Prenapetostna zaščita za napajalnike

Zaščita pred prenapetostjo napajalnika je res uporabna - nekatere okvare napajalnika lahko povzročijo poškodovanje velikih napetosti na opremi. Prenapetostna zaščita preprečuje, da bi se to zgodilo tako na linearnih regulatorjih kot na napajalniku v stikalnem načinu.

Čeprav so sodobni napajalniki zdaj zelo zanesljivi, vedno obstaja majhna, a realna možnost, da lahko odpovejo.

Lahko odpovejo na več načinov in ena posebej zaskrbljujoča možnost je, da serijski prehodni element, to je glavni prehodni tranzistor ali FET, lahko odpove tako, da pride do kratkega stika. Če se to zgodi, se lahko na vezju, ki se napaja, pojavi zelo velika napetost, ki se pogosto imenuje prenapetost, kar povzroči katastrofalno škodo na celotni opremi.

Z dodajanjem malo dodatnega zaščitnega vezja v obliki prenapetostne zaščite se je mogoče zaščititi pred to malo verjetno, a katastrofalno možnostjo.

Večina napajalnikov, zasnovanih za zelo zanesljivo delovanje opreme visoke vrednosti, bo vključevala neko obliko zaščite pred prenapetostjo, ki zagotavlja, da kakršna koli izpad napajanja ne povzroči poškodbe opreme, ki se napaja. To velja tako za linearne napajalnike kot tudi za preklopne napajalnike.

Nekateri napajalniki morda ne vključujejo zaščite pred prenapetostjo in jih ne bi smeli uporabljati za napajanje drage opreme - mogoče je narediti malo zasnove elektronskega vezja in razviti majhno prenapetostno zaščitno vezje in to dodati kot dodaten element.

Osnove zaščite pred prenapetostjo

Obstaja veliko načinov, na katere lahko napajalnik odpove. Vendar, da bi razumeli malo več o prenapetostni zaščiti in težavah z vezjem, je enostavno vzeti preprost primer linearnega regulatorja napetosti z uporabo zelo preproste Zener diode in serijskih tranzistorjev.

Osnovni serijski regulator z uporabo zener diode in emiterskega sledilca

Čeprav bolj zapleteni napajalniki zagotavljajo boljšo zmogljivost, se zanašajo tudi na serijski tranzistor, ki prenaša izhodni tok. Glavna razlika je način, kako se napetost regulatorja nanaša na osnovo tranzistorja.

Običajno je vhodna napetost taka, da na element serijskega regulatorja napetosti pade več voltov. To omogoča, da serijski prehodni tranzistor ustrezno uravnava izhodno napetost. Pogosto je napetost, ki pade na serijski tranzistor, relativno visoka - za 12-voltno napajanje je lahko vhod 18 voltov celo več, da se zagotovi zahtevana regulacija in zavrnitev valovanja itd.

To pomeni, da se lahko v elementu regulatorja napetosti razprši znatna raven toplote in v kombinaciji z morebitnimi prehodnimi konicami, ki se lahko pojavijo na vhodu, kar pomeni, da vedno obstaja možnost okvare.

Naprava za serijsko prehajanje tranzistorja bi običajno odpovedala v stanju odprtega tokokroga, vendar lahko v nekaterih okoliščinah na tranzistorju pride do kratkega stika med kolektorjem in oddajnikom. Če se to zgodi, bi se na izhodu regulatorja napetosti pojavila popolna neregulirana vhodna napetost.

Če bi se na izhodu pojavila polna napetost, bi lahko poškodovala številne IC, ki so v vezju, ki se napaja. V tem primeru bi tokokrog lahko bil ekonomsko nepopravljiv.

Način delovanja preklopnih regulatorjev je zelo različen, vendar obstajajo okoliščine, v katerih se lahko celotna moč pojavi na izhodu napajalnika.

Tako za linearne regulirane napajalnike kot za stikalne napajalnike je vedno priporočljiva neka oblika zaščite pred prenapetostjo.

Vrste prenapetostne zaščite

Kot pri mnogih elektronskih tehnikah obstaja več načinov izvajanja določene zmogljivosti. To velja za zaščito pred prenapetostjo.

Obstaja več različnih tehnik, ki jih je mogoče uporabiti, od katerih ima vsaka svoje značilnosti. Pri določanju, katero metodo uporabiti v fazi načrtovanja elektronskega vezja, je treba pretehtati zmogljivost, stroške, kompleksnost in način delovanja.

• SCR Crowbar: Kot pove že ime, vezje lomača povzroči kratek stik na izhodu napajalnika, če pride do prenapetostnega stanja. Za to se običajno uporabljajo tiristorji, tj. SCR, saj lahko preklopijo velike tokove in ostanejo vklopljeni, dokler se naboj ne razprši. Tiristor se lahko poveže nazaj z varovalko, ki pregori in izolira regulator pred morebitno nadaljnjo napetostjo na njem.

  Prenapetostno zaščitno vezje tiristorskega loma

  V tem vezju je Zener dioda izbrana tako, da je njena napetost nad normalno delovno napetostjo izhoda, vendar pod napetostjo, kjer bi nastala poškodba. Pri tej prevodnosti tok ne teče skozi Zenerjevo diodo, ker njena prelomna napetost ni dosežena in tok ne teče v vrata tiristorja in ostane izklopljen. Napajalnik bo deloval normalno.

  Če serijski tranzistor v napajalniku odpove, bo napetost začela naraščati - ločitev v enoti bo zagotovila, da se ne dvigne takoj. Ko se dviga, se bo dvignil nad točko, kjer začne Zener dioda voditi in tok bo pritekel v vrata tiristorja, kar povzroči, da se sproži.

  Ko se tiristor sproži, bo izhod napajalnika na kratko ozemljil in preprečil poškodbe vezja, ki ga napaja. Ta kratek stik se lahko uporabi tudi za pregorevanje varovalke ali drugega elementa, izklop napetosti regulatorja in izolacijo enote pred nadaljnjo poškodbo.

  Pogosto je nekaj ločitve v obliki majhnega kondenzatorja nameščeno od vrat tiristorja na ozemljitev, da se prepreči, da bi ostri prehodni procesi ali RF iz enote, ki je napajanje enote, prišli na povezavo vrat in povzročili lažen sprožilec. Vendar to ne sme biti preveliko, saj lahko upočasni sprožitev vezja v resničnem primeru okvare in zaščita se lahko vzpostavi prepočasi.

  Opomba o prenapetostni zaščiti tiristorskega lomača:

  Tiristor ali SCR, silicijev krmiljen usmernik se lahko uporablja za zagotavljanje prenapetostne zaščite v napajalnem vezju. Z zaznavanjem visoke napetosti lahko vezje sproži tiristor, da vzpostavi kratek stik ali lomico čez napetostno tirnico, da zagotovi, da se ne dvigne na visoko napetost.

  Preberite več Prenapetostno zaščitno vezje tiristorskega loma.

• Napetostno vpenjanje: Druga zelo preprosta oblika prenapetostne zaščite uporablja pristop, imenovan napetostno vpenjanje. V najpreprostejši obliki ga je mogoče zagotoviti z uporabo Zener diode, nameščene na izhodu reguliranega napajanja. Z izbrano napetostjo Zener diode, ki je nekoliko višja od največje napetosti tirnice, v normalnih pogojih ne bo prevodna. Če se napetost dvigne previsoko, bo začela prevajati, pri čemer bo napetost vpeta na vrednost, ki je nekoliko višja od napetosti tirnice.

  Če je za regulirano napajanje potrebna višja tokovna zmogljivost, se lahko uporabi Zener dioda s tranzistorskim puferjem. To bo povečalo tokovno zmogljivost v preprostem vezju Zener diode za faktor, ki je enak tokovnemu ojaču tranzistorja. Ker je za to vezje potreben močnostni tranzistor, bodo verjetne stopnje pridobitve toka nizke - morda 20 - 50.

  Prenapetostna sponka Zener diode
  (a) - preprosta Zener dioda, (b) - višji tok s tranzistorskim puferjem

• Omejevanje napetosti: Kadar je za napajalnike v stikalnem načinu potrebna prenapetostna zaščita, se SMPS tehnike vpenjanja in loma manj uporabljajo zaradi zahtev po odvajanju moči ter možne velikosti in stroškov komponent.

  Na srečo večina regulatorjev preklopnega načina odpove pri nizki napetosti. Vendar pa je pogosto pametno vzpostaviti zmogljivosti za omejevanje napetosti v primeru prenapetostnih pogojev.
  
  Pogosto je to mogoče doseči z zaznavanjem stanja prenapetosti in izklopom pretvornika. To še posebej velja v primeru DC-DC pretvornikov. Pri izvajanju tega je potrebno vključiti zanko za zaznavanje, ki je zunaj glavnega regulatorja IC - mnogi regulatorji preklopnega načina in DC-DC pretvorniki uporabljajo čip za doseganje večine vezja. Zelo pomembno je, da uporabite zunanjo zanko za zaznavanje, ker če je čip regulatorja preklopnega načina poškodovan, kar povzroči prenapetostno stanje, se lahko poškoduje tudi zaznavni mehanizem.

  Očitno ta oblika prenapetostne zaščite zahteva vezja, ki so specifična za določeno vezje in uporabljene napajalne čipe v stikalnem načinu.

Vse tri tehnike se uporabljajo in lahko zagotovijo učinkovito zaščito pred prenapetostjo napajanja. Vsaka ima svoje prednosti in slabosti, izbira tehnike pa mora biti odvisna od dane situacije.

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo