Обычный плавкий предохранитель после срабатывания необходимо заменять. Представленная схема выполняет ту же функцию – то есть отключает питание после превышения установленного значения, но позволяет сразу восстановить питание как только перегрузка исчезнет. Порог срабатывания можно выбрать в диапазоне 0,25 – 3 А.

Технические параметры схемы

• отключение питания после превышения установленного порога потребления тока,
• регулируемые максимальные значения тока: 0,25 A, 0,5 A, 0,75 A, 1 A, 1,5 A, 2 A, 2,5 A, 3 A,
• восстановление питания линии после нажатия кнопки,
• сигнализация состояния питания контролируемой цепи (вкл / выкл) двумя светодиодами,
• взаимодействие с цепями постоянного тока напряжением до 50 В,
• источник питания устройства 12 В,
• потребление тока 30 мА.

Представленная схема работает как отключатель максимального тока – после превышения заданного значения выключает питание и сигнализирует об этом светодиодом. Чтоб восстановить питание достаточно нажать кнопку. Схема идеально подходит для мониторинга рабочего состояния цепей, которые могут быть легко перегружены, например, двигателями, или для защиты испытываемых плат от повреждения.

Сбора и настройка предохранителя

Принципиальная схема показана на рисунке. Она не содержит сложных контроллеров, работа её основана на нескольких простых и популярных компонентах.

Масса контролируемой нагрузки должна быть отрезана и подключена к клеммам разъема J1. Затем ток будет протекать через транзистор T1 и резистор R1, который используется для измерения тока. Когда транзистор закрыт, ток перестанет течь. Схема затвора T1 защищена стабилитроном D1 для предотвращения случайного пробоя, для которого максимальное напряжение затвор-исток составляет 16 В. Резистор R2 разряжает емкость затвор-исток. Резистор R3 ограничивает ток, протекающий через цепь управления затвором, в случае его возникновения – например из-за случайного повышения напряжения питания более 15 В.

Выбор транзистора тут не случаен. Сопротивление открытого канала составляет всего 10 мОм. Это означает что при протекании тока 3 А (максимальное значение которое можно установить) транзистор будет терять только 90 мВт мощности, которую можно рассеять без какого-либо радиатора.

Конечно падение напряжения на R1 снижает эффективное напряжение затвор-исток. Это верно, но R1 останется не более 0,3 В (3 A х 0,1 Ом), что, учитывая потенциал затвора около 10 В, является совершенно небольшим значением. С другой стороны, измерение тока упрощено и сводится к измерению падения напряжения на резисторе, подключенном к земле одним проводом. Для правильной работы компаратора необходимо повысить напряжение на резисторе. Усилитель должен иметь низкое значение напряжения смещения, поэтому выбор пал на популярный прецизионный операционный усилитель OP07. Правда в отличие от ОУ LM358 он не может должным образом обрабатывать напряжения, близкие к потенциалу линий питания, следовательно необходимо добавить простой источник минусового напряжения.

Резистор R4 компенсирует влияние токов смещения входов усилителя, что предотвращает образование дополнительной нежелательной постоянной составляющей выходного напряжения. Конденсатор C3 ограничивает верхний предел частоты до 10 Гц. Это, в свою очередь, означает максимальное время нарастания порядка 35 мс – короткие всплески возникающие из-за зарядки конденсаторов внутри схемы с питанием, не вызовут ее активации.

Опорное напряжение которым управляется компаратор, обеспечивает стабилизатор 78L05. Результирующее напряжение 5 В делится с помощью делителя напряжения, который образует резистор R14 и один из резисторов R7 – R13. Таблица содержит список полученных таким образом напряжений, подаваемых на неинвертирующий вход, и соответствующие значения токов отключения. Сигнал с усилителя поступает на инвертирующий вход, а это значит, что превышение допустимого значения тока быстро приведет к насыщению его выходного транзистора, то есть уменьшит выходной потенциал. Чтобы минимизировать риск колебаний на пороге переключения, был введен небольшой гистерезис.

Схема должна иметь память, держащую выходной транзистор полностью открытым или закрытым без ограничения по времени. Это было сделано с помощью триггера Эклса-Джордана на MOSFET транзисторах, что позволило упростить схему за счет отказа от резисторов, ограничивающих базовые токи. Полученный таким образом триггер SR используется для сохранения состояния. Пользователь, замкнув контакты S1, может одновременно включить транзистор Т2 и выключить Т3. Конденсатор C7 делает то же самое, короткое замыкание на некоторое время после включения схемы. Это гарантирует что устройство всегда будет запускаться в одном и том же состоянии, то есть с подключенной нагрузкой. Резистор R18 ограничивает ток перезаряда этого конденсатора.

Когда потенциал стока T3 высокий, почти равный напряжению питания, выходной транзистор T1 открыт. Его активация происходит через повторитель напряжения на транзисторе T4. Это ускоряет процесс включения, и при этом сток транзистора Т3 не нагружается дополнительным током. Потенциал затвора Т1 будет примерно на 2 В ниже напряжения питания, но этого достаточно чтобы полностью его открыть. При этом LED1 включен, а LED2 выключен.

Изменение состояния этого триггера на противоположное возможно только путем насыщения выходного транзистора в компараторе US3, потому что тогда транзистор T2 закрывается, а T3 открывается. Потенциал стока T2 увеличивается при зарядке конденсатора C7, который одновременно открывает транзистор T3. Если LED1 гаснет, а LED2 загорается – схема сигнализирует о чрезмерном потреблении тока.

Блок на 555 используется для создания отрицательного напряжения. Выходное напряжение составляет около -10 В, и оно не стабилизировано, потому что в этом нет необходимости – параметр PSRR питаемой системы (US1) составляет всего 5 мкВ / В, и влияние любых колебаний напряжения будет незначительным.

Схема собрана на двухсторонней печатной плате размером 50 х 65 мм. Большинство компонентов планарные и все они находятся на верхней стороне платы. На этой же стороне находятся компоненты со сквозными отверстиями (THT). При установке резистора R1 стоит припаять его на чуть более длинные выводы, чтобы улучшить охлаждение.

Правильно собранная схема не требует настройки и сразу готова к работе после подключения к источнику питания с напряжением около 12 В 30 мА. просто надо выбрать необходимое значение максимального тока, поставив перемычку на соответствующие контакты JP1.

Схема должна быть подключена к контролируемой цепи, как показано на рисунке, помня что заземления обоих источников питания подключены к плате. Максимальное напряжение при котором может быть запитана контролируемая схема, составляет 50 В и ограничивается допустимым напряжением транзистора T1.

После включения питания схемы (поступающего на клеммы разъема J2) LED1 включится, а LED2 останется выключенным. Это означает, что ток может течь между выводами J1, потому что T1 будет проводящим. При превышении максимального тока светодиоды переключаются, и питание отключится. Проводимость T1 можно восстановить, коротко нажав кнопку S1.

Падение напряжения на выводах разъема J1 зависит от силы протекающего тока. Его максимальное значение составляет примерно 0,35 В (при токе 3 А).