Προστασία υπέρτασης για τροφοδοτικά

Η προστασία από την υπέρταση του τροφοδοτικού είναι πραγματικά χρήσιμη - ορισμένες βλάβες του PSU μπορεί να προκαλέσουν καταστροφικές μεγάλες τάσεις στον εξοπλισμό. Η προστασία από υπέρταση εμποδίζει αυτό να συμβεί τόσο σε γραμμικούς ρυθμιστές όσο και σε τροφοδοτικά λειτουργίας διακόπτη.

Αν και τα σύγχρονα τροφοδοτικά είναι πλέον πολύ αξιόπιστα, υπάρχει πάντα μια μικρή αλλά πραγματική πιθανότητα να χαλάσουν.

Μπορούν να αποτύχουν με πολλούς τρόπους και μια ιδιαίτερα ανησυχητική πιθανότητα είναι ότι το στοιχείο διέλευσης σειράς, δηλαδή το τρανζίστορ κύριας διέλευσης ή το FET μπορεί να αποτύχει με τέτοιο τρόπο ώστε να βραχυκυκλώσει. Εάν συμβεί αυτό, μπορεί να εμφανιστεί μια πολύ μεγάλη τάση που συχνά αναφέρεται ως υπέρταση στο κύκλωμα που τροφοδοτείται προκαλώντας καταστροφική ζημιά σε ολόκληρο τον εξοπλισμό.

Προσθέτοντας λίγο επιπλέον κύκλωμα προστασίας με τη μορφή προστασίας από υπέρταση, είναι δυνατό να προστατευτείτε από αυτή την απίθανη αλλά καταστροφική πιθανότητα.

Τα περισσότερα τροφοδοτικά που έχουν σχεδιαστεί για πολύ αξιόπιστη λειτουργία εξοπλισμού υψηλής αξίας θα ενσωματώνουν κάποια μορφή προστασίας από την υπέρταση για να διασφαλιστεί ότι τυχόν διακοπή τροφοδοσίας ρεύματος δεν θα οδηγήσει σε ζημιά στον εξοπλισμό που τροφοδοτείται. Αυτό ισχύει τόσο για τα γραμμικά τροφοδοτικά όσο και για τα τροφοδοτικά λειτουργίας μεταγωγής.

Ορισμένα τροφοδοτικά ενδέχεται να μην ενσωματώνουν προστασία από υπέρταση και δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία ακριβού εξοπλισμού - είναι δυνατό να κάνετε μια μικρή σχεδίαση ηλεκτρονικού κυκλώματος και να αναπτύξετε ένα μικρό κύκλωμα προστασίας υπέρτασης και να το προσθέσετε ως επιπλέον στοιχείο.

Βασικά στοιχεία προστασίας από υπέρταση

Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους ένα τροφοδοτικό μπορεί να αποτύχει. Ωστόσο, για να κατανοήσουμε λίγο περισσότερο την προστασία από υπερβολική τάση και τα προβλήματα του κυκλώματος, είναι εύκολο να πάρουμε ένα απλό παράδειγμα γραμμικού ρυθμιστή τάσης που χρησιμοποιεί μια πολύ απλή δίοδο Zener και ένα τρανζίστορ διέλευσης σειράς.

Βασικός ρυθμιστής σειράς με χρήση διόδου zener και ακολούθου εκπομπού

Παρόλο που οι πιο περίπλοκες παροχές παρέχουν καλύτερη απόδοση, βασίζονται επίσης σε ένα τρανζίστορ σειράς για να περάσει το ρεύμα εξόδου. Η κύρια διαφορά είναι ο τρόπος με τον οποίο εφαρμόζεται η τάση του ρυθμιστή στη βάση του τρανζίστορ.

Συνήθως η τάση εισόδου είναι τέτοια που πέφτουν αρκετά βολτ στο στοιχείο του ρυθμιστή τάσης σειράς. Αυτό επιτρέπει στο τρανζίστορ διέλευσης σειράς να ρυθμίζει επαρκώς την τάση εξόδου. Συχνά η τάση που πέφτει στο τρανζίστορ διέλευσης σειράς είναι σχετικά υψηλή - για τροφοδοσία 12 βολτ, η είσοδος μπορεί να είναι 18 βολτ ακόμη περισσότερο για να δώσει την απαιτούμενη ρύθμιση και απόρριψη κυματισμού κ.λπ.

Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να υπάρχει ένα σημαντικό επίπεδο θερμότητας που διαχέεται στο στοιχείο του ρυθμιστή τάσης και σε συνδυασμό με τυχόν παροδικές αιχμές που θα μπορούσαν να εμφανιστούν στην είσοδο, αυτό σημαίνει ότι υπάρχει πάντα πιθανότητα αστοχίας.

Η συσκευή διέλευσης σειράς τρανζίστορ συνήθως αποτυγχάνει σε κατάσταση ανοιχτού κυκλώματος, αλλά υπό ορισμένες συνθήκες, το τρανζίστορ μπορεί να αναπτύξει βραχυκύκλωμα μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού. Εάν συμβεί αυτό, τότε η πλήρης μη ρυθμισμένη τάση εισόδου θα εμφανιστεί στην έξοδο του ρυθμιστή τάσης.

Εάν εμφανιστεί η πλήρης τάση στην έξοδο, τότε θα μπορούσε να καταστρέψει πολλά από τα IC που βρίσκονται στο κύκλωμα που παρέχεται. Σε αυτή την περίπτωση το κύκλωμα θα μπορούσε κάλλιστα να είναι πέρα ​​από οικονομική επισκευή.

Ο τρόπος με τον οποίο λειτουργούν οι ρυθμιστές μεταγωγής είναι πολύ διαφορετικός, αλλά υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες η πλήρης έξοδος θα μπορούσε να εμφανιστεί στην έξοδο του τροφοδοτικού.

Τόσο για γραμμικά ρυθμιζόμενα τροφοδοτικά όσο και για τροφοδοτικά λειτουργίας διακόπτη, συνιστάται πάντα κάποια μορφή προστασίας από υπέρταση.

Τύποι προστασίας από υπέρταση

Όπως συμβαίνει με πολλές ηλεκτρονικές τεχνικές, υπάρχουν διάφοροι τρόποι υλοποίησης μιας συγκεκριμένης ικανότητας. Αυτό ισχύει για την προστασία από υπέρταση.

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν, καθεμία με τα δικά της χαρακτηριστικά. Η απόδοση, το κόστος, η πολυπλοκότητα και ο τρόπος λειτουργίας πρέπει να σταθμιστούν κατά τον καθορισμό της μεθόδου που θα χρησιμοποιηθεί κατά το στάδιο του σχεδιασμού του ηλεκτρονικού κυκλώματος.

• SCR Crowbar: Όπως υπονοεί το όνομα, το κύκλωμα του λοστού τοποθετεί βραχυκύκλωμα στην έξοδο του τροφοδοτικού, εάν παρουσιαστεί κατάσταση υπέρτασης. Συνήθως χρησιμοποιούνται θυρίστορ, π.χ. SCR, καθώς μπορούν να αλλάξουν μεγάλα ρεύματα και να παραμείνουν ενεργοποιημένα μέχρι να διασκορπιστεί οποιοδήποτε φορτίο. Το θυρίστορ μπορεί να συνδεθεί πίσω σε μια ασφάλεια που φυσά και απομονώνει τον ρυθμιστή από την τοποθέτηση περαιτέρω τάσης πάνω του.

  Κύκλωμα προστασίας από υπέρταση λοστού θυρίστορ

  Σε αυτό το κύκλωμα, η δίοδος Zener επιλέγεται έτσι ώστε η τάση της να είναι πάνω από την κανονική τάση λειτουργίας της εξόδου, αλλά κάτω από την τάση όπου θα προκληθεί ζημιά. Σε αυτήν την αγωγιμότητα, δεν ρέει ρεύμα μέσω της δίοδος Zener επειδή δεν έχει επιτευχθεί η τάση διάσπασής της και δεν ρέει ρεύμα στην πύλη του θυρίστορ και παραμένει σβηστό. Το τροφοδοτικό θα λειτουργεί κανονικά.

  Εάν το τρανζίστορ διέλευσης σειράς στο τροφοδοτικό αποτύχει, η τάση θα αρχίσει να αυξάνεται - η αποσύνδεση στη μονάδα θα εξασφαλίσει ότι δεν θα ανέβει αμέσως. Καθώς ανεβαίνει, θα ανέβει πάνω από το σημείο όπου η δίοδος Zener αρχίζει να άγει και το ρεύμα θα ρέει στην πύλη του θυρίστορ προκαλώντας την ενεργοποίηση.

  Όταν το θυρίστορ ενεργοποιηθεί, θα βραχυκυκλώσει την έξοδο του τροφοδοτικού στη γείωση, αποτρέποντας τη ζημιά στο κύκλωμα που τροφοδοτεί. Αυτό το βραχυκύκλωμα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανάφλεξη μιας ασφάλειας ή άλλου στοιχείου, αφαιρώντας την τροφοδοσία από τον ρυθμιστή τάσης και απομονώνοντας τη μονάδα από περαιτέρω ζημιά.

  Συχνά τοποθετείται κάποια αποσύνδεση με τη μορφή μικρού πυκνωτή από την πύλη του θυρίστορ στη γείωση για να αποτραπεί η είσοδος αιχμηρών μεταβατικών φαινομένων ή ραδιοσυχνοτήτων από τη μονάδα στη σύνδεση της πύλης και η πρόκληση ψευδούς σκανδάλης. Ωστόσο, αυτό δεν πρέπει να γίνει πολύ μεγάλο, καθώς μπορεί να επιβραδύνει την ενεργοποίηση του κυκλώματος σε μια πραγματική περίπτωση βλάβης και η προστασία μπορεί να είναι πολύ αργά στη θέση του.

  Σημείωση σχετικά με την προστασία από υπέρταση Thyristor Crowbar:

  Το Thyristor ή SCR, Silicon Controlled Rectifier μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή προστασίας από υπέρταση σε ένα κύκλωμα τροφοδοσίας. Ανιχνεύοντας την υψηλή τάση, το κύκλωμα μπορεί να πυροδοτήσει το θυρίστορ για να τοποθετήσει ένα βραχυκύκλωμα ή έναν λοστό κατά μήκος της ράγας τάσης για να διασφαλίσει ότι δεν θα ανέβει σε υψηλή τάση.

  Διαβάστε περισσότερα για Κύκλωμα προστασίας από υπέρταση Thyristor Crowbar.

• Σύσφιξη τάσης: Μια άλλη πολύ απλή μορφή προστασίας από υπέρταση χρησιμοποιεί μια προσέγγιση που ονομάζεται σύσφιξη τάσης. Στην απλούστερη μορφή του μπορεί να παρασχεθεί χρησιμοποιώντας μια δίοδο Zener τοποθετημένη κατά μήκος της εξόδου του ρυθμιζόμενου τροφοδοτικού. Με την τάση της διόδου Zener που επιλέγεται να είναι ελαφρώς πάνω από τη μέγιστη τάση σιδηροτροχιάς, υπό κανονικές συνθήκες δεν θα αγώγεται. Εάν η τάση ανέβει πολύ ψηλά, τότε θα αρχίσει να αγώγεται, συσφίγγοντας την τάση σε μια τιμή λίγο πάνω από την τάση της σιδηροτροχιάς.

  Εάν απαιτείται υψηλότερη ικανότητα ρεύματος για το ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια δίοδος Zener με buffer τρανζίστορ. Αυτό θα αυξήσει την ικανότητα ρεύματος στο απλό κύκλωμα διόδου Zener, κατά έναν παράγοντα ίσο με το κέρδος ρεύματος του τρανζίστορ. Καθώς απαιτείται ένα τρανζίστορ ισχύος για αυτό το κύκλωμα, τα πιθανά επίπεδα κέρδους ρεύματος θα είναι χαμηλά - πιθανώς 20 - 50.

  Σφιγκτήρας υπέρτασης διόδου Zener
  (α) - απλή δίοδος Zener, (β) - υψηλότερο ρεύμα με buffer τρανζίστορ

• Περιορισμός τάσης: Όταν απαιτείται προστασία από υπερβολική τάση για τροφοδοτικά λειτουργίας διακόπτη, οι τεχνικές SMPS χρησιμοποιούνται λιγότερο ευρέως λόγω των απαιτήσεων απαγωγής ισχύος και του πιθανού μεγέθους και κόστους των εξαρτημάτων.

  Ευτυχώς οι περισσότεροι ρυθμιστές λειτουργίας διακόπτη αποτυγχάνουν σε συνθήκες χαμηλής τάσης. Ωστόσο, είναι συχνά συνετό να τεθούν σε εφαρμογή δυνατότητες περιορισμού τάσης σε περίπτωση συνθηκών υπέρτασης.
  
  Συχνά αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την ανίχνευση της κατάστασης υπέρτασης και την απενεργοποίηση του μετατροπέα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα στην περίπτωση μετατροπέων DC-DC. Κατά την εφαρμογή αυτού, είναι απαραίτητο να ενσωματωθεί ένας βρόχος αίσθησης που βρίσκεται έξω από τον κύριο ρυθμιστή IC - πολλοί ρυθμιστές λειτουργίας διακόπτη και μετατροπείς DC-DC χρησιμοποιούν ένα τσιπ για να επιτύχουν το μεγαλύτερο μέρος του κυκλώματος. Είναι πολύ σημαντικό να χρησιμοποιήσετε έναν εξωτερικό βρόχο ανίχνευσης, επειδή εάν το τσιπ του ρυθμιστή λειτουργίας διακόπτη καταστραφεί προκαλώντας την κατάσταση υπέρτασης, μπορεί επίσης να καταστραφεί ο μηχανισμός αίσθησης.

  Προφανώς αυτή η μορφή προστασίας από υπέρταση απαιτεί κυκλώματα που είναι ειδικά για το συγκεκριμένο κύκλωμα και τα τσιπ τροφοδοσίας λειτουργίας διακόπτη που χρησιμοποιούνται.

Χρησιμοποιούνται και οι τρεις τεχνικές και μπορούν να παρέχουν αποτελεσματική προστασία από την υπέρταση τροφοδοσίας. Το καθένα έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και η επιλογή της τεχνικής πρέπει να εξαρτάται από τη δεδομένη κατάσταση.

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων