Túlfeszültség elleni védelem tápegységekhez

A tápegység túlfeszültség elleni védelme nagyon hasznos – egyes tápegység-hibák károsan nagy feszültségeket helyezhetnek a berendezésre. A túlfeszültség elleni védelem megakadályozza ezt mind a lineáris szabályozókon, mind a kapcsolóüzemű tápegységeken.

Bár a modern tápegységek ma már nagyon megbízhatóak, mindig van kicsi, de valós esélyük, hogy meghibásodhatnak.

Sokféleképpen meghibásodhatnak, és az egyik különösen aggasztó lehetőség az, hogy a soros áteresztő elem, azaz a főáteresztő tranzisztor vagy a FET oly módon meghibásodhat, hogy rövidzárlatot okoz. Ha ez megtörténik, egy nagyon nagy feszültség, amelyet gyakran túlfeszültségnek neveznek, megjelenhet a táplált áramkörön, ami katasztrofális károsodást okozhat az egész berendezésben.

Egy kis extra védelmi áramkör hozzáadásával túlfeszültség elleni védelem formájában meg lehet védekezni ez ellen a valószínűtlen, de katasztrofális lehetőség ellen.

A legtöbb tápegység, amelyet nagy értékű berendezések nagyon megbízható működésére terveztek, tartalmaz valamilyen túlfeszültség elleni védelmet annak biztosítására, hogy az áramellátás meghibásodása ne okozza a táplált berendezés károsodását. Ez vonatkozik a lineáris tápegységekre és a kapcsolóüzemű tápegységekre is.

Előfordulhat, hogy egyes tápegységek nem tartalmaznak túlfeszültség-védelmet, és ezeket nem szabad drága berendezések táplálására használni - lehetséges egy kis elektronikai áramkör tervezése és egy kis túlfeszültség-védelmi áramkör fejlesztése, és ezt kiegészítő elemként.

A túlfeszültség elleni védelem alapjai

A tápegység sokféleképpen meghibásodhat. A túlfeszültség elleni védelem és az áramköri problémák megértéséhez azonban könnyű egy egyszerű példát venni egy lineáris feszültségszabályozóra, amely egy nagyon egyszerű Zener-diódát és egy soros áteresztő tranzisztort használ.

Alap sorozatú szabályozó zener diódával és emitter követővel

Bár a bonyolultabb tápegységek jobb teljesítményt adnak, a kimeneti áram átadásához soros tranzisztorra is támaszkodnak. A fő különbség az, ahogyan a szabályozó feszültségét a tranzisztor alapjára kapcsolják.

Jellemzően a bemeneti feszültség olyan, hogy több volt átesik a soros feszültségszabályozó elemen. Ez lehetővé teszi a soros áteresztő tranzisztor számára, hogy megfelelően szabályozza a kimeneti feszültséget. A soros áteresztő tranzisztoron leeső feszültség gyakran viszonylag magas – 12 V-os táplálás esetén a bemenet 18 V lehet még ennél is nagyobb, hogy biztosítsa a szükséges szabályozást és hullámzást, stb.

Ez azt jelenti, hogy a feszültségszabályozó elemben jelentős mennyiségű hő disszipálhat, és a bemeneten esetlegesen előforduló tranziens tüskékkel párosulhat, ami azt jelenti, hogy mindig fennáll a meghibásodás lehetősége.

A tranzisztoros soros áteresztőeszköz általában meghibásodik szakadt áramköri állapotban, de bizonyos körülmények között a tranzisztor rövidzárlatot okozhat a kollektor és az emitter között. Ha ez megtörténik, akkor a teljes szabályozatlan bemeneti feszültség megjelenik a feszültségszabályozó kimenetén.

Ha a teljes feszültség megjelenik a kimeneten, az károsíthatja a betáplált áramkörben lévő számos IC-t. Ebben az esetben az áramkör gazdaságosan javítható.

A kapcsolószabályozók működési módja nagyon eltérő, de vannak olyan körülmények, amikor a teljes teljesítmény megjelenhet a tápegység kimenetén.

Mind a lineárisan szabályozott tápegységeknél, mind a kapcsolóüzemű tápegységeknél mindig tanácsos valamilyen túlfeszültség elleni védelem.

A túlfeszültség elleni védelem típusai

Mint sok elektronikus technika esetében, egy adott képesség megvalósításának számos módja van. Ez igaz a túlfeszültség elleni védelemre.

Számos különböző technika használható, mindegyiknek megvan a maga sajátossága. A teljesítményt, a költségeket, a bonyolultságot és a működési módot mind mérlegelni kell, amikor az elektronikus áramkör tervezési szakaszában melyik módszert kell használni.

• SCR feszítővas: Ahogy a neve is sugallja, a feszítővas áramkör rövidzárlatot okoz a tápegység kimenetén, ha túlfeszültséget tapasztal. Általában tirisztorokat, azaz SCR-eket használnak erre, mivel nagy áramot tudnak kapcsolni, és bekapcsolva maradnak, amíg a töltés szét nem oszlik. A tirisztor visszaköthető egy biztosítékhoz, amely kiég, és leválasztja a szabályozót az esetleges további feszültségtől.

  Tirisztor feszítővas túlfeszültség védelmi áramkör

  Ebben az áramkörben a Zener-dióda úgy van megválasztva, hogy feszültsége a kimenet normál üzemi feszültsége felett legyen, de alatta legyen annak a feszültségnek, ahol kár keletkezne. Ebben a vezetésben nem folyik áram a Zener-diódán, mert nem érte el a letörési feszültséget, és nem folyik áram a tirisztor kapujába, és kikapcsolva marad. A tápegység normálisan fog működni.

  Ha a tápegységben lévő soros átmenő tranzisztor meghibásodik, a feszültség emelkedni kezd - az egységben lévő leválasztás biztosítja, hogy ne emelkedjen azonnal. Ahogy felemelkedik, az a pont fölé emelkedik, ahol a Zener-dióda vezetni kezd, és az áram befolyik a tirisztor kapujába, ami kioldást okoz.

  Amikor a tirisztor kiold, rövidre zárja a tápegység kimenetét a testtel, megelőzve az általa táplált áramkör károsodását. Ezzel a rövidzárlattal biztosítékot vagy más elemet is ki lehet gyújtani, lekapcsolva a feszültségszabályozót és elszigetelve az egységet a további sérülésektől.

  Gyakran előfordul, hogy kis kondenzátor formájában leválasztást helyeznek el a tirisztor kapujától a földig, hogy megakadályozzák, hogy éles tranziensek vagy a tápegységből származó rádiófrekvenciás sugárzás a kapucsatlakozásra kerüljön, és hamis triggert okozzon. Ezt azonban nem szabad túl nagyra tenni, mert lelassíthatja az áramkör tüzelését valódi meghibásodás esetén, és a védelem túl lassan léphet be.

  Megjegyzés a tirisztor feszítővas-túlfeszültség elleni védelemhez:

  A tirisztor vagy SCR szilíciumvezérelt egyenirányító használható túlfeszültség elleni védelem biztosítására a tápáramkörben. A magas feszültség érzékelésével az áramkör beindíthatja a tirisztort, hogy rövidzárlatot vagy feszítővasat helyezzen át a feszültségsínen, így biztosítva, hogy a feszültség ne emelkedjen túl magasra.

  További információ Tirisztor feszítővas túlfeszültség védelmi áramkör.

• Feszültségrögzítés: A túlfeszültség elleni védelem másik nagyon egyszerű formája a feszültség befogásának nevezett megközelítést alkalmazza. A legegyszerűbb formában a szabályozott tápegység kimenetén elhelyezett Zener diódával biztosítható. Ha a Zener-dióda feszültségét úgy választják meg, hogy valamivel nagyobb legyen a maximális sínfeszültség felett, normál körülmények között nem vezet. Ha a feszültség túl magasra emelkedik, akkor vezetni kezd, és a feszültséget valamivel a sínfeszültség feletti értékre szorítja.

  Ha nagyobb áramerősségre van szükség a szabályozott tápegységhez, akkor tranzisztoros pufferrel ellátott Zener-dióda használható. Ez megnöveli az áramkapacitást az egyszerű Zener-dióda áramkörhöz képest a tranzisztor áramerősítésével egyenlő tényezővel. Mivel ehhez az áramkörhöz teljesítménytranzisztorra van szükség, a valószínű áramerősítési szintek alacsonyak lesznek - esetleg 20-50.

  Zener dióda túlfeszültség bilincs
  (a) - egyszerű Zener-dióda, (b) - nagyobb áramerősség tranzisztoros pufferrel

• Feszültségkorlátozás: Ha a kapcsolóüzemű tápegységeknél túlfeszültség-védelemre van szükség, az SMPS, a bilincs- és feszítővas-technikát kevésbé használják a teljesítménydisszipációs követelmények, valamint az alkatrészek lehetséges mérete és költsége miatt.

  Szerencsére a legtöbb kapcsoló üzemmód szabályzó meghibásodik alacsony feszültség esetén. Azonban gyakran megfontolandó a feszültségkorlátozó képességek alkalmazása túlfeszültség esetén.
  
  Ez gyakran a túlfeszültség érzékelésével és az átalakító leállításával érhető el. Ez különösen érvényes a DC-DC átalakítók esetében. Ennek megvalósítása során szükség van egy olyan érzékelési hurok beépítésére, amely kívül esik a fő IC szabályozón - sok kapcsoló üzemmód szabályozó és DC-DC konverter chipet használ az áramkör nagy részének eléréséhez. Nagyon fontos a külső érzékelőhurok használata, mert ha a kapcsoló üzemmód szabályozó chipje megsérül, ami túlfeszültséget okoz, akkor az érzékelő mechanizmus is megsérülhet.

  Nyilvánvaló, hogy a túlfeszültségvédelem ezen formája olyan áramköröket igényel, amelyek az adott áramkörre és kapcsolóüzemű tápegység chipekre jellemzőek.

Mindhárom technikát alkalmazzák, és hatékonyan biztosítják a tápegység túlfeszültség elleni védelmét. Mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai, és a technika kiválasztását az adott helyzettől kell függővé tenni.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista