Protecție la supratensiune pentru surse de alimentare

Protecția la supratensiune a sursei de alimentare este cu adevărat utilă - unele defecțiuni ale PSU pot pune tensiuni mari dăunătoare pe echipament. Protecția la supratensiune previne acest lucru atât la regulatoarele liniare, cât și la sursele de alimentare cu comutare.

Deși sursele de alimentare moderne sunt acum foarte fiabile, există întotdeauna o șansă mică, dar reală, ca acestea să se defecteze.

Ele pot eșua în multe feluri și o posibilitate deosebit de îngrijorătoare este ca elementul de trecere în serie, adică tranzistorul de trecere principală sau FET să se defecteze în așa fel încât să intre în scurtcircuit. Dacă se întâmplă acest lucru, ar putea apărea o tensiune foarte mare, denumită adesea supratensiune, pe circuitele care sunt alimentate, provocând daune catastrofale întregului echipament.

Adăugând puțin circuit suplimentar de protecție sub formă de protecție la supratensiune, este posibil să vă protejați împotriva acestei posibilități improbabile, dar catastrofale.

Majoritatea surselor de alimentare concepute pentru funcționarea foarte fiabilă a echipamentelor de mare valoare vor încorpora o anumită formă de protecție la supratensiune pentru a se asigura că orice întrerupere a sursei de alimentare nu duce la deteriorarea echipamentului alimentat. Acest lucru se aplică atât surselor de alimentare liniare, cât și surselor de alimentare cu comutare.

Este posibil ca unele surse de alimentare să nu încorporeze protecție la supratensiune și acestea nu ar trebui utilizate pentru alimentarea echipamentelor scumpe - este posibil să faceți un pic de proiectare a circuitelor electronice și să dezvoltați un mic circuit de protecție la supratensiune și să adăugați acest lucru ca element suplimentar.

Bazele protecției la supratensiune

Există multe moduri în care o sursă de alimentare se poate defecta. Cu toate acestea, pentru a înțelege puțin mai multe despre protecția la supratensiune și problemele de circuit, este ușor să luăm un exemplu simplu de regulator de tensiune liniar folosind o diodă Zener foarte simplă și un tranzistor de trecere în serie.

Regulator de serie de bază folosind o diodă Zener și un emițător de urmărire

Deși sursele mai complicate oferă performanțe mai bune, ele se bazează și pe un tranzistor în serie pentru a trece curentul de ieșire. Principala diferență este modul în care tensiunea regulatorului este aplicată la baza tranzistorului.

În mod obișnuit, tensiunea de intrare este astfel încât câțiva volți sunt scăzute pe elementul de reglare a tensiunii în serie. Acest lucru permite tranzistorului de trecere în serie să regleze în mod adecvat tensiunea de ieșire. Adesea, tensiunea căzută pe tranzistorul de trecere în serie este relativ mare - pentru o sursă de 12 volți, intrarea poate fi de 18 volți sau chiar mai mult pentru a oferi reglarea necesară și respingerea ondulației etc.

Aceasta înseamnă că poate exista un nivel semnificativ de căldură disipat în elementul regulator de tensiune și combinat cu orice vârfuri tranzitorii care ar putea apărea la intrare, aceasta înseamnă că există întotdeauna o posibilitate de defecțiune.

Dispozitivul de trecere în serie a tranzistorului ar eșua de obicei în condiții de circuit deschis, dar în anumite circumstanțe, tranzistorul poate dezvolta un scurtcircuit între colector și emițător. Dacă se întâmplă acest lucru, atunci tensiunea de intrare completă nereglată ar apărea la ieșirea regulatorului de tensiune.

Dacă tensiunea completă a apărut la ieșire, atunci s-ar putea deteriora multe dintre circuitele integrate care sunt în circuitul alimentat. În acest caz, circuitul ar putea depăși o reparație economică.

Modul în care funcționează regulatoarele de comutare este foarte diferit, dar există circumstanțe în care ieșirea completă ar putea apărea pe ieșirea sursei de alimentare.

Atât pentru sursele de alimentare cu reglare liniară, cât și pentru sursele de alimentare cu comutare, este întotdeauna recomandabilă o formă de protecție la supratensiune.

Tipuri de protecție la supratensiune

Ca și în cazul multor tehnici electronice, există mai multe modalități de implementare a unei anumite capacități. Acest lucru este valabil pentru protecția la supratensiune.

Există mai multe tehnici diferite care pot fi utilizate, fiecare având propriile caracteristici. Performanța, costul, complexitatea și modul de operare toate trebuie să fie cântărite atunci când se determină ce metodă să se utilizeze în etapa de proiectare a circuitului electronic.

• SCR Crowbar: După cum sugerează și numele, circuitul de rangă plasează un scurtcircuit la ieșirea sursei de alimentare dacă apare o stare de supratensiune. În mod obișnuit, tiristoarele, adică SCR-urile sunt utilizate pentru aceasta, deoarece pot comuta curenți mari și rămân aprinse până când orice sarcină se dispersează. Tiristorul poate fi conectat înapoi la o siguranță care ard și izolează regulatorul de la orice tensiune suplimentară plasată pe acesta.

  Circuit de protecție la supratensiune cu tiristoare

  În acest circuit, dioda Zener este aleasă astfel încât tensiunea sa să fie peste tensiunea normală de funcționare a ieșirii, dar sub tensiunea în care s-ar produce deteriorarea. În această conducție, nici un curent nu trece prin dioda Zener, deoarece tensiunea de defalcare a acesteia nu a fost atinsă și nici un curent nu trece în poarta tiristorului și rămâne oprit. Sursa de alimentare va funcționa normal.

  Dacă tranzistorul de trecere în serie din sursa de alimentare eșuează, tensiunea va începe să crească - decuplarea din unitate va asigura că nu crește instantaneu. Pe măsură ce se ridică, se va ridica deasupra punctului în care dioda Zener începe să conducă și curentul va curge în poarta tiristorului provocându-l să se declanșeze.

  Când tiristorul se declanșează, va scurtcircuita ieșirea sursei de alimentare la masă, prevenind deteriorarea circuitelor pe care le alimentează. Acest scurtcircuit poate fi folosit și pentru a arde o siguranță sau un alt element, decuplând regulatorul de tensiune și izolând unitatea de alte deteriorări.

  Adesea, o anumită decuplare sub forma unui condensator mic este plasată de la poarta tiristorului la masă pentru a preveni tranzitorii ascuțiți sau RF de la unitatea care este puterea de a ajunge la conexiunea de poartă și de a provoca un declanșare fals. Cu toate acestea, acest lucru nu ar trebui să fie prea mare, deoarece poate încetini declanșarea circuitului într-un caz real de defecțiune și protecția poate fi aplicată prea lent.

  Notă privind protecția la supratensiune cu tiristoare:

  Tiristorul sau SCR, redresor controlat cu siliciu poate fi utilizat pentru a oferi protecție la supratensiune într-un circuit de alimentare. Prin detectarea tensiunii înalte, circuitul poate declanșa tiristorul pentru a plasa un scurtcircuit sau o rangă peste șina de tensiune pentru a se asigura că nu crește la tensiune ridicată.

  Citiți mai multe despre Circuit de protecție la supratensiune cu tiristor Crowbar.

• Blocarea tensiunii: O altă formă foarte simplă de protecție la supratensiune utilizează o abordare numită blocare a tensiunii. În forma sa cea mai simplă, poate fi furnizat utilizând o diodă Zener plasată peste ieșirea sursei de alimentare reglate. Cu tensiunea diodei Zener aleasă să fie ușor peste tensiunea maximă a șinei, în condiții normale nu va conduce. Dacă tensiunea crește prea mult, atunci va începe să conducă, strângând tensiunea la o valoare puțin peste tensiunea șinei.

  Dacă este necesară o capacitate de curent mai mare pentru sursa de alimentare reglată, atunci poate fi utilizată o diodă Zener cu un tampon de tranzistor. Acest lucru va crește capacitatea de curent peste circuitul simplu de diodă Zener, cu un factor egal cu câștigul de curent al tranzistorului. Deoarece este necesar un tranzistor de putere pentru acest circuit, nivelurile probabile de câștig de curent vor fi scăzute - posibil 20 - 50.

  Clemă de supratensiune cu diodă Zener
  (a) - diodă Zener simplă, (b) - curent mai mare cu tampon de tranzistor

• Limitarea tensiunii: atunci când este necesară protecția la supratensiune pentru sursele de alimentare în modul comutator, tehnicile SMPS cu clemă și rangă sunt mai puțin utilizate din cauza cerințelor de disipare a puterii și a posibilelor dimensiuni și costuri ale componentelor.

  Din fericire, majoritatea regulatoarelor cu modul comutator eșuează într-o stare de tensiune joasă. Cu toate acestea, este adesea prudent să se pună în aplicare capacități de limitare a tensiunii în cazul condițiilor de supratensiune.
  
  Adesea, acest lucru poate fi realizat prin detectarea stării de supratensiune și oprirea convertorului. Acest lucru este aplicabil în special în cazul convertoarelor DC-DC. Atunci când implementați acest lucru, este necesar să se încorporeze o buclă de sens care se află în afara regulatorului IC principal - multe regulatoare în modul comutator și convertoare DC-DC folosesc un cip pentru a realiza cea mai mare parte a circuitului. Este foarte important să folosiți o buclă de detectare externă, deoarece dacă cipul de reglare a modului de comutare este deteriorat provocând starea de supratensiune, mecanismul de detectare poate fi, de asemenea, deteriorat.

  Evident, această formă de protecție la supratensiune necesită circuite care sunt specifice circuitului și cipurilor de alimentare în mod comutator utilizate.

Toate cele trei tehnici sunt utilizate și pot oferi o protecție eficientă la supratensiune a sursei de alimentare. Fiecare are propriile sale avantaje și dezavantaje, iar alegerea tehnicii trebuie făcută în funcție de situația dată.

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje