Overspanningsbeveiliging voor voedingen

Overspanningsbeveiliging van de voeding is erg handig - sommige PSU-storingen kunnen schadelijke hoge spanningen op de apparatuur veroorzaken. Overspanningsbeveiliging voorkomt dat dit zowel bij lineaire regelaars als bij schakelende voedingen gebeurt.

Hoewel moderne voedingen tegenwoordig zeer betrouwbaar zijn, is er altijd een kleine maar reële kans dat ze uitvallen.

Ze kunnen op veel manieren falen en een bijzonder zorgwekkende mogelijkheid is dat het seriedoorlaatelement, dat wil zeggen de hoofddoorlaattransistor of FET, zodanig kan falen dat er kortsluiting ontstaat. Als dit gebeurt, kan een zeer hoge spanning, vaak overspanning genoemd, verschijnen op het circuit dat wordt gevoed, wat catastrofale schade aan de hele apparatuur kan veroorzaken.

Door een beetje extra beveiligingsschakelingen toe te voegen in de vorm van overspanningsbeveiliging, is het mogelijk om te beschermen tegen deze onwaarschijnlijke maar catastrofale mogelijkheid.

De meeste voedingen die zijn ontworpen voor een zeer betrouwbare werking van hoogwaardige apparatuur, bevatten een vorm van overspanningsbeveiliging om ervoor te zorgen dat een eventuele stroomstoring niet leidt tot schade aan de apparatuur die wordt gevoed. Dit geldt zowel voor lineaire voedingen als voor schakelende voedingen.

Sommige voedingen bevatten mogelijk geen overspanningsbeveiliging en deze mogen niet worden gebruikt voor het voeden van dure apparatuur - het is mogelijk om een ​​klein elektronisch circuit te ontwerpen en een klein overspanningsbeveiligingscircuit te ontwikkelen en dit als extra item toe te voegen.

Basisprincipes van overspanningsbeveiliging

Er zijn veel manieren waarop een voeding kan falen. Om echter iets meer te begrijpen over overspanningsbeveiliging en de circuitproblemen, is het gemakkelijk om een ​​eenvoudig voorbeeld te nemen van een lineaire spanningsregelaar die een zeer eenvoudige zenerdiode en een seriedoorlaattransistor gebruikt.

Basisreeksregelaar met een zenerdiode en emittervolger

Hoewel gecompliceerdere voedingen betere prestaties leveren, vertrouwen ze ook op een serietransistor om de uitgangsstroom door te laten. Het belangrijkste verschil is de manier waarop de regelspanning op de basis van de transistor wordt aangelegd.

Typisch is de ingangsspanning zodanig dat meerdere volts over het seriespanningsregelelement vallen. Hierdoor kan de seriedoorlaattransistor de uitgangsspanning adequaat regelen. Vaak is de spanning die over de seriedoorlaattransistor valt relatief hoog - voor een voeding van 12 volt kan de ingang 18 volt of zelfs meer zijn om de vereiste regeling en rimpelonderdrukking te geven, enz.

Dit betekent dat er een aanzienlijk niveau van warmte kan worden afgevoerd in het spanningsregelelement en in combinatie met eventuele tijdelijke pieken die aan de ingang kunnen optreden, betekent dit dat er altijd een mogelijkheid van storing is.

Het transistor-serie-doorlaatapparaat zou vaker falen in een open circuit-toestand, maar onder bepaalde omstandigheden kan de transistor een kortsluiting ontwikkelen tussen de collector en de emitter. Als dit gebeurt, verschijnt de volledige ongereguleerde ingangsspanning in de uitgang van de spanningsregelaar.

Als de volledige spanning op de uitgang verschijnt, kan dit veel van de IC's in het gevoede circuit beschadigen. In dit geval zou het circuit economisch niet meer te repareren zijn.

De manier waarop schakelende regelaars werken is heel anders, maar er zijn omstandigheden waarin de volledige output op de output van de voeding kan verschijnen.

Voor zowel lineair geregelde voedingen als schakelende voedingen is een vorm van overspanningsbeveiliging altijd aan te raden.

Soorten overspanningsbeveiliging

Zoals met veel elektronische technieken zijn er verschillende manieren om een ​​bepaalde mogelijkheid te implementeren. Dit geldt voor overspanningsbeveiliging.

Er zijn verschillende technieken die gebruikt kunnen worden, elk met hun eigen kenmerken. Prestaties, kosten, complexiteit en werkingsmodus moeten allemaal worden afgewogen bij het bepalen welke methode moet worden gebruikt tijdens de ontwerpfase van de elektronische schakeling.

• SCR Crowbar: Zoals de naam al aangeeft, plaatst het koevoetcircuit een kortsluiting over de uitgang van de voeding als er sprake is van overspanning. Meestal worden hiervoor thyristors, dwz SCR's, gebruikt omdat ze grote stromen kunnen schakelen en aan blijven totdat de lading is verdwenen. De thyristor kan worden teruggekoppeld naar een zekering die doorbrandt en de regelaar isoleert tegen verdere spanning.

