Ограничитель силы тока – устройство, предназначенное для исключения возможного повышения силы тока в схеме выше заданного значения. Самым простым ограничителем является обыкновенный плавкий предохранитель. Конструктивно предохранитель представляет собой плавкую вставку, заключенную в изолятор — корпус. Если в схеме по тем или иным причинам повышается сила тока, потребляемая нагрузкой, плавкая вставка перегорает, и питание нагрузки прекращается.
Виды ограничителей
При всех преимуществах использования предохранителя он обладает одним серьезным недостатком – низким быстродействием , что делает невозможным его применение в некоторых случаях. К недостаткам можно отнести и одноразовость предохранителя – при его перегорании придется искать и устанавливать предохранитель точно такой же, как и перегоревший.
Электронные ограничители
Гораздо более совершенными по сравнению с упомянутыми выше предохранителями являются электронные ограничители. Условно такие устройства можно разделить на два типа:
- восстанавливающиеся автоматически после устранения возникшей неисправности;
- восстанавливающиеся вручную. Например: в схеме ограничителя предусмотрена кнопка, нажатие которой приводи к ее перезапуску.
Отдельно стоит сказать о так называемых пассивных устройствах защиты. Такие устройства предназначены для световой и/или звуковой сигнализации о ситуациях превышения допустимого тока в нагрузке. В большинстве своем такие схемы сигнализации применяются совместно с электронными ограничителями.
Простейшая схема на полевом транзисторе
Самым простым решением при необходимости ограничения постоянного тока в нагрузке является использование схемы на полевом транзисторе. Принципиальная схема этого устройства показана на рис.1:
Рис. 1 — Схема на полевом транзисторе
Ток нагрузки при использовании схемы представленной на рис.1 не может быть больше начального тока стока примененного транзистора. Следовательно, диапазон ограничения напрямую зависит от типа транзистора. Например, при использовании отечественного транзистора КП302 ограничение составит 30-50 мА.
Основным недостатком схемы, описанной выше, является сложность изменения пределов ограничения. В более совершенных устройствах для исключения этого недостатка применяют дополнительный элемент, выполняющий функции датчика. Как правило, такой датчик представляет собой мощный резистор, который включается последовательно с нагрузкой. В момент, когда на резисторе падение напряжения достигнет определенной величины, автоматически произойдет ограничение силы тока. Схема такого устройства показана на рисунке 2.
Рис. 2 — Схема на биполярных транзисторах
Как можно заметить, основой схемы являются два биполярных транзистора структуры n — p — n . В качестве датчика используется резистор R 3 с сопротивлением 3,6 Ом.
Принцип действия устройства следующий: напряжение от источника поступает на резистор R 1, а через него и на базу транзистора VT 1. Транзистор открывается, и большая часть напряжения от источника поступает на выход устройства. При этом транзистор VT 2 находится в закрытом состоянии. В момент, когда на датчике (резистор R 3) падение напряжение достигнет порога открытия транзистора VT 2, он откроется, а транзистор VT 1 наоборот — начнет закрываться, ограничивая тем самым ток на выходе устройства. Светодиод HL 1 является индикатором срабатывания ограничителя.
Порог срабатывания зависит от сопротивления резистора R 3 и напряжения открытия транзистора VT 2. Для описанной схемы порог ограничения составляет: 0,7 В/ 3,6 Ом = 0,19 А.
Схема с ручной регулировкой
В некоторых случаях требуется устройство с возможностью ручного изменения величины ограничения тока в нагрузке, например, если речь идет о необходимости заряда автомобильных аккумуляторных батарей. Схема регулируемого устройства показана на рисунке 3 .
Рис. 3 — Схема с регулировкой ограничения тока
Технические характеристики устройства:
- напряжение на входе – до 40 В;
- напряжение на выходе – до 32 В;
- диапазон ограничения тока – 0,01…3 А.
Основной особенностью схемы является возможность как изменения величины ограничения тока в нагрузке, так и возможность регулировки напряжения на выходе. Ограничение тока устанавливается переменным резистором R 5, а напряжение на выходе – переменным резистором R 6. Диапазон ограничения тока определяется сопротивлением датчика тока – резистором R2 .
При конструировании такого устройства стоит помнить, что на VT 4 выделяется достаточно большая мощность, поэтому для исключения вероятности перегрева элемента и выхода из строя он должен быть установлен на радиатор. Также отметим, что переменные резисторы R 5 и R 6 должны обладать линейной зависимостью регулировки для более удобного использования устройства. Возможные аналоги используемых деталей:
- Транзисторы КТ815 — ВD139;
- Транзистор КТ814 — ВD140;
- Транзистор КТ803 — 2N5067.
Вместо заключения
Нельзя утверждать, что тот или иной способ ограничения тока лучше или хуже. Каждый имеет свои достоинства и недостатки. Более того, применение каждого целесообразно или вовсе недопустимо в определенном конкретном случае. Например, применение плавкого предохранителя в выходной цепи импульсного блока питания в большинстве своем нецелесообразно, поскольку предохранитель как элемент защиты обладает недостаточным быстродействием. Говоря более простым языком – предохранитель может сгореть после того, как вследствие перегрузки придут в негодность силовые элементы блока питания.
В общем, выбор в пользу того или иного ограничителя должен производиться с учетом схемотехнических, а порой и конструктивных особенностей источника входного напряжения и особенностей нагрузки.
ОГРАНИЧИТЕЛЬ ТОКА ЛАМПЫ
До сих пор встречаются люди, доказывающие эффект от использования энергосберегающих ламп. В истинности или ложности данного утверждения мы сейчас и разберёмся.
Считаем: цена хорошей лампы накаливания (ЛН) - 0.4$ , энергосберегающей лампы (ЭЛ) - 4 $. Срок службы обеих одинаковый, примерно полгода.
В день, экономия от использования (ЭЛ) составляет около 0.3 кВт, за полгода 0.3х180 = 60 кВт. При цене 1 кВт/ч - 0.03 $, полугодовой эффект будет 0.03х60 = 2 $. Отнимаем эту сумму от цены (ЭЛ) и в итоге имеем 0.4 $ за ЛН, против 2.0 $ за ЭЛ. Комментарии излишни.
Чтоб ещё усилить превосходство ламп накаливания над энергосберегающими, сделаем простую схему для ограничения броска тока через нить накала при включении лампы накаливания.
Схема ограничителя тока лампы взята из радио 8-2009 и настолько проста, что можно плату не травить, а вырезать резаком. Размер платы 20х25 мм. Принцип действия схемы основан на плавной, в течении пол-секунды, подачи напряжения на лампу. К тому-же в итоге подаётся не все 220 В, а около 200 В - что ещё увеличивает срок службы ЛН.
Самая дорогая деталь ограничителя тока лампы симистор - стоит 0.3$, остальные детали думаю есть у всех.
Транзистор КТ940 можно выдрать из модуля цветности нерабочего советского телевизора 3УСЦТ - их там 6 штук. Симистор заменим на ТС106-8. Конденсатор 200 - 1000 мкф на 10 В.
Готовую плату ограничителя тока лампы , замотав чем-то изоляционным,
Казалось бы, бред. Сопротивление лампы измеряется в целых омах, а сопротивление АКБ составляет десятые и сотые доли ома. Последовательное подключение должно привести к перераспределению напряжения: лампе вольт 12, АКБ вольта 2 - и АКБ не будет заряжаться. Но многие из людей недостаточно умны, чтобы предсказать реальный результат.
Лампа накаливания (и галогенная) работает как бареттер, имея изменяемое собственное сопротивление, в зависимости от нагрева (протекающего тока и падающего на ней напряжения), что в свою очередь меняет падение напряжения на лампе. В итоге лампа поддерживает относительно постоянный ток в цепи, ограничивает этот ток, защищает цепь от КЗ - и имея малое сопротивление очень слабо обворовывает напряжение у нагрузки, позволяя даже проводить заряд АКБ (возможно, более медленный).
Чем больше мощность лампы - тем большую силу тока она позволит пропускать. Если добавить к этому возможность установки нескольких ламп параллельно - можно регулировать и силу тока всей цепи, и сопротивления связки ламп. И чем больше ламп - тем более экономична цепь, т.к. общее сопротивление ламп меньше, и светят они меньше. Аналогично при сравнении свечения ламп 21Вт и 55Вт: 55Вт светится гораздо тусклее, несмотря на больший протекающий ток. И со степенью заряда АКБ свет все тусклее, а далее и вовсе пропадет - своеобразный индикатор заряда АКБ: "осталось немного". Ни одна из ламп не вызвала ослепления при взгляде на нее.
(добавлено 21.03.2016) Зарядка АКБ происходит не до конца. Когда ток дошел до минимального значения 1.1А, АКБ перестала заряжаться (при этом ток 1.1А продолжает течь, чудеса). Итого на АКБ стало 11.8В. Значит, нужно в схему добавить еще транзистор, который при напряжении на АКБ 12В отключал лампу и подавал ток напрямую.
Есть зависимость от сопротивления лампы: чем мощнее лампа, тем меньше сопротивление и тем меньше падение напряжения на ней. Надо будет потом с лампой 100Вт попробовать. И больше времени заряжать: вдруг процесс просто увеличился в 1.5 раза по времени.
(добавлено 25.03.2016) Зарядка АКБ происходит до конца (теоретический эмпирический расчет), но: время заряда настолько велико (несколько суток/недель), что можно считать добавление от 21 числа истиной.
(добавлено 26.03.2016) Ждите проверки на АКБ ИБП. Окончательно добил АКБ автомобильную: жила она с дохлой банкой - а теперь еще и пластины посыпались. Возможно, в этом виноват тестовый ток 15А, пущенный на протяжение 1 минуты. Может, из-за осыпавшихся пластин и не кончалась "зарядка" длительное время: закороченные пластины успешно проводили ток 1.1А - опять никаких чудес: просто недостаток знаний.
(добавлено 27.03.2016) Все, кто пробовал способ заряда АКБ через лампочку, в 1 голос говорят, что с АКБ просто совпало в плане кончины: лампа не вредит АКБ. Это логично: не повышает силу тока, а ограничивает; не повышает напряжение, а понижает. Причем понижение напряжения дает возможность зарядки нестандартными источниками питания, напряжение которых выбирается в зависимости от мощности лампы (чем меньше мощность - тем больше превышение вольтажа можно позволить). Правильный расчет позволяет даже заряжать АКБ при помощи ЗУ от ноутбука на 19В. В моем случае, когда АКБ перестала принимать заряд (и расходовала энергию на замкнутые пластины и бурление электролита), на клеммах АКБ было 12.7В при 14.4В на источнике питания - значит, лампа 21Вт отбирала 1.7В.
В итоге при помощи обычного адаптера питания и лампочки можно создать полноценное ЗУ для АКБ. Но это - повод проверить на практике: адаптеров дома море, ламп море. Главное: во время теста не проворонить повышение напряжения на клеммах АКБ выше 14.4В, если лампа подобрана неверно.
(добавлено 29.03.2016) Оказывается, галогенные лампы достаточно хрупкие. Не знаю как, но лампа 55Вт при надавливании на металлический кожух оказалась повреждена. Причем визуальных следов повреждения нет - а ток в лампе потек в обход спирали. Знаю, что кварцевое стекло руками трогать нельзя - однако лампы не перегорали и не выходили из строя другими путями: либо напряжение ниже номинального, либо ток, либо время горения.
(добавлено 30.03.2016) Успешная зарядка АКБ ИБП через лампу накаливания 21Вт. На автомобильной АКБ проверить не могу, т.к. нет исправной - но и АКБ ИБП тоже кислотная.
Таблица мощности ламп и ограничения ими тока:
- 100Вт, галогенная. Для АКБ авто: ток <3.6А, для АКБ ИБП: <3.2А - для ИБП не годится,
- 55Вт, галогенная. Для АКБ авто: <3А, для АКБ ИБП <2.9А - для ИБП не годится;
- 21Вт, накаливания. Для АКБ авто: <1.2-1.7А, АКБ ИБП: <1А - для авто не годится;
- 10Вт, накаливания. Для АКБ ИБП <0.3А - годится для маленьких аккумуляторов?
- 5Вт, накаливания. Для АКБ ИБП <0.2А - годится для маленьких аккумуляторов?
Данные указаны для 5-годовалых АКБ Bosch S4 019 и АКБ ИБП APC 7А·ч, разряженных до 6.6В. Был сделан выбор в пользу 100Вт для АКБ авто и 21Вт для АКБ ИБП.
Светодиодные лампы для данной цели непригодны.
(добавлено 12.04.2016) Лампа дает гигантские возможности. Переделанный
У стройство, собранное по схеме, показанной на рис. 1, задерживает подачу на лампу полного напряжения сети приблизительно на 0,2 с - продолжительность зарядки установленного в нем конденсатора. Этого вполне достаточно для эффективного ограничения броска тока через холодную спираль лампы. Остаточное падение напряжения на ограничителе - около 5 В.
Первоначально несколько экземпляров ограничителя было собрано с применением резисторов МЛТ-0,5, транзистора КТ940А, диода КД105Б, сими-стора КУ208Г. В дальнейшем я перешел на малогабаритные детали, типы которых указаны на схеме, и резисторы меньшей мощности, в том числе предназначенные для поверхностного монтажа. Такой вариант ограничителя можно смонтировать на печатной плате, изображенной на рис. 2.
При мощности лампы EL1 более 100 Вт симистор МАС97 необходимо заменить более мощным ВТ137 или ВТА12-600. Если такой тиристор снабдить теплоотводом, а вместо транзистора MJE13001 установить MJE13003, допустимая мощность нагрузки достигнет 2 кВт. Емкость конденсатора С1 можно увеличить до 470 мкФ.
Все изготовленные ограничители работают безотказно уже более трех лет.
Дата публикации: 08.08.2009
Мнения читателей
- Дмитрий
/ 19.05.2014 - 10:16
А кто нибудь знает адрес самого автора этой схемы??? Вот у него бы поинтересоваться, какие детали ставить для мощных ламп??? А то я тоже собрал в итоге - мерцание и потеря мощности!!! [email protected] - satwalker
/ 13.02.2013 - 19:45
Вместо одного MJE13001 берем 2 шт. и из них сооружаем Дарлингтон транзистор. Проверено с BTA06-600. Можно уменьшит R4 до (47-22)кОм. - Rafi
/ 02.10.2012 - 06:54
Very valid, pithy, succnict, and on point. WD. - Евгений
/ 08.09.2010 - 12:06
В данной схеме симистор открывается только на положительной полуволне. Отсюда и мерцание, и провал яркости. Как не меняйте номиналы элементов - от этой хроники не избавитесь. К тому же импульс на УЭ симистора практически отсутствует, а они (симисторы) любят, чтобы тот был коротким и с крутыми фронтами. А фронтами тут почти и не пахнет и определяется сие напряжением и скоростью открытия кол-эм перехода транзистора. Симистору жить при таких условиях недолго. Схема рабочая только на 50%, идея есть, но развита на зачаточном уровне. - RonW
/ 01.11.2009 - 21:37
По-моему, проблема в низком коэффициенте передачи транзистора - у MJE13001 он на уровне 10-40 (у меня измерялось 20). При большом R4 не хватает тока коллектора для открытия тиристора (например, BT134). У более мощных это может быть еще хуже. У КТ940 h>25 (у меня измерялось 60-70). Либо использовать КТ940, либо уменьшать R4. - Виталий
/ 12.10.2009 - 20:33
Евгений, еще немного решил помучать данную схему. Использовал BT137 и MJE13003, резисторы R2,R3,R4 уменьшил в 10 раз, конденсатор взял на 2200мкф, R1 на 1кОм. Мерцание заметно снизилось но начали гореть резисторы (вернее часть, так как пара были переменки на 1 ватт). Может что подскажете... - Виталий
/ 01.10.2009 - 19:01
Если замкнуть коллектор-эммитер лампа не мерцает, но я все таки попробывал уменьшить номиналы: R2 и R4 уменьшал в два раза - проверял во всех комбинациях, а также R1 брал как 1 так и 3 кОм. Проверял на двух разных симисторах и даже пробывал выводы 1 и 2 менять местами - не знаю можна ли так делать, но ничего не сгорело. Что еще попробывать даже не представляю. - Евгений
/ 30.09.2009 - 15:32
А если замкнуть коллектор-эммитер транзистора лампа мерцает?Если да- попробуй уменьшить резистор R4.Где-то вдвое. Можно попробовать уменьшить и R2. - Виталий
/ 26.09.2009 - 14:46
Попытался собрать схему для люстры (примерно 400 ватт) - использовал BT137 и BTA12-600, а транзисторы MJE13003, BUT11AX, BUH515, BU2508DF, 2SC2482 и со всеми одна и та же песня - лампа разгорается на полную но заметно сильное мерцание!! Пробовал уменьшить R1 до 1кОм, кондер брал от 220 до 1500 мкф. Пробовал и с этими транзисторами MAC97 - мерцание отсутствует только если брать кт940а - причем тогда не мерцает ни с одним из семисторов, но мощности то не хватит явно для 400Вт. Может возможно использовать какой то советский транзистор но более мощный? Например кт812а или кт828а - размер меня устроит, так как плата будет прятаться прямо в люстре. Что скажете? - Виталий
/ 25.09.2009 - 18:23
собрал схему с использованием кт940а и mac97 - уже 3 штуки и все отлично работают!!! Завтра куплю новые транзисторы, а то эти оказались убитые (брал из баласта сгоревшей энергосберегающей лампы, заодно и выяснил что в них горит постоянно:)))) и попробую с мощными симисторами. - Евгений
/ 18.09.2009 - 20:07
У тебя симистор не открывается во вторую полуволну сетевого напряжения. Попробуй замкнуть коллектор-эммитер перемычкой и включить. Если все правильно собрал, то лампа сразу загориться на полный накал. Если нет-то проверяй подключение симистора. Попробуй уменьшить R1 до 1 кОм. {eufs()email.ua} - Виталий
/ 09.09.2009 - 18:08
Собрал сегодня данную схему. Использовал BT137, 13003, кондер на 470 мкф. Наблюдается ужасное мерцание лампы на 100 ватт и явное снижение яркости свечения. Может что то не так??? Я просто профан по большому счету во всем этом, но на подобных несложных схемах пытаюсь чего нить освоить да и полезного чего то сделать.