Индикатор и реле отключения или обрыва нагрузки

Неплановое или штатное отключение цепи нагрузки, включая ее обрыв, может повлечь вполне предсказуемые последствия [1]. В частности, целый ряд импульсных источников питания не может работать без нагрузки. Перегорание ламп автомобильных фар, не замеченное вовремя, может обернуться серьезным дорожно-транспортным происшествием. При эксплуатации многочисленного класса мультимедийных изделий с внешним питанием от USB-зарядных устройств пользователь чаще всего отключает сам девайс, не отключая от сети зарядное устройство. Такое устройство в силу некачественной элементной базы, попадания воды или в результате скачка напряжения в сети может стать источником пожара.

На Рисунке 1 приведена схема релейной защиты, срабатывающей при отключении или обрыве цепи нагрузки. В исходном состоянии, когда выключатель SA1 разомкнут и цепь нагрузки исправна и подключена, ток через нагрузку создает падение напряжения на индикаторе тока – диоде VD2. Это напряжение через резистор R3 приложено к управляющему переходу транзистора VT2. В силу того, что сопротивление резистора R1, подключенного параллельно выключателю SA1, на несколько порядков выше сопротивления нагрузки (от 12 до 2000 Ом), напряжение на коллекторе транзистора VT2 близко к нулю. Соответственно, транзистор VT1 заперт, ток через обмотку реле К1 не протекает.

Рисунок 1.	Релейная схема, срабатывающая на отключение или обрыв сопротивления нагрузки.

Предположим, что при разомкнутом выключателе SA1 произошел обрыв нагрузки. Тогда транзистор VT2 остается закрытым, ток через него не протекает, напряжение на коллекторе будет равно напряжению питания. Транзистор VT1 открывается, срабатывает реле К1, включая своими контактами систему сигнализации, либо отключая источник питания. Разумеется, что при этом отключается и сама релейная защита, поэтому для отключения источника питания потребуется второе реле, управляемое от реле К1. Диод VD1 защищает транзистор VT1 от бросков напряжения при коммутации реле.

Рассмотрим варианты работы устройства при замкнутом выключателе SA1. Предположим, что цепь нагрузки исправна. Через сопротивление нагрузки протекает ток, падение напряжения на датчике тока – диоде VD2 в диапазоне токов от 5 мА до 1 А обеспечивает открытое состояние транзистора VT2. Нижняя граница тока 5 мА определяется порогом открывания транзистора VT2. Верхняя граница (1 А) обусловлена максимально допустимым током через диод VT2 и может быть расширена использованием диода, рассчитанного на более высокий прямой ток.

Поскольку транзистор VT2 открыт, напряжение на его коллекторе минимально, следовательно, транзистор VT1 закрыт, и реле К1 обесточено. При обрыве нагрузки транзистор VT2 закрывается, напряжение на его коллекторе возрастает до напряжения питания, транзистор VT1 открывается, включая реле К1.

Второе устройство (Рисунок 2) предназначено для аудиовизуальной индикации обрыва или отключения сопротивления нагрузки. Его входные цепи (транзистор VT2, датчик тока – диод VD2 и другие элементы) идентичны первому устройству, поэтому на описании процессов, происходящих при включении/отключении элементов SA1 и R_Н, останавливаться не будем. Отметим только, что в зависимости от состояния элементов SA1 и R_Н на коллекторе транзистора VT1 будет устанавливаться состояние логического нуля или единицы, управляющее работой схемы индикации.

Рисунок 2.	Аудиовизуальный индикатор обрыва или отключения нагрузки.

На элементе DD1.3 микросхемы CD4093 (КР1561ТЛ1) выполнен генератор прямоугольных импульсов. Генератор вырабатывает короткие импульсы на частоте 2 Гц с коэффициентом заполнения 10%. Величина этого коэффициента задается резистором R7.

Элемент DD1.2 выполняет функцию инвертора, управляющего работой второго, звукового генератора импульсов, выполненного на элементе DD1.3. Этот генератор работает на частоте 1 кГц. При обрыве цепи нагрузки устройство индикации активизируется: короткие пакеты импульсов поступают на базу транзистора VT1, в цепь нагрузки которого включен через токоограничивающий резистор R1 светодиод HL1, а также пьезокерамический капсюль BQ1 (ЗП-19 или ему подобный).

Представленные в статье схемные решения могут быть использованы при создании охранных систем. Для этого в качестве сопротивления нагрузки используется шлейф тонкого провода, обрыв которого приведет к срабатыванию системы сигнализации.

Литература

Материалы по теме