Overspændingsbeskyttelse til strømforsyninger

Overspændingsbeskyttelse i strømforsyningen er virkelig nyttig - nogle PSU-fejl kan forårsage skadelige høje spændinger på udstyret. Overspændingsbeskyttelse forhindrer, at dette sker på både lineære regulatorer og switch-mode strømforsyninger.

Selvom moderne strømforsyninger nu er meget pålidelige, er der altid en lille, men reel chance for, at de kan svigte.

De kan svigte på mange måder, og en særlig bekymrende mulighed er, at seriepaselementet, dvs. hovedpastransistor eller FET kan svigte på en sådan måde, at det kortslutter. Hvis dette sker, kan en meget høj spænding, der ofte omtales som en overspænding, forekomme på det kredsløb, der strømforsynes, hvilket forårsager katastrofal skade på hele udstyret.

Ved at tilføje lidt ekstra beskyttelseskredsløb i form af overspændingsbeskyttelse er det muligt at beskytte sig mod denne usandsynlige, men katastrofale mulighed.

De fleste strømforsyninger designet til meget pålidelig drift af udstyr af høj værdi vil inkorporere en form for overspændingsbeskyttelse for at sikre, at ethvert strømsvigt ikke resulterer i beskadigelse af det udstyr, der forsynes med. Dette gælder både lineære strømforsyninger og også switch mode strømforsyninger.

Nogle strømforsyninger har muligvis ikke overspændingsbeskyttelse, og disse bør ikke bruges til at forsyne dyrt udstyr - det er muligt at lave lidt elektronisk kredsløbsdesign og udvikle et lille overspændingsbeskyttelseskredsløb og tilføje dette som et ekstra element.

Grundlæggende overspændingsbeskyttelse

Der er mange måder, hvorpå en strømforsyning kan svigte. Men for at forstå lidt mere om overspændingsbeskyttelse og kredsløbsproblemer er det let at tage et simpelt eksempel på en lineær spændingsregulator, der bruger en meget simpel Zener-diode og en seriepastransistor.

Grundlæggende serieregulator ved hjælp af en zenerdiode og emitterfølger

Selvom mere komplicerede forsyninger giver bedre ydeevne, er de også afhængige af en serietransistor til at passere udgangsstrømmen. Den største forskel er den måde, hvorpå regulatorspændingen påføres transistorens base.

Typisk er indgangsspændingen sådan, at flere volt falder hen over seriespændingsregulatorelementet. Dette gør det muligt for seriepastransistoren at regulere udgangsspændingen tilstrækkeligt. Ofte er spændingen, der falder over seriepass-transistoren, relativt høj - for en 12 volt forsyning kan inputtet være 18 volt eller endnu mere for at give den nødvendige regulering og bølgeafvisning osv.

Dette betyder, at der kan være et betydeligt niveau af varme, der spredes i spændingsregulatorelementet, og kombineret med eventuelle transiente spidser, der kan forekomme ved indgangen, betyder det, at der altid er mulighed for fejl.

Transistorseriens pass-enhed ville mere normalt svigte i en åben kredsløbstilstand, men under nogle omstændigheder kan transistoren udvikle en kortslutning mellem solfangeren og emitteren. Hvis dette sker, vil den fulde uregulerede indgangsspænding vises i udgangen af ​​spændingsregulatoren.

Hvis den fulde spænding dukkede op på udgangen, kan det beskadige mange af de IC'er, der er i kredsløbet, der forsynes. I dette tilfælde kunne kredsløbet meget vel være uden økonomisk reparation.

Den måde, hvorpå skiftende regulatorer fungerer, er meget forskellig, men der er omstændigheder, hvor det fulde output kan vises på udgangen af ​​strømforsyningen.

For både lineært regulerede strømforsyninger og switch-mode strømforsyninger er en form for overspændingsbeskyttelse altid tilrådelig.

Typer af overspændingsbeskyttelse

Som med mange elektroniske teknikker er der flere måder at implementere en bestemt evne på. Dette gælder for overspændingsbeskyttelse.

Der er flere forskellige teknikker, der kan bruges, hver med sine egne karakteristika. Ydeevne, omkostninger, kompleksitet og funktionsmåde skal alle vejes op, når det bestemmes, hvilken metode der skal bruges under designfasen af ​​det elektroniske kredsløb.

• SCR Koben: Som navnet antyder, sætter kobenskredsløbet en kortslutning over udgangen af ​​strømforsyningen, hvis der opleves en overspændingstilstand. Typisk bruges tyristorer, dvs. SCR'er til dette, da de kan skifte store strømme og forblive tændt, indtil enhver ladning er spredt. Tyristoren kan kobles tilbage til en sikring, som sprænger og isolerer regulatoren fra at have yderligere spænding på den.

  Thyristor koben overspændingsbeskyttelseskredsløb

  I dette kredsløb er Zener-dioden valgt således, at dens spænding er over udgangens normale driftsspænding, men under den spænding, hvor skaden ville opstå. I denne ledning løber der ingen strøm gennem Zener-dioden, fordi dens gennembrudsspænding ikke er nået, og der løber ingen strøm ind i tyristorens port, og den forbliver slukket. Strømforsyningen vil fungere normalt.

  Hvis seriepass-transistoren i strømforsyningen svigter, vil spændingen begynde at stige - afkoblingen i enheden vil sikre, at den ikke stiger med det samme. Når den stiger, vil den stige over det punkt, hvor Zener-dioden begynder at lede, og strøm vil strømme ind i tyristorens port, hvilket får den til at trigge.

  Når tyristoren udløses, vil den kortslutte strømforsyningens udgang til jord, hvilket forhindrer skade på det kredsløb, den driver. Denne kortslutning kan også bruges til at sprænge en sikring eller andet element, tage strømmen fra spændingsregulatoren og isolere enheden fra yderligere skade.

  Ofte placeres en vis afkobling i form af en lille kondensator fra tyristorens gate til jord for at forhindre skarpe transienter eller RF fra enhedens strømforsyning i at komme videre til gateforbindelsen og forårsage en falsk trigger. Dette bør dog ikke gøres for stort, da det kan forsinke kredsløbsudløsningen i et reelt tilfælde af fejl, og beskyttelsen kan være på plads for langsomt.

  Bemærkning om Thyristor kobens overspændingsbeskyttelse:

  Thyristoren eller SCR, Silicon Controlled Rectifier kan bruges til at give overspændingsbeskyttelse i et strømforsyningskredsløb. Ved at detektere højspændingen kan kredsløbet affyre tyristoren for at placere en kortslutning eller koben over spændingsskinnen for at sikre, at den ikke stiger til høj spænding.

  Læs mere om Thyristor koben overspændingsbeskyttelseskredsløb.

• Spændingsspænding: En anden meget simpel form for overspændingsbeskyttelse bruger en fremgangsmåde kaldet spændingsspænding. I sin enkleste form kan den leveres ved at bruge en Zener-diode placeret på tværs af udgangen af ​​den regulerede strømforsyning. Med Zener-diodespændingen valgt til at være lidt over den maksimale skinnespænding, vil den under normale forhold ikke lede. Hvis spændingen stiger for højt, vil den begynde at lede og klemme spændingen til en værdi lidt over skinnespændingen.

  Hvis der er behov for en højere strømkapacitet til den regulerede strømforsyning, kan en Zener-diode med en transistorbuffer bruges. Dette vil øge strømkapaciteten over det simple Zener-diodekredsløb med en faktor svarende til transistorens strømforstærkning. Da der kræves en effekttransistor til dette kredsløb, vil de sandsynlige strømforstærkningsniveauer være lave - muligvis 20 - 50.

  Zenerdiode overspændingsklemme
  (a) - simpel zenerdiode, (b) - højere strøm med transistorbuffer

• Spændingsbegrænsning: Når overspændingsbeskyttelse er påkrævet for switch-mode strømforsyninger, er SMPS klemme- og kobensteknikkerne mindre udbredte på grund af kravene til strømafledning og komponenternes mulige størrelse og omkostninger.

  Heldigvis svigter de fleste switch mode regulatorer i en lavspændingstilstand. Det er dog ofte klogt at indføre spændingsbegrænsende muligheder i tilfælde af overspændingsforhold.
  
  Ofte kan dette opnås ved at registrere overspændingstilstanden og slukke for konverteren. Dette gælder især i tilfælde af DC-DC-konvertere. Når du implementerer dette, er det nødvendigt at inkorporere en sense-loop, der er uden for hoved-IC-regulatoren - mange switch-mode-regulatorer og DC-DC-konvertere bruger en chip til at opnå størstedelen af ​​kredsløbet. Det er meget vigtigt at bruge en ekstern følesløjfe, fordi hvis switch-mode-regulatorchippen er beskadiget, hvilket forårsager overspændingstilstanden, kan følemekanismen også blive beskadiget.

  Denne form for overspændingsbeskyttelse kræver naturligvis kredsløb, der er specifikke for det særlige kredsløb og switch-mode strømforsyningschips, der anvendes.

Alle tre teknikker bruges og kan give effektiv beskyttelse mod overspænding af strømforsyningen. Hver har sine egne fordele og ulemper, og valget af teknik skal gøres afhængig af den givne situation.

Læg en besked 

Message List