Защита мощных блоков питания от перегрева

Довольно часто мощные линейные блоки питания (БП) при длительной работе или при работе с токами нагрузки, близкими к максимальным, перегреваются. Это может привести к отказу элементов схемы стабилизатора, перенапряжению и выходу из строя питаемых от этих БП достаточно дорогостоящих устройств. Этот недостаток имеют многие БП, изготовленные как радиолюбителями, так и заводского производства, как отечественные, так и импортные. Причин перегрева может быть множество: недостаточная площадь радиаторов охлаждения, повышенное напряжение в сети, высокая температура в месте установки, экономия на емкости сглаживающих конденсаторов, запыленность радиаторов, плохие условия для конвекции и т.п. В основе этих причин лежат неправильный расчет БП, недостаточный учет реальных условий эксплуатации при расчете теплового режима [1] или сознательное ухудшение параметров БП относительно заявленных с целью уменьшения себестоимости и габаритов. Такие БП автор рекомендует доработать простой системой защиты от перегрева, состоящей из вентилятора обдува, включаемого при температуре 50-60 град. и устройства защиты, отключающего нагрузку при нагреве радиатора до температуры 70-80 град. Проще всего реализовать такую систему на биметаллических термореле, срабатывающих на замыкание [2]. Но такие реле в настоящее время дефицитны. Зато в последние годы в продаже появилось множество типов импортных термореле (термостатов), срабатывающих на размыкание и предназначенных для применения в бытовой технике (нагревателях, фенах и т.п.).

Схема защиты БП от перегрева на таких элементах показана на рис.1. При нагреве радиатора БП до 50 град. разомкнутся контакты термостата SF1, откроется транзисторVT1 и включится вентилятор М1. Через некоторое время, когда температура радиатора снизится, контакты термостата SF1 замкнутся и вентилятор выключится. Если температура радиатора продолжает повышаться (при неисправности вентилятора или по другим причинам), то при нагреве радиатора до 70 град. разомкнутся контакты термостата SF2, откроется транзистор VT2, сработает реле К1 и своими контактами К1.1 отключит от выпрямителя стабилизатор и нагрузку. При этом загорится красный светодиод HL1и включится зуммер HA1. Зуммер можно отключить тумблером SA1. Резисторы R1 и R4 обеспечивают работу транзисторов в режиме насыщения.

Резисторами R2, R3, R5, R6 устанавливаются рабочие токи соответствующих элементов. Если требуется защитить от перегрева трансформатор БП (например, при межвитковом замыкании), следует включить последовательно с термостатом SF2 термостат с такой же температурой срабатывания, имеющий тепловой контакт с обмоткой трансформатора.

Для обдува радиатора можно применить вентиляторы охлаждения блока питания или процессора компьютеров IBM. Термостаты могут быть типов В-1002А, В-1009N, ТК20, Т24, KSD301 и т.п. Они должны быть установлены на радиаторе в непосредственной близости от наиболее тепловыделяющих элементов БП. Реле К1 может быть любого типа, устойчиво срабатывающее от минимального напряжения выпрямителя и способное коммутировать максимальный ток БП (например, автомобильное 90.3747-01). Транзисторы могут быть любыми, способными коммутировать рабочий ток вентилятора М1 и реле К1. Светодиод HL1, зуммер HA1 и тумблер SA1 также могут быть любого типа. Если имеется термостат с большим рабочим током (например, KSD301, 250 В, 10 А), то можно обойтись без реле К1, включив термостат вместо контактов К1.1. В этом случае элементы сигнализации R5, HL1, R6, SA1, HA1 включаются параллельно контактам термостата. Так как рабочим для термостата является переменный ток, то можно предположить (по аналогии с реле, у которых коммутируемый ток при коммутации постоянного тока низкого напряжения гораздо выше, чем при коммутации переменного тока высокого напряжения при одинаковом количестве срабатываний), что термостат при напряжении 20-40 В может достаточно надежно коммутировать 20-30 А постоянного тока. Можно также включить два термостата (с одинаковой температурой срабатывания) параллельно.

Настройка схемы сводится к установке резисторами R2, R3, R5, R6 номинальных рабочих токов (напряжений) соответствующих элементов при питании цепочек от выпрямителя БП и установке резисторами R1, R4 режима насыщения транзисторов. Предварительную проверку срабатывания термостатов можно выполнить с применением фена и цифрового термометра. Для проверки работоспособности системы защиты следует подключить к БП нагрузку, обеспечивающую максимальный ток. После нагрева радиатора до температуры срабатывания термостата SF1 должен включиться вентилятор. После этого вентилятор следует отключить (отпаять) и дождаться срабатывания сигнализации (отключения нагрузки). Для ускорения процесса БП можно чем-либо накрыть и использовать для нагрева радиатора фен. Температуру радиатора желательно контролировать цифровым термометром.

Подобную систему можно применить для защиты и других тепловыделяющих устройств: мощных усилителей, преобразователей, сварочных трансформаторов и т.п.

ЛИТЕРАТУРА
1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. Под ред. Г.С.Найвельта, Москва, "Радио и связь", 1985 г.
2. Коломоец Е. Лабораторный блок питания с комплексной защитой.- Радио, 2004, №7, с. 36-38.

Коломоец Е.В. , RA0SDS, ex RA0SDC, irradio@mail.ru
г. Иркутск