Overspenningsbeskyttelse for strømforsyninger

Overspenningsbeskyttelse i strømforsyningen er veldig nyttig - noen PSU-feil kan sette skadelige høye spenninger på utstyret. Overspenningsbeskyttelse forhindrer at dette skjer på både lineære regulatorer og strømforsyninger med byttemodus.

Selv om moderne strømforsyninger nå er svært pålitelige, er det alltid en liten, men reell sjanse for at de kan svikte.

De kan svikte på mange måter, og en spesielt bekymringsfull mulighet er at seriepass-elementet, dvs. hovedpasstransistor eller FET kan svikte på en slik måte at den kortslutter. Hvis dette skjer, kan en veldig høy spenning ofte referert til som en overspenning vises på kretsen som drives og forårsake katastrofal skade på hele utstyret.

Ved å legge til litt ekstra beskyttelseskretser i form av overspenningsbeskyttelse, er det mulig å beskytte seg mot denne usannsynlige, men katastrofale muligheten.

De fleste strømforsyninger designet for svært pålitelig drift av utstyr med høy verdi, vil inkludere en form for overspenningsbeskyttelse for å sikre at strømbrudd ikke resulterer i skade på utstyret som drives. Dette gjelder både lineære strømforsyninger og også byttemodus strømforsyninger.

Noen strømforsyninger har kanskje ikke overspenningsbeskyttelse, og disse bør ikke brukes til å drive dyrt utstyr - det er mulig å gjøre litt elektronisk kretsdesign og å utvikle en liten overspenningsbeskyttelseskrets og legge dette til som en ekstra gjenstand.

Grunnleggende om overspenningsbeskyttelse

Det er mange måter en strømforsyning kan svikte på. Men for å forstå litt mer på overspenningsbeskyttelse og kretsproblemer er det enkelt å ta et enkelt eksempel på en lineær spenningsregulator som bruker en veldig enkel Zener-diode og en seriepass transistor.

Grunnleggende serieregulator som bruker en zenerdiode og emitterfølger

Selv om mer kompliserte forsyninger gir bedre ytelse, er de også avhengige av en serietransistor for å sende utgangsstrømmen. Hovedforskjellen er måten regulatorspenningen påføres på bunnen av transistoren.

Typisk er inngangsspenningen slik at flere volt faller over seriespenningsregulatorelementet. Dette gjør det mulig for seriepasstransistoren å regulere utgangsspenningen tilstrekkelig. Ofte er spenningen som faller over seriepasstransistoren relativt høy - for en 12 volts forsyning kan inngangen være 18 volt eller enda mer for å gi den nødvendige reguleringen og krusningsavvisning, etc.

Dette betyr at det kan være et betydelig nivå av varme som spres i spenningsregulatorelementet og kombinert med eventuelle transiente pigger som kan oppstå ved inngangen, betyr dette at det alltid er en mulighet for feil.

Transistorseriens passanordning vil mer vanligvis svikte i en åpen kretstilstand, men under noen omstendigheter kan transistoren utvikle en kortslutning mellom kollektoren og emitteren. Hvis dette skjer, vil den fulle uregulerte inngangsspenningen vises i utgangen til spenningsregulatoren.

Hvis full spenning dukket opp på utgangen, kan det skade mange av IC-ene som er i kretsen som forsynes. I dette tilfellet kan kretsen godt være utenfor økonomisk reparasjon.

Måten bytteregulatorer fungerer på er veldig forskjellig, men det er omstendigheter der hele utgangen kan vises på utgangen til strømforsyningen.

For både lineært regulerte strømforsyninger og brytermodusstrømforsyninger er det alltid tilrådelig en form for overspenningsbeskyttelse.

Typer overspenningsbeskyttelse

Som med mange elektroniske teknikker er det flere måter å implementere en bestemt evne på. Dette gjelder for overspenningsbeskyttelse.

Det er flere forskjellige teknikker som kan brukes, hver med sine egne egenskaper. Ytelse, kostnader, kompleksitet og driftsmåte må alle veies opp når man bestemmer hvilken metode som skal brukes under designstadiet for elektroniske kretser.

• SCR brekkjern: Som navnet antyder, plasserer brekkjernskretsen en kortslutning over utgangen til strømforsyningen hvis det oppleves en overspenningstilstand. Typisk tyristorer, dvs. SCR-er brukes til dette da de kan bytte store strømmer og forbli på til eventuell ladning har spredt seg. Tyristoren kan kobles tilbake til en sikring som blåser og isolerer regulatoren fra å ha ytterligere spenning plassert på den.

  Thyristor brekkjern overspenningsbeskyttelseskrets

  I denne kretsen er Zener-dioden valgt slik at dens spenning er over den normale driftsspenningen til utgangen, men under spenningen der skaden ville oppstå. I denne ledningen flyter ingen strøm gjennom Zener-dioden fordi dens nedbrytningsspenning ikke er nådd og ingen strøm flyter inn i porten til tyristoren og den forblir av. Strømforsyningen vil fungere normalt.

  Hvis seriepasstransistoren i strømforsyningen svikter, vil spenningen begynne å stige - frakoblingen i enheten vil sikre at den ikke stiger umiddelbart. Når den stiger, vil den stige over punktet der Zener-dioden begynner å lede og strøm vil flyte inn i porten til tyristoren som får den til å utløses.

  Når tyristoren utløses, vil den kortslutte utgangen fra strømforsyningen til jord, og forhindre skade på kretsen den driver. Denne kortslutningen kan også brukes til å sprenge en sikring eller annet element, ta strømmen av spenningsregulatoren og isolere enheten fra ytterligere skade.

  Ofte plasseres en viss frakobling i form av en liten kondensator fra porten til tyristoren til jord for å hindre skarpe transienter eller RF fra enheten som er strøm fra å komme videre til portforbindelsen og forårsake en falsk trigger. Dette bør imidlertid ikke gjøres for stort, da det kan bremse kretsavfyringen i et reelt tilfelle av feil og beskyttelsen kan være på plass for sakte.

  Merknad om Thyristor Crowbar Overspenningsbeskyttelse:

  Tyristor eller SCR, Silicon Controlled Rectifier kan brukes til å gi overspenningsbeskyttelse i en strømforsyningskrets. Ved å oppdage høyspenningen kan kretsen avfyre ​​tyristoren for å plassere en kortslutning eller brekkjern over spenningsskinnen for å sikre at den ikke stiger til høy spenning.

  Les mer om Thyristor brekkjern Overspenningsbeskyttelseskrets.

• Spenningsklemming: En annen veldig enkel form for overspenningsbeskyttelse bruker en tilnærming som kalles spenningsklemming. I sin enkleste form kan den leveres ved å bruke en Zener-diode plassert over utgangen til den regulerte strømforsyningen. Med Zener-diodespenningen valgt til å være litt over maksimal skinnespenning, vil den under normale forhold ikke lede. Hvis spenningen stiger for høyt, vil den begynne å lede, og klemme spenningen til en verdi litt over skinnespenningen.

  Hvis en høyere strømkapasitet er nødvendig for den regulerte strømforsyningen, kan en Zener-diode med en transistorbuffer brukes. Dette vil øke strømkapasiteten over den enkle Zener-diodekretsen, med en faktor lik strømforsterkningen til transistoren. Siden det kreves en krafttransistor for denne kretsen, vil de sannsynlige strømforsterkningsnivåene være lave - muligens 20 - 50.

  Zenerdiode overspenningsklemme
  (a) - enkel zenerdiode, (b) - høyere strøm med transistorbuffer

• Spenningsbegrensning: Når overspenningsbeskyttelse er nødvendig for strømforsyninger i brytermodus, er SMPS-klemme- og brekkjernsteknikkene mindre utbredt på grunn av kravene til krafttap og mulig størrelse og kostnad for komponentene.

  Heldigvis svikter de fleste brytermodusregulatorer i lavspenningstilstand. Imidlertid er det ofte klokt å sette på plass spenningsbegrensende evner i tilfelle overspenningsforhold.
  
  Ofte kan dette oppnås ved å registrere overspenningstilstanden og slå av omformeren. Dette gjelder spesielt for DC-DC-omformere. Når du implementerer dette, er det nødvendig å innlemme en sensorsløyfe som er utenfor hoved-IC-regulatoren - mange brytermodusregulatorer og DC-DC-omformere bruker en brikke for å oppnå størstedelen av kretsen. Det er veldig viktig å bruke en ekstern sensorsløyfe fordi hvis brytermodusregulatorbrikken er skadet og forårsaker overspenningstilstanden, kan sensormekanismen også bli skadet.

  Denne formen for overspenningsbeskyttelse krever åpenbart kretser som er spesifikke for den spesielle kretsen og brytermodus-strømforsyningsbrikkene som brukes.

Alle tre teknikkene brukes og kan gi effektiv overspenningsbeskyttelse for strømforsyningen. Hver har sine egne fordeler og ulemper, og valget av teknikk må gjøres avhengig av den gitte situasjonen.

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste