|
 Здесь будут выкладываться схемы устройств защиты источников питания от нежелательных воздействий и ситуаций.
Модуль защиты от неправильного подключения аккумулятора к зарядному устройству.
Рассмотрев множество схем защиты от переполюсовки, найденных в Интернете, не нашёл ни одной, пригодной для использования в широком диапазоне напряжений аккумулятора и источника питания, используемого для зарядки. А большинство из них вообще непригодны для зарядки литий-ионных аккумуляторов, которые в последнее время получили широкое распространение.
Анализ показал, что по принципу действия схемы делятся на два класса: разрешительные и запретительные.
В разрешительных схемах включение источника питания разрешается только при наличии на выходе подключённого аккумулятора в правильной полярности. (См. рис. 1). Если аккумулятор подключён неправильно, или вообще не подключён, источник не включается. Очевидно, при подключении пассивной нагрузки источник питания тоже не включится.
В запретительных схемах источник питания работает как при подключении аккумуляторов в правильной полярности, так и пассивной нагрузки, и отключается только при подключении к выходу аккумулятора в неправильной полярности. То есть, подключение аккумулятора неправильной полярностью запрещает включение источника питания.
В современных схемах защиты наиболее целесообразно для включения / отключения нагрузки использовать мощные полевые транзисторы, как с N-, так и с P-каналами, что и наблюдается в Интернете. На сегодня транзисторы с N-каналами получилии большее развитие и имеют лучшие характеристики практически по всем параметрам. Поэтому для силового ключа выбираем полевой транзистор с N-каналом.
По способу питания цепи затвора силового ключа схемы делятся тоже на два класса: с питанием от выхода самого источника и с питанием от независимого источника.
Очевидно, в первом случае, источник питания должен всегда иметь на выходе напряжение, достаточное для надёжного открывания силового транзистора, зто не менее 10 - 12 В. Во втором случае выходное напряжение источника питания не имеет значения. Отсюда следует, что для контроля заряда литий-ионных аккумуляторов необходимо выбирать схему с независимым источником питания цепи затвора силового транзистора (с напряжением 15 В).
Пример схемы, работающей по разрешительному принципу показан на рисунке 1:
Рис. 1. Устройство защиты от переполюсовки по разрешительному мпринципу. Схема электрическая принципиальная.
Схема достаточно хорошо справляется со своей задачей.
Особенности:
- схема работает при подключении аккумулятора при выключенном источнике питания и при включённом, если напряжение на выходе источника питания не превышает напряжение на аккумуляторе более, чем на 4 вольта.
Достоинства схемы:
- индикация неправильного подключения аккумулятора при выключенном источнике питания;
- отключение от источника питания при коротком замыкании выходной цепи.
Недостатки:
- устройство остаётся включённым после отключения аккумулятора до выключения источника питаная, или короткого замыкания в выходной цепи;
- напряжение заряжаемого аккумулятора должно быть не менее 10 вольт, что не позволяет заряжать литий-ионные аккумуляторы.
Печатная плата показана на рисунке 2.
Рис. 2. Устройство защиты от переполюсовки по разрешительному мпринципу. Рисунок печатной платы.
Сборочный чертёж представлен на рисунке 3.
Рис. 3. Устройство защиты от переполюсовки по разрешительному мпринципу. Сборочный чертёж.
Файл .pdf, для изготовления печатной платы методом ЛУТ, можно скачать  здесь.
При печати установить "Реальный размер". Если для печати используется не Adobe Acrobat Reader, следует убедиться, что программа в состоянии выводить реальный размер.
На рисунке 4 показана схема устройства защиты по разрешительному принципу, пригодная для зарядки питий-ионных аккумуляторов.
Рис. 4. Схема устройства защиты по разрешительному принципу, пригодная для зарядки питий-ионных аккумуляторов.
Печатная плата показана на рисунке 5.
Рис. 5. Устройство защиты от переполюсовки по разрешительному мпринципу для зарядки Li-ion аккумуляторов. Рисунок печатной платы.
Сборочный чертёж представлен на рисунке 6.
Рис. 6. Устройство защиты от переполюсовки по разрешительному мпринципу для зарядки Li-ion аккумуляторов. Сборочный чертёж.
Файл .pdf, для изготовления печатной платы методом ЛУТ, можно скачать здесь.
При печати установить "Реальный размер". Если для печати используется не Adobe Acrobat Reader, следует убедиться, что программа в состоянии выводить реальный размер.
Схемы, работающие по разрешительному принципу, хороши для источников питания, которые используются только для зарядки аккумуляторов. Если источник должен иметь возможность подключения резистивной нагрузки, они совершенно непригодны.
Принципиальная электрическая схема устройства защиты по запретительному принципу, которая позволяет использовать источник питания как для зарядки аккумуляторов, так и по прямому назначению, практически не изменяя его характеристик, показана на рисунке 7.
Рис. 7. Устройство защиты от переполюсовки по запретительному принципу. Схема электрическая принципиальная.
Устройство предназначено для контроля полярности подключения аккумуляторов от 2,5 до 30 В, при напряжении источника питания до 40 В. Указанные ограничения в данном случае регламентируются только тем, что сумма напряжений источника питания и аккумулятора не должны превышать пробивного напряжения транзистора VT4, 75 В для IRFP4368, а напряжение источника питания не должно превышать напряжения пробоя транзистора VT3, 50 В для КТ3129А9. В качестве VT4 может быть использован более высоковольтный транзистор, но следует учесть, что максимальное сопротивление канала в транзисторе IRFP4368 равно 1,85*10-3 Ом, падение напряжения на нём при токе зарядки 30 А составит
30 А * 1,85*10-3 Ом = 55,5*10-3 В = 55,5 мВ,
и если устройство вмонтировано в источник питания, напряжение на выходе устройства защиты может контролироваться прибором источника питания, поскольку лежит в пределах точности вольтметра. Мощность, рассеиваемая транзистором, при токе зарядки 30 А составит
30 А * 55,5 мВ = 1665 мВт = 1,665 Вт,
что потребует небольшого охладителя.
Более высоковольтные транзисторы имеют большее сопротивление канала, что приводит к большему падению напряжения на транзисторе, большей мощности рассеивания и потребует серьёзного охладителя.
Предполагается, что аккумулятор подключается при выключенном устройстве, когда контакты тумблера S1разомкнуты. После подключения аккумулятора, для включения процесса зарядки, тумблер S1 переводится в положение, при котором его контакты замкнуты.
Если аккумулятор подключается при включённом тумблере «Зарядка», отключение источника питания при переполюсовке произойдет только в том случае, если ток зарядки окажется меньше тока, который может выдать аккумулятор.
Предполагается наличие служебного источника +15 В в источнике питания. Если такового нет, и если заряжаются только аккумуляторы 12 В, и напряжение на выходе источника питания никогда не превышает 20 В, вывод 15V можно соединить с выводом +U. Если заряжаются аккумуляторы 12 – 24 В, и выходное напряжение источника питания никогда не превышает 30 В, Можно использовать внешний стабилизатор напряжения, как показано на рисунке 8.
Рис. 8. Подключение внешнего стабилизатора напряжения.
Печатная плата показана на рисунке 9.
Рис. 9. Устройство защиты от переполюсовкипо запретительному принципу. Рисунок печатной платы.
Сборочный чертёж представлен на рисунке 10.
Рис. 4. Устройство защиты от переполюсовки по запретительному принципу. Сборочный чертёж.
На рисунках 5 - 7 показан вид собранной платы с двух сторон.
Рис. 5. Устройство защиты от переполюсовки. Плата в сборе.
Рис. 6. Устройство в сборе. Сторона пайки.
Рис. 7. Устройство в сборе. Сторона силового транзистора.
Результаты испытаний
Испытания показали, что защита срабатывает при напряжении аккумулятора более 2,0 В.
Это говорит о том, что модуль можно использовать для зарядки литий-ионных аккумуляторов с глубокой степенью разряда.
В ходе испытаний выяснилось, что аккумулятор можно подключать при выключенном положении тумблера "ЗАРЯДКА" как при выключенном, так и при включённом источнике питания.
Если сначала включить тумблер "ЗАРЯДКА", а потом источник питания, защита однозначно не сработает.
|
