Ochrona przeciwprzepięciowa zasilaczy

Ochrona przed przepięciami zasilacza jest naprawdę przydatna - niektóre awarie zasilacza mogą spowodować uszkodzenie urządzeń o wysokim napięciu. Ochrona przed przepięciem zapobiega temu zarówno w przypadku regulatorów liniowych, jak i zasilaczy impulsowych.

Chociaż nowoczesne zasilacze są teraz bardzo niezawodne, zawsze istnieje niewielka, ale realna szansa, że ​​mogą ulec awarii.

Mogą one zawieść na wiele sposobów, a jedną szczególnie niepokojącą możliwością jest to, że element przepustowy szeregowy, tj. tranzystor przepustowy lub FET może ulec awarii w taki sposób, że dojdzie do zwarcia. Jeśli tak się stanie, na zasilanych obwodach może pojawić się bardzo duże napięcie, często nazywane przepięciem, powodując katastrofalne uszkodzenie całego sprzętu.

Dodając trochę dodatkowych obwodów ochronnych w postaci ochrony przed przepięciami, można zabezpieczyć się przed tą mało prawdopodobną, ale katastrofalną możliwością.

Większość zasilaczy zaprojektowanych do bardzo niezawodnej pracy urządzeń o wysokiej wartości zawiera pewną formę ochrony przed przepięciami, aby zapewnić, że żadna awaria zasilania nie spowoduje uszkodzenia zasilanego sprzętu. Dotyczy to zarówno zasilaczy liniowych, jak i zasilaczy impulsowych.

Niektóre zasilacze mogą nie zawierać zabezpieczenia przed przepięciem i nie powinny być używane do zasilania drogiego sprzętu – możliwe jest zaprojektowanie małego obwodu elektronicznego i opracowanie małego obwodu zabezpieczającego przed przepięciem i dodanie go jako dodatkowego elementu.

Podstawy ochrony przed przepięciami

Zasilacz może ulec awarii na wiele sposobów. Jednak, aby zrozumieć nieco więcej na temat ochrony przed przepięciami i problemów z obwodami, łatwo jest wziąć prosty przykład liniowego regulatora napięcia wykorzystującego bardzo prostą diodę Zenera i tranzystor przepustowy szeregowy.

Regulator serii Basic wykorzystujący diodę Zenera i wtórnik emitera

Chociaż bardziej skomplikowane zasilacze zapewniają lepszą wydajność, polegają również na tranzystorze szeregowym, który przepuszcza prąd wyjściowy. Główną różnicą jest sposób, w jaki napięcie regulatora jest przykładane do bazy tranzystora.

Zazwyczaj napięcie wejściowe jest takie, że na szeregowym elemencie regulatora napięcia spada kilka woltów. Dzięki temu tranzystor przepustowy szeregowo może odpowiednio regulować napięcie wyjściowe. Często napięcie spadające na tranzystorze przepustu szeregowego jest stosunkowo wysokie - w przypadku zasilania 12 V napięcie wejściowe może wynosić 18 V lub nawet więcej, aby zapewnić wymaganą regulację i tłumienie tętnień itp.

Oznacza to, że może występować znaczny poziom ciepła rozpraszanego w elemencie regulatora napięcia i połączony z wszelkimi przejściowymi skokami, które mogą pojawić się na wejściu, co oznacza, że ​​zawsze istnieje możliwość awarii.

Szeregowe urządzenie przepuszczające tranzystor zwykle ulega awarii w stanie otwartego obwodu, ale w pewnych okolicznościach tranzystor może spowodować zwarcie między kolektorem a emiterem. Jeśli tak się stanie, wtedy na wyjściu regulatora napięcia pojawi się pełne nieregulowane napięcie wejściowe.

Jeśli na wyjściu pojawi się pełne napięcie, może to spowodować uszkodzenie wielu układów scalonych znajdujących się w zasilanym obwodzie. W takim przypadku obwód mógłby być nie do naprawienia.

Sposób działania regulatorów przełączających jest bardzo różny, ale zdarzają się sytuacje, w których na wyjściu zasilacza może pojawić się pełna moc.

Zarówno w przypadku zasilaczy regulowanych liniowo, jak i zasilaczy impulsowych, zawsze wskazana jest jakaś forma ochrony przed przepięciami.

Rodzaje ochrony przeciwprzepięciowej

Podobnie jak w przypadku wielu technik elektronicznych, istnieje kilka sposobów implementacji określonej zdolności. Dotyczy to ochrony przed przepięciami.

Istnieje kilka różnych technik, których można użyć, a każda z nich ma swoją własną charakterystykę. Wydajność, koszt, złożoność i tryb działania muszą być brane pod uwagę przy określaniu, którą metodę zastosować na etapie projektowania obwodów elektronicznych.

• Łom SCR: Jak sama nazwa wskazuje, obwód łomu powoduje zwarcie na wyjściu zasilacza, jeśli wystąpi stan przepięcia. Zazwyczaj do tego celu stosuje się tyrystory, tj. tyrystory SCR, ponieważ mogą one przełączać duże prądy i pozostawać włączone aż do rozproszenia ładunku. Tyrystor można podłączyć z powrotem do bezpiecznika, który przepala się i izoluje regulator od dodatkowego napięcia.

  Tyrystorowy obwód zabezpieczający przed przepięciem łomu

  W tym obwodzie dioda Zenera jest tak dobrana, aby jej napięcie było powyżej normalnego napięcia roboczego wyjścia, ale poniżej napięcia, przy którym doszłoby do uszkodzenia. W tym przewodzeniu przez diodę Zenera nie płynie prąd, ponieważ nie osiągnięto jej napięcia przebicia i przez bramkę tyrystora nie płynie prąd, który pozostaje wyłączony. Zasilacz będzie działał normalnie.

  Jeśli szeregowy tranzystor przepustowy w zasilaczu ulegnie awarii, napięcie zacznie rosnąć - odsprzęgnięcie w jednostce zapewni, że nie wzrośnie ono natychmiast. Gdy się wzniesie, wzrośnie powyżej punktu, w którym dioda Zenera zaczyna przewodzić, a prąd wpłynie do bramki tyrystora, powodując jej wyzwolenie.

  Wyzwolenie tyrystora powoduje zwarcie wyjścia zasilacza z masą, zapobiegając uszkodzeniu zasilanych przez niego obwodów. To zwarcie może być również wykorzystane do przepalenia bezpiecznika lub innego elementu, odłączając zasilanie regulatora napięcia i izolując urządzenie przed dalszym uszkodzeniem.

  Często odsprzęgnięcie w postaci małego kondensatora jest umieszczane od bramki tyrystora do uziemienia, aby zapobiec przedostawaniu się ostrych stanów nieustalonych lub RF z jednostki zasilającej do połączenia bramki i powodowaniu fałszywego wyzwalania. Jednak nie powinno to być zbyt duże, ponieważ może to spowolnić uruchamianie obwodu w rzeczywistym przypadku awarii, a ochrona może działać zbyt wolno.

  Uwaga dotycząca tyrystorowego zabezpieczenia przeciwprzepięciowego łomu:

  Tyrystorowy lub SCR, prostownik sterowany krzemem może być użyty do zapewnienia ochrony przed przepięciem w obwodzie zasilania. Wykrywając wysokie napięcie, obwód może odpalić tyrystor, aby spowodować zwarcie lub łom na szynie napięciowej, aby zapewnić, że napięcie nie wzrośnie do wysokiego.

  Przeczytaj Więcej Tyrystorowy obwód zabezpieczający przed przepięciem łomu.

• Ograniczanie napięcia: Inna bardzo prosta forma ochrony przed przepięciami wykorzystuje podejście zwane ograniczaniem napięcia. W najprostszej postaci można to zapewnić za pomocą diody Zenera umieszczonej na wyjściu regulowanego zasilacza. Gdy napięcie diody Zenera jest wybrane nieco powyżej maksymalnego napięcia szyny, w normalnych warunkach nie będzie przewodzić. Jeśli napięcie wzrośnie zbyt wysoko, zacznie przewodzić, ograniczając napięcie do wartości nieco powyżej napięcia szyny.

  Jeżeli potrzebna jest większa obciążalność prądowa regulowanego zasilacza, można zastosować diodę Zenera z buforem tranzystorowym. Zwiększy to zdolność prądową prostego obwodu diody Zenera o współczynnik równy wzmocnieniu prądowemu tranzystora. Ponieważ w tym obwodzie wymagany jest tranzystor mocy, prawdopodobny poziom wzmocnienia prądu będzie niski - prawdopodobnie 20 - 50.

  Zacisk nadnapięciowy diody Zenera
  (a) - prosta dioda Zenera, (b) - wyższy prąd z buforem tranzystorowym

• Ograniczenie napięcia: Gdy wymagana jest ochrona przed przepięciami dla zasilaczy impulsowych, SMPS techniki zaciskowe i łomowe są rzadziej stosowane ze względu na wymagania dotyczące rozpraszania mocy oraz możliwy rozmiar i koszt komponentów.

  Na szczęście większość regulatorów impulsowych nie działa w warunkach niskiego napięcia. Jednak często rozsądne jest wprowadzenie funkcji ograniczania napięcia w przypadku wystąpienia przepięć.
  
  Często można to osiągnąć, wykrywając stan przepięcia i wyłączając konwerter. Ma to szczególne zastosowanie w przypadku przetworników DC-DC. Podczas implementacji tego, konieczne jest włączenie pętli wykrywania, która znajduje się poza głównym regulatorem IC - wiele regulatorów trybu impulsowego i przetworników DC-DC wykorzystuje układ scalony, aby osiągnąć większość obwodu. Bardzo ważne jest, aby użyć zewnętrznej pętli czujnika, ponieważ jeśli chip regulatora trybu przełączania ulegnie uszkodzeniu, powodując stan przepięcia, mechanizm wykrywania również może zostać uszkodzony.

  Oczywiście ta forma ochrony przed przepięciami wymaga obwodów, które są specyficzne dla danego obwodu i zastosowanych chipów zasilacza impulsowego.

Wszystkie trzy techniki są stosowane i mogą zapewnić skuteczną ochronę przed przepięciami zasilania. Każda ma swoje wady i zalety, a wybór techniki należy uzależnić od danej sytuacji.

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów