Elektronický spínač s nadproudovou ochranou - Free Energy
Elektronický spínač s nadproudovou ochranou - Free Energy
Elektronický spínač s nadproudovou ochranou - Free Energy
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
- 1 -<br />
<strong>Elektronický</strong> <strong>spínač</strong> s <strong>ochranou</strong> proti zkratu<br />
(c) Ing. Ladislav Kopecký<br />
Při experimentování s elektronickými obvody, zejména ve výkonové elektronice, jsou<br />
užitečné elektronické spínací prvky s <strong>ochranou</strong> proti zkratu. Mohou nám ušetřit mnoho<br />
zklamání a zbytečných výdajů za součástky, především výkonové tranzistory. V tomto článku<br />
je popsán jeden takový elektronický <strong>spínač</strong>. Na obrázku 1 je zobrazen elektronický <strong>spínač</strong> bez<br />
zapojené zkratové ochrany, který spíná induktivní zátěž a rezistor v sérii proti zemi.<br />
L1<br />
V3<br />
V1<br />
10m<br />
R12<br />
10<br />
12<br />
24<br />
V2<br />
X1<br />
IN+<br />
VCC<br />
OUT<br />
driver-ik<br />
IRF530<br />
M1<br />
D1<br />
1N5819<br />
IN-<br />
GND SEN<br />
PULSE(0 12 1u 1u 1u 10m 20m)<br />
.tran .1<br />
13V<br />
V(n005)<br />
I(L1)<br />
2.4A<br />
12V<br />
11V<br />
2.1A<br />
10V<br />
1.8A<br />
9V<br />
1.5A<br />
8V<br />
7V<br />
1.2A<br />
6V<br />
0.9A<br />
5V<br />
4V<br />
0.6A<br />
3V<br />
0.3A<br />
2V<br />
0.0A<br />
1V<br />
0V<br />
-0.3A<br />
-1V<br />
-0.6A<br />
0ms 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms<br />
Obr. 1. <strong>Elektronický</strong> <strong>spínač</strong> bez ochrany proti zkratu.<br />
Ve spodní části obrázku si všimněte, že po odeznění přechodového děje teče cívkou L1 proud<br />
téměř 2,4A. Podle Ohmova zákona by to mělo být rovných 2,4A, protože odpor má hodnotu<br />
10Ω. Nesmíme zapomenout, že spínací tranzistor IRF530 má v sepnutém stavu<br />
nezanedbatelný odpor.<br />
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 2 -<br />
Nyní budeme aktivovat zkratovou ochranu (obr. 2).<br />
L1<br />
V3<br />
V1<br />
10m<br />
R12<br />
10<br />
12<br />
24<br />
V2<br />
X1<br />
IN+<br />
VCC<br />
OUT<br />
driver-ik<br />
IRF530<br />
M1<br />
D1<br />
1N5819<br />
IN-<br />
GND SEN<br />
R1<br />
PULSE(0 12 1u 1u 1u 10m 20m)<br />
.tran .1<br />
1<br />
13V<br />
12V<br />
11V<br />
10V<br />
9V<br />
8V<br />
7V<br />
6V<br />
5V<br />
4V<br />
3V<br />
2V<br />
1V<br />
0V<br />
-1V<br />
V(n005)<br />
0ms 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms<br />
I(L1)<br />
1.1A<br />
1.0A<br />
0.9A<br />
0.8A<br />
0.7A<br />
0.6A<br />
0.5A<br />
0.4A<br />
0.3A<br />
0.2A<br />
0.1A<br />
0.0A<br />
-0.1A<br />
-0.2A<br />
-0.3A<br />
Obr. 2. <strong>Elektronický</strong> <strong>spínač</strong> s <strong>ochranou</strong> proti zkratu.<br />
Všimněte si, že ve schématu přibyl odpor R1 o hodnotě 1Ω, jehož horní konec je připojen<br />
k tranzistoru M1 a na vstup SEN (sense) budiče X1. Účinek tohoto opatření můžete vidět ve<br />
spodní části obrázku. Všimněte si, že proud jen nepatrně překročí 1A, na který je proudová<br />
ochrana nastavena. Rychlost reakce nadproudové ochrany je totiž konečná, proto by v obvodu<br />
<strong>spínač</strong>e měla být zařazena malá indukčnost, aby ochrana stihla zareagovat. Velikost<br />
indukčnosti by měla odpovídat rychlosti proudové pojistky.<br />
Nakonec se podíváme, co se ukrývá pod blokem X1. Budič (obr. 3) má galvanicky oddělený<br />
vstup pomocí optočlenu U1. Když na vstup připojíme kladné napětí, např. 12V, zavře se<br />
tranzistor Q2 a začne se nabíjet kondenzátor C1 přes odpor R2. Když napětí na kondenzátoru<br />
přesáhne polovinu napájecího napětí, na výstupu operačního zesilovače U2 se objeví kladné<br />
saturační napětí, které sepne připojený tranzistor MOSFET nebo IGBT. Když na vstup IN<br />
budiče přivedeme nulové napětí, tak se přes sepnutý tranzistor Q2 kondenzátor C1 rychle<br />
vybije a výstup OUT budiče rychle přejde do nuly. Pokud napětí na vstupu SEN je větší než<br />
napětí na děliči R7, R8, zaúčinkuje nadproudová ochrana: Otevře se tranzistor Q1, který<br />
zkratuje vstup + obvodu U2 a vybije kondenzátor C1, čímž výstup budiče OUT přejde do<br />
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 3 -<br />
nízké úrovně. Výstupní tranzistor rozepne a sepne opět po nabití kondenzátoru C1. Velikostí<br />
kapacity C1 tedy můžeme řídit frekvenci spínání výstupního tranzistoru při zkratu a zároveň<br />
tzv. dead time, když dva <strong>spínač</strong>e zapojíme do polovičního můstku, pro zabránění současnému<br />
sepnutí obou výkonových tranzistorů.<br />
VCC<br />
IN+<br />
R6<br />
2k2<br />
U1<br />
R10<br />
10k<br />
Q2<br />
2N3904<br />
R2<br />
10k<br />
C1<br />
22n<br />
100k<br />
R3<br />
R5<br />
100k<br />
U2<br />
R4<br />
LT1006 10<br />
LT1006<br />
U3<br />
R8<br />
11k<br />
OUT<br />
SEN<br />
IN-<br />
PC817A<br />
R11<br />
1k<br />
Q1<br />
2N3904<br />
R9<br />
100k<br />
R7<br />
1k<br />
GND<br />
Obr. 3. Schéma zapojení budiče se zkratovou <strong>ochranou</strong>.<br />
Operační zesilovač LT1006, který je použit ve schématu, byl použit hlavně proto, že se<br />
vyskytuje v knihovně simulačního programu a proto, že ho lze napájet jedním,<br />
nesymetrickým zdrojem (single supply). Pro tyto aplikace se příliš hodit nebude, protože je<br />
asi dost drahý a obtížně dostupný. Vhodnou náhradou je např. integrovaný obvod LM358<br />
nebo LM2904, který se rovněž dá použít s nesymetrickým napájením a má dostatečný<br />
výstupní proud pro rychlé otevření tranzistoru (MOSFET nebo IGBT).<br />
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Change language