Защита от переполюсовки и кз зарядного устройства

Защита от переполюсовки и к.з. зарядного устройства

Надо было разработать портативное зарядное устройство З.У. для зарядки 12V АКБ в полевых условиях. То есть, заряжать один аккумулятор от другого. Причем, зарядный ток — до 15 А.

В полевых условиях, в темноте и на морозе перепутать полярность — проще простого. Хотелось сделать так, чтобы при неправильной полярности ничего не перегорало, а просто гудел зуммер.

Самая простая известная схема защиты — с предохранителем.

Если предохранитель сгорит — на морозе его не заменишь! Кроме того, при неправильной полярности на выход З.У. придёт целых — 0.9 Вольт!

Вот так перегорает предохранитель Tesla 20A в схеме с 2-мя диодами шоттки VS42CTQ030. В течение 25 mS на З.У. приходит — 0.9 Вольт! Осциллограф подключен к точке А

Большинство микросхем не выдерживает обратной полярности более — 0.6 Вольт. Скорее всего, З.У. при этом выйдет из строя. Хотя и без особого дыма:)

Схема на реле меня тоже не устроила.

Реле включится, если правильно подключить аккумулятор. Просто, дёшево и сердито. Кроме одного но! Если подключить АКБ правильно, а потом снова подключить АКБ, не отключая З.У. НЕПРАВИЛЬНО — то всё сгорит! Ведь, пока З.У. включено, реле уже не отпустит.

Часто можно встретить и другую схему:

Однако, в ней присутствует шунт. При токе 15А потери на шунте будут значительными. А для портативного устройства каждый ватт на вес золота! Нам нужен был общий КПД 94…96%. Без применения принудительной вентиляции З.У.

Давайте теперь посмотрим мою схему:

Работает она следующим образом: На вход (точкаА) приходит напряжение от З.У. которое ограничено по току до 15А, +10…+15 V. От него питается дифференциальный компаратор DA1 через диод VD2. На положительном входе компаратора всегда +0.1V (определяется диодами VD1 и делителем R2, R3). Пока АКБ не подключена, на отрицательном входе компаратора 0v и силовой ключ VT1 закрыт.

Когда АКБ подключена правильно, и напряжение на ней более 4V, стабилитрон VD4 открывается. На отрицательном входе компаратора появляется +0.2V > +0.1V и силовой ключ VT1 открывается. Начинается заряд батареи. Если теперь отключить АКБ и поменять её полярность, то на отрицательном входе компаратора появляется -0.2V и силовой ключ VT1 закроется.

Защита за 0.3 mS отключит батарею от З.У., и минус на него не придет. На входе компаратора будет только -0.2V, что допустимо на неограниченное время. Как видим, никаких шунтов в этой схеме нет! В момент переполюсовки или К.З. питание компаратора обеспечивается за счёт конденсатора С2 и он всегда остаётся “в сознании”.

Подсоединяем осциллограф. Одиночная синхронизация по спаду напряжения на выходе защиты. Подключаем АКБ сначала правильно (зарядка пошла), а потом неправильно.

Жёлтый луч — выход устройства защиты.(точка В) Мы видим, что при переполюсовке ПЛЮС меняется на МИНУС. Синий луч — показывает напряжение на входе устройства защиты.(точкаА) При переполюсовке оно всегда остается положительным. З.У. не выходит из строя. Зуммер издаёт звуковой сигнал. Аналогично защита срабатывает и при К.З. Правда звука зуммера при этом нет. Диоды VD5 и VD6 ограничивают нежелательные выбросы напряжения (+30…-15V) при соединении и отсоединении проводов. L-образный фильтр С4, С5 — обязательный атрибут на выходе в соответствии со стандартами автомобильной промышленности. Все детали, используемые в этой схеме — миниатюрные SMD 0805. Потери на силовом ключе VT1 минимальные — Rds(ON) = 2.4 mOhm, поэтому на печатной плате защита много места не занимает. (выделена красным) В качестве VT1 можно использовать любые MOSFET P канал. V(ds) = -40…-60V; Id = -100A…-180A; Vgs = -1.5…-2.5V logic level; Ciss Если напряжение на заряжаемой батарее меньше 4V, или мы хотим зарядить суперконденсатор с нуля, параллельно силовому ключу предусмотрен байпас — на фото — розовое реле с внешним управлением.

Буду рад, если моя защита поможет сохранить ваши З.У.

Схемы на микроконтроллерах

Человеческий фактор, к сожалению, является наиболее частой причиной аварий и катастроф. Забывчивость, рассеянность, невнимательность, расчёт на пресловутые «авось да небось» — вот первопричины того, что многие устройства не доживают свой век до «технической пенсии».

При лабораторных и радиолюбительских экспериментах частой ошибкой является переполюсовка питания, когда положительный и отрицательный провод меняются местами. Защититься от этого не так уж и сложно (Рис. 6.21, а…и).

Схемы защиты от смены полярности питания (начало):

а) индикатор HL1светится разным цветом при нормальной работе (зелёный) и при неверной полярности входного напряжения (красный). Для устранения неисправности требуется ручная перестыковка проводов. При повышении питания с +3 до +5 В следует увеличить сопротивление резистора R1 до 390…470 Ом;

б) автоматическая коррекция полярности питания без участия человека («автополюсовка»). Специализированная микросхема DAI (фирма Maxim/Dallas) обеспечивает очень низкую разность напряжений между входом и выходом, а именно, 40 мВ при токе 100 мА;

в) схема полуавтоматической коррекции полярности питания. Исходное состояние переключателя SA1 произвольное. Если полярность с первого раза «не угадана», то надо перевести переключатель в другое положение. Такая методика иногда технически проще, чем перестыковка соединительных проводов. Транзистор VT1 защитный, на нём падает напряжение около 0.1 В. Здесь и далее считается, что внутри стабилизатора имеются конденсаторы фильтра, но на схеме они не показаны;

г) аналогично Рис. 6.21, в, но при замене полевого транзистора диодом Шоттки VDL Однако при этом ухудшается экономичность, поскольку на диоде падает достаточно большое напряжение, в среднем 0.2…0.4 В в зависимости от протекающего тока;

Схемы защиты от смены полярности питания (окончание):

д) схема «автополюсовки» с диодным мостом VD1…VD4. Применение диодов Шоттки обеспечивает падение напряжения между входом и выходом 0.4…0.8 В в зависимости от протекающего тока;

е) аналогично Рис. 6.21, д, но с мостом на обычных диодах VD1…VD4. Эта схема хуже по экономичности, поскольку падение напряжения между входом и выходом составляет 1.4… 1.8 В. Может применяться при отсутствии диодов Шоттки, а также при желании рассеять на диодах «лишнюю» мощность в целях облегчения теплового режима стабилизатора А1.

ж) благодаря диоду VD1, контакты реле K1. I замыкают цепь только в том случае, если будет подана «правильная» полярность питания. Достоинство — очень малое падения напряжения между входом и выходом. Недостаток — дополнительный расход мощности на постоянно включённом реле А7;

з) защита от неверной полярности питания в «плюсовом проводе» при помощи полевого р-канального транзистора VT1. Важную роль играет диод Шоттки, находящий внутри транзистора. Через него (и нагрузку в цепи +3.1 В) в начальный момент времени протекает ток, который открывает транзистор, после чего диод шунтируется открытым переходом «сток — исток». Замена транзистора VTI — IRLML6402. Достоинство схемы заключается в непосредственной связи общего провода устройства и «минусового» контакта батареи GB1

и) аналогично Рис. 6.21, з, но с установкой «-канального транзистора VT1 в «минусовом» проводе. Замена транзистора — IRLML2402, IRF7601, BS170. Схема защиты с «-канальным транзистором обычно обеспечивает меньшее падение напряжения, чем схема с р-канальным транзистором. Особенность — отсутствует прямая связь цепи GND и батареи GB1.

Вариант 1

Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.

• Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.
• И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

1. Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Вариант 2

Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.

Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.

При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте.

Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой.

Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.

• Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.
• Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Вариант 3

Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.

Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.

Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.

1. Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.
2. Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

Итог

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.

• Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.
•  Эдуард Орлов –  
• Прикрепленные файлы: СКАЧАТЬ.

Схема защиты от переполюсовки и КЗ для зарядного устройства АКБ

Вот решил посвятить эту статью простой и нужной схеме от короткого замыкания и переполюсовки для любого зарядного устройства. Почти у каждого автолюбителя дома есть зарядное устройство и эта схема будет, как дополнение к ней.

• Эта схема построена на реле, работает она следующим образом:
• На вход мы подключаем зарядное устройство и на выходе у нас нет напряжения, потому что у нас реле разомкнуто, до тех пор пока мы на вход не подключим аккумулятор.
• Если мы аккумулятор подключаем правильно минус к минусу, а плюс к плюсу, то ток течет через диод VD2 замыкая обмотку реле, реле замыкается и закорачивает плюсовую шину, тем самым процесс заряда пошёл, загорелся зеленый светодиод. (я поставил белый, так как не было зелёного)
• Если же мы подключаем АКБ неправильно, плюс к минусу, минус к плюсу, то диод VD2 у нас заперт, обмотка реле не замыкается, ток от зарядки на аккумулятор не поступает, горит красный светодиод, который в этой схеме нарочно подключен наоборот, чтобы показывать нам переполюсовку.

Эта схема так же защищает от короткого замыкания на выходе. Каким образом?

Когда мы случайно закорачиваем крокодилы ЗУ у нас идёт просадка напряжения до такой степени, что обмотка реле отключаясь размыкает контакт. Именно эту схему я применил и для своего зарядного устройства.

Плата в формате .lay; скачать…

Защита аккумулятора от обратной полярности, КЗ, перенапряжения и перегрузки

Все кто имел дело с мощным зарядным устройством знает, что обратное подключение полярности аккумулятора может повредить или зарядное устройство, или сам аккумулятор. Но далеко не все (особенно простые) автомобильные ЗУ имеют систему слежения за такими делами, поэтом чтоб не пришлось в случае чего идти на автобазар и выкладывать 5000 рублей за новый АКБ, в интернете была найдена схема защиты на базе Мосфета.

Схема платы защиты АКБ от КЗ и переполюсовки

После нескольких экспериментов схема модернизировалась и улучшилась, став более безопасной для батареи. Рабочий диапазон этого блока защиты 0-30 В, 0-15 А. Мосфет не требует охлаждения. При токе 15 А на нем выделяется около 2 Вт.

Защита аккумулятора авто 12В — схема

Если выходное напряжение ниже напряжения отключения, схема выключится и будет отображена ошибка. Что касается контактов АКБ, перенапряжение на них произойдет не раньше, чем на резисторах R1 и R2. Это немедленно отключит MOSFET за время порядка нескольких микросекунд, чего недостаточно для нанесения вреда аккумулятору неправильным током или напряжением.

Работа устройства защиты для АКБ

При настройке сначала устанавливаем максимальное напряжение отключения резисторами R1 и R2. Дефектный диод или ключ в преобразователе могут вызвать перенапряжение и повредить потребитель.

Полезное:  Преобразователь напряжения для питания автомобильного усилителя

Резисторы R3 и R4 отвечают за минимальное напряжение отключения. Общая идея — не перегревать полевой МОП-транзистор при напряжении питания ниже 5 В. Также можете установить указанное напряжение — в этом случае схема защитит источник питания от перегрузки.

Например есть источник питания 12 В. Установите минимальное напряжение отключения 10 В. Падение напряжения на источнике питания ниже 10 В приведет к немедленному отключению. Пока нагрузка не будет отключена, MOSFET будет отключен, а зуммер активен. Зуммер здесь сообщает об ошибке подключения (короткое замыкание, переполюсовка, перенапряжение, низкое напряжение).

Защита отключится автоматически при отключении приемника тока. Конденсатор C1 поддерживает питание затвора MOSFET до тех пор, пока на приемнике тока (подключенной батарее) не будет достигнуто минимальное напряжение отсечки.

Предельное напряжение отключения, как опция, защищает приемник тока от поврежденного источника питания. Цель этого не состоит в том, чтобы отключить батарею после достижения предполагаемого напряжения. Для этого используется система стабилизации напряжения источника питания.

Редакция «Две Схемы» уверена, что этот проект кому-то пригодиться. Было собрано несколько плат и все они прекрасно работают.

3— 5,00

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

Простая схема защиты от переполюсовки

Ну вот, как и обещал – вторая статья, которая посвящена системе защиты от переполюсовки, которое нашло довольно широкое применение в промышленных и самодельных зарядных устройствах. Данный вариант был выбран как особо простой и может быть повторен даже человеком, который никак не связан с электроникой.

Для реализации такой схемы защиты вам нужен только диод – всего один диод, который будет установлен в прямом направлении на плюсовой шине зарядного устройства.

Такая система на только проста, что для доработки зарядного устройства, его совсем не обязательно разобрать. Для реализации такой идеи мы используем самую главную функцию полупроводникового диода – в прямом направлении диод открыт, если же его подключить в обратном направлении, то он будет заперт.

Следовательно, если вдруг спутать полярность, то ток просто не будет идти, никаких хлопков, нагрева и прочих дымовых эффектов.

Но как мы знаем, когда напряжение протекает через переход выпрямительного диода, то на выходе последнего будет спад напряжение в районе 0,7 Вольт, именно для того, чтобы спад был минимальным, мы будем использовать диоды ШОТТКИ (с барьером Шоттки)  – на нем спад напряжения в районе 0,3-0,4 Вольт. Единственный недостаток такой защиты заключается в том, что через диод будет течь довольно большой ток, что приводит к нагреву диод.

Для того диод обязательно нужно установить на теплоотвод. Диоды шоттки с больим током можно найти в компьютерных блоках питания. Диоды в указанных блоках из себя представляют трехвыводную диодную сборку, в каждой сборке два диода с общим катодом. Нужно подобрать диоды с током не мене 15 Ампер на каждый диод. В компьютерных блоках могут встречаться диоды с током до 2х30 Ампер.

• Для начала нужно установить диод на теплоотвод, затем запараллелить аноды диодов, таким образом, мы соединили параллельно оба диода.
• Автор;  АКА КАСЬЯН
• .