Toiteallikate ülepingekaitse

Toiteallika ülepingekaitse on tõesti kasulik – mõned toiteallika rikked võivad seadmeid kahjustada suure pingega. Ülepingekaitse hoiab ära selle juhtumise nii lineaarsetel regulaatoritel kui ka lülitusrežiimi toiteallikatel.

Kuigi tänapäevased toiteallikad on nüüd väga töökindlad, on alati väike, kuid reaalne võimalus, et need võivad rikki minna.

Need võivad ebaõnnestuda mitmel viisil ja üks eriti murettekitav võimalus on see, et jadapääsu element, st peapääsutransistor või FET, võib ebaõnnestuda nii, et see läheb lühisesse. Kui see juhtub, võib toitega vooluringile ilmuda väga suur pinge, mida sageli nimetatakse ülepingeks, põhjustades kogu seadmele katastroofilisi kahjustusi.

Lisades väikese lisakaitselülituse ülepingekaitse näol, on võimalik kaitsta selle ebatõenäolise, kuid katastroofilise võimaluse eest.

Enamik toiteallikaid, mis on mõeldud kõrge väärtusega seadmete väga töökindlaks tööks, sisaldavad mingisugust ülepingekaitset, mis tagab, et toiteallika rike ei kahjusta toiteallikat. See kehtib nii lineaarsete toiteallikate kui ka lülitusrežiimi toiteallikate kohta.

Mõned toiteallikad ei pruugi sisaldada ülepingekaitset ja neid ei tohiks kasutada kallite seadmete toiteks - on võimalik teha väike elektroonikaskeemide projekteerimine ja välja töötada väike ülepingekaitseahel ja lisada see lisavarustusena.

Ülepingekaitse põhitõed

Toiteallika ebaõnnestumiseks võib olla palju võimalusi. Kuid selleks, et ülepingekaitsest ja vooluahela probleemidest pisut rohkem aru saada, on lihtne võtta lihtne näide lineaarsest pingeregulaatorist, mis kasutab väga lihtsat Zeneri dioodi ja jadaläbipääsutransistorit.

Põhiseeria regulaator, mis kasutab zeneri dioodi ja emitteri järgijat

Kuigi keerulisemad toiteallikad tagavad parema jõudluse, kasutavad nad ka väljundvoolu läbimiseks jadatransistori. Peamine erinevus seisneb selles, kuidas regulaatori pinget transistori alusele rakendatakse.

Tavaliselt on sisendpinge selline, et jadapinge regulaatori elemendile langeb mitu volti. See võimaldab jadapääsutransistoril väljundpinget adekvaatselt reguleerida. Tihti on jadatransistoril langev pinge suhteliselt kõrge - 12-voldise toite puhul võib sisend olla 18 volti või isegi rohkem, et anda vajalik reguleerimine ja pulsatsiooni tõrjumine jne.

See tähendab, et pingeregulaatori elemendis võib esineda märkimisväärne soojuse hajumine koos mis tahes mööduvate hüpetega, mis võivad tekkida sisendis, mis tähendab, et alati on rikke võimalus.

Transistori seeria läbipääsuseade ebaõnnestub tavaliselt avatud vooluahela tingimustes, kuid mõnel juhul võib transistor tekitada lühise kollektori ja emitteri vahel. Kui see juhtub, ilmub pingeregulaatori väljundisse täielik reguleerimata sisendpinge.

Kui väljundile ilmub täispinge, võib see kahjustada paljusid toiteahelas olevaid IC-sid. Sel juhul ei pruugi vooluring olla majanduslikult parandatav.

Lülitusregulaatorite tööviis on väga erinev, kuid on olukordi, kus kogu väljund võib ilmuda toiteallika väljundisse.

Nii lineaarselt reguleeritud toiteallikate kui ka lülitusrežiimiga toiteallikate puhul on alati soovitatav mingisugune ülepingekaitse.

Ülepingekaitse tüübid

Nagu paljude elektrooniliste tehnikate puhul, on ka teatud võimaluste rakendamiseks mitu võimalust. See kehtib ülepingekaitse kohta.

Kasutada saab mitmeid erinevaid tehnikaid, millest igaühel on oma omadused. Elektroonilise vooluahela projekteerimisetapis kasutatava meetodi kindlaksmääramisel tuleb kaaluda jõudlust, kulusid, keerukust ja töörežiimi.

• SCR raudkang: nagu nimigi viitab, tekitab raudkongi ahel lühise toiteallika väljundis, kui tekib ülepinge. Tavaliselt kasutatakse selleks türistoreid, st SCR-e, kuna need suudavad lülitada suuri voolusid ja jäävad sisselülitatuks kuni laengu hajumiseni. Türistori saab ühendada tagasi kaitsmega, mis põleb ja isoleerib regulaatori täiendava pinge eest.

  Türistori raudkangi ülepingekaitseahel

  Selles vooluringis valitakse Zeneri diood nii, et selle pinge on väljundi normaalsest tööpingest kõrgem, kuid väiksem kui pinge, kus tekiks kahju. Selles juhtivuses ei voola Zeneri dioodist vool, kuna selle läbilöögipinget ei ole saavutatud ja türistori väravasse ei voola vool ja see jääb väljalülitatuks. Toiteallikas töötab normaalselt.

  Kui toiteallika jadatransistor ebaõnnestub, hakkab pinge tõusma – seadme lahtisidumine tagab, et see ei tõuse koheselt. Kui see tõuseb, tõuseb see punktist, kus Zeneri diood hakkab juhtima, ja vool voolab türistori väravasse, põhjustades selle käivitumise.

  Kui türistor käivitub, lühistab see toiteallika väljundi maandusega, vältides sellega toidetava vooluahela kahjustamist. Seda lühist saab kasutada ka kaitsme või muu elemendi läbi puhumiseks, võttes pingeregulaatorilt toite välja ja isoleerides seadme edasiste kahjustuste eest.

  Tihti paigutatakse türistori paisult maandusele väike kondensaatori vormis lahtisidumine, et vältida teravate siirdete või toiteallika RF-i sattumist paisuühendusse ja võltspäästikut. Kuid seda ei tohiks teha liiga suureks, kuna see võib reaalse tõrke korral vooluahelat aeglustada ja kaitse võib olla paigas liiga aeglaselt.

  Märkus türistori raudkangi ülepingekaitse kohta:

  Türistorit või SCR-i, räni juhitavat alaldit saab kasutada toiteahelas ülepingekaitse tagamiseks. Kõrgepinge tuvastamisega võib vooluahel käivitada türistori, et tekitada pingerööpale lühis või raudkang, et pinge ei tõuseks kõrgele.

  Lugege lisateavet Türistori raudkangi ülepingekaitseahel.

• Pingekinnitus: Teine väga lihtne ülepingekaitse vorm kasutab meetodit, mida nimetatakse pingeklambriks. Lihtsamal kujul saab seda pakkuda, kasutades reguleeritava toiteallika väljundi kohal asuvat Zeneri dioodi. Kui Zeneri dioodi pinge on valitud veidi üle maksimaalse rööpa pinge, siis tavatingimustes see ei juhi. Kui pinge tõuseb liiga kõrgele, hakkab see juhtima, kinnitades pinge rööpa pingest veidi kõrgemale väärtusele.

  Kui reguleeritud toiteallika jaoks on vaja suuremat voolutugevust, võib kasutada Zeneri dioodi koos transistorpuhvriga. See suurendab voolutugevust võrreldes lihtsa Zeneri dioodiahelaga teguri võrra, mis on võrdne transistori vooluvõimendusega. Kuna selle vooluahela jaoks on vaja toitetransistorit, on tõenäoline voolu võimendus madal - võib-olla 20–50.

  Zeneri dioodi ülepinge klamber
  (a) - lihtne Zeneri diood, (b) - suurem vool transistorpuhvriga

• Pinge piiramine: kui lülitusrežiimi toiteallikate jaoks on vaja ülepingekaitset, kasutatakse SMPS-i klambri- ja raudkangi tehnikaid võimsuse hajumise nõuete ning komponentide võimaliku suuruse ja maksumuse tõttu vähem.

  Õnneks ebaõnnestub enamik lülitusrežiimi regulaatoreid madala pinge korral. Siiski on sageli mõistlik ülepingetingimuste korral rakendada pingepiiranguid.
  
  Sageli on seda võimalik saavutada ülepinge tuvastamise ja muunduri väljalülitamisega. See kehtib eriti DC-DC muundurite puhul. Selle rakendamisel on vaja lisada tundesilmus, mis asub väljaspool peamist IC-regulaatorit - paljud lülitusrežiimi regulaatorid ja DC-DC muundurid kasutavad kiipi, et saavutada suurem osa vooluringist. Väga oluline on kasutada välist anduri ahelat, sest kui lülitusrežiimi regulaatori kiip on kahjustatud, mis põhjustab ülepinge, võib kahjustuda ka anduri mehhanism.

  Ilmselgelt nõuab selline ülepingekaitse vooluahelaid, mis on spetsiifilised konkreetsele vooluahelale ja kasutatavale lülitusrežiimi toiteallika kiipidele.

Kasutatakse kõiki kolme tehnikat ja need võivad pakkuda tõhusat toiteallika ülepingekaitset. Igal neist on oma eelised ja puudused ning tehnika valik tuleb teha sõltuvalt olukorrast.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri