Оглавление:
Данный электронный предохранитель рассчитан на ток до 10 А и рабочее напряжение до 400 В. Он построен на базе контроллера UC3843 и MOSFET-транзистора. Большинство доступных в интернете решений рассчитаны на напряжения до 30 В и не ограничивают скорость нарастания тока (dI/dt), что делает их уязвимыми при коротких замыканиях. Это подвигло разработать более надежную схему, подходящую для работы с высокими напряжениями.
Работа схемы
Вот таблица с перечнем компонентов, использованных в схеме:
| Обозначение | Наименование | Параметры |
|---|---|---|
| UC3843 | Контроллер ШИМ | Используются функции UVLO и измерение тока |
| STP25NM50N | MOSFET транзистор | ≥500 В, ≥10 A, Rds(on) зависит от тока отключения |
| R1 | Резистор | 75 кОм, 2 Вт, выдерживает полное питание |
| R2 | Резистор | 100 кОм |
| R | Резистор в цепи затвора MOSFET | 4.7 Ом |
| ZD (3 шт.) | Стабилитроны | 5.1 В (1 шт), 18 В (2 шт) |
| C1 | Конденсатор керамический | 10 нФ, 1 кВ (ограничение dV/dt) |
| C2 | Электролитический конденсатор | 220 мкФ, 25 В |
| C3 | Керамический конденсатор | 100 нФ |
| BA159 (4 шт.) | Диоды высоковольтные | Быстродействующие выпрямительные |
| Кнопка Reset | Кнопка сброса / включения | Нормально разомкнутая |
| L1 | Дроссель (индуктивность) | ≥160 мкГн при 320–400 В |
| 1N5408 | Диоды | Быстрые, ток ≥3 А, напряжение ≥1000 В |
На принципиальной схеме изображена конструкция предохранителя и варианты его подключения к нагрузке. В микросхеме UC3843 используются функции контроля минимального напряжения питания (UVLO) и измерения тока (вход 3). Ток фиксируется через падение напряжения на MOSFET, а срабатывание происходит при превышении порога в 1 В. Порог настраивается резисторами R1 и R2. Важно учитывать ток смещения вывода 3 (2–10 мкА), особенно при проектировании делителя напряжения.
Резистор R1 должен выдерживать полное напряжение питания. Конденсатор на 10 нФ/1 кВ ограничивает скорость изменения напряжения (dV/dt), тем самым защищая MOSFET и ускоряя реакцию на резкое увеличение тока. Выбор конкретного MOSFET влияет на порог отключения (через параметр Rds(on)). Для увеличения допустимого тока можно подключать несколько MOSFET параллельно. Напряжение пробоя MOSFET должно быть минимум на 25% выше рабочего.
Схема требует вспомогательного источника питания 12–18 В, ток потребления — около 20 мА. Транзистор должен быть снабжен соответствующим теплоотводом.
Подключение предохранителя
Подключение электронного предохранителя напрямую между источником и нагрузкой недопустимо, поскольку при коротком замыкании необходимо ограничить скорость нарастания тока (di/dt). Эту функцию выполняет индуктивность L1. Также следует предусмотреть защиту от перенапряжений, возникающих на дросселе и паразитных индуктивностях.
Предохранитель может использоваться для защиты импульсных блоков питания. Рекомендуется минимизировать емкость на выходе для защиты нагрузки. Основная фильтрация осуществляется на входе предохранителя.
На схеме показаны различные способы подключения — в положительной и отрицательной шинах. Возможны конфигурации с замкнутым и разомкнутым дросселем. В большинстве случаев предпочтителен второй вариант.
Индуктивность должна быть рассчитана по току и напряжению, с учетом времени срабатывания предохранителя. Для напряжений 320–400 В оптимальной является индуктивность от 160 мкГн, что ограничивает dI/dt до 2–2,5 А/мкс — достаточно для корректного отключения схемы. Также важно обеспечить запас по току, чтобы избежать насыщения сердечника при КЗ.
Управление и сброс
Схема оснащена кнопкой сброса, с помощью которой осуществляется включение. Включение следует производить до подачи основного напряжения. Включение под напряжением не предусмотрено — это известная проблема многих реальных схем защиты. При нажатии кнопки в процессе работы схема отключается.
