Характеристики ограничителей напряжения: Страница не найдена — Сам электрик

Ограничители перенапряжения: виды, назначение, принцип действия

Параметры ограничителей перенапряжений

Подробности

Категория: Подстанции

• разрядник(ОПН)

При определении перечня нормируемых параметров ОПН используется утвержденный Международной электротехнической комиссией (МЭК) в 1991 г. Стандарт 99-4, требования которого дополнены и несколько изменены (как правило, ужесточены) в соответствии с отечественными традициями разработки защитных аппаратов. Таким образом, основными параметрами нелинейных ограничителей перенапряжений являются:

номинальное напряжение (класс напряжения) ограничителя (Uном) — номинальное напряжение сети, для работы в которой предназначен ОПН;
номинальная частота ограничителя (nном) — частота рабочего напряжения сети, для работы в которой предназначен ОПН;

наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение на ограничителе   — наибольшее действующее значение напряжения промышленной (номинальной) частоты, которое длительно (в пределе — в течение всего срока службы аппарата) может быть приложено к выводам ОПН;
вольт-временная характеристика ограничителя — зависимость действующего значения напряжения промышленной частоты от допустимого времени его приложения к ОПН;

номинальный разрядный ток ограничителя (Iном) — наибольшее значение испытательного грозового импульса тока, при котором определяется защитный уровень ОПН при грозовых перенапряжениях и который используется для классификации ОПН. Номинальный ток также называют расчетным током грозовых перенапряжений (Iрг = Iном). Испытательный импульс грозового тока имеет форму апериодической волны 8/20 мкс. Установлен стандартный ряд номинальных разрядных токов: 1500, 2500, 5000, 10000, 20000 А. По этому параметру производится координация других характеристик ограничителя, а также норм и методов его испытаний;
расчетный ток коммутационных перенапряжений (Iр к) — максимальное значение испытательного апериодического импульса тока 30/60 мкс, при котором определяется защитный уровень ОПН при коммутационных перенапряжениях;

остающееся напряжение (UOCT) — максимальное значение падения напряжения на ограничителе при протекании по его нелинейному рабочему резистору импульса тока;
защитный уровень при ограничении грозовых перенапряжений — остающееся напряжение при расчетном токе грозовых перенапряжений (Ur). Этому параметру эквивалентна кратность ограничения грозовых перенапряжений Kr = Ur/UHр.фт;

вольт-амперная характеристика ограничителя при грозовых импульсах тока — зависимость остающегося на ОПН напряжения от максимального значения импульсов тока 8/20 мкс при их варьировании в диапазоне (0,1 2,0) /ном;
защитный уровень при ограничении коммутационных перенапряжений — остающееся напряжение при расчетном токе коммутационных перенапряжений (UK). Этому параметру эквивалентна кратность ограничения коммутационных перенапряжений прямоугольный импульс тока — импульс тока, форма которого близка к прямоугольной. Используется для определения пропускной способности ОПН;

пропускная способность ограничителя при прямоугольных импульсах — максимальное значение прямоугольных импульсов тока (/п) длительностью 2000 мкс, которые ОПН без каких-либо повреждений выдерживает при их двадцатикратном приложении;
пропускная способность ограничителя при грозовых импульсах — максимальное значение импульсов тока 8/20 мкс, которые ОПН без каких-либо повреждений выдерживает при их двадцатикратном приложении;

пропускная способность ограничителя при импульсах большого тока — максимальное значение импульсов тока 4/10 мкс, которые ОПН без каких-либо повреждений выдерживает при их двукратном приложении.
Кроме перечисленных основных характеристик для координации параметров ОПН согласно Стандарту МЭК используются: нормативное напряжение ограничителя   — действующее значение напряжения промышленной частоты, допустимое к приложению в течение 10 с;

класс разряда линии — параметр, определяющийся максимально гарантированным значением энергии, которое ОПН способен поглотить из сети при ограничении грозового или коммутационного перенапряжения без выхода из строя, и зависящий от Uнорм и UK. Класс разряда линии нормируется только для ограничителей с номинальными разрядными токами 10 000 и 20 000 А.
Для отечественных ОПН эти параметры, как правило, не задаются, однако в настоящее время все большее распространение находит нормирование способности к поглощению и рассеиванию энергии, определяемой как отношение максимально гарантированного значения поглощаемой ограничителем энергии к его наибольшему длительно допустимому рабочему напряжению, что практически эквивалентно классу разряда линии.

Одно из немногочисленных преимуществ вентильных разрядников по сравнению с нелинейными ограничителями перенапряжений состоит в том, что последние имеют меньшую зону защиты — длину участка линии или распределительного устройства, на котором перенапряжения превышают напряжение в точке установки ОПН не более чем на 1 — 2%. Тем не менее, уровень перенапряжений, воздействующих на изоляцию собственно ограничителя значительно ниже максимальных значений перенапряжений на изоляции электрооборудования, установленного на некотором расстоянии от ОПН. Поэтому нормы испытаний изоляционных конструкций нелинейных ограничителей должны быть ниже требований к электрической прочности изоляции всего остального оборудования подстанций и линий электропередачи, приведенных в ГОСТ 1516.1, ГОСТ 20690 и РД 16.556. Испытательные напряжения изоляции ОПН в соответствии с нормами связаны с их защитными уровнями и приведены в табл. 1.
Испытаниям подвергается только изоляционная покрышка (корпус) ограничителя, из которого предварительно удаляется HP. Методы испытаний дан в ГОСТ 1516.2. Изоляция ОПН наружной установки (категория размещения 1 по ГОСТ 15150) испытывается коммутационными импульсами и напряжением промышленной частоты как в сухом состоянии, так и под искусственным дождем. Испытания корпусов ограничителей внутренней установки проводятся только в сухом состоянии.

Требования к нелинейным ограничителям в части других электрических, а также механических и климатических воздействий нормируются, как и для вентильных разрядников.

Таблица 1
Значения испытательных напряжений изоляции ОПН

 
Ограничитель перенапряжений присоединен к сети в течении всего срока службы, поэтому через его варисторы, образующие нелинейное сопротивление, непрерывно протекает ток. Допустимая плотность активного тока составляет (1,0 5,0)-10_6 А/см2 при плотности полного тока (10 -г- 30)-10″6 А/см2. Ограничитель сохраняет работоспособность до тех пор, пока в результате воздействия рабочего напряжения и импульсов перенапряжений активная составляющая тока не превысит критического значения, при котором количество теплоты, выделяемой в HP, превысит возможности конструкции ОПН по его рассеянию в окружающую среду, т.е. пока не нарушится тепловое равновесие аппарата. Поглощение ограничителем энергии из сети снижает уровень перенапряжений, что обеспечивает защиту изоляции линий электропередачи. По этой причине при проектировании нелинейного ограничителя необходимо создать условия для удовлетворения двух, в значительной степени противоречивых, требований. С одной стороны, должны быть обеспечены необходимые защитные характеристики аппарата при ограничении как коммутационных, так и грозовых перенапряжений. С другой стороны аппарат должен обладать достаточным ресурсом пропускной способности при импульсных токовых воздействиях и стабильностью параметров как при приложении рабочего напряжения (нормальный эксплуатационный режим), так при воздействии квазистационарных перенапряжений.

Относительная простота ОПН (необходимым элементом аппарата является только нелинейный резистор), компактность, способность ОЦВ работать в различных средах, возможность регулирования характеристик ОЦВ привели к разработке большого количества конструкций и схем ОПН. Например, при создании разъединителей ограничители могут использоваться в качестве опорных изоляционных конструкций. В трансформаторах ограничители могут размещаться внутри бака, что в дополнение к основной функции ограничения перенапряжений позволяет выравнить распределение напряжения по витковой изоляции. Широко распространено размещение ОПН в герметичных РУ с элегазовым заполнением.
Однако наибольшее количество производимых в настоящее время ограничителей представляют собой отдельно стоящие аппараты в фарфоровых корпусах (рис. 1, а), подобных применяемым в вентильных разрядниках. Основным конструктивным элементом ОПН является нелинейный рабочий резистор, образованный одной или несколькими параллельно соединенными колонками 1 поставленных один на другой оксидно-цинковых варисторов. Для удобства размещения внутри изолирующего снаружи оребренного фарфорового корпуса 2 HP разделен на блоки высотой 0,3 — 1,0 м. По концам корпуса закреплены металлические фланцы 3 со смонтированными узлами герметизации и взрывобезопасности 4 и контактными пластинами 5. Фланцы также являются контактными выводами ограничителя, к которым изнутри присоединяется нелинейный рабочий резистор, а снаружи (к контактным пластинам) — фазный провод и проводник системы заземления распредустройства. Аппараты на напряжение 110 кВ и более снабжаются экранной арматурой, обеспечивающей выравнивание распределения напряжения по высоте колонок варисторов, ограничение стримерной короны на элементах ограничителя и необходимую электрическую прочность его внешней изоляции. Экран обычно выполняется в виде одиночного или расщепленного тороида 6 с по крайней мере двумя экранодержателями 7.

Рис. 1. Конструктивные исполнения нелинейных ограничителей перенапряжений в фарфоровом (а) и полимерном (б) корпусах

При использовании фарфоровой покрышки в ОПН предусматривается сквозная демпфирующая полость 8, обеспечивающая передачу избыточного давления при аварийном дуговом перекрытии внутри корпуса на клапаны взрывобезопасности 4 и предохраняющая аппарат от взрывного разрушения. Все свободное пространство внутри покрышки, не занятое колонками ОЦВ, элементами их крепления к корпусу и фланцам и демпфирующей полостью, заполняется веществом 9, обладающим высокой теплопроводностью (например, чистым кварцевым песком) и служащим для отвода теплоты от варисторов на корпус ограничителя. После сборки внутренняя полость аппарата вакуумируется, а затем заполняется осушенным азотом, элегазом или каким-либо инертным газом при атмосферном давлении. Система герметизации предотвращает проникновение вовнутрь покрышки влаги и загрязнений, которые могли бы вызвать перекрытие ОПН по внутренней полости и выход его из строя.

Серийно производимые АО «Корниловский фарфоровый завод» (г. Санкт-Петербург) ограничители перенапряжений в фарфоровых корпусах серии ОПН(И) вплоть до номинального напряжения 500 кВ выпускаются в виде одного модуля (рис. 2, а — в). Аппараты на напряжение 750 и 1150 кВ изготавливаются состоящими из двух идентичных, поставленных один на другой модулей (рис. 2, г). Нелинейный рабочий резистор этих ограничителей набран из варисторов диаметром (28±0,5) мм и высотой (10±0,5) мм. Полный перечень параметров ограничителей 110 — 500 кВ приведен в табл. 2, а компиляция основных параметров ОПН 35 — 1150 кВ, включая массо-габаритные характеристики, — в табл. 2.
Ограничители этой серии на напряжение 35 — 220 кВ имеют нижние чугунные фланцы с тремя или четырьмя приливами с отверстиями для крепления к фундаменту (заземленному подножнику). Фланец изолирован от фундамента посредством фарфоровых дисков и изолирующих (как правило, паронитовых) прокладок. Ограничители на 330 — 1150 кВ устанавливаются непосредственно на подножник без изолирующих прокладок, однако в этих аппаратах нелинейный рабочий резистор не присоединен к нижнему фланцу. Подключение HP к системе заземления подстанции осуществляется через изолирующий вывод в днище ограничителя (рис. 2, в — д). Изоляция HP от «земли» выполняется для подключения к ОПН регистраторов срабатываний и профилактических испытаний аппаратов под напряжением (например, для измерения тока проводимости HP).

В настоящее время для изготовления изоляционных корпусов ограничителей все более широко стали применяться полимерные материалы (рис. 1, б). Основу этих полимерных корпусов составляет стеклопластиковая труба 10, которая обеспечивает необходимую механическую прочность и жесткость конструкции ограничителя. Трекингоэрозионную и дуговую стойкость, а также требуемые влагоразрядные характеристики внешней изоляции обеспечивает специальное ребристое покрытие 11, выполняемое обычно на основе силиконовой или этиленпропиленовой электротехнической резины. Ограничители в полимерных корпусах практически взрывобезопасны, что позволяет исключить из конструкции аппарата устройства, предохраняющие его от взрывного разрушения (предохранительные клапаны, демпфирующие полости и т.д.), и тем самым уменьшить объем ограничителя на 25 — 40%.

Рис. 2. Аппараты серии ОПН (о — г) и ОПНИ (<5) в фарфоровых корпусах на напряжение:

а — 35 и 110 кВ: б — 150 н 220 кВ; в — 330 » 500 кВ; г — 750 и 1150 кВ, д — 500 кВ

Рис. 2, д

Полимерные корпуса идеально подходят для   ограничителей, нелинейные рабочие резисторы которых выполнены в виде одиночной колонки варисторов 1 большого диаметра (рис. 1, б). В этом случае создаются наилучшие условия для охлаждения HP. Тепловую устойчивость аппарата также повышает использование для заполнения пространства между колонкой варисторов и стеклопластиковой трубой специальных полимерных композиций (компаундов) 12, теплопроводность которых искусственно повышается наполнителям.
Таблица 2
Параметры ограничителей перенапряжения 110 — 500 кВ

Применяемые компаунды обладает высокой адгезией к оксидно-цинковой керамике. По этой причине пропускная способность HP ограничителя при грозовых импульсах тока в 1,5 — 2,0 раза выше пропускной способности составляющих его варисторов, испытанных индивидуально вне оболочки аппарата.

Таблица 3
Основные параметры ОПН 35 — 1150 кВ

В целом использование полимерных корпусов позволяет существенно (в 3 — 5 раз) снизить массу аппарата и упростить его конструкцию, что открывает возможности для создания ограничителей не только опорного, но и подвесного исполнения. В последнем варианте их можно устанавливать непосредственно на опорах линий электропередачи. При размещении трехфазных комплектов подвесных ОПН вдоль воздушных линий на расстоянии 50 — 100 км уровень коммутационных перенапряжений в любой точке BЛ будет превышать максимальное напряжение на ограничителях не более, чем на 5%.

Задача снижения уровня изоляции ЛЭП решается не только за счет улучшения защитных характеристик нелинейных ограничителей (совершенствования структуры материала и конструкции варисторов, форсировки их охлаждения в аппарате, заливки HP полимерными композициями и т. п.), но и оптимизацией схемы ОПН и формы его присоединения к сети. Описанные выше ограничители включены между фазным проводом и землей (рис. 3, а) и, таким образом, предназначены для ограничения перенапряжений, воздействующих на изоляцию электрооборудования относительно земли. Одной из важнейших задач, решение которой практически невозможно с помощью вентильных разрядников, является глубокое ограничение междуфазных перенапряжений. Применение нелинейных ограничителей в полимерных корпусах подвесного исполнения, рассчитанных на длительное воздействие линейного наибольшего рабочего напряжения линии и присоединенных между фазными проводами (рис. 3, б), естественным образом решает эту проблему. На одной типовой поддерживающей или натяжной опоре ВЛ без сколько-нибудь существенного изменения ее конструкции может быть размещено два трехфазных комплекта подвесных ОПН: ограничители фаза-земля подвешиваются параллельно гирляндам изоляторов или (при соответственном увеличении механической прочности на разрыв) вместо гирлянд и соединяются с фазными проводами и землей; ограничители междуфазных перенапряжений подвешиваются к гирляндам ниже фазных проводов и присоединяются между фазами. Также представляется перспективным установка подвесных ограничителей в РУ электрических станций и подстанций, позволяющая существенно сократить их площадь.
Низкие механические характеристики электротехнического фарфора па разрыв не позволяют изготавливать подвесные ОПН в фарфоровых корпусах. Однако разработана и успешно применяется конструкция ОПН опорного исполнения, позволяющая одновременно ограничивать как перенапряжения относительно земли, так и междуфазные перенапряжения. Схема такого защитного аппарата, получившего наименование ОПНИ, приведена на рис. 3, в, а внешний вид одной фазы ограничителя ОПНИ-500У1 — на рис. 2, д.

Рис 3. Схемы нелинейных ограничителей перенапряжений и их присоединения к электрическим сетям

Нелинейный рабочий резистор каждой фазы ОПНИ разделен на две последовательно соединенные части (НР1 и НР2). Все фазы ограничителей соединены между собой искровыми промежутками, включенными звездой. Средняя точка звезды через емкость С соединена с землей. В нормальном эксплуатационном режиме фазное напряжение приложено к последовательно соединенным резисторам НР1 и НР2. При набегании на аппарат волн коммутационных перенапряжений, которые всегда несимметричны, пробиваются искровые промежутки ИП, резисторы НР2 всех фаз оказываются соединенными параллельно, а резисторы НР1 — попарно последовательно между соответственными фазными проводниками. Таким образом, все нелинейные рабочие резисторы трех фаз ограничителей образуют четырехлучевую звезду (рис. 1, г). Очевидно, что такая схема объединенного защитного аппарата позволяет ограничивать как фазные, так и междуфазные перенапряжения, причем уровни остающихся напряжений могут регулироваться соответствующим подбором значений НР1 и НР2.

При несимметричных КЗ распределения суммарного напряжения поврежденных фаз по искровым промежуткам ОПНИ при отсутствии емкости С может оказаться резко несимметричным. В этом случае оказывается весьма вероятным, что разрядное напряжение какого-либо ИП превысит воздействующее напряжение и его пробоя не произойдет, т. е. ограничитель не включится в режим ограничения междуфазных перенапряжений. Емкость С создает постоянный подпор напряжения на ИП и исключает возможность возникновения подобной ситуации.

Конструктивно аппарат ОПНИ-500 У1 отличается от ограничителя серии ОПН на такое же напряжение наличием отпайки от HP, которая через промежуточный изолированный вывод 1 (рис. 2), рассчитанный на напряжение 60 кВ, соединена с регистратором срабатываний 2 и последовательно с ним соединенной искровой приставкой 3. Искровая приставка содержит набор ИП, подобных используемым в вентильных разрядниках. В приставке имеется изолированный вывод на напряжение 35 кВ для подключения к аппаратам других фаз и емкости.
Ограничители перенапряжений успешно эксплуатируются в сетях 110 кВ и выше уже более 20 лет. Примером эффективности применения защитных аппаратов на основе оксидно-цинковой керамики является их использование на ОРУ 500 кВ Саяно-Шушенской ГЭС. За счет установки ограничителей серий ОПН и ОПНИ здесь были сокращены все воздушные изоляционные промежутки фаза — земля и фаза — фаза, в результате чего шаг ячейки ОРУ уменьшился с 28 — 31 м до 24 м, а длина ОРУ сократилась на 48 м. Уменьшение межконтактного промежутка разъединителей на 1,0 м позволило также уменьшить ширину ОРУ на 20 м. В целом, получившиеся размеры ОРУ 500 кВ совпадают с размерами ОРУ 330 кВ, защищенного вентильными разрядниками.

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Оборудование
• Подстанции
• Комплектные распределительные устройства наружной установки К-59

Еще по теме:

• Молния и молниезащита
• Тепловизионный контроль вентильных разрядников
• Тепловизионный контроль ограничителей перенапряжений
• Тепловизионное обследование ОПН
• Тепловизионная диагностика вводов подстанций

Микроволны101 | Ограничители

Filter by alphabets Filter by categories

• All
• 1-9
• A
• B
• C
• D
• E
• F
• G
• H
• I
• J
• K
• L
• M
• N
• O
• P
• Q
• R
• S
• T

U

• 6
  

  5 Вт

• Д
• З

закрыть

Нажмите здесь, чтобы узнать о проектировании для высокой пиковой мощности (новинка сентября 2011 г. !)

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную нелинейным устройствам

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу страницу, посвященную PIN-диодам

Нажмите здесь, чтобы перейти на страницу LNA

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу страницу о приемниках

Нажмите здесь, чтобы найти ограничители на все устройства RF

Новинка сентября 2008 года! Ограничители используются для защиты слабых компонентов, таких как малошумящие усилители (МШУ), от паразитных сигналов. Характеристика передачи мощности (показана ниже) ведет себя как усилитель с небольшими потерями, а не усилением. При превышении некоторой критической входной мощности выходная мощность может вести себя довольно странно, что часто описывается как «излом». На графике вы можете увидеть небольшую потерю сигнала (вносимые потери), точку сжатия в один дБ и плоскую утечку.

Ограничитель чаще всего используется для защиты малошумящего усилителя в цепи приемника. МШУ тщательно разработаны для обеспечения низкого коэффициента шума, и для этого используются очень маленькие устройства; маленькие устройства не могут справиться с высокой входной мощностью. Два механизма могут вывести МШУ из строя: нагрев от входного ВЧ-сигнала или перенапряжение из-за ВЧ-напряжения, появляющегося на входном транзисторе. Часто производительность МШУ можно немного изменить из-за высокой входной мощности, не вызывая его отказа. Иметь поврежденный LNA может быть хуже, чем иметь разрушенный LNA, вы никогда не знаете, когда он может выйти из строя.

В радаре паразитный сигнал, который, скорее всего, повредит МШУ, исходит от передатчика, поэтому это импульсный сигнал. Порог повреждения МШУ может несколько измениться в зависимости от коэффициента заполнения импульсного сигнала, но мы рекомендуем вам выполнять тестирование живучести МШУ с непрерывными сигналами, потому что это проще и даст вам наихудший результат.

Одним из методов оценки порога повреждения МШУ является пошаговый стресс-тест, который мы объясним позже. Похоже, в отрасли не существует каких-либо общепринятых стандартов тестирования на выживание, но, по крайней мере, скоро у всех нас будет один метод, на который можно ссылаться.

Плоская утечка

Плоская утечка ограничителя относится к выходному сигналу CW, который просачивается через него в условиях высокой входной мощности (см. рисунок выше). Угадай, что? Термин «плоский» является неправильным, в реальных ограничителях утечка будет иметь наклон к нему при любом уровне мощности.

Утечка спайка

Утечка спайка относится к очень короткой части мощного импульса, который проходит через ограничитель, прежде чем он подавляет сигнал (имеется некоторая задержка при включении PIN-диодов). Утечка шипа часто выражается в единицах энергии, а не мощности. Например, если ограничитель допускает всплеск в 1 ватт в течение 10 наносекунд, утечка всплеска составит 10 наноджоулей.

Мы говорим о пиковой утечке, а не о пиковой утечке

Нагрузочные или отражающие ограничители

Нагрузочные ограничители будут пытаться обеспечить согласование импеданса на любом уровне мощности. Это более сложная конструкция, чем отражающая конструкция, и она не будет иметь такого хорошего отклика (например, больше вносимых потерь или более высокая плоская утечка). мощность, которую вам, возможно, придется рассеивать, что может быть проблемой, если вы разрабатываете ограничитель на MMIC.

Помимо термина «терминирующий», другим правильным прилагательным для ограничителя, поглощающего мощность, является «поглощающий». Если вы скажете «поглощающий» или «поглощающий», ваши более умные коллеги будут хихикать и говорить неприятные вещи за вашей спиной…

Технология ограничителей

Твердотельные ограничители чаще всего состоят из PIN-диодов, а также диодов Шоттки, полевых транзисторов и других устройств. был использован. Шунтирующий PIN-диод действует как небольшая сосредоточенная емкость для слабых сигналов, а согласующие цепи или пары диодов, разделенные на четверть длины волны, могут вернуть сеть к пятидесяти Ом.

Ограничители на PIN-диодах могут быть реализованы монолитно (в виде MMIC), но наилучшие характеристики дает ограничитель на основе микросхем и проводов. В этом случае можно использовать кремниевые PIN-диоды (верят или нет, они работают лучше, чем GaAs). Одна из проблем при сборке ограничителей заключается в том, чтобы получить проводное соединение с диодом, где меза имеет диаметр около 1 мил … если ваша проволока выходит за пределы мезы, вы только что увеличили емкость диода.

Еще не все.

Автор : Неизвестный редактор

Реклама

Реклама

encyclopedias-details

Схемы ограничения тока источника питания » Electronics Notes

Методы и схемы ограничения тока с использованием диодов и транзисторов для обеспечения функции ограничения тока для источников питания и других цепей.

Схемы линейных источников питания. Включает:
Линейный источник питания
Шунтовой регулятор
Серийный регулятор
Ограничитель тока
Регуляторы серий 7805, 7812 и 78**

См. также:
Обзор электроники источника питания
Импульсный источник питания
Сглаживание конденсатора
Защита от перенапряжения
Характеристики блока питания
Цифровая мощность
Шина управления питанием: PMbus
Бесперебойный источник питания

Цепи ограничения тока являются ключом к источникам питания, защищая их в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.

Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки почти всегда устанавливаются ограничители тока, которые 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 схемой, и таким образом можно избежать серьезного повреждения цепей, как источника питания, так и питаемой цепи. .

Эти схемы более применимы к линейным источникам питания, хотя аналогичные методы измерения могут использоваться в импульсных источниках питания.

Типы ограничения тока

Как и в случае с любой технологией и типом электронной схемы, существует несколько вариантов выбора, и выбор необходимо делать в зависимости от конкретных требований к конструкции электронной схемы.

То же самое относится к ограничителям тока, используемым в регулируемых источниках питания, где схемы ограничения тока относятся к определенным категориям.

Существует два основных типа схемы ограничения тока:

      Ограничение постоянного тока:

При использовании ограничения постоянного тока выходное напряжение поддерживается по мере увеличения 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.

Характеристика ограничения постоянного тока

Это основная форма ограничения тока, используемая в регулируемых источниках питания. Схема проста и использует всего несколько электронных компонентов, но она не уменьшает ток в случае короткого замыкания — он поддерживается на максимальном уровне, что может привести к повреждению схемы.

Одним из недостатков является то, что при срабатывании ограничения тока потребляется максимальный ток, но в этот момент выходное напряжение падает, а это означает, что последовательный транзистор в регулируемом блоке питания имеет повышенное напряжение. Это увеличивает рассеиваемую мощность внутри устройства.

В точке, где выходное напряжение близко к нулю, потребляется максимальный ток, в то время как напряжение на ней равно полному входному напряжению от цепей сглаживания и выпрямления. Это не идеально, потому что на этапе проектирования электронной схемы необходимо сделать поправку на это, требуя, возможно, более крупного последовательного проходного транзистора, а также дополнительных возможностей теплоотвода, что увеличивает стоимость и размеры регулируемого источника питания.

      Ограничение тока обратного хода:

В этом типе ограничения тока, используемом в регулируемых источниках питания, выходное напряжение поддерживается до момента, когда начинает действовать ограничение тока. В этот момент, вместо того, чтобы просто ограничивать ток, ток фактически начинает уменьшаться. Таким образом, чем больше перегрузка, тем меньше ток, и тем самым снижается риск повреждения.

Ограничение обратного тока в стабилизаторе напряжения снижает энергопотребление, потому что по мере увеличения перегрузки ток снижается, а общее энергопотребление падает, удерживая тепловыделение последовательного проходного транзистора в более разумных пределах.

Характеристика ограничения тока с обратной связью

Несмотря на немного более сложный подход, ограничение тока с обратной связью может быть реализовано с использованием относительно небольшого количества электронных компонентов. Поскольку эта функция обычно встроена в интегральные схемы регулируемых источников питания, дополнительные затраты на использование обратного ограничения по сравнению с ограничением постоянного тока не заметны. Соответственно, в этих ИС практически всегда используется обратная схема ограничения тока.

Ограничитель обратного хода усложняет линейный источник питания, поскольку требует больше электронных компонентов, чем простой ограничитель постоянного тока. Существует также возможность состояния, известного как «блокировка», с неомическими устройствами, которые потребляют постоянный ток независимо от напряжения питания. Ограничитель тока с обратной связью может также включать временную задержку, чтобы избежать проблем с блокировкой.

Две разные формы ограничения тока линейного источника питания, как правило, используются в разных областях, фактический тип, используемый для любого конкретного приложения, выбирается на этапе проектирования электронной схемы проекта.

Базовая схема ограничения постоянного тока

Существует ряд схем, которые можно использовать для ограничения постоянного тока для защиты источника питания, но в одной из самых простых схем используются всего три электронных компонента: два диода и резистор.

Простой регулируемый источник питания с ограничением тока

В схеме ограничения тока источника питания используется чувствительный резистор, включенный последовательно с эмиттером выходного проходного транзистора. Два диода, расположенные между выходом схемы и базой проходного транзистора, обеспечивают токоограничивающее действие.

Когда схема работает в нормальном рабочем диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение. Это напряжение плюс напряжение базы-эмиттера транзистора меньше, чем два падения диодного перехода, необходимые для включения двух диодов, чтобы они могли проводить ток. Однако по мере увеличения тока увеличивается и напряжение на резисторе.

Когда оно равно напряжению включения для диода, напряжение на резисторе плюс падение на переходе база-эмиттер для транзистора равняется двум падениям на диоде, и в результате это напряжение появляется на двух диодах, которые начинают проводить. Это начинает снижать 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 таким образом, чтобы напряжение на нем возрастало до 0,6 В (напряжение включения кремниевого диода) при достижении максимального тока. Однако всегда лучше обеспечить некоторый запас, ограничивая ток от простого стабилизатора 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 линейных источников питания, которые используют обратную связь для измерения фактического выходного напряжения и обеспечивают более точную регулировку выходного сигнала. Если точка измерения выходного напряжения находится после последовательного резистора измерения тока, то падение напряжения на нем можно скорректировать на выходе.

Линейная схема источника питания с обратной связью и ограничением тока

Схема ограничения тока с обратной связью транзистора

Свернутая схема ограничения тока дает гораздо лучшие характеристики, чем обычная схема ограничения постоянного тока, используемая в более простых приложениях питания.

Транзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока

. В обратной схеме используется несколько дополнительных электронных компонентов, в том числе транзистор и несколько резисторов, но она обеспечивает гораздо лучшую защиту источника питания и питаемых цепей.

Схема работает, потому что по мере увеличения нагрузки увеличивающаяся доля напряжения между эмиттером и землей падает на резисторе R3 — по мере того, как нагрузка становится меньше, эффект делителя потенциала означает, что больше напряжения падает на резисторе R3.

Достигнут момент, когда транзистор Tr3 начинает открываться. Когда это происходит, он начинает ограничивать ток.

Если сопротивление нагрузки становится меньше, то напряжение на резисторе R3 увеличивается, больше включает Tr3, и это еще больше снижает ток, снижая уровень обеспечиваемого тока.

Существует несколько уравнений, которые можно использовать для определения ключевых значений схемы для обеспечения требуемого максимального тока для линейного регулятора напряжения, а также уровня 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:

МСК=1R3(1+R1R2)ВБ

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 открываться — обычно 0,6 В SC = ток, обеспечиваемый при наличии короткого замыкания.

Ввиду того, что точка измерения регулятора находится после резистора измерения тока, любое падение напряжения на резисторе не повлияет на выходное напряжение схемы, поскольку оно будет компенсировано регулятором. (Это предполагает, что на последовательном транзисторе имеется достаточное напряжение для его правильной регулировки.) Таким образом, токоизмерительный резистор не вызовет какого-либо снижения выходного напряжения схемы регулятора источника питания.

Схема ограничения тока источника питания может быть встроена в различные схемы с использованием транзисторов и полевых транзисторов в качестве элемента последовательного прохода. Операционные усилители могут использоваться в качестве дифференциальных усилителей для обеспечения необходимого опорного напряжения для устройств вывода.

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, сопротивление которой в холодном состоянии намного ниже, чем в горячем, то регулятор напряжения с ограничителем тока увидел бы очень низкое сопротивление и вошел бы в обратный режим, не позволяя лампа нагрелась и завелась. Индуктивные нагрузки могут столкнуться с аналогичными проблемами — двигатели и т. д. имеют большой пусковой ток. Это означает, что в большинстве случаев базовое токоограничение не подходит для этих типов нагрузки.

Ограничение тока является ключевой функцией всех блоков питания.