Ограничение тока — это практика ограничения тока , который может поступать в нагрузку , чтобы защитить цепь, генерирующую или передающую ток, от вредных воздействий из-за короткого замыкания или перегрузки. Термин «ограничение тока» также используется для определения типа устройства защиты от перегрузки по току. Согласно стандарту NEC/NFPA 70 2020 года, токоограничивающее устройство защиты от перегрузки по току определяется как «Устройство, которое при прерывании тока в диапазоне ограничения тока уменьшает ток, протекающий в неисправной цепи, до величины, существенно меньшей, чем эта можно получить в той же цепи, если бы устройство было заменено сплошным проводником с совместимым импедансом».
Ограничитель пускового тока — это устройство или комбинация устройств, используемых для ограничения пускового тока. Пассивные резистивные компоненты, такие как резисторы (с недостатком рассеиваемой мощности) или термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), являются простыми вариантами, тогда как положительный (PTC) используется для ограничения максимального тока после работы схемы (с временем охлаждения). недостаток у обоих). Более сложные решения с использованием активных компонентов можно использовать, когда более простые варианты не подходят.
В некоторых электронных схемах используется активное ограничение тока, поскольку предохранитель может не защитить твердотельные устройства.
Один из вариантов схемы ограничения тока показан на изображении. На схеме представлен простой механизм защиты, используемый в регулируемых источниках постоянного тока и усилителях мощности класса AB .
Q1 — проходной или выходной транзистор. R sens — устройство измерения тока нагрузки. Q2 — транзистор защиты, который включается, как только напряжение на R sens станет около 0,65 В. Это напряжение определяется значением R sens и током нагрузки через него (I load ). Когда Q2 включается, он удаляет ток базы из Q1, тем самым уменьшая ток коллектора Q1, который почти равен току нагрузки. Таким образом, R sens фиксирует максимальный ток на значении, заданном 0,65/R sens . Например, если R sens = 0,33 Ом, ток ограничивается примерно до 2 А, даже если нагрузка R становится короткой (и V o становится нулевым).
Кроме того, эта рассеиваемая мощность будет сохраняться до тех пор, пока существует перегрузка, а это означает, что устройства должны быть способны выдерживать ее в течение значительного периода времени. Эта рассеиваемая мощность будет существенно меньше, чем если бы схема ограничения тока не была предусмотрена. В этом методе за пределом тока выходное напряжение уменьшится до значения, зависящего от ограничения тока и сопротивления нагрузки.
Для уменьшения тепла, которое должно рассеиваться проходными устройствами при коротком замыкании, используется ограничение тока обратного действия , которое снижает ток в случае короткого замыкания. При коротком замыкании , когда выходное напряжение падает до нуля, ток обычно ограничивается небольшой долей максимального тока.
Основная цель ограничения обратного тока в линейных источниках питания — поддерживать выходной транзистор в пределах безопасного предела рассеиваемой мощности . Линейный регулятор рассеивает разницу между входным и выходным напряжениями в виде тепла. В условиях перегрузки выходное напряжение падает, поэтому разница становится больше, что приводит к увеличению рассеяния. Функция Foldback помогает удерживать выходной транзистор в безопасной рабочей зоне в условиях неисправности и перегрузки . Foldback также значительно снижает рассеиваемую мощность в нагрузке в условиях неисправности, что может снизить риски возгорания и теплового повреждения. [1]
Многие источники питания используют защиту с постоянным ограничением тока ; Функция Foldback делает еще один шаг вперед, линейно уменьшая предел выходного тока по мере уменьшения выходного напряжения. Однако это усложняет источник питания. Это может вызвать условия «блокировки» неомических устройств , потребляющих постоянный ток, независимый от напряжения питания (например, операционных усилителей). Ограничитель тока с обратной связью может также использовать переходную задержку, чтобы избежать блокировки и ограничить локальный нагрев при коротком замыкании.
Импульсный источник питания , работающий на пределе тока с короткозамкнутым выходом, не имеет увеличенной рассеиваемой мощности в силовых транзисторах, поэтому обратное ограничение тока является лишь прикладной функцией, а не функцией, которая также предотвращает возникновение неисправности нагрузки. также разрушает источник питания. Выигрыш с точки зрения безопасности от снижения мощности, подаваемой на короткое замыкание в нагрузке, пропорционален пределу рабочего тока. Ограничение обратного тока, скорее всего, можно найти в импульсном источнике питания, если он является компонентом продукта, который независимо сертифицирован на соответствие региональным стандартам безопасности. [2]
Проблема с предыдущей схемой заключается в том, что Q1 не будет насыщаться, если его база не смещена примерно на 0,5 В выше Vcc .
Эти схемы работают более эффективно от одного источника питания (Vcc ) . В обеих схемах R1 позволяет Q1 включаться и передавать напряжение и ток на нагрузку. Когда ток через R_sense превышает расчетный предел, включается Q2, который, в свою очередь, начинает отключать Q1, ограничивая таким образом ток нагрузки. Дополнительный компонент R2 защищает Q2 в случае короткого замыкания нагрузки. Когда V cc составляет хотя бы несколько вольт, в качестве Q1 можно использовать полевой МОП-транзистор для снижения падения напряжения. Из-за своей простоты эту схему иногда используют в качестве источника тока для мощных светодиодов. [3]
