Ylijännitesuoja virtalähteille

Virtalähteen ylijännitesuoja on todella hyödyllinen - jotkin virtalähteen viat voivat aiheuttaa vaurioittavia suuria jännitteitä laitteisiin. Ylijännitesuoja estää tämän tapahtuman sekä lineaarisissa säätimissä että hakkuriteholähteissä.

Vaikka nykyaikaiset virtalähteet ovat nyt erittäin luotettavia, on aina pieni mutta todellinen mahdollisuus epäonnistua.

Ne voivat epäonnistua monella tapaa, ja yksi erityisen huolestuttava mahdollisuus on, että sarjapäästöelementti eli pääpäästötransistori tai FET voi epäonnistua siten, että se menee oikosulkuun. Jos näin tapahtuu, erittäin suuri jännite, jota usein kutsutaan ylijännitteeksi, voi ilmaantua virtapiiriin, joka saa virtaa ja aiheuttaa katastrofaalisia vaurioita koko laitteelle.

Lisäämällä hieman ylimääräistä suojapiiriä ylijännitesuojan muodossa, on mahdollista suojata tätä epätodennäköistä mutta katastrofaalista mahdollisuutta vastaan.

Useimmat virtalähteet, jotka on suunniteltu erittäin luotettavaan arvokkaiden laitteiden toimintaan, sisältävät jonkinlaisen ylijännitesuojan sen varmistamiseksi, että virtalähteen häiriöt eivät aiheuta vaurioita virtalähteenä saaville laitteille. Tämä koskee sekä lineaarisia teholähteitä että myös hakkuriteholähteitä.

Jotkin virtalähteet eivät välttämättä sisällä ylijännitesuojaa, eikä niitä tule käyttää kalliiden laitteiden virransyöttöön - on mahdollista tehdä pieni elektroniikkapiirisuunnittelu ja kehittää pieni ylijännitesuojapiiri ja lisätä tämä lisätarvikkeena.

Ylijännitesuojauksen perusteet

On monia tapoja, joilla virtalähde voi epäonnistua. Kuitenkin ymmärtääksesi hieman enemmän ylijännitesuojasta ja piiriongelmista, on helppo ottaa yksinkertainen esimerkki lineaarisesta jännitesäätimestä, jossa käytetään hyvin yksinkertaista Zener-diodia ja sarjapäästötransistoria.

Perussarjan säädin Zener-diodilla ja emitteriseuraajalla

Vaikka monimutkaisemmat syöttölaitteet antavat paremman suorituskyvyn, ne luottavat myös sarjatransistoriin välittämään lähtövirtaa. Suurin ero on tapa, jolla säätimen jännite syötetään transistorin kantaan.

Tyypillisesti tulojännite on sellainen, että sarjajännitesäädinelementin yli putoaa useita voltteja. Tämä mahdollistaa sarjapäästötransistorin säätelevän lähtöjännitettä riittävästi. Usein sarjapäästötransistorin yli pudonnut jännite on suhteellisen korkea - 12 voltin syötössä tulo voi olla 18 volttia tai jopa enemmän, jotta saadaan tarvittava säätö ja aaltoilun esto jne.

Tämä tarkoittaa, että jännitteensäädinelementissä voi olla huomattava lämpöhäviö yhdistettynä mahdollisiin ohimeneviin piikkiin, joita voi esiintyä tulossa, mikä tarkoittaa, että vika on aina olemassa.

Transistorisarjan päästölaite epäonnistuisi tavallisemmin avoimen piirin tilassa, mutta joissain olosuhteissa transistori voi muodostaa oikosulun kollektorin ja emitterin välille. Jos näin tapahtuu, koko säätelemätön tulojännite ilmestyy jännitesäätimen ulostuloon.

Jos täysi jännite ilmestyi ulostuloon, se voi vahingoittaa monia syötettävässä piirissä olevia IC:itä. Tässä tapauksessa piiri voi hyvinkin olla taloudellisesti korjauskelvoton.

Kytkentäsäätimien toimintatapa on hyvin erilainen, mutta on tilanteita, joissa täysi teho voi näkyä virtalähteen lähdössä.

Sekä lineaarisesti säädetyille teholähteille että hakkuriteholähteille jonkinlainen ylijännitesuoja on aina suositeltavaa.

Ylijännitesuojatyypit

Kuten monien elektronisten tekniikoiden kohdalla, on olemassa useita tapoja toteuttaa tietty ominaisuus. Tämä pätee ylijännitesuojaan.

Voidaan käyttää useita erilaisia ​​tekniikoita, joista jokaisella on omat ominaisuutensa. Suorituskyky, kustannukset, monimutkaisuus ja toimintatapa on kaikki punnittava päätettäessä käytettävästä menetelmästä elektroniikkapiirin suunnitteluvaiheessa.

• SCR sorkkarauta: Kuten nimestä voi päätellä, sorkkarautapiiri asettaa oikosulun virtalähteen ulostuloon, jos ylijännitetilanne koetaan. Tyypillisesti tähän käytetään tyristoreita eli SCR:itä, koska ne voivat kytkeä suuria virtoja ja pysyä päällä, kunnes varaus on hajautunut. Tyristori voidaan kytkeä takaisin sulakkeeseen, joka palaa ja eristää säätimen lisäjännitteeltä.

  Tyristori sorkkaraudan ylijännitesuojapiiri

  Tässä piirissä Zener-diodi valitaan siten, että sen jännite on lähdön normaalin käyttöjännitteen yläpuolella, mutta sen jännitteen alapuolella, jossa vahinko tapahtuisi. Tässä johtuessa Zener-diodin läpi ei kulje virtaa, koska sen läpilyöntijännitettä ei ole saavutettu ja virtaa ei kulje tyristorin hilaan ja se pysyy pois päältä. Virtalähde toimii normaalisti.

  Jos virtalähteen sarjapäästötransistori epäonnistuu, jännite alkaa nousta - yksikön erotus varmistaa, että se ei nouse välittömästi. Kun se nousee, se nousee sen pisteen yläpuolelle, jossa Zener-diodi alkaa johtaa ja virta virtaa tyristorin hilaan aiheuttaen sen laukaisun.

  Kun tyristori laukeaa, se oikosuluttaa virtalähteen ulostulon maahan, estäen sen virtapiirin vahingoittumisen. Tätä oikosulkua voidaan käyttää myös sulakkeen tai muun elementin palamiseen, jolloin jännitteensäätimestä katkaistaan ​​virta ja laite eristetään lisävaurioilta.

  Usein tyristorin hilasta maahan asetetaan pienen kondensaattorin muodossa oleva erotus, jotta teräviä transientteja tai tehoyksikön RF ei pääse hilaliitäntään ja aiheuttaisi virheliipaisua. Tätä ei kuitenkaan saa tehdä liian suureksi, koska se voi hidastaa piirin laukaisua todellisessa vikatilanteessa ja suoja saattaa olla paikallaan liian hitaasti.

  Huomautus tyristorin sorkkaraudan ylijännitesuojasta:

  Tyristoria tai SCR:tä, silikoniohjattua tasasuuntaajaa voidaan käyttää ylijännitesuojaukseen virtalähdepiirissä. Havaitsemalla korkean jännitteen piiri voi laukaista tyristorin ja asettaa oikosulun tai sorkkaraudan jännitekiskoon varmistaakseen, että se ei nouse korkeaan jännitteeseen.

  Lue lisää Tyristori sorkkaraudan ylijännitesuojapiiri.

• Jännitteen kiinnitys: Toinen hyvin yksinkertainen ylijännitesuojausmuoto käyttää lähestymistapaa, jota kutsutaan jännitteen kiinnittämiseksi. Yksinkertaisimmassa muodossaan se voidaan tarjota käyttämällä säädellyn teholähteen lähdön poikki sijoitettua Zener-diodia. Kun Zener-diodin jännite on valittu hieman kiskon enimmäisjännitteen yläpuolelle, se ei normaaliolosuhteissa johda. Jos jännite nousee liian korkeaksi, se alkaa johtaa ja puristaa jännitteen arvoon, joka on hieman kiskon jännitteen yläpuolella.

  Jos säädetylle teholähteelle tarvitaan suurempaa virtakapasiteettia, voidaan käyttää Zener-diodia transistoripuskurilla. Tämä lisää virran kapasiteettia yksinkertaiseen Zener-diodipiiriin verrattuna kertoimella, joka on yhtä suuri kuin transistorin virranvahvistus. Koska tähän piiriin tarvitaan tehotransistori, todennäköiset virran vahvistustasot ovat alhaiset - mahdollisesti 20 - 50.

  Zener-diodin ylijännitepuristin
  (a) - yksinkertainen Zener-diodi, (b) - suurempi virta transistoripuskurilla

• Jännitteen rajoitus: Kun ylijännitesuojaus vaaditaan hakkuriteholähteille, SMPS, puristin- ja sorkkarautatekniikkaa käytetään vähemmän laajalti tehohäviövaatimusten ja komponenttien mahdollisen koon ja kustannusten vuoksi.

  Onneksi useimmat kytkentätilan säätimet epäonnistuvat matalajännitteisessä tilassa. Usein on kuitenkin järkevää ottaa käyttöön jännitteenrajoitusominaisuudet ylijänniteolosuhteiden varalta.
  
  Usein tämä voidaan saavuttaa tunnistamalla ylijännitetila ja sammuttamalla muuntaja. Tämä pätee erityisesti DC-DC-muuntimiin. Tätä toteutettaessa on tarpeen sisällyttää aistisilmukka, joka on IC-pääsäätimen ulkopuolella - monet kytkinmoodisäätimet ja DC-DC-muuntimet käyttävät sirua saavuttaakseen suurimman osan piiristä. On erittäin tärkeää käyttää ulkoista tunnistussilmukkaa, koska jos kytkentätilan säätimen siru vaurioituu aiheuttaen ylijännitetilan, myös tunnistusmekanismi voi vaurioitua.

  Ilmeisesti tämän tyyppinen ylijännitesuoja vaatii piirejä, jotka ovat ominaisia ​​tietylle piirille ja käytetylle kytkinmoodille.

Kaikkia kolmea tekniikkaa käytetään ja ne voivat tarjota tehokkaan virtalähteen ylijännitesuojan. Jokaisella on omat etunsa ja haittansa, ja tekniikan valinta on tehtävä tilanteen mukaan.

Jätä viesti 

viestiluettelo