Меню

Защита от скачков напряжения 24в

Рекомендации при проектировании схем защиты цепей питания 12 и 24 В для автомобильных приложений

С помощью семейства интегральных схем MAX16126/7/8/9 компания Maxim Integrated обеспечивает защиту бортовой автомобильной электроники от бросков напряжения в диапазоне от -36 до 90 В без применения дополнительных внешних компонентов. В случае же применения таковых, защита простирается вплоть до 200 В, что авторы статьи доказали на практическом примере, собрав схему защиты на базе микросхемы MAX16127TC+.

Автомобильной электронике приходится работать при воздействии сильных импульсных помех. В современных автомобилях установлено большое количество электронного оборудования, для работы которого необходимо защищать цепи питания от бросков напряжения, электростатических разрядов и включения при обратной полярности аккумулятора. Согласно ГОСТ 28751-90 электронное устройство, работающее в автомобильной сети, должно выдерживать воздействие помех в диапазоне от минус 1100 В до плюс 300 В (для бортовой сети). Для решения этих проблем существует несколько традиционных вариантов защиты:

  • установка дискретных компонентов (варисторы, защитные TVS-диоды, предохранители, индуктивные и емкостные фильтры);
  • использование электронных компонентов со встроенной защитой от перегрузок по входу и выходу;
  • применение специализированных микросхем с активной защитой.

Каждый из этих способов имеет преимущества и недостатки. Преимущество защиты на дискретных компонентах – низкая стоимость. К недостаткам этого варианта можно отнести зависимость напряжения ограничения от мощности помехи и большое время срабатывания у варистора и предохранителя. Последовательное включение диода на входе защищаемой схемы позволяет реализовать защиту от включения с обратной полярностью, но падение напряжения на диоде уменьшает диапазон допустимых входных напряжений. Кроме того, на последовательно включенном диоде теряется рассеиваемая мощность, так как весь ток протекает через этот диод. Плавкие предохранители необходимо заменять после перегорания. В большинстве случаев для этого требуется ехать на станцию технического обслуживания.

Использование микросхем со встроенной защитой ограничено их выбором и ценой. К тому же, такие микросхемы не справляются с мощными высоковольтными помехами.

Специализированные микросхемы для активной защиты от перенапряжений лишены многих недостатков схем на дискретных электронных компонентах. Основная идея специализированных микросхем защиты – замена дискретных компонентов мощными высоковольтными транзисторами, которые управляются интеллектуальными схемами. Это позволяет расширить функциональность схем защиты при высокой точности параметров ограничения.

Основные положения ГОСТ 28751-90

Электронные устройства, подключаемые к бортовым сетям автомобилей с напряжениями питания 12 или 24 В, должны обеспечивать электромагнитную совместимость и помехоустойчивость, удовлетворяя требованиям межгосударственного стандарта ГОСТ 28751-90. В этом документе описаны требования и методы испытаний для автомобильного оборудования. По устойчивости к воздействиям импульсных помех электронные приборы, устанавливаемые в автомобилях, делятся на функциональные классы, описание которых взято из упомянутого выше ГОСТа и приведено в таблице 1.

Таблица 1. Функциональные классы приборов по устойчивости к воздействию импульсных помех по цепям питания

Класс Описание
A Все функции изделий выполняются во время и после воздействия испытательных импульсов
B Все функции изделий выполняются во время и после воздействия испытательных импульсов, однако значения одного или нескольких параметров могут выходить за пределы допусков. После воздействия значения всех параметров восстанавливаются
C Одна или несколько функций изделий не выполняются во время воздействия испытательных импульсов, однако после воздействия работоспособность изделия восстанавливается
D Одна или несколько функций изделий не выполняются во время воздействия испытательных импульсов. После воздействия работоспособность изделия восстанавливается простой управляющей операцией
E Одна или несколько функций изделий не выполняются во время воздействия испытательных импульсов. После окончания воздействия работоспособность изделия не восстанавливается без проведения ремонта

Для конкретного электронного прибора, подключаемого к цепям питания автомобилей с напряжениями 12 или 24 В, должна быть обеспечена его работоспособность в соответствии с одним или несколькими классами, приведенными в таблице 1. Применение специализированных микросхем защиты с дополнением их высоковольтными MOSFET транзисторами позволяет обеспечить защиту от мощных импульсов помех, удовлетворяя условиям сразу нескольких классов из таблицы 1. Для проведения измерений на устойчивость к воздействию помех на вход исследуемой схемы подаются тестовые импульсы с конкретными параметрами.

Параметры тестовых импульсов также приводятся в ГОСТ 28751-90. Наиболее опасный и сложный из этих тестовых импульсов имеет номер 5. Его параметры для разных цепей напряжений питания бортовой сети автомобиля приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Параметры тестового импульса №5 для бортовых сетей 12 и 24 В

Рис. 1. Параметры тестового импульса №5 для бортовых сетей 12 и 24 В

Этот импульс является самым жестким при проведении испытаний на соответствие, т.к. содержит в себе наибольшую энергию. Подача этого импульса при испытаниях, ввиду его сложности, даже не требует соответствия классу А, то есть, при подаче импульса 5 устройство не обязано выполнять все функции во время и после подачи импульса.

Семейство специализированных интегральных схем защиты MAX16126/7/8/9

Для защиты электронных устройств, предназначенных для работы в автомобильных сетях питания, компания Maxim Integrated выпускает семейство интегральных схем MAX16126/7/8/9 (таблица 2). Это семейство позволяет реализовать схему защиты в широком диапазоне напряжений. Сама микросхема защиты MAX16126/16127 рассчитана для работы в диапазоне -36…90 В без применения дополнительных внешних схем. Однако для расширения диапазона работы производитель рекомендует использование внешнего параметрического стабилизатора [2], что позволяет существенно расширить диапазон рабочих напряжений. При этом рабочий диапазон будет ограничен предельными характеристиками параметрического стабилизатора и внешних транзисторов.

Читайте также:  Синдром напряжения глазных яблок

Таблица 2. Микросхемы серии MAX16126/7/8/9 для защиты автомобильной электроники

Наименование Режим защиты от перенапряжений Допустимые напряжения помех,
(без дополнительных внешних схем) В
Корпус
MAX16126TCA Выключение с автозапуском -36…90 B 12TQFN-EP 3 х 3 мм
MAX16126TCB Выключение после одного перезапуска
MAX16126TCC Выключение после трех перезапусков
MAX16126TCD Выключение
MAX16127TC Ограничение
MAX16128UAxxxx Выключение (с автозапуском; после одного перезапуска или после трех перезапусков) 8 uMAX
MAX16129UAxxxx Ограничение

Испытание схемы защиты на базе MAX16127 при подаче импульса номер 5

Амплитуда помехи при напряжении аккумулятора 24 В может достигать 200 В при длительности импульса до 350 мс. Именно параметры этого самого «страшного» импульса были использованы при тестировании защитных микросхем серии MAX16126/7/8/9 с дополнительными высоковольтными транзисторами. Для проведения испытаний на базе MAX16127TC+ была собрана схема защиты с допустимым рабочим диапазоном до +400 В (рисунок 2). В качестве ключей были выбраны транзисторы компании STMicroelectronics STP5N52K3, параметрический стабилизатор был выполнен на базе стабилитрона CMZ5946B компании ON Semiconductor. Настройка порога срабатывания от перенапряжения была произведена на уровень 32 В при помощи внешних резисторов R3 и R4 согласно технической документации.

Рис. 2. MAX16127TC с высоковольтными MOSFET-транзисторами

Рис. 2. MAX16127TC с высоковольтными MOSFET-транзисторами

Транзистор Т1 используется для защиты при появлении отрицательного напряжения, например, при неправильном включении устройства в цепь («переполюсовка»). В применениях, где необходимы миниатюрные решения и не требуется защита от отрицательных импульсов, транзистор Т1 может не устанавливаться. Транзистор Т2 служит для реализации защиты при появлении повышенного напряжения. При появлении на входе схемы защиты повышенного напряжения, превышающего заданный порог срабатывания (Over Voltage threshold), MAX16127 закрывает транзистор Т2, тем самым препятствуя попаданию повышенного напряжения на выход схемы.

Для макетирования была выбрана микросхема MAX16127TC+, так как в этом случае используется режим ограничения помехи, при котором выходное напряжение практически не изменяется, и обеспечивается работоспособность питаемого прибора без нарушения его функциональности.

Рис. 3. Реакция схемы ограничения на пиковый входной импульс в отсутствие нагрузки

Рис. 3. Реакция схемы ограничения на пиковый входной импульс в отсутствие нагрузки

На рисунке 3 показана реакция схемы ограничения на входной импульс с пиковым значением 182 В при отсутствии нагрузки (желтая осциллограмма). Полное напряжение, поступающее на вход схемы ограничения, составляет (24 + 182 = 206) В, где 24 В – это напряжение аккумулятора. Ограниченное напряжение на выходе в этом режиме измерений не превышает (24 + 6 = 32) В, то есть при амплитуде импульса на входе 182 В, выходное напряжение увеличилось на 6 В.

Рис. 4. Нагрузка 100 Ом, ток 300 мА, выходное напряжение 32 В

Рис. 4. Нагрузка 100 Ом, ток 300 мА, выходное напряжение 32 В

На рисунке 4 изображена осциллограмма при нагрузке 100 Ом. Таким образом, выходное напряжение схемы защиты составило 32 В, а ток – 300 мА, при этой степень подавления входной помехи практически не изменяется. Это говорит о том, что при изменении тока нагрузки в широком диапазоне от нуля до 300 мА режим ограничения помехи практически не меняется, что является большим преимуществом активных схем ограничения по сравнению с решениями на пассивных компонентах.

Рис. 5. Реакция на фронт (скачок)

Рис. 5. Реакция на фронт (скачок)

На рисунке 5 показан фронт ограничения при нарастании входного напряжения. При входном напряжении до 32 В уровень напряжения передается на выход без изменения. При достижении напряжения на входе около 32 В (этот порог срабатывания можно при необходимости изменить) происходит ограничение выходного напряжения при дальнейшем росте входного напряжения. Обратите внимание, что масштаб по оси времени составляет 2 мс на клетку (масштаб времени на предыдущих осциллограммах был 40 мс).

При подаче импульсов с разной нагрузкой проводилось измерение температуры транзисторных ключей. Ввиду того, что ограничение производится в ключевом режиме, повышение температуры во время ограничения зафиксировано не было. То есть использование ограничивающей микросхемы MAX16127 не предъявляет специальных требований к рассеиваемой мощности транзисторных ключей, дополнительных теплоотводящих конструкций (радиаторов) и т.д. Также стоит отметить, что транзисторы и стабилитроны были выбраны, исходя из их наличия. При дополнительных требованиях к размерам схемы защиты разработчик может выбирать транзисторы в более миниатюрных корпусах.

Использование версии микросхемы с функцией ограничения (MAX16127) позволяет не просто защитить электронное устройство при появлении помехи или намеренном повышении напряжения питания на линии, а дает возможность сохранять работоспособность устройства. То есть в случае намеренных попыток выведения из строя по линиям питания, устройство может вести лог этого события или передавать сигнал тревоги, например по одному из беспроводных каналов (например, GSM). Таким образом, использование семейства MAX16126/16127 позволяет реализовать устройство, превышающее максимальные степени жесткости по ГОСТ 28751-90.

Источник



Как защитить технику от перепадов напряжения

Внезапные перепады напряжения грозят плачевными последствиями для бытовой техники: выход из строя без надежды на ремонт. А для загородного дома в период летних гроз эта проблема становится наиболее актуальной. Почему происходят перепады и чем они опасны для техники? Как надежно защититься от скачков напряжения?

Читайте также:  Стабилизатору напряжения подключить аккумулятор

Чем опасны перепады напряжения

Перепад напряжения может быть вызван одновременным отключением нескольких мощных устройств, аварией на электросетях, нестабильной работой подстанции из-за перегрузки, эксплуатацией сварочного аппарата, низким качеством материалов электропроводки или ее монтажа. Нередко к существенному скачку напряжения приводит и удар молнии по линии электропередач.

Большинство перепадов незначительны и остаются незамеченными нами, но не техникой. Любой скачок, из-за которого напряжение в сети становится выше 250 Вольт, снижает срок службы подключенных устройств или дестабилизирует их работу. Даже несущественные отклонения на 5-10 %, происходящие регулярно, приводят к сбоям в управляющих блоках, сбросу настроек, возникновению помех. Перепады на 10-25 % сокращают срок службы приборов почти вдвое. А скачки напряжения до 300 Вольт выводят из строя блоки питания, управляющие и сенсорные панели, электродвигатели, сетевое оборудование.

В большинстве многоквартирных домов качество электропроводки оставляет желать лучшего, они не выдерживают нагрузки, ведь в каждой квартире одновременно работают десятки приборов. Безусловно, лучше поменять в квартире проводку, чтобы минимизировать вероятность перепадов и не довести до пожара. Но даже если нет такой возможности, обезопасить себя и родных можно.

Сетевые фильтры

Так называемый сетевой фильтр — это зачастую просто разветвитель/удлиннитель, защитные функции у которого либо фактически отсутствуют, либо являются минимальными и способны защитить только от перегрузки или короткого замыкания.

Однако среди «обманок» прячутся и настоящие сетевые фильтры, которые с помощью LC-контура фильтруют высокочастотные помехи в сети. Стоимость таких устройств, естественно, выше, но для некоторых видов техники наличие полноценной фильтрации необходимо. У приборов с LC-контуром есть характеристика «Подавление электромагнитных / радиочастотных шумов». Если вам нужен такой вариант, обращайте на нее внимание.

Стабилизаторы напряжения

Если подаваемое напряжение в сети не соответствует заданным нормам, стабилизатор нормализует его. К тому же стабилизатор повторяет функции хорошего сетевого фильтра: защита от короткого замыкания, от перенапряжения и высоковольтных импульсов, а также фильтрация помех. Маломощные стабилизаторы можно устанавливать для отдельного электроприбора, например, для холодильника, так как этот прибор наиболее болезненно реагирует на скачки напряжения. Супермощные стабилизаторы устанавливаются для всей сети, такие модели наиболее полезны для загородных домов или в районах, где с напряжением постоянные проблемы.

В сетях 220 Вольт используются однофазные стабилизаторы, в сетях 380 Вольт — три однофазных либо один трехфазный. Хороший стабилизатор хоть и стоит в разы дороже сетевого фильтра, однако он реально защищает технику от серьезных перепадов напряжения и обеспечивает стабильную работу.

Источники бесперебойного питания (ИБП)

ИБП объединяет в себе функции сетевого фильтра и стабилизатора (кроме резервного типа), но помимо этого позволяет технике работать еще какое-то время после отключения электропитания. Бесперебойники бывают трех типов: резервные, интерактивные и с двойным преобразованием.

Резервный вариант — самое простое и дешевое решение. Он пропускает ток через LC-контур, как в хороших сетевых фильтрах, а если необходимое напряжение отсутствует, осуществляется переключение на аккумуляторы. К недостаткам резервных бесперебойников можно отнести задержку при переключении на батареи (5 – 15 миллисекунд).

Интерактивные ИБП оснащены ступенчатым стабилизатором, позволяющим поддерживать надлежащее напряжение на выходе без использования батарей, что увеличивает срок их службы. Такие источники бесперебойного питания годятся для ПК и значительной части бытовой техники.

Бесперебойники с двойным преобразованием преобразуют полученный переменный ток в постоянный, а на выходе подают снова переменный с необходимым напряжением. Аккумуляторные батареи при этом все время подключены к сети, переключение не производится. ИБП данного типа отличаются более высокой стоимостью, в то же время создают больший шум при эксплуатации и сильнее нагреваются. Применяются в основном для требовательного к надежности питания оборудования: серверов, медицинское оборудования.

Реле напряжения

Реле напряжения, также называемые реле-прерывателями, производят размыкание электрических цепей при перепадах напряжения. После отключения питания реле через небольшие временные интервалы проверяет состояние напряжения, и при нормальных значениях возобновляет подачу тока.

Некоторые модели оснащения регуляторами, позволяющие настраивать реле под разные приборы, устанавливая верхний и нижний предел перепадов для отключения, а также время последующей активации. Существуют модели реле-прерывателей как для монтирования в электрощиток, так и для отдельной установки в розетку.

Источник

защита нагрузки питанием 24в от перенапряжения

kudjo

A.T.Tappman

Информация Неисправность Прошивки Схемы Справочники Маркировка Корпуса Сокращения и аббревиатуры Частые вопросы Полезные ссылки

Справочная информация

Этот блок для тех, кто впервые попал на страницы нашего сайта. В форуме рассмотрены различные вопросы возникающие при ремонте бытовой и промышленной аппаратуры. Всю предоставленную информацию можно разбить на несколько пунктов:

  • Диагностика
  • Определение неисправности
  • Выбор метода ремонта
  • Поиск запчастей
  • Устранение дефекта
  • Настройка

Учитывайте, что некоторые неисправности являются не причиной, а следствием другой неисправности, либо не правильной настройки. Подробную информацию Вы найдете в соответствующих разделах.

Неисправности

Все неисправности по их проявлению можно разделить на два вида — стабильные и периодические. Наиболее часто рассматриваются следующие:

  • не включается
  • не корректно работает какой-то узел (блок)
  • периодически (иногда) что-то происходит
Читайте также:  Стабилизатор напряжения эра ста 2000

Если у Вас есть свой вопрос по определению дефекта, способу его устранения, либо поиску и замене запчастей, Вы должны создать свою, новую тему в соответствующем разделе.

  • О прошивках

    Большинство современной аппаратуры представляет из себя подобие программно-аппаратного комплекса. То есть, основной процессор управляет другими устройствами по программе, которая может находиться как в самом чипе процессора, так и в отдельных микросхемах памяти.

    На сайте существуют разделы с прошивками (дампами памяти) для микросхем, либо для обновления ПО через интерфейсы типа USB.

    • Прошивки ТВ (упорядоченные)
    • Запросы прошивок для ТВ
    • Прошивки для мониторов
    • Запросы разных прошивок
    • . и другие разделы

    По вопросам прошивки Вы должны выбрать раздел для вашего типа аппарата, иначе ответ и сам файл Вы не получите, а тема будет удалена.

  • Схемы аппаратуры

    Начинающие ремонтники часто ищут принципиальные схемы, схемы соединений, пользовательские и сервисные инструкции. Это могут быть как отдельные платы (блоки питания, основные платы, панели), так и полные Service Manual-ы. На сайте они размещены в специально отведенных разделах и доступны к скачиванию гостям, либо после создания аккаунта:

    • Схемы телевизоров (запросы)
    • Схемы телевизоров (хранилище)
    • Схемы мониторов (запросы)
    • Различные схемы (запросы)

    Внимательно читайте описание. Перед запросом схемы или прошивки произведите поиск по форуму, возможно она уже есть в архивах. Поиск доступен после создания аккаунта.

  • Справочники

    На сайте Вы можете скачать справочную литературу по электронным компонентам (справочники, таблицу аналогов, SMD-кодировку элементов, и тд.).

    • Справочник по транзисторам
    • ТДКС — распиновка, ремонт, прочее
    • Справочники по микросхемам
    • . и другие .

    Информация размещена в каталогах, файловых архивах, и отдельных темах, в зависимости от типов элементов.

    Marking (маркировка) — обозначение на электронных компонентах

    Современная элементная база стремится к миниатюрным размерам. Места на корпусе для нанесения маркировки не хватает. Поэтому, производители их маркируют СМД-кодами.

    Package (корпус) — вид корпуса электронного компонента

    При создании запросов в определении точного названия (партномера) компонента, необходимо указывать не только его маркировку, но и тип корпуса. Наиболее распостранены:

    • DIP (Dual In Package) – корпус с двухрядным расположением контактов для монтажа в отверстия
    • SOT-89 — пластковый корпус для поверхностного монтажа
    • SOT-23 — миниатюрный пластиковый корпус для поверхностного монтажа
    • TO-220 — тип корпуса для монтажа (пайки) в отверстия
    • SOP (SOIC, SO) — миниатюрные корпуса для поверхностного монтажа (SMD)
    • TSOP (Thin Small Outline Package) – тонкий корпус с уменьшенным расстоянием между выводами
    • BGA (Ball Grid Array) — корпус для монтажа выводов на шарики из припоя

  • Краткие сокращения

    При подаче информации, на форуме принято использование сокращений и аббревиатур, например:

    Сокращение Краткое описание
    LED Light Emitting Diode — Светодиод (Светоизлучающий диод)
    MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor — Полевой транзистор с МОП структурой затвора
    EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory — Электрически стираемая память
    eMMC embedded Multimedia Memory Card — Встроенная мультимедийная карта памяти
    LCD Liquid Crystal Display — Жидкокристаллический дисплей (экран)
    SCL Serial Clock — Шина интерфейса I2C для передачи тактового сигнала
    SDA Serial Data — Шина интерфейса I2C для обмена данными
    ICSP In-Circuit Serial Programming – Протокол для внутрисхемного последовательного программирования
    IIC, I2C Inter-Integrated Circuit — Двухпроводный интерфейс обмена данными между микросхемами
    PCB Printed Circuit Board — Печатная плата
    PWM Pulse Width Modulation — Широтно-импульсная модуляция
    SPI Serial Peripheral Interface Protocol — Протокол последовательного периферийного интерфейса
    USB Universal Serial Bus — Универсальная последовательная шина
    DMA Direct Memory Access — Модуль для считывания и записи RAM без задействования процессора
    AC Alternating Current — Переменный ток
    DC Direct Current — Постоянный ток
    FM Frequency Modulation — Частотная модуляция (ЧМ)
    AFC Automatic Frequency Control — Автоматическое управление частотой

    Частые вопросы

    После регистрации аккаунта на сайте Вы сможете опубликовать свой вопрос или отвечать в существующих темах. Участие абсолютно бесплатное.

    Кто отвечает в форуме на вопросы ?

    Ответ в тему защита нагрузки питанием 24в от перенапряжения как и все другие советы публикуются всем сообществом. Большинство участников это профессиональные мастера по ремонту и специалисты в области электроники.

    Как найти нужную информацию по форуму ?

    Возможность поиска по всему сайту и файловому архиву появится после регистрации. В верхнем правом углу будет отображаться форма поиска по сайту.

    По каким еще маркам можно спросить ?

    По любым. Наиболее частые ответы по популярным брэндам — LG, Samsung, Philips, Toshiba, Sony, Panasonic, Xiaomi, Sharp, JVC, DEXP, TCL, Hisense, и многие другие в том числе китайские модели.

    Какие еще файлы я смогу здесь скачать ?

    При активном участии в форуме Вам будут доступны дополнительные файлы и разделы, которые не отображаются гостям — схемы, прошивки, справочники, методы и секреты ремонта, типовые неисправности, сервисная информация.

    Полезные ссылки

    Здесь просто полезные ссылки для мастеров. Ссылки периодически обновляемые, в зависимости от востребованности тем.

    Источник

  • Adblock
    detector