Защита от пренапрежение за захранвания

Защитата от пренапрежение на захранването е наистина полезна - някои повреди на захранването могат да доведат до увреждащи големи напрежения на оборудването. Защитата от пренапрежение предотвратява това да се случи както на линейните регулатори, така и на захранващите устройства с импулсен режим.

Въпреки че съвременните захранвания вече са много надеждни, винаги има малък, но реален шанс те да се повредят.

Те могат да се повредят по много начини и една особено тревожна възможност е, че елементът за серийно преминаване, т.е. главният транзистор или FET може да се повреди по такъв начин, че да получи късо съединение. Ако това се случи, върху веригата, която се захранва, може да се появи много голямо напрежение, често наричано пренапрежение, което да причини катастрофални щети на цялото оборудване.

Чрез добавяне на малко допълнителна защитна верига под формата на защита от пренапрежение е възможно да се предпазите от тази малко вероятна, но катастрофална възможност.

Повечето захранващи устройства, предназначени за много надеждна работа на оборудване с висока стойност, ще включват някаква форма на защита от пренапрежение, за да се гарантира, че всяка повреда на захранването няма да доведе до повреда на оборудването, което се захранва. Това се отнася както за линейните захранвания, така и за превключвателните захранвания.

Някои захранвания може да не включват защита от пренапрежение и те не трябва да се използват за захранване на скъпо оборудване - възможно е да се направи малък дизайн на електронни схеми и да се разработи малка верига за защита от пренапрежение и да се добави като допълнителен елемент.

Основи за защита от пренапрежение

Има много начини, по които захранването може да се повреди. Въпреки това, за да разберете малко повече за защитата от пренапрежение и проблемите с веригата, е лесно да вземете прост пример за линеен регулатор на напрежението, използвайки много прост Zener диод и транзистор с последователен ход.

Основен сериен регулатор, използващ ценеров диод и емитерен последовател

Въпреки че по-сложните консумативи дават по-добра производителност, те също разчитат на сериен транзистор за преминаване на изходния ток. Основната разлика е начинът, по който напрежението на регулатора се прилага към основата на транзистора.

Обикновено входното напрежение е такова, че няколко волта падат върху елемента за последователен регулатор на напрежението. Това позволява на серийния транзистор да регулира адекватно изходното напрежение. Често напрежението, паднало през транзистора с последователен проход, е сравнително високо - за захранване от 12 волта, входът може да бъде 18 волта дори повече, за да осигури необходимото регулиране и отхвърляне на пулсации и т.н.

Това означава, че може да има значително ниво на топлина, разсейвана в елемента на регулатора на напрежението и комбинирана с всякакви преходни пикове, които биха могли да се появят на входа, това означава, че винаги има възможност за повреда.

Устройството за последователно преминаване на транзистора обикновено се поврежда в състояние на отворена верига, но при някои обстоятелства транзисторът може да развие късо съединение между колектора и емитера. Ако това се случи, тогава пълното нерегулирано входно напрежение ще се появи на изхода на регулатора на напрежението.

Ако пълното напрежение се появи на изхода, то може да повреди много от интегралните схеми, които са в захранваната верига. В този случай веригата може да бъде извън икономически ремонт.

Начинът, по който работят превключващите регулатори, е много различен, но има обстоятелства, при които пълният изход може да се появи на изхода на захранването.

Както за линейно регулирани захранвания, така и за захранвания с превключващ режим винаги е препоръчителна някаква форма на защита от пренапрежение.

Видове защита от пренапрежение

Както при много електронни техники, има няколко начина за прилагане на определена възможност. Това важи за защитата от пренапрежение.

Има няколко различни техники, които могат да се използват, всяка със свои собствени характеристики. Производителността, цената, сложността и режимът на работа трябва да бъдат претеглени, когато се определя кой метод да се използва по време на етапа на проектиране на електронни схеми.

• SCR Crowbar: Както подсказва името, веригата на лоста създава късо съединение в изхода на захранването, ако възникне състояние на пренапрежение. Обикновено за това се използват тиристори, т.е. SCR, тъй като те могат да превключват големи токове и да останат включени, докато зарядът не се разсее. Тиристорът може да бъде свързан обратно към предпазител, който изгоря и изолира регулатора от поставяне на допълнително напрежение върху него.

  Верига за защита от пренапрежение на тиристорния лост

  В тази схема ценеровият диод е избран така, че напрежението му да е над нормалното работно напрежение на изхода, но под напрежението, където би настъпила повреда. При тази проводимост ток не протича през ценеровия диод, тъй като напрежението на пробив не е достигнато и ток не тече в портата на тиристора и той остава изключен. Захранването ще работи нормално.

  Ако транзисторът за серийно преминаване в захранването се повреди, напрежението ще започне да се покачва - разделянето в модула ще гарантира, че няма да се повиши незабавно. Докато се издига, той ще се издигне над точката, в която диодът Zener започва да провежда и токът ще тече в портата на тиристора, причинявайки неговото задействане.

  Когато тиристорът се задейства, той ще късо изхода на захранването към земята, предотвратявайки повреда на веригата, която захранва. Това късо съединение може да се използва и за избухване на предпазител или друг елемент, изключване на захранването на регулатора на напрежението и изолиране на уреда от допълнителни повреди.

  Често известно отделяне под формата на малък кондензатор се поставя от порта на тиристора към земята, за да се предотврати проникването на резки преходни процеси или RF от захранването на модула към връзката на портата и причиняване на фалшиво задействане. Това обаче не трябва да се прави твърде голямо, тъй като може да забави задействането на веригата в реален случай на повреда и защитата може да бъде поставена твърде бавно.

  Забележка относно защитата от пренапрежение на тиристорния лост:

  Тиристорът или SCR, силициевият управляван токоизправител може да се използва за осигуряване на защита от пренапрежение в захранващата верига. Чрез откриване на високо напрежение, веригата може да задейства тиристора, за да постави късо съединение или лост през шината за напрежение, за да гарантира, че няма да се повиши до високо напрежение.

  Прочетете повече за Верига за защита от пренапрежение на тиристорния лост.

• Затягане на напрежението: Друга много проста форма на защита от пренапрежение използва подход, наречен затягане на напрежение. В най-простата си форма той може да бъде осигурен чрез използване на ценеров диод, поставен върху изхода на регулираното захранване. Когато напрежението на Zener диода е избрано да бъде малко над максималното напрежение на релсата, при нормални условия то няма да провежда. Ако напрежението се повиши твърде високо, тогава то ще започне да провежда, затягайки напрежението на стойност малко над напрежението на релсата.

  Ако е необходима по-висока токова способност за регулираното захранване, тогава може да се използва Zener диод с транзисторен буфер. Това ще увеличи токовата способност в сравнение с обикновената верига на Zener диод, с коефициент, равен на усилването на тока на транзистора. Тъй като за тази схема е необходим транзистор за мощност, вероятните нива на усилване на тока ще бъдат ниски - вероятно 20 - 50.

  Ценеров диод скоба за свръхнапрежение
  (а) - обикновен ценеров диод, (б) - по-висок ток с транзисторен буфер

• Ограничаване на напрежението: Когато се изисква защита от пренапрежение за захранвания с превключващ режим, SMPS техниките за скоба и лост се използват по-малко поради изискванията за разсейване на мощността и възможния размер и цена на компонентите.

  За щастие повечето регулатори на превключвателни режими се провалят при ниско напрежение. Въпреки това често е разумно да се въведат възможности за ограничаване на напрежението в случай на пренапрежение.
  
  Често това може да се постигне чрез отчитане на състоянието на пренапрежение и изключване на преобразувателя. Това е особено приложимо в случая на DC-DC преобразуватели. Когато се реализира това, е необходимо да се включи сензорен контур, който е извън главния IC регулатор - много регулатори на режим на превключване и DC-DC преобразуватели използват чип за постигане на по-голямата част от веригата. Много е важно да използвате външен сензорен контур, защото ако чипът на регулатора на превключвателя е повреден, причинявайки състояние на пренапрежение, сензорният механизъм също може да бъде повреден.

  Очевидно тази форма на защита от пренапрежение изисква вериги, които са специфични за конкретната верига и използвани чипове за захранване в режим на превключване.

И трите техники се използват и могат да осигурят ефективна защита от пренапрежение на захранването. Всеки има своите предимства и недостатъци и изборът на техника трябва да зависи от дадена ситуация.

Остави съобщение 

Списък на ЛС