Защита от перенапряжения для источников питания

Защита от перенапряжения источника питания действительно полезна - некоторые сбои блока питания могут привести к повреждению оборудования большим напряжением. Защита от перенапряжения предотвращает это как на линейных регуляторах, так и на импульсных источниках питания.

Хотя современные блоки питания сейчас очень надежны, всегда есть небольшая, но реальная вероятность того, что они могут выйти из строя.

Они могут выйти из строя по-разному, и одна особенно тревожная возможность заключается в том, что элемент последовательного прохода, то есть транзистор главного прохода или полевой транзистор, может выйти из строя таким образом, что произойдет короткое замыкание. Если это произойдет, в цепи, на которую подается питание, может появиться очень большое напряжение, часто называемое перенапряжением, что приведет к катастрофическому повреждению всего оборудования.

Добавив небольшую дополнительную схему защиты в виде защиты от перенапряжения, можно защититься от этой маловероятной, но катастрофической возможности.

Большинство источников питания, предназначенных для очень надежной работы дорогостоящего оборудования, будут включать в себя некоторую форму защиты от перенапряжения, чтобы гарантировать, что любой сбой источника питания не приведет к повреждению оборудования, на которое подается питание. Это относится как к линейным источникам питания, так и к импульсным источникам питания.

Некоторые источники питания могут не иметь защиты от перенапряжения, и их не следует использовать для питания дорогостоящего оборудования - можно немного спроектировать электронную схему и разработать небольшую схему защиты от перенапряжения и добавить ее в качестве дополнительного элемента.

Основы защиты от перенапряжения

Есть много причин, по которым блок питания может выйти из строя. Однако, чтобы понять немного больше о защите от перенапряжения и проблемах схемы, легко взять простой пример линейного регулятора напряжения, использующего очень простой стабилитрон и транзистор с последовательным проходом.

Регулятор серии Basic с использованием стабилитрона и эмиттерного повторителя

Хотя более сложные источники питания обеспечивают лучшую производительность, они также используют последовательный транзистор для передачи выходного тока. Основное отличие заключается в способе подачи напряжения регулятора на базу транзистора.

Обычно входное напряжение таково, что на элемент последовательного регулятора напряжения падает несколько вольт. Это позволяет последовательному транзистору адекватно регулировать выходное напряжение. Часто падение напряжения на последовательном транзисторе является относительно высоким - для источника питания 12 вольт входное напряжение может составлять 18 вольт и даже больше, чтобы обеспечить необходимое регулирование и подавление пульсаций и т. Д.

Это означает, что в элементе регулятора напряжения может рассеиваться значительный уровень тепла и в сочетании с любыми переходными выбросами, которые могут появиться на входе, это означает, что всегда существует вероятность отказа.

Устройство последовательного прохода транзисторов чаще всего выходит из строя в условиях разомкнутой цепи, но при некоторых обстоятельствах транзистор может вызвать короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Если это произойдет, то на выходе регулятора напряжения появится полное нерегулируемое входное напряжение.

Если на выходе появится полное напряжение, это может привести к повреждению многих микросхем в цепи питания. В этом случае схема вполне может оказаться не подлежащей экономическому ремонту.

Принцип работы импульсных регуляторов сильно различается, но есть обстоятельства, при которых полная мощность может появиться на выходе источника питания.

Как для источников питания с линейным стабилизатором, так и для импульсных источников питания всегда рекомендуется какая-либо защита от перенапряжения.

Типы защиты от перенапряжения

Как и во многих электронных технологиях, существует несколько способов реализации той или иной возможности. Это верно для защиты от перенапряжения.

Можно использовать несколько различных техник, каждая из которых имеет свои особенности. При определении того, какой метод использовать на этапе проектирования электронной схемы, необходимо взвесить производительность, стоимость, сложность и режим работы.

• SCR Crowbar: Как следует из названия, цепь лома обеспечивает короткое замыкание на выходе источника питания, если возникает состояние перенапряжения. Обычно для этого используются тиристоры, то есть тиристоры, поскольку они могут переключать большие токи и оставаться включенными до тех пор, пока не рассеется какой-либо заряд. Тиристор может быть снова подключен к предохранителю, который перегорает и изолирует регулятор от дальнейшего воздействия на него напряжения.

  Схема защиты тиристорного лома от перенапряжения

  В этой схеме стабилитрон выбран так, чтобы его напряжение было выше нормального рабочего напряжения на выходе, но ниже напряжения, при котором может произойти повреждение. При такой проводимости через стабилитрон не протекает ток, потому что его напряжение пробоя не было достигнуто, и ток не течет на затвор тиристора, и он остается выключенным. Блок питания будет работать нормально.

  Если последовательный транзистор в источнике питания выйдет из строя, напряжение начнет расти - развязка в блоке гарантирует, что оно не поднимется мгновенно. Когда он поднимается, он поднимается выше точки, в которой стабилитрон начинает проводить, и ток течет в затвор тиристора, вызывая его срабатывание.

  Когда тиристор срабатывает, он замыкает выход источника питания на землю, предотвращая повреждение схемы, которую он питает. Это короткое замыкание также можно использовать для перегорания предохранителя или другого элемента, отключения питания регулятора напряжения и изоляции устройства от дальнейшего повреждения.

  Часто между затвором тиристора и землей размещается развязка в виде небольшого конденсатора, чтобы предотвратить резкие переходные процессы или высокочастотные помехи от источника питания, которые поступают на соединение затвора и вызывают ложный запуск. Однако его не следует делать слишком большим, так как это может замедлить срабатывание цепи в реальном случае отказа, а защита может сработать слишком медленно.

  Примечание по защите от перенапряжения тиристорного лома:

  Для защиты от перенапряжения в цепи источника питания можно использовать тиристор или тиристор, кремниевый управляемый выпрямитель. Обнаружив высокое напряжение, схема может активировать тиристор, чтобы поместить короткое замыкание или лом на шину напряжения, чтобы гарантировать, что оно не поднимется до высокого напряжения.

  Узнайте больше о Схема защиты тиристорного лома от перенапряжения.

• Фиксация напряжения: еще одна очень простая форма защиты от перенапряжения использует метод, называемый фиксацией напряжения. В простейшей форме это может быть обеспечено с помощью стабилитрона, установленного на выходе регулируемого источника питания. Если напряжение на стабилитроне выбрано немного выше максимального напряжения шины, в нормальных условиях он не будет проводить. Если напряжение поднимается слишком высоко, оно начинает проводить, ограничивая напряжение на значении, немного превышающем напряжение шины.

  Если для регулируемого источника питания требуется более высокий ток, можно использовать стабилитрон с транзисторным буфером. Это увеличит допустимый ток по сравнению с простой стабилитронной схемой на коэффициент, равный коэффициенту усиления транзистора по току. Поскольку для этой схемы требуется силовой транзистор, вероятные уровни усиления по току будут низкими — возможно, 20–50.

  Зажим перенапряжения на стабилитроне
  (а) - простой стабилитрон, (б) - больший ток с транзисторным буфером

• Ограничение напряжения: когда для импульсных источников питания требуется защита от перенапряжения, методы SMPS с зажимом и ломом используются менее широко из-за требований к рассеиваемой мощности, а также из-за возможных размеров и стоимости компонентов.

  К счастью, большинство импульсных регуляторов выходят из строя из-за низкого напряжения. Однако часто бывает целесообразно использовать возможности ограничения напряжения в случае возникновения перенапряжения.
  
  Часто этого можно достичь, определив состояние перенапряжения и отключив преобразователь. Это особенно применимо в случае преобразователей постоянного тока в постоянный. При реализации этого необходимо включить измерительную петлю, которая находится за пределами основного регулятора IC - многие импульсные регуляторы и преобразователи постоянного тока используют микросхему для создания большей части схемы. Очень важно использовать внешний контур считывания, потому что, если микросхема регулятора режима переключения повреждена, вызывая состояние перенапряжения, механизм считывания также может быть поврежден.

  Очевидно, что эта форма защиты от перенапряжения требует схем, специфичных для конкретной схемы, и используемых микросхем импульсного источника питания.

Используются все три метода, которые могут обеспечить эффективную защиту от перенапряжения источника питания. У каждого есть свои преимущества и недостатки, и выбор техники должен зависеть от конкретной ситуации.

Оставить сообщение 

Список сообщений