Кіріспе
Электр техникасындағы қауіпсіздік мүмкіндігі. Тоқ шектеу – ток шығаратын немесе тасымалдайтын тізбекті қысқа тұйықталу немесе артық жүктеме салдарынан болатын зиянды әсерлерден қорғау мақсатында жүктемеге жеткізілетін тоққа белгілі бір шектеу қою амалы. "Тоқ шектеу" термині сондай-ақ артық тоқтан қорғайтын құрылғының бір түрін анықтау үшін де қолданылады. 2020 жылғы NEC/NFPA 70 стандартына сәйкес, тоқ шектегіш артық тоқтан қорғайтын құрылғы – "өз тоқ шектеу диапазонында токтарды тоқтату кезінде, ақаулы тізбекте ағып жатқан тоқты сол тізбекте үйлесімді кедергісі бар қатты өткізгіш орнына қойылғанда алынатын тоқтан әлдеқайда төмен деңгейге дейін төмендететін құрылғы" деп анықталады.
Current limiting is the practice of imposing a limit on the current that may be delivered to a load to protect the circuit generating or transmitting the current from harmful effects due to a short circuit or overload. The term "current limiting" is also used to define a type of overcurrent protective device. According to the 2020 NEC/NFPA 70, a current limiting overcurrent protective device is defined as, "A device that, when interrupting currents in its current limiting range, reduces the current flowing in the faulted circuit to a magnitude substantially less than that obtainable in the same circuit if the device were replaced with a solid conductor having compatible impedance."
Ағымдағы токтың шектеуі
Ағып түсу тогын шектегіш – ағып түсу тогын шектеуге қолданылатын құрылғы немесе құрылғылар жиынтығы. Резисторлар (қуатты ысырап ету кемшілігімен) сияқты пассивті кедергі компоненттері немесе теріс температуралық коэффициенті (NTC) бар термисторлар қарапайым нұсқалар болып табылады, ал оң (PTC) термисторлар тізбек жұмыс істегеннен кейін максималды токты шектеу үшін қолданылады (екі түрінде де салқындату уақытының кемшілігі бар). Егер қарапайым нұсқалар қолайсыз болса, белсенді компоненттерді қолданатын күрделі шешімдер де қолданылуы мүмкін.
Электрлік қуаттық схемаларда
Кейбір электрондық тізбектер белсенді ток шектегішін қолданады, себебі сақтандырғыш қатты күйдегі құрылғыларды қорғамайды. Суретте ток шектегіш тізбектің бір түрі көрсетілген. Схема реттелген тұрақты ток көздерінде және AB класындағы қуат күшейткіштерінде қолданылатын қарапайым қорғау механизмін көрсетеді. Q1 – өту немесе шығыс транзисторы. Rsens – жүктеме тогын сезімталдайтын құрылғы. Q2 – қорғау транзисторы, Rsens арқылы кернеу шамамен 0,65 В болғанда қосылады. Бұл кернеу Rsens мәнімен және онымен өтетін жүктеме тогымен (Iload) анықталады. Q2 қосылғанда, ол Q1 транзисторының базалық тогын азайтады, соның салдарынан Q1 транзисторының коллекторлық тогын, жүктеме тогына жуық мәнге дейін төмендетеді. Осылайша, Rsens максималды токты 0,65/Rsens мәнімен белгілейді. Мысалы, егер Rsens = 0,33 Ом болса, ток шамамен 2 А-ға дейін шектеледі, тіпті Rload қысқа тұйықталып (және Vo нөлге теңелсе) болжамдаса да. Бұл қуаттың ысырабы жүктеме артық болғанша сақталады, яғни құрылғылар оған ұзақ уақыт бойы төтеп бере алады. Ток шектегіш тізбек болмаған жағдайда, бұл қуаттың ысырабы одан да көп болар еді. Бұл әдісте ток шегінен асып кеткен жағдайда, шығыс кернеуі ток шегіне және жүктеме кедерісіне байланысты мәнге дейін төмендейді. Қысқа тұйықталу кезінде өту құрылғыларындағы жылуды азайту үшін, қысқа тұйықталу жағдайында токты азайтатын «қайта бүктемелі» ток шектегіші қолданылады. Қысқа тұйықталу кезінде, шығыс кернеуі нөлге дейін төмендегенде, ток әдетте максималды ток мөлшерінің аз бөлігімен шектеледі. Сызықтық қуат көздеріндегі «қайта бүктемелі» ток шектегіштің басты мақсаты – шығыс транзисторын қауіпсіз қуат ысырабы шегінде ұстау. Сызықтық реттегіш кіріс және шығыс кернеулерінің айырмашылығын жылу түрінде ысыратады. Жүктеме артық болған жағдайда, шығыс кернеуі төмендейді, сондықтан айырмашылық үлкейеді, демек, ысырап көбейеді. «Қайта бүктемелі» ток шектегіш ақаулық және жүктеме жағдайында шығыс транзисторын қауіпсіз жұмыс аймағында ұстауға көмектеседі. Сондай-ақ, «қайта бүктемелі» ток шектегіш ақаулық жағдайында жүктемедегі қуат ысырабын едәуір азайтады, бұл өрт және жылу зақымдану қаупін азайтуға мүмкіндік береді. Көптеген қуат көздері тұрақты ток шектегішін пайдаланады; «қайта бүктемелі» ток шектегіш шығыс кернеуі төмендегенде шығыс ток шегін сызықты түрде азайту арқылы бір қадам алға жылжиды. Алайда, бұл қуат көзін күрделілендіреді. Ол тұрақты ток алатын (оми емес құрылғылармен) «құлыптау» жағдайларын тудыруы мүмкін, яғни, қоректендіру кернеуіне тәуелсіз (мысалы, операциялық күшейткіштер). «Қайта бүктемелі» ток шектегіші құлыпталуды болдырмау және қысқа тұйықталу кезіндегі жергілікті қыздыруды шектеу үшін уақытша кешігуді де қолдануы мүмкін. Ағымдағы шекте жұмыс істейтін импульстіқ қуат көзінде қуат транзисторында қуаттың ысырабы арта қоймайды, сондықтан «қайта бүктемелі» ток шектегіші тек қосымша мүмкіндік болып табылады, сонымен қатар жүктеме ақаулығы қуат көзін бұзуына жол бермейді. Жүктемедегі қысқа тұйықталуға жеткізілетін қуатты азайтудың қауіпсіздік артықшылығы жұмыс тогының шегіне пропорционалды. «Қайта бүктемелі» ток шектегіші импульстіқ қуат көзінде жиі кездеседі, егер ол аймақтық қауіпсіздік стандарттарына сәйкес келетіндігіне тәуелсіз сертификатталған өнімнің құрауышы болса.
Бірыңғай қуаттандыру контурлары
Алдыңғы схемадағы мәселе – Q1 транзисторының базасы V кернеуінен 0,5 вольт жоғары кернеумен смещенбесе, толық ашылмауы мүмкін. Бұл схемалар бір (V) көзден қуаттанғанда тиімдірек жұмыс істейді. Екі схемада да R1 резисторы Q1 транзисторының ашылуына және кернеу мен ток жүктемеге берілуіне мүмкіндік береді. R сезімтал резисторы арқылы өтетін ток жобаланған шектен асқанда, Q2 транзисторы ашылады, ол өз кезегінде Q1 транзисторын жабуды бастайды, осылайша жүктеме тогы шектеледі. Қысқа тұйықталу жағдайында Q2 транзисторын қорғау үшін қосымша R2 резисторы қолданылады. V кернеуі бірнеше вольтқа тең болғанда, Q1 транзисторы орнына төмен кернеуде жұмыс істейтін MOSFET транзисторын пайдалануға болады. Бұл схеманың қарапайымдылығының арқасында, ол кейде жоғары қуатты LED-тер үшін ток көзі ретінде қолданылады.
These circuits operate more efficiently from a single (V) supply. In both circuits, R1 allows Q1 to turn on and pass voltage and current to the load. When the current through R sense exceeds the design limit, Q2 turns on, which in turn begins to turn off Q1, thus limiting the load current. The optional component R2 protects Q2 in the event of a short circuited load. When V is at least a few volts, a MOSFET can be used for Q1 for lower dropout voltage. Due to its simplicity, this circuit is sometimes used as a current source for high power LEDs.