  Thyristor koevoet overspanningsbeveiliging circuit

  In dit circuit is de Zenerdiode zo gekozen dat de spanning hoger is dan de normale bedrijfsspanning van de uitgang, maar lager dan de spanning waar schade zou optreden. In deze geleiding vloeit er geen stroom door de zenerdiode omdat de doorslagspanning niet is bereikt en er geen stroom in de poort van de thyristor vloeit en deze uit blijft. De voeding zal normaal werken.

  Als de seriedoorlaattransistor in de voeding uitvalt, begint de spanning te stijgen - de ontkoppeling in de unit zorgt ervoor dat deze niet meteen stijgt. Naarmate het stijgt, zal het boven het punt komen waar de zenerdiode begint te geleiden en zal er stroom in de poort van de thyristor vloeien waardoor deze wordt geactiveerd.

  Wanneer de thyristor wordt geactiveerd, zal deze de uitgang van de voeding naar aarde kortsluiten, waardoor schade aan het circuit wordt voorkomen. Deze kortsluiting kan ook worden gebruikt om een ​​zekering of ander element door te blazen, waardoor de spanningsregelaar wordt uitgeschakeld en het apparaat wordt geïsoleerd van verdere schade.

  Vaak wordt er enige ontkoppeling in de vorm van een kleine condensator geplaatst van de poort van de thyristor naar de aarde om te voorkomen dat scherpe transiënten of RF van het apparaat dat van stroom wordt voorzien, op de poortverbinding komt en een valse trigger veroorzaakt. Dit moet echter niet te groot worden gemaakt, omdat het de ontsteking van het circuit in een echt geval van storing kan vertragen en de beveiliging te langzaam op zijn plaats kan zijn.

  Opmerking over de overspanningsbeveiliging van de thyristor-koevoet:

  De Thyristor of SCR, Silicon Controlled Rectifier kan worden gebruikt om overspanningsbeveiliging te bieden in een voedingscircuit. Door de hoge spanning te detecteren, kan het circuit de thyristor afvuren om een ​​kortsluiting of koevoet over de spanningsrail te plaatsen om ervoor te zorgen dat deze niet te hoog wordt in spanning.

  Lees meer over Thyristor Koevoet Overspanningsbeveiliging Circuit.

• Spanningsklemming: Een andere zeer eenvoudige vorm van overspanningsbeveiliging maakt gebruik van een benadering die spanningsklemming wordt genoemd. In zijn eenvoudigste vorm kan het worden geleverd door een zenerdiode te gebruiken die over de uitgang van de gereguleerde voeding wordt geplaatst. Als de zenerdiodespanning iets boven de maximale railspanning is gekozen, zal deze onder normale omstandigheden niet geleiden. Als de spanning te hoog wordt, zal deze gaan geleiden, waardoor de spanning wordt geklemd op een waarde die iets boven de railspanning ligt.

  Als een hogere stroomcapaciteit nodig is voor de gereguleerde voeding, kan een zenerdiode met een transistorbuffer worden gebruikt. Dit zal de stroomcapaciteit ten opzichte van het eenvoudige Zener-diodecircuit vergroten, met een factor die gelijk is aan de stroomversterking van de transistor. Omdat voor dit circuit een vermogenstransistor nodig is, zullen de waarschijnlijke stroomversterkingsniveaus laag zijn - mogelijk 20 - 50.

  Zenerdiode overspanningsklem
  (a) - eenvoudige Zener-diode, (b) - hogere stroom met transistorbuffer

• Spanningsbegrenzing: Wanneer overspanningsbeveiliging vereist is voor schakelende voedingen, worden SMPS de klem- en koevoettechnieken minder vaak gebruikt vanwege de vereisten voor vermogensdissipatie en de mogelijke grootte en kosten van de componenten.

  Gelukkig falen de meeste regelaars met schakelmodus in een laagspanningstoestand. Het is echter vaak verstandig om spanningsbeperkende mogelijkheden in te voeren in geval van overspanning.
  
  Vaak kan dit worden bereikt door de overspanningstoestand te detecteren en de omzetter uit te schakelen. Dit is met name van toepassing in het geval van DC-DC-converters. Wanneer dit wordt geïmplementeerd, is het noodzakelijk om een ​​detectielus op te nemen die zich buiten de hoofd-IC-regelaar bevindt - veel schakelaarmodusregelaars en DC-DC-converters gebruiken een chip om het grootste deel van het circuit te bereiken. Het is erg belangrijk om een ​​externe detectielus te gebruiken, want als de schakelmodusregelaarchip is beschadigd, waardoor de overspanningstoestand ontstaat, kan het detectiemechanisme ook worden beschadigd.

  Het is duidelijk dat deze vorm van overspanningsbeveiliging circuits vereist die specifiek zijn voor het specifieke circuit en de gebruikte voedingschips met schakelmodus.

Alle drie de technieken worden gebruikt en kunnen een effectieve overspanningsbeveiliging bieden. Elk heeft zijn eigen voor- en nadelen en de keuze van de techniek moet afhankelijk worden gemaakt van de gegeven situatie.

Laat een bericht achter 

Message List