Разработка быстродействующей регулируемой схемы защиты по току для мощного источника питания

1. Разработка быстродействующей регулируемой схемы защиты по току для мощного источника питания

Работу выполнили:
Румянцев Д.А. – МФТИ (4 курс)
Кочетков М.А. – МФТИ (4 курс)
Шульженко И.М. - выпускник
Москва
2025

2. Постановка задачи и ее актуальность

Необходимо разработать электронную схему защиты по току, обеспечивающую:
Диапазон регулировки тока от 1 до 100 А;
Работу при напряжениях до 50 В;
Минимальное время срабатывания защиты.
Актуальность задачи обусловлена широким применением мощных источников питания в
промышленной автоматике, зарядных устройствах, источниках бесперебойного питания и
других системах, требующих надежной и быстрой защиты. Защита не только предотвращает
повреждение дорогостоящего оборудования, но и минимизирует риски для человеческого
здоровья и жизни.

3. Анализ существующих решений

• Шунт, управляющая логика, ключ
• Датчика Холла, управляющая логика, ключ
• Foldback ограничение тока
• Защита методом "кровотечения"
• Предохранители

4. Итоговое схемотехническое решение

5. Логика работы схемы

• Напряжение на шунте подается на усилитель
• Усиленный сигнал подается на компаратор
• Компаратор сравнивает сигнал усилителя с опорным напряжением
• Управляющий сигнал подается на драйвер
• Драйвер управляет затвором транзистора

6. Логика работы компаратора

• Компаратор сравнивает сигнал усилителя с опорным напряжением
• В случае если усиленный сигнал меньше опорного – выходит высокий уровень сигнала
• В случае если усиленный сигнал больше опорного – выходит низкий уровень сигнала, этот
сигнал защелкивается
• Чтобы сбросить защелку, нужно перезапустить схему

7. Логика работы драйвера

• Если с компаратора приходит высокий сигнал – держит транзистор в открытом состоянии
(ток течет)
• Если с компаратора приходит низкий сигнал – закрывает транзистор (ток перестает течь)

8. Используемые компоненты

• Шунт на 1 мОм и ток 100 А, например, 75ШИП1-100-0.5
• Усилитель AD8418A
• Компаратор AD8561
• Драйвер LTC4444
• N-MOSFET на ток 100 А и напряжение 50 В - IPB016N06L3
• Некоторые второстепенные компоненты (резисторы, конденсаторы, диоды)

9. Результаты моделирования

10. Результаты моделирования

11. Результаты моделирования

12. Обсуждение результатов

13. Возможные улучшения схемы

• Оптимизация себестоимости
• Улучшение скорости срабатывания
• Увеличение точности выбора опорного напряжения

14. Спасибо за внимание

15. Ответы на вопросы