- Honzíkovy vláčky - https://www.honzikovyvlacky.cz -

Elektronická pojistka nejen pro DCC

[1]Jak již název napovídá, jedná se o elektronickou verzi velmi důležité součástky každého zdroje elektrické energie. I když byla navržena pro modelovou železnici, její využití není jen pro DCC, ale lze ji použít univerzálně. Na rozdíl od tavné pojistky, zde po odstranění problému (zkratu, přetížení) dojde k automatickému návratu do původního stavu. Správnou i poruchovou funkci indikují LED diody (nejlépe jedna dvoubarevná).

 

  Proud, při kterém dochází k aktivaci pojistky (rozpojení obvodu), určuje jediná součástka – speciální termistor – tzv. vratná proudová pojistka (anglicky nejčastěji polyswitch fuse). Činnost pojistky je popsána např. ZDE [2]. Obvody jsou navrženy ve dvou verzích – pro střídavý i stejnosměrný proud, pro maximální proud 4A a napětí do 30V.
Kromě proudové ochrany je možné obvod na desce rozšířit o další dvě funkce.  Jednak je to přepěťová ochrana proti vysokonapěťovým impulzům ze vstupu (přepětí v elektrorozvodné síti vznikající při bouřce nebo rozpínání indukční zátěže), kterou zabezpečuje varistor na vstupu (V1, V101 nebo V3). Dále je zde ochrana proti poruše zdroje projevující se zvýšeným napětím ze zdroje (chyba stabilizátoru, zkrat v transformátoru apod.). Tuto funkci plní moderní polovodičová součástka – tzv. transil na výstupu (TR1 až TR3). Funguje podobně jako Zenerova dioda, ale snese daleko větší přetížení (typicky výkon 1 – 2kW). Při překročení povoleného napětí se stane vysoce vodivým, fakticky vyzkratuje výstup a proud odpojí proudová pojistka. Navíc pracuje velice rychle, čímž chrání další elektroniku za zdrojem. V obvodě pro střídavý proud je použitý bipolární transil, ve stejnosměrném pak unipolární transil, tento chrání navíc před přepólováním zdroje.

[3]
Obr. 1 – Schéma pojistek pro střídavý i stejnosměrný proud

  Při stavbě kolejiště obvykle potřebujeme několik zdrojů napětí – pro trakci, pro doplňky, pro řídící elektronické obvody … (viz např. ZDE [4]).  Deska s plošnými spoji proto obsahuje z výroby tři oddělitelné nezávislé části, dvě jsou pojistky pro střídavý proud (AC) a třetí (spodní na obr. 2) pro stejnosměrný (DC).  Každá může být osazena jinými součástkami podle potřebného proudu a napětí. Navíc umožňuje osadit na místě vstupního varistoru a vratné proudové pojistky součástky s roztečí jak 5 tak i 7,5 mm (jsou označeni V1A a V1B, PS1A a PS1B apod. a na výkresu desky mají symbol kondenzátoru). Lze tedy použít součástky různých velikostí i výrobců. (Kromě toho, vratné proudové pojistky je možné zapojit dvě paralelně a dosáhnout tak i jiné hodnoty vypínacího proudu – součet vypínacích proudů obou součástek.)  Všechny součástky druhého kanálu pojistky pro střídavý proud mají v osazovacím plánku prefix vyšší o 100. Varistory i transily je možné vynechat bez toho, aby byla narušena funkce proudové pojistky. Deska je úmyslně navržená větší (80 x 100 mm, resp. cca 25 x 100 mm jsou její jednotlivé části), aby nebyl problém s montáží a připojováním silnějších vodičů.

[5]
Obr. 2 – Deska s plošnými spoji

Rozpis součástek:

položka

typ / hodnota

poznámka

CON1, CON2, CON101, CON102, CON8, CON7 Svorkovnice dvojpólová např. ARK300V-2P
CON3, CON103, CON9 dutinková lišta (3 dutinky) např. z SIL10PZ
CON3A, CON9A kolíková lišta (3 kolíky) např. z PRSL 20
LED1, LED101 dvoubarevná LED se společnou anodou *) lze použít i dvě samostatné diody zelená/červená  (modrá/červená)
LED3 Dvoubarevná LED, 2 vývody (antiparalelní zapojení) lze použít i dvě samostatné diody zelená/červená  (modrá/červená)
R1, R101, R3, R4 odpor 2k2
D1, D101 dioda 1N4148
V1, V101 Varistor, podle napětí pro max.20V střídavých vhodný typ např. VCR07D330KAR
V3 Varistor, podle napětí pro max. 14V stejnosměrných např.  VCR07D180KAA
PS1, PS101,PS3 vratná proudová pojistka (polyswitch), podle proudu pro 3A např. PFRA.300,
pro 4A RUEF400,
pro 1,35A RDL60V135 apod.
TR1, TR101 bipolární transil, podle napětí pro  střídavé napětí
20V např. 1,5KE22CA**),
pro 25V např. 1,5KE27CA
TR3 unipolární transil, podle napětí pro stejnosměrné napětí
15V  např. 1,5KE18A,
pro 12V např. 1,5KE15A,
pro 5V např. 1N5908

*) je možné použít i dvoubarevnou LED se společnou katodu, ale musí se opačně zapojit D1 !
Uvedené jsou typy součástek podle označení GM Electronic

**) oprava autora dne 15. 2. 2018 – viz komentáře za článkem

 

_________________________________________________________________

Dodatek

  Ve svém původním zapojení (a netvrdím tím, že jinde nelze nálézt podobné nebo identické, protože je úplně trivální) jsem používal pouze červenou LED indikující přetížení. Spolu s odporem (a při verzi pro střídavý proud také se sériovou ochrannou diodou) byla LED zapojená paralelně k PPTC. Zelenou diodu jsem někdy vynechával, jindy byla s ochranným odporem zapojena paralelně k výstupním svorkám. Až časem jsem zejména pro úsporu místa  začal používat dvoubarevnou LED, tak jak je to popsané v tomto článku.
Po jeho publikování jsem byl upozorněn autorem webu vlakytt.cz Pavlem Mihulou na jeho řešení popsané ZDE [6]. Článek jsem kdysi viděl, ale vzhledem k tomu, že se jedná o stejně jednoduché zapojení jako je to mé, nevěnoval jsem mu velkou pozornost. Zapojení je až na ochrannou diodu identické s mou verzí pojistky pro střídavý proud (neobsahuje také přepěťovou ochranu). Nicméně uznávám, že bylo publikováno o tři roky dřív, než mé řešení a měl jsem se o něm zmínit, za což se omlouvám. Obvod pro stejnosměrný proud je odlišný a je zapojený až za usměrňovač, čímž ho také chrání.

Bohouš Partyk

___________________________________________________________

_

7 Comments (Open | Close)

7 Comments To "Elektronická pojistka nejen pro DCC"

#1 Comment By Jaroslav Vorlíček On 3.4.2012 @ 22:37

Popisovaná vratná pojistka je sice zajímavá, ale domnívám se, že obvod by měl být doplněn klopným obvodem s funkcí jako jistič, aby po aktivaci vratné pojistky došlo nejprve k aktivnímu odstranění původu „poruchy“ a pak se obvod teprve znova „zapnul“. Jinak se celý obvod „rozkmitá“, protože po aktivaci vratné pojistky dojde k odpojení zdroje. Tím přestane obvodem protékat proud a tak „zmizí“ jak zkrat, tak přetížení, obvod se znova uvede do provozu a protože původ poruchy nebyl odstraněn, tak dojde znova k aktivaci vratné pojistky a celý děj se znova opakuje – a tím se zařízení rozkmitá.

#2 Comment By Bohouš On 4.4.2012 @ 09:34

Pokud nedojde k odstranění příčiny (tedy zkratu nebo přetížení) nedochází u navržené pojistky k přerušení obvodu, pouze mnohonásobně vzroste odpor PPTC. Protože zátěž má v tom čase malý odpor, je na součástce PPTC téměř celé napětí zdroje a protékajícím malým proudem (není nulový !) se udržuje ve vysokoohmickém stavu. Až po odstranění příčiny (velké zátěže) dojde k návratu do ustáleného stavu (odpor 1 – 2 ohmy). Kmitání tedy nehrozí. Podobné pojistky se používají např. v uzavřených obvodech ve výpočtové i kozmické technice. Pro víc informací: [7]

#3 Comment By Jozef On 4.4.2012 @ 10:31

Vzhledem k dlouhý reakční době se zákmitů nebojím. Spíše se bojím, zda nedojde k poškození zařízení, které má býti chráněno.

Rád bych se zeptal autora, zda by mohl zveřejnit průběh proudu při překročení max proudu (třebas o 1 A)

#4 Comment By Bohouš On 4.4.2012 @ 13:23

Tato pojistka byla navržena jako ochrana transformátoru, resp. vedení – tedy pomalá. Počítám s jejím umístněním mezi transformátor a booster. Samotná trakce je chráněná ochranou v boosteru, která je podstatně rychlejší. Aby zůstal booster napájený i při poruše v kolejišti, je nutné, aby pojistka před ním byla pomalejší než jeho interní ochrana.
Pokud potřebujeme rychlou pojistku, neřeší se pomocí PPTC, ale obvykle rychlými tyristory, nebo výkonovými FET tranzistory.
Pokud jde o měření, mohu se o nějaké pokusit. Trochu je problém s vybavením (nemám výkonový reostat, musím zkusit nějakou jinou zátěž, např. autožárovky). Při jednoduchém zkratování výstupu obvodu dochází k vypnutí cca do 0,3 sekundy.

#5 Comment By Bohouš On 15.2.2018 @ 10:05

Omlouvám se čtenářům i vydavateli, v tabulce je v předposledním řádku u součástek TR1, TR101 uveden chybný text „pro střídavé napětí 20V např. 1,5KE22A, pro 25V např. 1,5KE27CA“
Správně má být „pro střídavé napětí 20V např. 1,5KE22CA“… Zbytek je správně. (Chybělo písmeno C v označení transilu.)

#6 Comment By venca On 24.3.2018 @ 22:55

Dotaz: Kde prosím najdu v programu Eagle tu proudovou pojistku? Nikde jsem jí nenašel… Děkuju.

#7 Comment By Bohuslav Partyk On 25.3.2018 @ 16:56

Dobrý den, nejvíc proudových pojistek je v knihovně polyswitch.lbr. Asi by se našly i jinde, ale tady jsou jak drátové různých rozměrů, tak i SMD.