Fusible électronique réarmable

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Le fusible électronique proposé surveille la résistance de charge. Il l'éteint non seulement en cas de surcharge, mais se rétablit également dans son mode d'origine lorsque la résistance de charge revient à la normale.

Le fusible électronique ultra-rapide décrit à l'article [1] connecte automatiquement la charge au moment de la mise sous tension s'il n'y a pas de court-circuit ou de surcharge. En cas de surcharge, le fusible déconnecte la charge. Pour le rallumer, il faut appuyer sur le bouton "Start" du fusible ou éteindre et rallumer, ce qui n'est pas toujours pratique.

Le dispositif proposé, développé sur la base du précédent, est entièrement automatique. Il n'a pas d'organes directeurs. L'appareil détermine l'état de fonctionnement de la charge par sa résistance. Si elle est supérieure à la limite autorisée, la charge est automatiquement connectée à la source d'alimentation. Sinon, l'appareil déconnecte la charge selon sa fonction de fusible. Pendant une courte période (environ 10 µs), la charge est périodiquement connectée à la source d'alimentation via des résistances de limitation de courant. Pendant ce temps, le fusible électronique mesure la résistance de charge et, s'il est revenu à la limite autorisée, il récupère lui-même de l'arrêt d'urgence de la charge à la normale.

Un fusible électronique est connecté entre l'alimentation et la charge. L'appareil fonctionne sous une tension de 12 à 30 V et un courant de charge jusqu'à 20 A. Deux versions de l'appareil ont été développées : avec commutation du fil négatif ou positif de l'alimentation de charge. Le schéma de la première variante est illustré à la fig. 1, la seconde - sur la Fig. 2. Les composants qui remplissent la même fonction sont étiquetés de la même manière.

Fig. 1

L'appareil (voir Fig. 1) dispose de deux circuits de contrôle de charge : préliminaire (sur le comparateur DA3) et principal (sur le comparateur DA4). La résistance de charge est mesurée lorsqu'elle est connectée par le transistor VT1 à travers les résistances R2 et R3. Si la résistance de charge est supérieure au seuil de fonctionnement défini par la résistance d'accord R7, le transistor de commutation principal VT2 s'ouvre, ce qui connecte la charge à la source d'alimentation.

Le courant de charge en mode normal surveille le circuit principal sur le comparateur DA4. S'il dépasse le seuil de réponse défini par la résistance d'ajustement R14, le transistor de commutation principal VT2 se fermera. Le circuit préliminaire basé sur le comparateur DA3 entre en fonctionnement, ce qui permettra de rouvrir le transistor à effet de champ de commutation principal VT2 lorsque la résistance de charge reviendra à la limite admissible.

Pour commander le transistor VT2, comme dans le dispositif précédent [1], une bascule RS a été utilisée sur les éléments DD1.2 et DD1.3. L'avantage d'une telle bascule est qu'elle permet la présence logiquement simultanée de signaux de commande actifs sur les deux entrées de commande. Le signal de commande qui affecte directement la sortie utilisée [2] domine. Dans notre cas, la sortie directe utilisée de la bascule RS (broche 3 DD1) est dominée par un signal actif de haut niveau à l'entrée S de l'installation (broche 1 DD1). Pour une bascule RS réalisée sur des éléments OU-NON, le niveau actif du signal direct de sortie est bas, par conséquent, un inverseur sur l'élément DD2 est utilisé pour contrôler le transistor VT1.4. L'entrée R RS-flip-flop (broche 8 DD1) est connectée à la sortie du comparateur DA4 (broche 9 - collecteur ouvert).

A la mise sous tension et pendant les transitoires, le transistor VT2 est fermé, car le circuit R1C2 fournit la tension d'alimentation à travers le stabilisateur DA1 aux microcircuits DD1 et DA2 plus tard qu'aux comparateurs DA3 et DA4. La tension à l'entrée non inverseuse (broche 3) du comparateur DA4 est supérieure à la tension à son entrée inverseuse (broche 4), donc le transistor de sortie du comparateur (broches 2 et 9) est fermé. Dès que l'alimentation est fournie à la puce DD1, un niveau haut de la sortie DA4 (broche 9) placera la bascule RS à un état de niveau haut sur la broche 3 de DD1. La sortie de l'inverseur DD1.4 et la grille du transistor VT2 sont au niveau bas, il est donc fermé. Dans cet état, le transistor VT2 restera jusqu'à ce que l'entrée supérieure de l'élément DD1.2 du circuit reçoive une courte impulsion de déclenchement de niveau haut. Il est généré en sortie de l'élément DD1.1 lorsque des impulsions bas niveau apparaissent simultanément sur ses entrées. Des impulsions de déclenchement sont reçues à l'entrée supérieure de l'élément DD1.1 selon le circuit - des impulsions courtes d'un faible niveau de rapport cyclique élevé, qui sont générées par le générateur sur la minuterie DA2, les résistances R4, R5 et le condensateur C4. La durée des impulsions est égale à R5C4ln2 ~ 25 µs, et leur période de répétition est (R4+2R5)C4ln2 = 2 ms [3].

Après excitation du temporisateur DA2, la première impulsion sur sa sortie 3 apparaît avec un retard (R4+R5)C4ln2 = 2 ms pendant la durée des transitoires de l'installation initiale de la bascule RS DD1.2, DD1.3. Chaque impulsion de déclenchement de la sortie 3 du temporisateur DA2 va à l'entrée supérieure de l'élément DD1.1 selon le circuit et, en même temps, à travers l'inverseur sur le transistor VT3 déjà sous la forme d'une courte impulsion de haut niveau - à la grille du transistor VT1 qui, en s'ouvrant, relie la charge à la source d'alimentation via les résistances R2 et R3. Non seulement elles limitent le courant de charge, mais elles forment également un circuit de mesure de sa résistance : le point de connexion de ces résistances est relié à l'entrée non inverseuse (broche 3) du comparateur DA3. Le circuit R4-R6 est relié à l'entrée inverseuse (broche 8) de ce comparateur. La position de la résistance ajustable R7 détermine la résistance de charge à laquelle le comparateur DA3 commute.

Après la mise sous tension, le transistor VT1 est fermé, donc la tension à l'entrée non inverseuse du comparateur DA3 sera toujours supérieure à la tension à son entrée inverseuse, donc le transistor de sortie du comparateur (broches 2 et 9 ) est fermé. Un seul signal à l'entrée inférieure de l'élément DD1.1 fournit un niveau bas à sa sortie et, par conséquent, à l'entrée S de la bascule RS, qui conservera ainsi son état d'origine.

Si, avec le transistor ouvert VT1, la résistance de charge est inférieure à la limite admissible, alors la tension à l'entrée non inverseuse du comparateur DA3 sera supérieure à la tension à son entrée inverseuse. A la sortie (broche 9) du comparateur DA3, le même état restera celui qui était lorsque le transistor VT1 était fermé. Un niveau haut de la sortie du comparateur DA3, allant à l'entrée inférieure de l'élément DD1.1, bloque le passage des impulsions de déclenchement de la sortie du temporisateur DA2 jusqu'à ce que la surcharge de la sortie du fusible électronique disparaisse.

Si, avec le transistor ouvert VT1, la résistance de charge est supérieure à la limite admissible, alors la tension à l'entrée inverseuse du comparateur DA3 sera supérieure à la tension à son entrée non inverseuse. Le transistor de sortie du comparateur DA3 (broches 2 et 9) est ouvert. Aux entrées de l'élément DD1.1, il y aura un chevauchement (avec un léger décalage) dans le temps de courtes impulsions de bas niveau. A la sortie de cet élément, une courte impulsion de niveau haut sera générée, qui fera basculer la bascule RS à l'entrée S dans un état avec un niveau bas à la sortie. A ce moment, il y a déjà un niveau haut à l'entrée R du comparateur DA4. Mais le signal à l'entrée S a une priorité plus élevée, donc la sortie du déclencheur est faible. En conséquence, un seul signal provenant de la sortie de l'inverseur DD1.4 ouvrira le transistor VT2.

Si le courant de charge est inférieur à la limite de fonctionnement de la protection, le comparateur DA4 passera dans un état stable avec un niveau de sortie bas. Un transistor ouvert VT2 établit une petite tension (une fraction de volt) à l'entrée non inverseuse du comparateur DA3, quel que soit l'état du transistor VT1. La tension à l'entrée inverseuse DA3 est proche d'environ la moitié de la tension d'entrée. La broche 9 du comparateur DA3 ayant un niveau bas stable, les impulsions de déclenchement de la sortie du temporisateur DA2 à travers l'élément DD1.1 sauvegardent l'état actuel de la bascule RS.

Si le courant de charge dépasse la limite autorisée, le comparateur DA4 commute de sorte que son transistor de sortie se ferme. Un seul signal établira un niveau haut à la sortie du déclencheur et, par conséquent, un niveau bas à la sortie de l'inverseur DD1.4, à la suite de quoi le transistor VT2 se fermera et éteindra la charge.

Fig. 2

Un fusible électronique avec commutation de fil positif fonctionne de manière similaire (Fig. 2). Il se distingue par l'utilisation de transistors à canal p VT1 et VT2. Comme les signaux de commande doivent être appliqués sur les grilles des transistors par rapport à leurs sources reliées au fil d'alimentation positif, ils sont inversés. Par conséquent, les inverseurs sur l'élément DD1.4 et le transistor VT3 ne sont pas utilisés.

Construction et détails. Le fusible électronique est réalisé par montage en surface sur un circuit imprimé de 35x70 mm en fibre de verre double face. Les dessins de la carte sont illustrés à la fig. 3 (pour commuter le fil négatif selon le schéma de la Fig. 1) et de la fig. 4 (pour commuter le fil positif selon le schéma de la Fig. 2). Toutes les pièces, à l'exception du transistor VT2, sont montées d'un côté de la carte, la feuille de l'autre côté sert de dissipateur thermique pour le transistor VT2 installé dessus.

Fig. 3

La minuterie intégrée KR1006VI1 (DA2) peut être remplacée par un analogue étranger NE555N. LED HL1 - toute basse puissance. Le transistor KT361A (VT3) peut être remplacé par KT361B-KT361E. Les recommandations pour le choix des autres composants sont les mêmes que dans l'article précédent [1].

Fig. 4

L'établissement du dispositif revient à régler les seuils de commutation des comparateurs DA3 et DA4 avec les résistances d'ajustement R7 et R14. Une alimentation de laboratoire est connectée à l'entrée, et un ampèremètre et un rhéostat connectés en série, réglés sur la position de résistance maximale, sont connectés à la sortie. A la sortie du comparateur DA3 (broche 9) par rapport à la broche 2, est connecté un oscilloscope isolé galvaniquement par alimentation. Le moteur de la résistance accordée R7 est installé en haut selon le schéma de la fig. 1 position, le moteur R14 - vers le bas et allumez le courant. Le fusible doit connecter la charge, qui est déterminée par la lueur de l'indicateur HL1 et les lectures de l'ampèremètre. Oscilloscope - montre la présence d'impulsions courtes d'une amplitude d'environ 9 V. Réduisez la résistance du rhéostat jusqu'à ce que l'ampèremètre indique le courant de déclenchement de la protection. Après cela, le curseur de la résistance accordée R14 est déplacé vers le haut selon le schéma de la fig. 1 jusqu'à ce que la charge soit déconnectée. La LED HL1 doit s'éteindre. Déplacez ensuite la résistance d'ajustement du moteur R7 vers le bas du circuit (voir Fig. 1) jusqu'à la disparition des impulsions à la sortie du comparateur DA3. En augmentant la résistance de charge, vérifiez que l'appareil se connecte automatiquement à la source d'alimentation. Une diminution de la résistance de charge, y compris à un court-circuit, devrait provoquer son arrêt en 10 μs environ. En cas de surcharge au moment de la mise sous tension, le fusible électronique ne doit pas connecter la charge.

Un fusible électronique assemblé selon le schéma de la fig. 2 sont réglés de la même manière, à la seule différence que le curseur de la résistance d'ajustement R7 est préalablement réglé sur la position inférieure selon le schéma et déplacé vers le haut, et le curseur de la résistance d'ajustement R14 est réglé sur la position supérieure conformément au schéma et Déplacé vers le bas.

Les paramètres des impulsions de déclenchement peuvent être modifiés en sélectionnant les résistances R4 et R5. S'il n'est pas nécessaire de surveiller la résistance hors charge toutes les 2 ms, la résistance de la résistance R4 peut être augmentée jusqu'à 2 MΩ. Dans ce cas, la période des impulsions de déclenchement augmentera proportionnellement. En réduisant la résistance de la résistance R5, il est souhaitable de réduire la durée des impulsions à la valeur minimale suffisante à laquelle le dispositif connecte de manière fiable la charge sur toute la plage de tension d'alimentation. Il est souhaitable de mesurer le temps d'ouverture du transistor VT2 en mode court-circuit de sortie à la tension d'alimentation maximale et de calculer l'énergie dissipée de l'impulsion de courant, comme décrit dans l'article précédent [1]. Si elle dépasse la limite autorisée, réduisez la résistance de la résistance R5, et si l'appareil cesse de démarrer, réduisez la tension d'alimentation maximale autorisée ou sélectionnez un transistor VT2 plus puissant [4, 5].

Il est possible de régler le fusible électronique de manière à ce que les comparateurs DA3 et DA4 commutent à des résistances de charge différentes. Cela peut être nécessaire lors de la connexion d'une charge avec une caractéristique courant-tension non linéaire.

littérature

1. Lunev A. Fusible électronique à grande vitesse. - Radio, 2007, n°12, p. 28-30.
2. Shilo VL Circuits numériques populaires. Annuaire. - M. : Radio et communication, 1989.
3. Pukhalsky GI, Novoseltsev T. Ya. Conception de dispositifs discrets basés sur des circuits intégrés. Annuaire. -M Radio et communication, 1990.
4. Puissants transistors de commutation à effet de champ d'International Rectifier. - Radio, 2001, n° 5, p. 45.
5. Nefedov A. Nouveaux dispositifs semi-conducteurs. Transistors à effet de champ puissants. - Radio, 2006, n° 3, p. 45-50.

Auteur : A. Lunaev, Koursk ; Publication : radioradar.net

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