Комментарии 94
На старых советских платах было что-то аналогичное. Но там стоял мощный стабилитрон на шине питания. При превышении напряжения он открывался - и сжигал предохранитель. Что-то типа Д815Е в металле.
Или просто защитный диод. SM6T15CA. Стоит рубли. И не нужно городить схему.
Увы, данный диод не имеет достаточной энергоемкости, для защиты достаточно мощной нагрузки.
1,5КЕ15А
ЕМНИП, среди выводных подавителей можно найти варианты вплоть до 5 кВт в импульсе.
Зато, снабдив тиристор более точным пороговым элементом, можно и повысить точность и уменьшить время нахождения защитного элемента в приоткрытом состоянии.
Все верно.
Подавители они на то и подавители, что могут подавлять (рассеивая в виде тепла) кратковременные выбросы большой мощности, так называемые единичные импульсы в терминологии ЭМС. Однако их характеристики не позволят заменить тиристор с обвязкой в данном решении.
Если посмотреть на ВАХ того же 1,5КЕ15А, то видно что для гарантированного и быстрого выжигания предохранителя потребуется превышение напряжения в разы. Иначе неизвестно кто первым схлопнется и наверняка это будет не предохранитель.
Тиристор тоже не панацея, так как чудес скорострельности не показывает. Однако вы верно заметили, что можно установить довольно точный порог срабатывания (что в приведенной схеме и имеется), что приведет к началу срабатывания при достаточно низком напряжении. Как более надежный вариант есть даже специализированные микросхемы, например MC3423.
При этом не стоит забывать, что данная схема применяется лишь как дополнение и крайняя мера для случаев когда имеющейся защиты по входу недостаточно, а она в приличном (и, вероятно, дорогом) девайсе должна быть по умолчанию и реализована скорее всего на тех же подавителях. Например, в случае подключения устройства расчитанного на 12В в бортовую сеть 24В. Вообще, если посмотреть на схемотехнику серьезных устройств разработанных для работы от бортовой сети автомобиля, можно найти очень интересные решения.
Иначе неизвестно кто первым схлопнется и наверняка это будет не предохранитель.
Без VPN и прочего: "Failure Modes and Fusing of TVS Devices". Вполне подробно о том, что TVS пробивается на К.З. Но необходимо совместно выбирать предохранитель, чтобы потом не пережечь его на обрыв.
Тиристор тоже не панацея, так как чудес скорострельности не показывает.
Появившийся ещё в 80-е годы T2800D с максимальным неповторяющимся током 100 А включается за 1,6 мкс при токе управления 80 мА. Разве много?
Вполне подробно о том, что TVS пробивается на К.З. Но необходимо совместно выбирать предохранитель, чтобы потом не пережечь его на обрыв.
Во-первых, к замене предохранителя (в сокете) добавится перепаивание подавителя.
Во-вторых, предохранитель может оказаться по цене сравнимым с тиристором (который дорогой, но многоразовый)
T2800D с максимальным неповторяющимся током 100 А
Тут важнее характеристика I²t, которая у него всего 40А²с, что опять же сильно ограничит выбор предохранителя (вообще не уверен что найдутся подходящие)
Во-первых, к замене предохранителя (в сокете) добавится перепаивание подавителя.
Не обязательно. Если выбрать предохранитель под стать TVS'у (или TVS под стать предохранителю, требуемому по стартовому току прибора), то менять надо будет только предохранитель. Из недавней практики, хоть и с другим типом детали, - сгорело два однофазных БП на 40 и 100 Вт от шалостей линейных электриков. 100 Вт - замена предохранителя (8 AT) и варистора (10 мм). 40 Вт - замена предохранителя (4 АТ) и пускового NTC. 10 мм варистор - цел.
Тут важнее характеристика I²t, которая у него всего 40А²с
Я специально привёл старый симистор, чтобы показать микросекундное быстродействие 8 А симистора на технологиях 40-летней давности. Более мощные приборы, конечно, - медленнее. Но обеспечивают сходное время включения. Например, с номинальным током 40 А и I²t чуть более 1000 А²с, - 5 мкс.
Заходишь в блог компании МТС, ожидая почитать про импортозамещение высоких технологий и это вот всё, в итоге читаешь про технологии, которые мы заслужили.
Не удивлюсь, если подобные схемы используются в резервированном(?) питании БС.
Такие статьи гораздо лучше и полезнее, чем еженедельные новости из Китая о его превозмогании санкций США за счет собственного производства.
А чем плоха статья про схемотехнику?
Ошибки в терминологии и недостаточная глубина.
А чем плоха статья про схемотехнику?
Абстрактно - ничем. Но в корпоративном блоге МТС хочется (почему-то) чего-то от МТС (вроде бы технологичная компания, должно быть что-то интересное рассказать), а не когда просто отстегнули бюджет на сторону, и пусть копирайтер пишет что хочет, вплоть до запусков SpaceX или программировании на 1С, лишь бы читалось.
Лучше так не делать, эта схема ложный друг, подведет в самый неподходящий момент. Слабое место - стабилитрон: при определённой скорости нарастания входного напряжения его может пробить до того как успеет сработать плавкий предохранитель, но вы этого скорее всего сперва не заметите, если предохранитель все-таки сработал. Предохранитель замените и успокоитесь, а защита больше не работает.
Тем не менее, подобные решения раньше широко применялись в составе блоков питания, предназначенных для питания дорогостоящей электроники. Например, источник питания БПС6 от "Электроники-60" https://sysadmin.link/?p=1590 На первом фото хорошо видно три тиристора (по количеству каналов выходного напряжения) схемы защиты под большим электролитом.
не видя схему трудно сказать для чего они там, я бы скорее предположил что заменяли реле задержки подачи питания на время стабилизации. Там у них на входе трансформатор, так что особых перенапряжений и резких фронтов во вторичке не должно быть.
Для того самого, о чем говорится в статье - для защиты нагрузки от повышенного напряжения в случае пробоя силовых транзисторов импульсных стабилизаторов напряжения. Вот только схема управления тиристорами, насколько помню, была несколько сложнее, чем просто один стабилитрон.
и даже если, тем не менее, защищать находясь во вторичке комплексного блока питания, где все условия нормированы, это совсем другая задача чем у автора, пытаться защитить произвольный DC вход от произвольного перенапряжения или переполюсовки. Вопрос не в том, может ли схема сделать это единожды, вопрос в том, можно ли на неё полагаться.
Здесь я с Вами соглашусь, что схема дополнительной защиты от перенапряжения, если она необходима, должна входить в состав источника питания, а не быть отдельным устройством. Кстати, подобные схемы в составе источников питания рассматривали и такие авторитеты, как Хоровиц и Хилл в их Искусстве Схемотехники https://kaf70.mephi.ru/content/public/uploads/files/iskusstvo_shemotehniki_t-1_p.horovic_1993.pdf страница 335 раздел 6.06
Источником перенапряжения может быть наводка на линии от источника до потребителя, или неисправность в другом потребителе (если их несколько параллелно). Так что защиту от напряжения правильно ставить на входе потребителя.
Если специально не извращаться с линией питания, чтобы добиться ее максимальной индуктивности, что нормальный человек делать явно не будет, то перенапряжения там могут быть только в виде очень коротких иголок, от которых тиристор не поможет - он просто не успеет открыться. Там надо ставить что-то более быстродействующее.
кстати, если внимательно посмотрите, заметите что тиристоры включены там сразу после трансформатора, мощные транзисторы уже дальше по схеме, а вот выпрямительных диодов там сосем нет. Так что скорее всего тиристоры и выполняли роль управляемого синхронного выпрямителя для импульсной стабилизации, со всей сопутствующей сложной обвязкой, а транзисторы работали уже на сглаживание.
А дело в том, что в ссср до последнего была проблема с мощными импульсными mosfet транзисторами, откровенно говоря паршивые они там были, а тиристоры были и дешевле и надёжнее, так что приходилось синхронные выпрямители по возможности на тиристорах городить. В телевизорах конца восьмидесятых уже применялись импульсные AC/DC преобразователи с mosfet в первичке, так они и горели там что мама не горюй, а замену найти трудно было.
Нет, тиристоры включены именно на выходах каналов импульсных стабилизаторов напряжения, параллельно выходам. Выпрямительные диоды там есть, просто их плохо видно - это мост (или полумост - уже не помню) на "таблетках" КД213, на первом фото они зажаты под небольшим радиатором на отдельной печатной плате ниже трансформатора.
Естественно, никаких мощных полевиков там нету, в качестве силовых ключей используются биполярные транзисторы. Тогда в союзе мощных ключевых полевых транзисторов просто не было как класса, были только усилительные, неприлично высокое сопротивление каналов которых не позволяло использовать их в качестве мощных ключей.
да, действительно, вижу мост, и это ужасно, потому что тогда вообще теряется смысл весь этот огород городить. Силовых транзисторов там два, индукторы преобразователя видимо эти зелёные кольцевые сбоку, так что выдавать они могли всего 1 или 2 канала, в зависимости от способа включения, а выходных каналов и этих защит ровно три, что тем более странно. И плавкие предохранители там вроде как есть, но впаянные, так что не для самостоятельной замены, только в сервисе.
Там три канала: два мощных +5В 18А, +12В 3.5А и маломощный -12В, соответственно и силовых части две мощные и одна хиленькая. Если очень хочется покопаться в ретросхемотехнике - то нашел откуда можно скачать документацию и схему: https://www.qrz.ru/schemes/detail/1406.html
Что касается впаянных предохранителей на стороне низкого напряжения - то они же могут сгореть не в результате каких либо перегрузок и замыканий в нагрузке, для этого есть защита по току, а только в результате выхода самого блока питания из строя, так что их замена подразумевает и ремонт всего блока питания. Так что в их "впаянности" нет ничего плохого, наоборот - нечего их менять без диагностики и ремонта остального.
Появились мощные полевики уже к 88 году - семплы из Новосибирска нам присылали. Старший коллега чего то на них делал на 10-25 кВт.
на моей памяти в самом начале 90x к нам на ремонт какие-то черно-белые телевизоры последних тогдашних моделей попадали, в черном пластиковом корпусе и довольно лёгкие, производителя не помню к сожалению. Там у них однозначно стоял уже нормальный высокочастотный импульсник на высоковольтном полевике, по как-бы современной уже схеме, мы тогда с такой схемой первый раз и познакомились, непривычно еще было для советской техники, без тяжелого трансформатора. Только вот они-то там в основном и горели, а заменить нечем было.
Блок питания на фото, судя по шильдику, 1987 года выпуска. Следовательно, проектировался он еще раньше. И учитывайте инерционность советского массового производства - конкуренция тогда не особо подхлестывала, да и принцип "работает - не трожь".
кстати, если внимательно посмотрите, заметите что тиристоры включены там сразу после трансформатора, мощные транзисторы уже дальше по схеме, а вот выпрямительных диодов там совсем нет. Так что скорее всего тиристоры и выполняли роль управляемого синхронного выпрямителя для импульсной стабилизации, со всей сопутствующей сложной обвязкой, а транзисторы работали уже на сглаживание.
А дело в том, что в ссср до последнего была проблема с мощными импульсными mosfet транзисторами, откровенно говоря паршивые они там были, а тиристоры были и дешевле и надёжнее, так что приходилось синхронные выпрямители по возможности на тиристорах городить. В телевизорах конца восьмидесятых уже применялись импульсные AC/DC преобразователи с mosfet в первичке, так они и горели там что мама не горюй, а замену найти трудно было.
Это было до удешевления полевиков и появления почти халявных драйверов верхнего плеча. Сейчас для этих целей есть готовые микросхемы с высоким быстродействием и защитой даже от импульсного воздействия.
Точно, хотел про это написать, решил проверить, Вы опередили. В этих блоках питания применялись также быстродействующие предохранители, утверждалось, что серебряные..
стабилитрон: при определённой скорости нарастания входного напряжения его может пробить
Если в виду имеется не туннельный/Зенеровский обратимый пробой стабилитрона, на котором и построена работа схемы, то какой?
Типичный механизм отказа для стабилитрона - К.З. и, в случае выхода его из строя, схема просто будет коротить любое входное напряжение, превосходящее падение от тока У.Э. на последовательном резисторе (5 В при 100 Ом и условных 50 мА макс.) + 0,8-1,2 В, требуемые для открытия симистора.
А "пробить" стабилитрон до обрыва - не позволит включение симистора. Резистор в 470 Ом добавит к току через стабилитрон всего ничего, порядка 13 мА (при тех же вводных о токе и напряжении срабатывания симистора и сопротивлении последовательного резистора.
как у любого полупроводника там возможен лавинный и тепловой пробой. Поскольку конденсатор в схеме в нормальном состоянии разряжен, в момент пробоя сопротивление будет составлено из обоих резисторов в парралель, это около 84 ома, потом возрастёт до 470. Попади туда например случайно сетевые 220V, мощность на стабилитроне будет от 32 до 5.7 ватт, вот и можете прикинуть сколько миллисекунд он протянет пока испарится. При транзиентных наводках энергии может быть и поменьше, но и они тоже могут пройти несколько раз за короткое время
в момент пробоя сопротивление будет составлено из обоих резисторов в парралель
Последовательно с резистором в 100 Ом - будет эмиттерный переход одного из транзисторов симистора.
Попади туда например случайно сетевые 220V, мощность на стабилитроне будет от 32 до 5.7 ватт, вот и можете прикинуть сколько миллисекунд он протянет пока испарится.
Если исходить из разумной достаточности, то на входе у нас БП на 12 В с гальванической развязкой от сети и конструкция разъёмов вряд ли позволит подключить блок защиты напрямую в сеть.
Что касается миллисекунд (около 5 при частоте сети 50 Гц), то симистор включится уже за микросекунды (раз и два) и примет удар на себя.
И даже если стабилитрон пробьётся на К.З., то это даст вполне приемлемую ложноположительную реакцию схемы. Если, конечно, не брать в расчёт установку вместо предохранителя медного провода.
последовательно с резистором там будет на какое-то время разряженный конденсатор, который одновременно задержит и включение тиристора. Постоянная времени у цепочки там 10uS, не много, но всё же.
Что может оказаться на входе, никак не указанно, и если бы там всегда был гарантированный БП с 12V и гальванической развязкой, то вообще незачем огород городить, у него там даже в случае пробоя регулятора и мостов не будет AC выше 20V, вход современного прибора вполне бы с этим и сам справился. Как потребитель у автора подразумевается трансивер, а это прибор не домашний, он порой на кабеле в полевых условиях работает, и от чего нужно вход прибора в поле действительно защищать, так это от: переполюсовки, транзиентных наводок, наводок от грозового разряда, случайного попадания сетевой фазы.
Про пробой стабилитрона вам никто не гарантирует что будет к.з., как и для любого полупроводника, в зависимости от интенсивности и длительности лавинного и теплового пробоя может что угодно быть, может и обрыв, или сперва короткое а потом сразу обрыв, или "моргание", или в полудохлом состоянии даже видимость стабилизации но с шумами. Бабушка надвое сказала, слишком много факторов влияют.
Лучше так не делать, эта схема ложный друг, подведет в самый неподходящий момент.
Я подозреваю, что если дело доходит до такой скорости нарастания напряжения, что не выдержит стабилитрон - то там уже не поможет ни кроубар, ни транзорбер, ни черт лысый.
А эта схема с тиристором много где успешно применялась. Вот, например, защита шины +5V из старого Тектроникса-1705:
Скрытый текст
Вообще-то в массовой схемотехнике для создания искусственного КЗ используется варистор. Просто, дешево, надежно.
Варистор пережигающий предохранитель на 20А при 12в большеват будет
Варистору так-то ток не важен, главный параметр - "поглощаемая энергия", которую варистор может переварить, не сгорев. Подробнее нужно уже на конкретной схеме считать. Облегчить работу варистора можно быстродействующим предохранителем, и газовым разрядником на сотню В. Ну, а если мало будет, то и пусть сгорит этот копеечный варистор, но схему защитит.
Это на входе блоков питания, где 220 вольт и меньшие, чем в статье, токи. А тут пытаются защитить потребителя низковольтного питания, что сложнее. :)
Варистор - надёжно? Вот тут не соглашусь. При регулярных нагрузках номинальным током он быстро стареет и может произвольно перегореть. Скорость срабатывания очень низкая для современных схем. И плату потом после его перегорания отмывать напряжно.
Вообще-то в массовой схемотехнике для создания искусственного КЗ используется варистор.
Варистор срабатывает не быстро и не при точном значении напряжения. От пожара он обычно защитит, от мгновенного превышения напряжения на низковольной шине - вряд ли.
Тиристор же, если взять древний 2N6400 из того же Тектроникса, включается за одну микросекунду и срабатывает в худшем случае с точностью в два вольта - без подбора и во всем диапазоне температур.
Единственно что - не очень представляю себе схему БП, который может выдать существенно более высокое напряжение от штатного.
Ну разве что это DC-DC понижайка или БЖТ с пробитой изоляцией обмоток при заземленном железном корпусе.
Почитайте про load transient response. Из за хреновой ОС в блоке питания могут быть сильные всплески что убьют аппаратуру если внутри криво реализована защита от перенапряжения. Супрессор на 12в ограничивает далеко не на 12 вольтах
как уже указали, например transients, всплески от коммутируемой нагрузки в параллельно проложенном кабеле, могут быть значительными и обеих полярностей. Другое дело, что приведённая схема от них не спасёт, они слишком быстрые, а стабилитрон убить уже может.
У нас как-то на одном приборе transients стабильно убивали драйвер rs485 контроллера, когда по шине управляли мощным 24V соледоидом через 10-15m четырёхжильного кабеля (две сигнальных, две питания). А просто ребята ошиблись с защитой выхода драйвера, немного не те zener поставили, взяли на +-15V когда по спеку надо -7 и +12. А китайский драйвер спек выполнял точно, при -11 после третьего импульса дох как миленький. При том что принимающий драйвер на самом соленоиде не страдал, убивало именно что контроллер.
единственным минусом можно считать стоимость тиристора
Ток же импульсный, можно взять тиристор по-проще. Типа BT151-500R (120А 10мс)
А что-нибудь самовосстанавливающееся есть? Без необходимости вручную менять предохранитель.
Лучше не надо.
Есть проблемы со старением, изнашиванием, разбросом и плавностью порога срабатывания.
Это же схема защиты дорогостоящей электроники от повышенного напряжения на выходе источника питания в случае его выхода из строя и подачи из-за этого недопустимо высокого напряжения на нагрузку. Если данная защита сработала, то это значит надо серьезно разбираться с источником питания, и замена сгоревшего предохранителя при этом - одна из самых мелких неприятностей, которые произошли.
Симистор (тиристор) - не пробивается, а включается.
Для полноты разработки - следует сравнить справочные параметры I²t для предохранителя и симистора. "Melting integral" для первого должен быть ниже, чем у второго на ожидаемом (расчётном) времени срабатывания.
Сегодня - не плюсую.
Добавлю:
Сопротивление резистора R2 выше, чем R1, а это ограничивает возможность тока потечь через него
Если дословно верить фразе, то автору удалось придумать альтернативный закон Киргофа - от сопротивлений теперь зависит не сила тока, а его вероятность (возможность).
А всего-то не надо вставлять слова-паразиты в технический текст.
В этой схеме лучше использовать Fast предохранители в цилиндрическом корпусе - автомобильные слишком медленные, с запредельным параметром I²t. И 30-амперного тиристора для пережигания 20 А предохранителя имхо маловато, нужно как минимум пятикратный запас...
как делать не надо
Согласен на 💯
А как надо?
Сначала надо определиться с условиями эксплуатации. А то придет кому то в голову такую защиту ставить в устройство предназначенное для бортовой сети автомобиля - получаем сжигание преда сразу после заведения двигателя. Как вариант Lm5066 или попроще eFuse микросхемы с защитами применяют в трансиверах.
Если ресивер действительно дорогой а риск превышения напряжения велик, может быть стоит взять что-то по серьёзнее? Начать с того, чтобы не экономить на блоке питания. Затем изучить цепи питания самого ресивера. Ну и если реально надо ещё защиты, то использовать специализированные микросхемы от тексиса ну или макс/Даллас, силикон лабс очень широкий спектр предлогает, ну и ещё куча кто делает. Они есть разные, погуглите на тему "микросхемы защиты от превышения напряжения" . Из плюсов вы получите высокое быстродействие с защитой от высоковольтных пульсаций, ваша схема это точно не обеспечивает.
Тиристор в схеме на 20 А для пережигания предохранителя с детектором напряжения на стабилитроне, и ещё плавкий предохранитель (он хотя бы быстродействующий?). Защита будет срабатывать ну очень не быстро, современный передатчик может успеть подохнуть быстрее.
Аффтыръ! Даешь тестовые замеры отключения на нагрузке с пишущим осциллографом.
Для разных сценариев - 13.5В, 48, 220, 380... Вот это будет интересно. ;)
К тиристору вопросов на самом деле нет. Он зашунтирует нагрузку и "выдаст" ток в сотни Ампер (на самом деле определять ток уже будет падение напряжения на проводах и предохранителе). А вот к выбору предохранителя вопросы имеются. Мало того что автомобильные сами по себе не самые быстрые, так еще и контрафакта полно.
А не проще поставить один сурпрессор?
Супрессор может избавить от коротких импульсов. От длительного воздействия он не спасёт.
Но предохранитель сожгет, проверено. Иногда они сами на КЗ перегорают (становятся перемычкой :) ). Но защищают. На моей практике 100%.
TVS можно довести до обрыва при неправильно выбранном предохранителе.
При длительном воздействии супрессор выйдет из строя. При этом его выводы окажутся замкнуты накоротко — таков его аварийный режим. Это приведёт к перегоранию предохранителя. В данном случае при ремонте нужно будет заменить и предохранитель, и супрессор. Однако, на мой взгляд, такое решение лучше, чем приведенная автором статьи схема на тиристоре. Причины указывали в комментариях выше.
Супрессоры типа TVS обычно/часто уходят в короткое и выгорают при микросекундных помехах, а вот на наносекундах живут нормально
При длительном воздействии TVS горят сами на ура. В целом прибор защищает, проблема только в том, что выпаивать приходится потом, менять.
А вообще, от самых коротких импульсов, вроде помех от искры, супрессоры тоже не особо помогают, но думаю тут и схема автора будет бесполезна.
С одной стороны, да, это сработает. Но только до того момента, пока не произойдет пробой транзистора между коллектором и эмиттером из-за превышения напряжения.
максимальное обратное напряжение [тиристора] — 800 В. Именно такое значение может привести к неконтролируемому пробою элемента. На практике оно вряд ли «прилетит» по линии 12 В;
MOSFET и IGBT с напряжением 800 В и выше существуют уже несколько десятилетий. Это первое.
Второе: нет расчета номиналов и мощности резисторов, не указано предназначение конденсатора и обоснование его емкости.
И, наконец, самое главное:
прототип заработал сразу же и без нареканий.
Как проверяли срабатывание защиты? При каких перенапряжениях, какой длительности? Сколько раз подряд?
А если применить два свинцовых аккумулятора: пока один заряжается, другой питает трансивер, затем они меняются местами?
Собрать то он её соберет, вопрос только в том будет ли это работать у него. Как проверить, что всё что было спаяно работает как положено и при необходимости реально защитит схему?
Если 20В не критично - есть КН102А с пробоем 20 В.
Есть же супрессоры, наконец.
SMCJ12A к примеру...
Не надоело велосипеды изобретать?
Если использовать, то специализированные защитные тиристоры - SIDACtor-ы.
а зачем такое городить? стабилизаторы уже отменили? так же продается куча дц/дц преобразователей на фиксированное выходное напряжение и пофиг что на входе, на выходе всегда то, что нужно.
Crowbar circuit: надежная DIY-защита для цепи питания 12 В. Как это работает?