حفاظت از ولتاژ بیش از حد برای منابع تغذیه

حفاظت در برابر ولتاژ بیش از حد منبع تغذیه واقعا مفید است - برخی از خرابی های PSU می تواند ولتاژهای مخرب زیادی را روی تجهیزات ایجاد کند. حفاظت از ولتاژ بیش از حد از این اتفاق در هر دو رگولاتور خطی و منبع تغذیه حالت سوئیچ جلوگیری می کند.

اگرچه منابع تغذیه مدرن اکنون بسیار قابل اعتماد هستند، اما همیشه یک احتمال کوچک اما واقعی وجود دارد که آنها ممکن است از کار بیفتند.

آنها می توانند از جهات مختلف خراب شوند و یک احتمال به خصوص نگران کننده این است که عنصر عبور سری، یعنی ترانزیستور عبور اصلی یا FET ممکن است به گونه ای از کار بیفتد که اتصال کوتاه شود. اگر این اتفاق بیفتد، یک ولتاژ بسیار بزرگ که اغلب به آن ولتاژ بیش از حد گفته می‌شود، می‌تواند روی مداری که در حال تغذیه است ظاهر شود و باعث آسیب فاجعه‌بار به کل تجهیزات شود.

با افزودن کمی مدار حفاظتی اضافی در قالب حفاظت در برابر ولتاژ اضافی، می توان در برابر این احتمال بعید اما فاجعه بار محافظت کرد.

اکثر منابع تغذیه که برای عملکرد بسیار مطمئن تجهیزات با ارزش بالا طراحی شده‌اند، نوعی محافظت در برابر ولتاژ اضافی را در خود جای می‌دهند تا اطمینان حاصل شود که هرگونه خرابی منبع تغذیه منجر به آسیب به تجهیزات در حال تغذیه نمی‌شود. این هم برای منابع تغذیه خطی و هم برای منابع تغذیه حالت سوئیچ اعمال می شود.

برخی از منابع تغذیه ممکن است از محافظت در برابر ولتاژ اضافی استفاده نکنند و نباید از آنها برای تامین انرژی تجهیزات گران قیمت استفاده کرد - می توان یک مدار الکترونیکی کوچک طراحی کرد و یک مدار حفاظتی کوچک در برابر ولتاژ اضافه کرد و آن را به عنوان یک مورد اضافی اضافه کرد.

اصول حفاظت در برابر ولتاژ بیش از حد

راه های زیادی وجود دارد که در آن منبع تغذیه ممکن است از کار بیفتد. با این حال، برای درک کمی بیشتر در مورد حفاظت از ولتاژ بیش از حد و مسائل مدار، می توان مثال ساده ای از یک تنظیم کننده ولتاژ خطی با استفاده از یک دیود زنر بسیار ساده و یک ترانزیستور گذر سری را در نظر گرفت.

رگولاتور سری پایه با استفاده از دیود زنر و دنبال کننده امیتر

اگرچه منابع پیچیده تر عملکرد بهتری دارند، اما برای عبور جریان خروجی به یک ترانزیستور سری نیز متکی هستند. تفاوت اصلی در نحوه اعمال ولتاژ تنظیم کننده به پایه ترانزیستور است.

به طور معمول ولتاژ ورودی به گونه ای است که چندین ولت در سراسر عنصر تنظیم کننده ولتاژ سری افت می کند. این ترانزیستور عبور سری را قادر می سازد تا ولتاژ خروجی را به اندازه کافی تنظیم کند. اغلب ولتاژ کاهش یافته در ترانزیستور گذر سری نسبتاً زیاد است - برای منبع تغذیه 12 ولت، ورودی ممکن است 18 ولت حتی بیشتر باشد تا تنظیم مورد نیاز و رد ریپل و غیره را فراهم کند.

این بدان معنی است که می تواند سطح قابل توجهی از گرما را در عنصر تنظیم کننده ولتاژ تلف کرده و با هر سنبله گذرا که می تواند در ورودی ظاهر شود ترکیب شود، این بدان معنی است که همیشه احتمال خرابی وجود دارد.

دستگاه عبور سری ترانزیستور معمولاً در شرایط مدار باز از کار می افتد، اما تحت برخی شرایط، ترانزیستور ممکن است یک اتصال کوتاه بین کلکتور و امیتر ایجاد کند. اگر این اتفاق بیفتد، ولتاژ ورودی کامل تنظیم نشده در خروجی تنظیم کننده ولتاژ ظاهر می شود.

اگر ولتاژ کامل در خروجی ظاهر شود، می تواند به بسیاری از آی سی های موجود در مدار عرضه شده آسیب برساند. در این مورد مدار ممکن است فراتر از تعمیر اقتصادی باشد.

نحوه عملکرد رگولاتورهای سوئیچینگ بسیار متفاوت است، اما شرایطی وجود دارد که در آن خروجی کامل می تواند در خروجی منبع تغذیه ظاهر شود.

هم برای منابع تغذیه با تنظیم خطی و هم برای منابع تغذیه حالت سوئیچ، نوعی محافظت در برابر ولتاژ اضافی همیشه توصیه می شود.

انواع حفاظت در برابر ولتاژ بیش از حد

مانند بسیاری از تکنیک های الکترونیکی، راه های مختلفی برای اجرای یک قابلیت خاص وجود دارد. این برای حفاظت از ولتاژ بیش از حد صادق است.

چندین تکنیک مختلف وجود دارد که می توان از آنها استفاده کرد که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند. عملکرد، هزینه، پیچیدگی و نحوه عملکرد همه باید در هنگام تعیین روش مورد استفاده در مرحله طراحی مدار الکترونیکی سنجیده شوند.

• SCR Crowbar: همانطور که از نام آن پیداست، مدار کلاغ یک اتصال کوتاه در سرتاسر خروجی منبع تغذیه ایجاد می کند، اگر شرایط ولتاژ بیش از حد تجربه شود. معمولاً تریستورها، یعنی SCRها برای این کار استفاده می‌شوند، زیرا می‌توانند جریان‌های زیادی را تغییر دهند و تا زمانی که هر باری پراکنده نشود، روشن می‌مانند. تریستور را می توان به فیوز متصل کرد که منفجر می شود و رگولاتور را از قرار دادن ولتاژ بیشتر روی آن جدا می کند.

  مدار محافظ تریستور در برابر اضافه ولتاژ

  در این مدار، دیود زنر طوری انتخاب می شود که ولتاژ آن بالاتر از ولتاژ معمولی خروجی باشد، اما کمتر از ولتاژی باشد که در آن آسیب ایجاد می شود. در این رسانایی هیچ جریانی از دیود زنر عبور نمی کند زیرا به ولتاژ شکست آن نرسیده و جریانی به دروازه تریستور نمی ریزد و خاموش می ماند. منبع تغذیه به طور معمول کار خواهد کرد.

  اگر ترانزیستور گذر سری در منبع تغذیه از کار بیفتد، ولتاژ شروع به افزایش می کند - جدا شدن در واحد باعث می شود که فوراً بالا نرود. همانطور که بالا می رود، از نقطه ای که دیود زنر شروع به هدایت می کند بالا می رود و جریان به دروازه تریستور می ریزد و باعث تحریک آن می شود.

  هنگامی که تریستور فعال می شود، خروجی منبع تغذیه را به زمین کوتاه می کند و از آسیب به مداری که نیرو می دهد جلوگیری می کند. این اتصال کوتاه همچنین می تواند برای منفجر کردن فیوز یا عناصر دیگر استفاده شود، برق را از تنظیم کننده ولتاژ قطع کرده و دستگاه را از آسیب بیشتر جدا می کند.

  غالباً مقداری جداشدگی به شکل یک خازن کوچک از دروازه تریستور به زمین قرار می گیرد تا از گذراهای تیز یا RF از واحد که برق به اتصال دروازه وارد شده و باعث ایجاد یک ماشه کاذب می شود، جلوگیری کند. با این حال، نباید آن را خیلی بزرگ کرد، زیرا ممکن است در صورت خرابی واقعی، جریان مدار را کند کند و محافظ ممکن است خیلی کند باشد.

  نکته در مورد محافظ تریستور Crowbar overvoltage:

  تریستور یا SCR، یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی را می توان برای محافظت از اضافه ولتاژ در مدار منبع تغذیه استفاده کرد. با تشخیص ولتاژ بالا، مدار می تواند تریستور را روشن کند تا یک اتصال کوتاه یا میله ای را روی ریل ولتاژ قرار دهد تا اطمینان حاصل شود که به ولتاژ بالا نمی رسد.

  بیشتر بخوانید مدار محافظ تریستور در برابر ولتاژ اضافی.

• بستن ولتاژ: شکل بسیار ساده دیگری از حفاظت در برابر ولتاژ بیش از حد از روشی به نام بستن ولتاژ استفاده می کند. در ساده‌ترین شکل آن می‌توان با استفاده از دیود زنر که در سرتاسر خروجی منبع تغذیه تنظیم‌شده قرار می‌گیرد، تهیه کرد. با انتخاب ولتاژ دیود زنر کمی بالاتر از حداکثر ولتاژ ریل، در شرایط عادی هدایت نمی‌شود. اگر ولتاژ خیلی زیاد شود، شروع به هدایت می کند و ولتاژ را کمی بالاتر از ولتاژ ریل می بندد.

  اگر توان جریان بالاتری برای منبع تغذیه تنظیم شده مورد نیاز باشد، می توان از دیود زنر با بافر ترانزیستور استفاده کرد. این قابلیت جریان را در مدار دیود ساده زنر با ضریب افزایش جریان ترانزیستور افزایش می دهد. از آنجایی که یک ترانزیستور قدرت برای این مدار مورد نیاز است، سطوح افزایش جریان احتمالی پایین خواهد بود - احتمالاً 20 - 50.

  گیره ولتاژ بیش از حد دیود زنر
  (الف) - دیود زنر ساده، (ب) - جریان بالاتر با بافر ترانزیستور

• محدود کردن ولتاژ: هنگامی که حفاظت از ولتاژ بیش از حد برای منابع تغذیه حالت سوئیچ مورد نیاز است، به دلیل نیازهای اتلاف برق و اندازه و هزینه احتمالی قطعات، از تکنیک‌های گیره و لامپ SMPS کمتر استفاده می‌شود.

  خوشبختانه اکثر رگولاتورهای حالت سوئیچ در شرایط ولتاژ پایین خراب می شوند. با این حال، اغلب عاقلانه است که در شرایط ولتاژ بیش از حد، قابلیت های محدود کننده ولتاژ را ایجاد کنیم.
  
  اغلب می توان با تشخیص وضعیت اضافه ولتاژ و خاموش کردن مبدل به این امر دست یافت. این امر به ویژه در مورد مبدل های DC-DC کاربرد دارد. هنگام اجرای این، لازم است یک حلقه حسی که خارج از رگولاتور اصلی آی سی است در نظر گرفته شود - بسیاری از تنظیم کننده های حالت سوئیچ و مبدل های DC-DC از یک تراشه برای دستیابی به اکثر مدار استفاده می کنند. استفاده از یک حلقه حس خارجی بسیار مهم است زیرا اگر تراشه تنظیم کننده حالت سوئیچ آسیب ببیند و باعث شرایط اضافه ولتاژ شود، ممکن است مکانیسم حس نیز آسیب ببیند.

  بدیهی است که این شکل از حفاظت در برابر ولتاژ بیش از حد نیازمند مدارهایی است که مختص مدار خاص و تراشه های منبع تغذیه حالت سوئیچ مورد استفاده است.

هر سه تکنیک مورد استفاده قرار می گیرند و می توانند محافظت موثر در برابر ولتاژ منبع تغذیه را فراهم کنند. هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند و انتخاب تکنیک باید بسته به موقعیت داده شده باشد.

ترک یک پیام 

فهرست پیام