного напряжения, D2 смещается в прямом направлении, а D1 переходит в лавинообразное состояние. Таким образом, V0 = V Z + V D2 .
Схема операционного усилителя-компаратораНа рисунке ниже показано использование одного стабилитрона в цепи обратной связи операционного усилителя. Это позволяет ограничить выход между + VZ и –VD.
В Z — стабилитрон
В D — Падение напряжения на стабилитроне с прямым смещением.
Схема компаратора ОУВстроенные ограничители напряжения для автомобилей
Аннотация: Обсуждается типовая блок-схема, показывающая путь питания в базовом блоке питания для автомобильных приложений. В этой статье описывается, как интегрировать активный ограничитель напряжения в базовую конструкцию источника питания. Описываются преимущества интеграции ограничителя напряжения. Несколько активных ограничителей напряжения от Maxim служат примером такого подхода к проектированию.
Введение — структура типичного автомобильного источника питания
На рисунке 1 показана упрощенная структура автомобильного источника питания.
Рис. 1. Базовая схема автомобильного источника питания состоит из трех вышеуказанных компонентов.
Эта блок-схема содержит следующие блоки:
- Схема пассивной защиты : ограничивает положительное напряжение шины питания +12 В и блокирует отрицательное напряжение.
- Схема активной защиты : ограничитель напряжения, который по своим функциям очень похож на схему пассивной защиты, но использует активные компоненты, такие как транзисторы, вместо пассивных компонентов.Следовательно, она имеет лучшее соотношение массы и меньшие размеры, чем пассивная структура с такими же электрическими характеристиками.
- Импульсный или линейный регулятор напряжения : обеспечивает правильное напряжение и ток для данной нагрузки или нагрузок в многоканальных источниках питания.
Установка ограничителя напряжения в источник питания
Теория активного ограничителя напряжения довольно проста. Между входом и выходом устройства находится полевой МОП-транзистор. Ограничитель напряжения управляет затвором этого транзистора. В нормальных условиях эксплуатации полевой МОП-транзистор открыт, и нагрузка запитана. Если напряжение превышает определенный порог, ограничитель напряжения отключает внешний полевой МОП-транзистор и нагрузку.Внутренняя структура базового ограничителя напряжения и типовая схема применения представлены на рис. 2 .
Рисунок 2. Блок-схемы, например, 72 В, реле защиты от перенапряжения / контроллеры-ограничители с внешним полевым МОП-транзистором. На диаграмме MAX6495 – MAX6499 показаны устройства в режиме перенапряжения; MAX6495 показан в виде функциональной схемы.
В этом базовом ограничителе напряжения V IN питает внутреннюю цепь.Максимальное напряжение на V IN составляет 80 В. Делитель напряжения на входе OVSET устанавливает регулируемый порог перенапряжения. Использование внутреннего зарядного насоса для питания затвора недорогого n-канального MOSFET снижает стоимость устройства. Помимо обеспечения порога перенапряжения, эти ИС реализуют нерегулируемый порог пониженного напряжения.
В другом подходе реализован оконный ограничитель напряжения с регулируемыми порогами. На рисунке 3 показан пример этого приложения.
Рис. 3. MAX6499 сконфигурирован как оконный детектор повышенного / пониженного напряжения (слева) и показан на его базовой функциональной схеме (справа).
В этом случае ограничитель напряжения блокирует полевой МОП-транзистор и нагрузку в условиях пониженного и повышенного напряжения. Диапазон выходного напряжения может быть очень ограниченным (т. Е. Узким), что снижает технические требования к диапазону входного напряжения регулятора напряжения. Следовательно, этот регулятор напряжения может быть довольно упрощен и дешевле.Более того, некоторые аудиоприложения не нуждаются в высокоточном регулировании напряжения. В этих приложениях такая конструкция ограничителя напряжения устраняет необходимость в регуляторе.
Как мы видели выше, делитель напряжения управляет входным напряжением на ИС на Рисунке 2. Делитель также может быть повторно подключен к выходу ограничителя напряжения, как это показано на Рисунке 4 . В этом последнем примере делитель напряжения ограничивает напряжение на нагрузке, а не отключает его. Процесс ограничения напряжения носит периодический характер, как видно из рабочих характеристик.Период колебаний зависит от допустимой нагрузки и тока нагрузки и, следовательно, варьируется в широком диапазоне. Это периодическое колебание состоит из двух стадий; первая ступень переводит MOSFET в активный режим, а вторая выключает его.
Рис. 4. Устройства здесь сконфигурированы как защитный выключатель с ограничением перенапряжения; показаны данные о производительности. C IN = 100 мкФ; C OUT = 10 мкФ; R OUT = 100 Ом.
Конфигурация на рисунке 4 периодически переводит полевой МОП-транзистор в активный режим, что приводит к рассеянию мощности на этом полевом МОП-транзисторе.Таким образом, необходимы особые усилия, чтобы предотвратить перегрев полевого МОП-транзистора. Таким образом, ИС имеет внутреннюю защиту от перегрева с порогом около + 160 ° C. И IC, и MOSFET отключаются, если эта температура превышается; после остывания до + 140 ° С возвращаются в нормальный режим. Для реализации этого приложения ИС следует разместить с хорошим тепловым контактом как можно ближе к полевому МОП-транзистору.
Хорошо известно, что шина питания платы может содержать как отрицательные всплески напряжения, так и положительные всплески.Отрицательное напряжение может быть заблокировано схемой защиты на основе пассивных компонентов или специальной ИС. Внутренняя структура этой конструкции обратной защиты показана на Рис. 5 для MAX6496.
Рис. 5. MAX6496 показан как ограничитель перенапряжения со схемой защиты от обратного падения напряжения (слева) и его функциональной схемой (справа).
Помимо функции типичного ограничителя положительного напряжения, MAX6496 содержит каскад затвора MOSFET с p-каналом, который поддерживает дополнительный MOSFET во включенном состоянии при положительном напряжении и выключенном при отрицательном входном напряжении.Эта схема может быть более полезной, чем обычный диод Шоттки при высоком токе нагрузки и низком минимальном входном напряжении.
Сводка
Каждый из ограничителей напряжения, обсуждаемых в этой инструкции по применению, имеет определенные параметры, которые расширяют общие характеристики устройств. Каждый ограничитель напряжения имеет максимальное входное напряжение 72 В, если нагрузка запитана, или 80 В, если нагрузка выключена. В следующей таблице приведены основные характеристики ИС ограничителя напряжения.| Номер детали | Пакет | Ток покоя, мкА | MOSFET Тип | Автоповтор | Задержка | Программируемый ограничитель напряжения | Обратная защита аккумулятора | Порог отключения при пониженном напряжении (В) | Встроенный стабилизатор напряжения | Включить вход | Выход PowerOK |
| MAX6495 | 6 / TDFN | 24 | п | Х | Х | 5 | |||||
| MAX6496 | 8 / TDFN | 24 | н + п | Х | Х | Х | 5 | ||||
| MAX6497 | 8 / TDFN | 15 | п | Х | 5 | Х | |||||
| MAX6498 | 8 / TDFN | 15 | п | Х | 5 | Х | |||||
| MAX6499 | 8 / TDFN | 15 | п | Х | Х | Х | Adj | ||||
| MAX6397 | 8 / TDFN | 37 | п | Х | Х | Х | Х | ||||
| MAX6398 | 6 / TDFN | 11 | N | Х | Х | ||||||
| MAX6399 | 8 / TDFN | 10 | N | Х | Х | Х | Х | ||||
| MAX16010 | 8 / TDFN | 20 | – | Х | Х | ||||||
| MAX16011 | 8 / TDFN | 20 | – | Х | Х | ||||||
| MAX16012 | 6 / TDFN | 20 | – | Х | |||||||
| MAX16013 | 6 / TDFN | 20 | P | Х | Х | Х | Х | ||||
| MAX16014 | 6 / TDFN | 20 | -п. | Х | Х | Х |
| ©, Maxim Integrated Products, Inc. |
| ПРИЛОЖЕНИЕ 3895: ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 3895, г. AN3895, AN 3895, APP3895, Appnote3895, Appnote 3895 |
maxim_web: en / products / interface / signal-line-protection-ics, maxim_web: en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-sequencers
maxim_web: en / products / interface / signal-line-protection-ics, maxim_web: en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-sequencers
Ограничитель напряжения на стабилитроне для искробезопасного применения
Ограничитель напряжения на стабилитроне для искробезопасного примененияСеть обмена стеков
Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.
Посетить Stack Exchange- 0
- +0
- Авторизоваться Зарегистрироваться
Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.
Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществуКто угодно может задать вопрос
Кто угодно может ответить
Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх
Спросил
Просмотрено 128 раз
\ $ \ begingroup \ $Я разрабатываю продукт, который должен соответствовать требованиям ATEX (искробезопасная конструкция).Частью конструкции является ограничитель напряжения (предел перенапряжения повышающего преобразователя). Обычно стабилитрон — единственный компонент, приемлемый по стандарту ATEX в качестве ограничителя напряжения безопасности (никакие другие схемы, состоящие из большего количества компонентов, не принимаются). Я выбираю стабилитрон, который должен соответствовать следующим требованиям:
- мин. общая рассеиваемая мощность 1,5 Вт
- Номинальное напряжение стабилитрона ниже 4,3 В
- Обратный ток при 3 В ниже 100 мкА (или близко к этому числу)
Не могу найти подходящий компонент.Поиск затруднен, поскольку обратный ток часто указывается в очень общем виде (например, 5uA @ 1V). В настоящее время я выбрал 1SMB5916BT3G, но измерения показывают, что ток утечки составляет около 2 мА при 3 В. Кто-нибудь сможет посоветовать? Может быть, попробовать поискать какие-нибудь TVS диоды? Не уверен, будет ли это принято центром сертификации.
Создан 14 сен.
\ $ \ endgroup \ $ 1 \ $ \ begingroup \ $Я предлагаю вам ограничить энергию до искробезопасного уровня с помощью стабилитрона более высокого напряжения, прежде чем выполнять другие требования.
Создан 14 сен.
Спехро Пефани298k1212 золотых знаков
\ $ \ endgroup \ $ \ $ \ begingroup \ $3.Диапазон от 8 до 4,8 В для стабилитронов проблематичен. Это переход между лавинным эффектом и эффектом Зенера. Вы всегда получите плавный переход между проводимостью и фиксацией, а также относительно высокие токи утечки. Предложение Spehro использовать более высокое напряжение (5,1 В) и уменьшить номинальный ток предохранителя — правильное решение этой проблемы.
Немного истории: раньше у Microsemi был стабилитрон именно для этого напряжения (1N5337), но он был снят с производства.
Создан 14 сен.
Лиор Билия5,97511 золотых знаков1717 серебряных знаков2727 бронзовых знаков
\ $ \ endgroup \ $ 1 Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScriptВаша конфиденциальность
Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в отношении файлов cookie.
Принимать все файлы cookie Настроить параметры
Ограничители напряжения в оболочке SVLs | Ensto RNL HC 0,6 кВ оболочка кабеля 4,8 кВ
Ограничители напряжения оболочки Ensto RNL HC 0.Оболочки кабелей 6 кВ — 4,8 кВ
Ограничители напряжения оболочки
Ensto RNL HC — это ограничители напряжения с оболочкой , подходящие для кабельных оболочек от 0,6 кВ до 4,8 кВ для подключения к одноточечным соединенным секциям, предназначенным для защиты оборудования с питанием от постоянного тока на подстанциях или в поездах. Ограничители перенапряжения HC предназначены для защиты от перенапряжения подземных кабельных оболочек Power Transmission & Distribution .
Конструкция ограничителей напряжения оболочки (SVL) Ensto RNL HC соответствует рекомендациям CIGRE и принципам IEC 60099-4.
