Захист від перенапруги для джерел живлення

Захист блоку живлення від перенапруги дійсно корисний - деякі збої блоку живлення можуть призвести до пошкодження великої напруги на обладнанні. Захист від перенапруги запобігає цьому як на лінійних стабілізаторах, так і на комутаторних блоках живлення.

Хоча сучасні джерела живлення зараз дуже надійні, завжди існує невелика, але реальна ймовірність того, що вони можуть вийти з ладу.

Вони можуть вийти з ладу багатьма способами, і особливо тривожна можливість полягає в тому, що послідовний прохідний елемент, тобто головний прохідний транзистор або FET, може вийти з ладу таким чином, що виникне коротке замикання. Якщо це станеться, на схемі, яка живиться, може з’явитися дуже велика напруга, яку часто називають перенапругою, що спричинить катастрофічні пошкодження всього обладнання.

Додавши трохи додаткової захисної схеми у вигляді захисту від перенапруги, можна захиститися від цієї малоймовірної, але катастрофічної можливості.

Більшість блоків живлення, розроблених для дуже надійної роботи високоцінного обладнання, мають певну форму захисту від перенапруги, щоб гарантувати, що будь-який збій живлення не призведе до пошкодження обладнання, яке живиться. Це стосується як лінійних джерел живлення, так і блоків живлення комутаторного режиму.

Деякі джерела живлення можуть не включати захист від перенапруги, і їх не слід використовувати для живлення дорогого обладнання - можна зробити невеликий дизайн електронних схем і розробити невелику схему захисту від перенапруги і додати це як додатковий елемент.

Основи захисту від перенапруги

Існує багато способів, через які блок живлення може вийти з ладу. Однак, щоб трохи більше зрозуміти захист від перенапруги та проблеми зі схемою, легко взяти простий приклад лінійного стабілізатора напруги, який використовує дуже простий стабілітрон і послідовний транзистор.

Регулятор базової серії з використанням стабілітрона та емітерного повторювача

Хоча більш складні джерела живлення дають кращу продуктивність, вони також покладаються на послідовний транзистор для пропускання вихідного струму. Основна відмінність полягає в тому, як напруга стабілізатора подається на базу транзистора.

Зазвичай вхідна напруга є такою, що на елемент стабілізатора послідовної напруги падає кілька вольт. Це дає можливість послідовному прохідному транзистору адекватно регулювати вихідну напругу. Часто падіння напруги на транзисторі послідовного проходу є відносно високим - для джерела живлення 12 вольт вхідний сигнал може становити 18 вольт навіть більше, щоб забезпечити необхідне регулювання та відхилення пульсацій тощо.

Це означає, що в елементі регулятора напруги може розсіюватися значний рівень тепла і в поєднанні з будь-якими перехідними скачками, які можуть з’явитися на вході, це означає, що завжди існує ймовірність відмови.

Пристрій послідовного проходу транзистора зазвичай виходить з ладу в умовах обриву ланцюга, але за деяких обставин у транзистора може виникнути коротке замикання між колектором і емітером. Якщо це станеться, то на виході регулятора напруги з’явиться повна нерегульована вхідна напруга.

Якщо на виході з'явиться повна напруга, це може пошкодити багато мікросхем, які знаходяться в ланцюзі, що постачається. У цьому випадку схема цілком може вийти за рамки економічного ремонту.

Спосіб роботи імпульсних регуляторів дуже різний, але існують обставини, за яких повна потужність може з’явитися на виході джерела живлення.

Як для лінійних регульованих джерел живлення, так і для блоків живлення з імпульсним режимом завжди доцільно використовувати певну форму захисту від перенапруги.

Види захисту від перенапруги

Як і у багатьох електронних методах, існує кілька способів реалізації певної можливості. Це справедливо для захисту від перенапруги.

Можна використовувати кілька різних технік, кожна з яких має свої особливості. Продуктивність, вартість, складність і режим роботи необхідно зважити при визначенні того, який метод використовувати на етапі проектування електронної схеми.

• SCR Crowbar: Як випливає з назви, схема лома створює коротке замикання на виході джерела живлення, якщо виникає перенапруга. Зазвичай для цього використовуються тиристори, тобто SCR, оскільки вони можуть перемикати великі струми і залишатися увімкненими, доки будь-який заряд не розійдеться. Тиристор можна під’єднати до запобіжника, який перегорає і ізолює регулятор від будь-якої додаткової напруги.

  Схема захисту від перенапруги тиристорного лома

  У цій схемі стабілітрон вибирається таким чином, щоб його напруга була вище нормальної робочої напруги на виході, але нижче напруги, де може виникнути пошкодження. У цій провідності через стабілітрон не проходить струм, тому що напруга його пробою не досягнута, і струм не надходить у затвор тиристора, і він залишається вимкненим. Блок живлення працюватиме нормально.

  Якщо послідовний транзистор в блоці живлення виходить з ладу, напруга почне зростати - розв'язка в блоці гарантує, що воно не підніметься миттєво. Піднімаючись, він підніметься вище точки, де починає проводитися стабілітрон, і струм буде текти в затвор тиристора, викликаючи його спрацьовування.

  Коли тиристор спрацьовує, він замикає вихід джерела живлення на землю, запобігаючи пошкодженню схем, які він живить. Це коротке замикання також може бути використане для перегорання запобіжника або іншого елемента, вимкнення живлення регулятора напруги та ізоляції пристрою від подальших пошкоджень.

  Часто деяка розв’язка у вигляді невеликого конденсатора розміщується від затвора тиристора до землі, щоб запобігти потраплянню різких перехідних процесів або радіочастотного живлення від блоку до з’єднання затвора і спричинення помилкового тригера. Однак не слід робити це занадто великим, оскільки це може уповільнити спрацьовування схеми в реальному випадку збою, а захист може встановлюватися занадто повільно.

  Примітка щодо захисту від перенапруги тиристорного лома:

  Тиристор або SCR, кремнієвий керований випрямляч можна використовувати для забезпечення захисту від перенапруги в ланцюзі живлення. Виявивши високу напругу, схема може запустити тиристор, щоб створити коротке замикання або лом через шину напруги, щоб переконатися, що вона не підвищиться до високої напруги.

  Докладніше про Контур захисту від перенапруги тиристорного лома.

• Затискання напруги: Інша дуже проста форма захисту від перенапруги використовує підхід, який називається затисканням напруги. У найпростішому вигляді це може бути забезпечено використанням стабілітрона, розміщеного навпроти виходу регульованого джерела живлення. Якщо напруга стабілітрона вибрано трохи вище максимальної напруги на рейці, за нормальних умов вона не буде проводити. Якщо напруга підніметься занадто високо, то він почне проводити, затискаючи напругу на значенні трохи вище напруги в шині.

  Якщо для регульованого джерела живлення потрібна більша потужність струму, можна використовувати стабілітрон з транзисторним буфером. Це збільшить потужність струму в порівнянні з простим ланцюгом стабілітрона на коефіцієнт, рівний коефіцієнту посилення струму транзистора. Оскільки для цієї схеми потрібен силовий транзистор, ймовірні рівні посилення по струму будуть низькими - можливо, 20 - 50.

  Затискач перенапруги стабілітрона
  (а) - простий стабілітрон, (б) - більший струм з транзисторним буфером

• Обмеження напруги: коли для джерел живлення комутаторного режиму потрібен захист від перенапруги, SMPS, методи затискачів і ломів використовуються менш широко через вимоги до розсіювання потужності та можливі розміри та вартість компонентів.

  На щастя, більшість регуляторів перемикання виходять з ладу в умовах низької напруги. Однак часто доцільно встановити можливості обмеження напруги в разі перенапруги.
  
  Часто цього можна досягти шляхом виявлення стану перенапруги та вимкнення перетворювача. Це особливо застосовно у випадку перетворювачів DC-DC. При реалізації цього необхідно включити чутливий контур, який знаходиться за межами основного стабілізатора IC - багато комутаторних регуляторів режимів і перетворювачів DC-DC використовують мікросхему для досягнення більшої частини схеми. Дуже важливо використовувати зовнішню петлю датчика, тому що якщо мікросхема регулятора перемикання режиму пошкоджена, що спричиняє перенапругу, механізм датчика також може бути пошкоджений.

  Очевидно, що для цієї форми захисту від перенапруги потрібні схеми, які є специфічними для конкретної схеми та використовуваних мікросхем живлення комутаторного режиму.

Всі три методи використовуються і можуть забезпечити ефективний захист від перенапруги джерела живлення. Кожен з них має свої переваги і недоліки, і вибір техніки повинен залежати від конкретної ситуації.

Залишити повідомлення 

список повідомлень