Zaštita od prenapona za napajanje

Zaštita od prenapona napajanja stvarno je korisna - neki kvarovi PSU-a mogu dovesti do štetnih velikih napona na opremi. Zaštita od prenapona sprječava da se to dogodi i na linearnim regulatorima i na prekidačima napajanja.

Iako su moderni izvori napajanja sada vrlo pouzdani, uvijek postoji mala, ali stvarna šansa da mogu otkazati.

Mogu pokvariti na mnogo načina, a jedna posebno zabrinjavajuća mogućnost je da serijski prolazni element, tj. tranzistor glavnog prolaza ili FET može pokvariti na način da dođe do kratkog spoja. Ako se to dogodi, na strujnom krugu koji se napaja mogao bi se pojaviti vrlo veliki napon koji se često naziva prenaponom, uzrokujući katastrofalna oštećenja cijele opreme.

Dodavanjem malog dodatnog zaštitnog kruga u obliku zaštite od prenapona, moguće je zaštititi se od ove malo vjerojatne, ali katastrofalne mogućnosti.

Većina izvora napajanja dizajniranih za vrlo pouzdan rad opreme visoke vrijednosti uključit će neki oblik zaštite od prenapona kako bi se osiguralo da bilo kakav kvar napajanja ne rezultira oštećenjem opreme koja se napaja. To se odnosi i na linearne izvore napajanja, kao i na prekidače napajanja.

Neki izvori napajanja možda nemaju ugrađenu zaštitu od prenapona i ne bi se trebali koristiti za napajanje skupe opreme - moguće je napraviti mali dizajn elektroničkih sklopova i razviti mali zaštitni krug od prenapona i dodati ga kao dodatnu stavku.

Osnove zaštite od prenapona

Postoji mnogo načina na koje napajanje može otkazati. Međutim, da biste razumjeli nešto više o zaštiti od prenapona i problemima sklopa, lako je uzeti jednostavan primjer linearnog regulatora napona koji koristi vrlo jednostavnu Zener diodu i serijski tranzistor.

Osnovni serijski regulator koji koristi zener diodu i emiterski sljedbenik

Iako složeniji izvori napajanja daju bolje performanse, oni se također oslanjaju na serijski tranzistor koji propušta izlaznu struju. Glavna razlika je način na koji se napon regulatora primjenjuje na bazu tranzistora.

Obično je ulazni napon takav da nekoliko volti pada na serijski element regulatora napona. To omogućuje da serijski prolazni tranzistor adekvatno regulira izlazni napon. Često je napon pao na serijski tranzistor relativno visok - za napajanje od 12 volti, ulaz može biti 18 volti čak i više da bi se dobila potrebna regulacija i odbijanje mreškanja, itd.

To znači da može postojati značajna razina raspršene topline u elementu regulatora napona iu kombinaciji s bilo kojim prolaznim šiljcima koji bi se mogli pojaviti na ulazu, što znači da uvijek postoji mogućnost kvara.

Uređaj za serijski prolaz tranzistora obično bi pokvario u stanju otvorenog kruga, ali u nekim okolnostima tranzistor može razviti kratki spoj između kolektora i emitera. Ako se to dogodi, tada bi se puni neregulirani ulazni napon pojavio na izlazu regulatora napona.

Ako se puni napon pojavi na izlazu, to bi moglo oštetiti mnoge IC-ove koji se nalaze u krugu koji se napaja. U ovom slučaju krug bi mogao biti izvan ekonomskog popravka.

Način na koji sklopni regulatori rade vrlo je različit, ali postoje okolnosti u kojima se puni izlaz može pojaviti na izlazu napajanja.

I za linearne regulirane izvore napajanja i za prekidače za napajanje uvijek je preporučljiv neki oblik zaštite od prenapona.

Vrste prenaponske zaštite

Kao i kod mnogih elektroničkih tehnika, postoji nekoliko načina implementacije određene sposobnosti. To vrijedi za zaštitu od prenapona.

Postoji nekoliko različitih tehnika koje se mogu koristiti, svaka ima svoje karakteristike. Izvedbu, cijenu, složenost i način rada potrebno je odvagnuti prilikom određivanja koju metodu koristiti tijekom faze dizajna elektroničkog sklopa.

• SCR poluga: Kao što naziv implicira, krug poluge dovodi do kratkog spoja na izlazu napajanja ako dođe do stanja prenapona. Za to se obično koriste tiristori, tj. SCR, jer mogu prebaciti velike struje i ostati uključeni sve dok se naboj ne rasprši. Tiristor se može spojiti natrag na osigurač koji puše i izolira regulator od daljnjeg postavljanja napona na njega.

  Zaštitni krug od prenapona tiristorske poluge

  U ovom krugu Zener dioda je odabrana tako da joj napon bude iznad normalnog radnog napona izlaza, ali ispod napona gdje bi došlo do oštećenja. U ovom vođenju, nikakva struja ne teče kroz Zener diodu jer njezin probojni napon nije postignut i struja ne teče u kapiju tiristora i ona ostaje isključena. Napajanje će raditi normalno.

  Ako serijski tranzistor u napajanju pokvari, napon će početi rasti - odvajanje u jedinici će osigurati da ne poraste odmah. Kako se diže, podići će se iznad točke gdje Zener dioda počinje provoditi i struja će teći u kapiju tiristora uzrokujući njeno okidanje.

  Kada se tiristor aktivira, kratko će spojiti izlaz napajanja na masu, sprječavajući oštećenje strujnog kruga koji napaja. Ovaj kratki spoj se također može upotrijebiti za pregorjevanje osigurača ili drugog elementa, isključivanjem napajanja regulatora napona i izolacijom jedinice od daljnjih oštećenja.

  Često se dio odvajanja u obliku malog kondenzatora postavlja od kapije tiristora na masu kako bi se spriječilo da oštri prijelazni procesi ili RF iz jedinice koja je napajana dođe do spoja gejta i uzrokuju lažni okidač. Međutim, ovo ne bi trebalo biti preveliko jer može usporiti paljenje kruga u stvarnom slučaju kvara, a zaštita može biti postavljena presporo.

  Napomena o zaštiti od prenapona tiristorske poluge:

  Tiristor ili SCR, silicijski kontrolirani ispravljač može se koristiti za osiguranje prenaponske zaštite u strujnom krugu. Otkrivanjem visokog napona, krug može pokrenuti tiristor kako bi postavio kratki spoj ili polugu preko naponske tračnice kako bi osigurao da ne poraste na visoki napon.

  Pročitajte više o tome Zaštitni krug od prenapona tiristorske poluge.

• Stezanje napona: Još jedan vrlo jednostavan oblik zaštite od prenapona koristi pristup koji se naziva naponsko stezanje. U svom najjednostavnijem obliku može se osigurati korištenjem Zener diode postavljene preko izlaza reguliranog napajanja. Uz odabrani napon Zener diode da bude malo iznad maksimalnog napona tračnice, u normalnim uvjetima neće voditi. Ako napon poraste previsoko, tada će početi provoditi, stežući napon na vrijednosti malo iznad napona tračnice.

  Ako je potrebna veća strujna sposobnost za regulirano napajanje onda se može koristiti Zener dioda s tranzistorskim međuspremnikom. To će povećati strujnu sposobnost u odnosu na jednostavan krug Zener diode, za faktor jednak strujnom dobitku tranzistora. Budući da je za ovaj krug potreban tranzistor snage, vjerojatne razine strujnog pojačanja bit će niske - moguće 20 - 50.

  Stezaljka prenapona Zener diode
  (a) - jednostavna Zener dioda, (b) - veća struja s tranzistorskim puferom

• Ograničavanje napona: Kada je potrebna zaštita od prenapona za napajanje s prekidačem, SMPS tehnike stezaljke i poluge se manje koriste zbog zahtjeva za rasipanjem snage i moguće veličine i cijene komponenti.

  Srećom, većina regulatora prekidača ne radi u stanju niskog napona. Međutim, često je pametno postaviti mogućnosti ograničavanja napona u slučaju prenapona.
  
  Često se to može postići otkrivanjem stanja prenapona i gašenjem pretvarača. To je osobito primjenjivo u slučaju DC-DC pretvarača. Prilikom implementacije, potrebno je ugraditi osjetnu petlju koja je izvan glavnog IC regulatora - mnogi regulatori prekidača i DC-DC pretvarači koriste čip za postizanje većine kruga. Vrlo je važno koristiti vanjsku osjetnu petlju jer ako je čip regulatora prekidača načina rada oštećen što uzrokuje stanje prenapona, može se oštetiti i mehanizam senzora.

  Očito je da ovaj oblik zaštite od prenapona zahtijeva sklopove koji su specifični za određeni krug i čipove napajanja prekidača koji se koriste.

Koriste se sve tri tehnike i mogu osigurati učinkovitu zaštitu od prenapona napajanja. Svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke, a izbor tehnike treba ovisiti o datoj situaciji.

Ostavite poruku 

Lista Poruka