Ограничение тока — это практика наложения ограничения на ток , который может быть подан на нагрузку , чтобы защитить цепь, генерирующую или передающую ток, от вредных последствий, вызванных коротким замыканием или перегрузкой. Термин «ограничение тока» также используется для определения типа защитного устройства от сверхтока. Согласно NEC/NFPA 70 2020 года, защитное устройство от сверхтока с ограничением тока определяется как «устройство, которое при прерывании токов в своем диапазоне ограничения тока уменьшает ток, протекающий в неисправной цепи, до величины, существенно меньшей, чем та, которая могла бы быть получена 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, в то время как положительный (PTC) используется для ограничения максимального тока после того, как цепь работала (с недостатком времени охлаждения в обоих случаях). Более сложные решения с использованием активных компонентов могут использоваться, когда более простые варианты не подходят.
В некоторых электронных схемах используется активное ограничение тока, поскольку предохранитель может не защитить твердотельные устройства.
Один из стилей схемы ограничения тока показан на рисунке. Схема представляет собой 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 — защитный транзистор, который включается, как только напряжение на R sens становится около 0,65 В. Это напряжение определяется значением R sens и током нагрузки через него (I load ). Когда Q2 включается, он отключает базовый ток от Q1, тем самым уменьшая ток коллектора Q1, который почти равен току нагрузки. Таким образом, R sens фиксирует максимальный ток на значении, заданном как 0,65/R sens . Например, если R sens = 0,33 Ом, ток ограничивается примерно 2 А, даже если R load становится коротким (и V o становится равным нулю).
Далее, эта рассеиваемая мощность будет сохраняться до тех пор, пока существует перегрузка, что означает, что устройства должны быть способны выдерживать ее в течение значительного периода. Эта рассеиваемая мощность будет существенно меньше, чем если бы не было предусмотрено никакой схемы ограничения тока. В этой технике за пределами ограничения 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 foldback , которое уменьшает ток в случае короткого замыкания. При коротком замыкании , когда выходное напряжение падает до нуля, ток обычно ограничивается малой долей максимального тока.
Основная цель ограничения тока фолдбэк в линейных источниках питания — удержание выходного транзистора в пределах его безопасного предела рассеивания мощности . Линейный регулятор рассеивает разницу между входным и выходным напряжениями в виде тепла. В условиях перегрузки выходное напряжение падает, поэтому разница становится больше, тем самым увеличивая рассеивание. Фолдбэк помогает удерживать выходной транзистор в пределах его безопасной рабочей области в условиях неисправности и перегрузки . Фолдбэк также значительно снижает рассеивание мощности в нагрузке в условиях неисправности, что может снизить риски возгорания и теплового повреждения. [1]
Во многих источниках питания используется защита с ограничением постоянного тока ; фолдбэк идет на шаг дальше, линейно уменьшая предел выходного тока по мере уменьшения выходного напряжения. Однако это добавляет сложности источнику питания. Он может вызывать условия «блокировки» с неомическими устройствами , которые потребляют постоянный ток независимо от напряжения питания (например, операционные усилители). Ограничитель тока фолдбэк может также использовать переходную задержку, чтобы избежать блокировки и ограничить локализованный нагрев при коротком замыкании.
Импульсный источник питания, работающий на пределе тока с короткозамкнутым выходом, не имеет повышенного рассеивания мощности в силовом транзисторе(ах), поэтому ограничение тока фолдбэк является только функцией приложения, а не функцией, которая также предотвращает разрушение источника питания неисправностью нагрузки. Преимущество безопасности от снижения мощности, подаваемой на короткое замыкание в нагрузке, пропорционально пределу рабочего тока. Ограничение тока фолдбэк чаще всего встречается в импульсном источнике питания, когда он является компонентом в продукте, который независимо сертифицирован на соответствие региональным стандартам безопасности. [2]
Проблема предыдущей схемы заключается в том, что Q1 не будет насыщен, если его база не будет смещена примерно на 0,5 вольт выше V cc .
Эти схемы работают более эффективно от одного источника питания (V cc ). 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 выключать Q1, тем самым ограничивая ток нагрузки. Дополнительный компонент R2 защищает Q2 в случае короткого замыкания нагрузки. Когда V cc составляет не менее нескольких вольт, для Q1 можно использовать MOSFET для снижения падающего напряжения. Благодаря своей простоте эта схема иногда используется в качестве источника тока для мощных светодиодов. [3]