- Номер детали: ENSTO 7250013
- Ограничители напряжения в оболочке SVL: ENSTO RNL HC
- Номинальное напряжение Ur: от 1 кВ до 18 кВ
- Номинальный ток разряда: 10 кА
- Стойкость к сильным импульсам: 65 кА
- Устойчивость к длительным импульсам тока: 150 А
- Высокая устойчивость к климатическим воздействиям
- Оптимизированные электрические характеристики
- Большая длина пути утечки
- Необслуживаемые ограничители напряжения в оболочке SVL
Ensto RNL HC 0.6 кВ — 4,8 кВ
RNL HC Ограничитель напряжения оболочки
Технические характеристики
| Макс. рабочая температура: | +60 ° С |
| Температура окружающей среды: | от -40 ° C до + 40 ° C |
| Влажность: | 100% при 25 ° C (макс.) |
| Температура хранения: | -40… +60 ° C |
| Рабочее напряжение: | 0.От 8 до 4,8 кВ |
| Номинальный ток разряда: | 10 кА |
| Выдерживаемое импульсное напряжение сухой молнии: | 10… 25 кВ |
| Выдерживаемое напряжение промышленной частоты во влажном состоянии: | 4… 10 кВ |
| Момент затяжки: | 9 Н-м |
| Макс. продолжительная нагрузка: | 50 N |
| Максимально допустимая используемая нагрузка: | 0.1 кН |
| Номинальное напряжение: | 1… 6 кВ |
| Степень защиты: | IP67 |
| Номинальная частота: | 50-60 Гц |
| Класс огнестойкости: | V0 / UL94 |
| Номинальный кратковременный выдерживаемый ток: | 1 кА, действующее значение / 0,2 с |
| Ограничители напряжения оболочки Спецификация SVL | HC1 | HC2 | HC3 | HC6 |
| Номинальное напряжение Ur | 1 | 2 | 3.3 | 6 |
| Постоянное рабочее напряжение Uc | 0,8 | 1,6 | 2,7 | 4,8 |
| Номинальный ток разряда In (кА 8/20) | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Стойкость к сильным импульсам (кА 4/10) | 65 | 65 | 65 | 65 |
| Долговременный выдерживаемый ток (A 2000 мкс) | 150 | 150 | 150 | 150 |
| Максимальное остаточное напряжение (при 10 кА 8/20) | 3 | 6 | 10 | 18 |
Ensto RNL HC Размеры
Варианты монтажа:
b0: Средние кронштейны
b1: Короткие кронштейны
b2: Длинные кронштейны
b3: Асимметричные кронштейны
| Размеры | HC1 | HC2 | HC3 | HC6 |
| L1 (± 1,5 мм) | 31.5 | 39,5 | 51 | 63 |
| L2 (± 2 мм) b0 | 69,5 | 77,5 | 89 | 101 |
| b1 | 55,5 | 63,5 | 75 | 87 |
| b2 | 106,5 | 114,5 | 126 | 138 |
| b3 | 81,5 | 89,5 | 101 | 113 |
| d x L (мм) b0 | 14 х 18 | |||
| b1 | 13 х 26 | |||
| b2 | 10 х 25 | |||
| b3 | 18 х 38 | |||
| L2 (± 2,5 мм) b0 | 107.5 | 115,5 | 127 | 139 |
| b1 | 91,5 | 99,5 | 111 | 123 |
| b2 | 143,5 | 151,5 | 163 | 175 |
| b3 | 139,5 | 17,5 | 159 | 171 |
| H (мм) b0 / b1 / b2 / b3 | 59 80 | |||
| P (мм) b0 / b1 / b2 / b3) | 48 40 | |||
| e (мм) b0 / b1 / b2 / b3 | 2 3 | |||
Ensto RNL HC
- Концевая шпилька
- Стопорная гайка
- Синтетический корпус
- Диск контактный
- Металлооксидный резистор
Выбор правильного ограничителя напряжения оболочки
Выбор ограничителей напряжения оболочки SVL’s должен производиться в соответствии с заявкой:
- Серия ENSTO RNL HC для монтажа в шкафах с поперечным соединением
- ENSTO VARISI HC для монтажа на концах одноточечных склеенных профилей
Выбор подходящих ограничителей напряжения оболочки в пределах диапазона основан на двух соображениях, имеющих противоположные последствия:
- 1.Уровень устойчивости оболочки 2/50 к световым импульсам, который зависит от внешней изоляции кабеля, имеет тенденцию минимизировать требуемый уровень защиты
- Напряжение, индуцируемое в точке подключения устройства в случае короткого замыкания на главном проводе, которое зависит от мощности короткого замыкания и длины защищаемого кабеля, приводит к максимальному увеличению номинального напряжения
Рекомендуется защитный запас более 20% между уровнем защиты ограничителя перенапряжения (Up) и уровнем устойчивости оболочки к грозовому импульсу (Uw).
С другой стороны, значения уровня / времени (Usc / T) напряжения, индуцированного на оболочке в случае короткого замыкания, должны быть ниже минимальной кривой зависимости напряжения от времени разрядника перенапряжения.
Если несколько ссылок соответствуют обоим требованиям, окончательный выбор будет сделан пользователем в отношении эксплуатационных требований и приоритетов.
В основном, ОПН с более низким номинальным напряжением обеспечивает улучшенную защиту, тогда как ОПН с более высоким номинальным напряжением лучше выдерживает нагрузки короткого замыкания.Любой промежуточный разрядник будет компромиссом.
Если ни один из эталонов не удовлетворяет обоим требованиям, защиту следует обеспечивать через более короткие интервалы, чтобы можно было использовать ограничитель перенапряжения с более низким номинальным напряжением.
Пример: Характеристики кабеля:
- Кабель с одноточечным соединением
- Uw = 55 кВ
- usc = 300 В / кА / км
- sc = 31,5 кА / T = 1 с
- L = 1,8 км
Выбор ограничителя напряжения оболочки:
- VARISIL ™ HC
- 20% защитный запас: Up
- Выдерживаемое напряжение в условиях короткого замыкания: Ucs = usc x lcc x L = 17 кВ и U (T = 1 с) = 1,2 x Ur дает 1,2 x Ur> 17, так что Ur> 14,2 кВ
Здесь расчет приводит к модели VARISIL ™ HC 15.
См. Также: Устройства защиты от перенапряжения MV HV
Ограничители напряжения в оболочке MV HV — Кабели и сети среднего и высокого напряжения
Спецификации
Цепи ограничителя тока источника питания»Электроника
Методы и схемы ограничителей тока с использованием диодов и транзисторов для обеспечения функции ограничения тока для источников питания и других цепей.
Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания
Шунтирующий регулятор
Регулятор серии
Ограничитель тока
Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **
См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания
Цепи ограничителя тока являются ключевыми для источников питания, защищая их в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.
Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки почти всегда устанавливаются ограничители тока, и они являются стандартной функцией, встроенной в ИС регулируемых источников питания.
Как следует из названия, схема ограничения тока ограничивает ток от регулируемого источника питания до максимальной величины, определяемой цепью, и таким образом можно избежать серьезного повреждения цепей, как источника питания, так и цепи, на которую подается питание. .
Эти схемы больше подходят для линейных источников питания, хотя аналогичные методы измерения могут использоваться в импульсных источниках питания.
Виды ограничения тока
Как и в случае с любой технологией и типом электронной схемы, есть несколько вариантов, из которых можно выбрать. То же самое и с ограничителями тока, используемыми в регулируемых источниках питания.
Существует два основных типа цепи ограничителя тока:
Ограничение постоянного тока: Используя ограничение постоянного тока, выходное напряжение поддерживается по мере роста тока до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой достигается максимум.В этот момент ток поддерживается на этом уровне, в то время как напряжение падает с увеличением нагрузки.
Это основная форма ограничения тока, используемая в регулируемых источниках питания. Схема проста и использует всего несколько электронных компонентов, но не снижает ток в случае короткого замыкания — он поддерживается на максимальном уровне, и это может привести к повреждению схемы.
Один из недостатков заключается в том, что когда начинает действовать ограничение тока, потребляется максимальный ток, но в этот момент выходное напряжение падает, а это означает, что на транзисторе последовательного прохода в регулируемом источнике питания повышается напряжение на нем.Это увеличивает рассеиваемую мощность внутри устройства.
В точке, где выходное напряжение почти равно нулю, протекает максимальный ток, в то время как напряжение на нем — это полное входное напряжение от схем сглаживания и выпрямителя. Это не идеально, потому что на этапе проектирования электронной схемы необходимо сделать поправку на это, что потребует, возможно, большего последовательного транзистора, а также дополнительных возможностей теплоотвода, добавляя дополнительные затраты и размер к регулируемому источнику питания.
Обратное ограничение тока: В этом типе ограничения тока, используемом в регулируемых источниках питания, выходное напряжение поддерживается до момента, когда ограничение тока начинает действовать. В этот момент, вместо того, чтобы просто ограничивать ток, он фактически начинает уменьшаться. Таким образом, ток уменьшается по мере увеличения перегрузки, и тем самым снижается риск повреждения.
Ограничение тока обратной связи в регуляторе напряжения снижает потребление энергии, потому что по мере увеличения перегрузки ток уменьшается и общая потребляемая мощность падает, сохраняя тепловыделение последовательного транзистора в более разумных пределах.
Ограничение тока обратной связи, хотя и немного более сложное, может быть реализовано с использованием относительно небольшого количества электронных компонентов. Поскольку эта функция обычно встроена в интегральные схемы регулируемого источника питания, дополнительные затраты на использование ограничения обратной связи по сравнению с ограничением постоянного тока не заметны. Соответственно, в этих ИС практически всегда используется ограничение тока обратной связи.
Ограничитель обратной связи усложняет линейный источник питания, поскольку требует большего количества электронных компонентов, чем простой ограничитель постоянного тока.Также существует возможность состояния, известного как «блокировка», с неомическими устройствами, потребляющими постоянный ток независимо от напряжения питания. Ограничитель тока с обратной связью может также включать временную задержку, чтобы избежать проблемы с блокировкой.
Две разные формы линейного ограничения тока источника питания, как правило, используются в разных областях, фактический тип, используемый для любого конкретного приложения, выбирается на этапе проектирования электронной схемы проекта.
Основная схема ограничения постоянного тока
Существует ряд схем, которые можно использовать для ограничения постоянного тока для защиты источника питания, но в одной из простейших схем используются всего три электронных компонента: два диода и резистор.
Простой регулируемый источник питания с ограничением токаВ схеме ограничителя тока источника питания используется считывающий резистор, включенный последовательно с эмиттером выходного проходного транзистора. Два диода, помещенные между выходом схемы и базой проходного транзистора, обеспечивают действие по ограничению тока.
Когда схема работает в нормальном рабочем диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение. Это напряжение плюс напряжение база-эмиттер транзистора меньше, чем падение на двух диодных переходах, необходимое для включения двух диодов, чтобы они могли проводить ток.Однако по мере увеличения тока увеличивается и напряжение на резисторе.
Когда оно равно напряжению включения диода, напряжение на резисторе плюс падение на переходе база-эмиттер транзистора равняется двум падениям на диоде, и в результате это напряжение появляется на двух диодах, которые начинают проводить. Это начинает понижать напряжение на базе транзистора, тем самым ограничивая потребляемый ток.
Схема этого диодного ограничителя тока для линейного источника питания особенно проста, и, соответственно, конструкция электронной схемы также очень проста.
Значение последовательного резистора можно рассчитать так, чтобы напряжение на нем возрастало до 0,6 В (напряжение включения кремниевого диода) при достижении максимального тока. Однако всегда лучше убедиться, что есть некоторый запас, ограничивая ток от простого регулятора источника питания до того, как будет достигнут абсолютный максимальный уровень.
Двухтранзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока
Такая же простая диодная форма ограничения тока может быть включена в схемы линейного источника питания, которые используют обратную связь для определения фактического выходного напряжения и обеспечения более точно регулируемого выходного сигнала.Если точка измерения выходного напряжения берется после резистора измерения последовательного тока, то падение напряжения на нем можно скорректировать на выходе.
Схема линейного источника питания с обратной связью и ограничением токаСхема ограничения тока обратной связи транзистора
Схема ограничения тока обратной связи дает гораздо лучшие характеристики, чем обычная схема ограничения постоянного тока, используемая в более основных приложениях источника питания.
Транзисторный линейный стабилизатор источника питания с ограничением тока обратной связиВ схеме обратной связи используется еще несколько электронных компонентов, в том числе транзистор и несколько резисторов, но она обеспечивает гораздо лучшую защиту источника питания и схемы, на которую подается питание.
Схема работает, потому что по мере увеличения нагрузки возрастающая пропорция напряжения между эмиттером и землей падает на резисторе R3 — по мере того, как нагрузка становится меньше, эффект делителя потенциала означает, что большее напряжение падает на R3.
Достигнута точка, когда транзистор Tr3 начинает включаться. Когда это происходит, он начинает ограничивать ток.
Если сопротивление нагрузки становится меньше, тогда напряжение на R3 увеличивается, включается Tr3 больше, и это дополнительно снижает ток, уменьшая уровень подаваемого тока.
Существует несколько уравнений, которые можно использовать для определения ключевых значений схемы, обеспечивающих требуемый максимальный ток для линейного регулятора напряжения, а также уровень обратного тока при коротком замыкании.
Для максимального тока от линейного регулятора напряжения:
Imax = 1R3 ((1 + R1R2) VBE + R1R2Vreg)
Для тока короткого замыкания линейного регулятора напряжения:
Отношение максимального тока к току короткого замыкания:
ImaxISC = 1 + (R1R1 + R2) VregVBE
Где:
I max = максимальный ток регулятора напряжения до ограничения тока
В BE = напряжение, при котором транзистор начинает включаться — обычно 0.6V
V reg = выходное регулируемое напряжение
I SC = ток, обеспечиваемый при коротком замыкании.
Ввиду того, что точка считывания регулятора находится после резистора считывания тока, любое падение напряжения на резисторе не повлияет на выходное напряжение схемы, так как оно будет компенсироваться регулятором. (Это предполагает наличие достаточного напряжения на последовательном транзисторе для его правильной регулировки.) Таким образом, резистор считывания тока не вызовет никакого снижения выходного напряжения схемы регулятора источника питания.
Схема ограничителя тока источника питания может быть включена в различные схемы с использованием транзисторов и полевых транзисторов в качестве элемента последовательного прохода. Операционные усилители могут использоваться в качестве дифференциальных усилителей для обеспечения требуемого опорного напряжения для выходных устройств.
Основная проблема с обратным ограничением тока заключается в том, что оно не всегда хорошо работает с нелинейными нагрузками. Например, если бы он управлял лампой накаливания, где сопротивление в холодном состоянии намного ниже, чем в горячем, регулятор напряжения с ограничителем тока обнаружит очень низкое сопротивление и войдет в откидную крышку, не допуская лампу нагреть и запустить.Индуктивные нагрузки могут столкнуться с аналогичными проблемами — двигатели и т. Д. Имеют большой пусковой ток. Это означает, что базовое ограничение тока обратной связи в большинстве случаев не подходит для этих типов нагрузки.
Ограничение тока — ключевая особенность всех источников питания. Поскольку электронные устройства остаются включенными почти постоянно и часто остаются без присмотра, функции безопасности, такие как ограничение тока, имеют важное значение в линейных источниках питания, а также в импульсных источниках питания.
К счастью, ограничение тока легко реализовать, оно не требует включения многих дополнительных электронных компонентов, а если оно содержится в интегральной схеме, дополнительные затраты не заметны.
Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .
Ограничители перенапряжения ZnO | НАПРЯЖЕНИЕ ACER
Благодаря использованию резисторов, зависящих от напряжения, в основном из оксида цинка ZnO, ограничители способны ограничивать последующий ток после исчезновения перенапряжения.Это свойство позволяет использовать такие резисторы из ZnO в качестве ограничителей перенапряжения без искровых разрядников.
Мы проектируем ограничители на основании следующих параметров:
- Непрерывное рабочее напряжение ограничителя U C — представляет собой максимальное значение напряжения, постоянно подключенного к клеммам ограничителя при стандартной основной частоте.
- Номинальное напряжение ограничителя U R — представляет собой максимальное эффективное значение напряжения, на которое рассчитан ограничитель, при правильном функционировании в условиях временного перенапряжения на основной частоте.поддерживается. Такое напряжение определяется как напряжение, которому ограничитель подвергается в течение 10 секунд после предыдущего напряжения.
- Уровень защиты ограничителя U P — это напряжение на выводах для заданной формы и пикового значения проходящего тока.
- Номинальный ток разряда I N — пиковое значение импульса атмосферного тока, которое используется для классификации ограничителей перенапряжения.
- Остаточное напряжение U RES — представляет собой остаточное напряжение на ограничителе перенапряжения. Фактически это пиковое значение напряжения, которое появляется между выводами ограничителя перенапряжения, когда через него проходит ток разряда.
- Рабочая температура ϑ — представляет собой диапазон допустимых температур окружающей среды, заявленный производителем для правильной работы ограничителя.
- Класс линейного разряда — число, выражающее способность ограничителя перенапряжения поглощать энергию в случае разряда в линии большой длины.
Устойчивость к перенапряжению ограничителей ZnO
В зависимости от величины допустимой энергии ограничители перенапряжения делятся на пять классов. Чем выше класс, тем выше ограничивающая способность ограничителя энергии. Энергия, которую ограничитель должен поглотить при перенапряжении, увеличивается с увеличением напряжения сети, в которой он используется. Напряжение растет медленнее, чем электрическая энергия. Ограничители в сетях с более высоким напряжением должны иметь большую ограничивающую способность по энергии, чем ограничители в сетях с более низким напряжением.Выбор энергетического класса и номинального тока разряда зависит от частоты превышения энергоемкости в данном приложении.
Энергетический класс выражает способность ограничителя поглощать как атмосферные, так и коммутационные перенапряжения. Оно выражается в кДж / кВ напряжения ограничителя и не зависит от номинального напряжения.
Классы энергии от 1 до 5, разделите ограничители на группы в соответствии с величиной допустимой энергии перенапряжения, которую они могут поглощать без ухудшения характеристик или без потери термостабильности при рабочем напряжении.Чем выше класс, тем больше энергоемкость ограничителя.
Энергетические классы и примеры их использования:
- Класс I. — используется в высоковольтных сетях без классификации (5 кА) или по классу 1 или 2 (10 кА)
- Класс II. — применяется в сетях 110 кВ
- Класс III. — применяется в сетях 110-400 кВ, а также в кабельных сетях
- Класс IV. — используется с ВЛ 400 кВ
- Класс V. — используется с высоковольтными линиями электропередачи 750 кВ
Ограничители низкого напряжения для железнодорожного транспорта в системах постоянного тока
НАПРЯЖЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Защита не находящихся под напряжением частей металлических конструкций в системах тягового электроснабжения постоянного тока
- P60G, P120G — Сопротивление изоляции> 2 ГОм (для наружного и внутреннего использования)
- P60GI, P120GI — Сопротивление изоляции> 2 ГОм (для использования внутри помещений)
- P250G, P400G — Сопротивление изоляции> 1 ГОм (для наружного и внутреннего использования)
- P250GI, P400GI — Сопротивление изоляции> 1 ГОм (для использования внутри помещений)
Новые типы ограничителей низкого напряжения Тип 1 VLD-F на основе требований EN 50122-1: 2011, которые предназначены для защиты не находящихся под напряжением частей металлических конструкций при постоянном токе.Системы тягового электроснабжения переменного тока. Они используются для эффективной защиты лиц, которые могут соприкоснуться с этими частями во время ударов молнии или неисправности тягового ВЛ. Ограничитель имеет высокое внутреннее сопротивление, когда напряжение на нем ниже номинального уровня, его искровое перенапряжение U VDC и становится проводящим, когда этот уровень превышается. В случае отказа, возникающего из-за контакта между токоведущими частями энергосистемы и тяговой проводящей частью, непреднамеренно связанной с ограничителем обратного пути, ограничитель защищает от недопустимого контактного напряжения, которое становится проводящим и вызывает отключение питания.Согласно EN 50122-1: 2011, этот тип ограничителя рекомендуется в первую очередь для соединения между защищаемой зоной и обратной цепью в областях воздушных линий (или областях пантографа), которые могут контактировать с токоведущими проводниками или поврежденным токосъемником, а затем с опорой. конструкции пилонов, которые могут стать активными из-за изоляции неисправности. После того, как повторно приложенное напряжение упадет ниже номинального уровня искрового перенапряжения U VDC , ограничитель снова вернется в непроводящее состояние.
- P600G — Сопротивление изоляции> 1 ГОм (для наружного и внутреннего использования)
- P600GI — Сопротивление изоляции> 1 ГОм (для использования внутри помещений
Газоразрядная трубка (GDT) предназначена для выравнивания потенциалов на монтажных элементах зданий или технологических агрегатов, которые электрически не связаны друг с другом (согласно EN 62305: 2011).Рекомендуется в первую очередь для перекрытия изолированных фланцев и изолированных резьбовых соединений в частях трубопроводов с катодной защитой промышленной техники.
www.acervoltage.com
.