Bảo vệ quá áp cho nguồn điện

Tính năng bảo vệ quá áp của nguồn điện thực sự hữu ích - một số lỗi PSU có thể gây ra các điện áp lớn làm hỏng thiết bị. Bảo vệ quá áp ngăn chặn điều này xảy ra trên cả bộ điều chỉnh tuyến tính và bộ nguồn chế độ chuyển đổi.

Mặc dù các nguồn cung cấp điện hiện đại ngày nay rất đáng tin cậy, nhưng luôn có một cơ hội nhỏ nhưng thực sự khiến chúng có thể bị hỏng.

Chúng có thể bị lỗi theo nhiều cách và một khả năng đặc biệt đáng lo ngại là phần tử vượt qua nối tiếp, tức là bóng bán dẫn thông qua chính hoặc FET có thể bị lỗi theo cách làm ngắn mạch. Nếu điều này xảy ra, một điện áp rất lớn thường được gọi là quá áp có thể xuất hiện trên mạch điện đang được cấp nguồn gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho toàn bộ thiết bị.

Bằng cách thêm một ít mạch bảo vệ bổ sung dưới dạng bảo vệ quá áp, có thể bảo vệ khỏi khả năng không xảy ra nhưng thảm khốc này.

Hầu hết các bộ nguồn được thiết kế cho hoạt động rất đáng tin cậy của thiết bị có giá trị cao sẽ kết hợp một số hình thức bảo vệ quá áp để đảm bảo rằng bất kỳ sự cố nguồn điện nào cũng không dẫn đến hư hỏng thiết bị được cấp nguồn. Điều này áp dụng cho cả bộ nguồn tuyến tính và cả bộ nguồn chuyển đổi chế độ.

Một số bộ nguồn có thể không tích hợp tính năng bảo vệ quá áp và chúng không nên được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị đắt tiền - có thể thực hiện một thiết kế mạch điện tử nhỏ và phát triển một mạch bảo vệ quá áp nhỏ và thêm nó vào như một hạng mục bổ sung.

Những điều cơ bản về bảo vệ quá áp

Có nhiều cách mà nguồn điện có thể bị lỗi. Tuy nhiên, để hiểu thêm một chút về bảo vệ quá áp và các vấn đề về mạch, có thể dễ dàng lấy một ví dụ đơn giản về bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính sử dụng một diode Zener rất đơn giản và một bóng bán dẫn nối tiếp.

Bộ điều chỉnh loạt cơ bản sử dụng điốt zener và bộ theo bộ phát

Mặc dù các nguồn cung cấp phức tạp hơn cho hiệu suất tốt hơn, chúng cũng dựa vào một bóng bán dẫn nối tiếp để vượt qua dòng điện đầu ra. Sự khác biệt chính là cách mà điện áp điều chỉnh được áp dụng cho đế của bóng bán dẫn.

Thông thường, điện áp đầu vào sao cho một số vôn bị rơi trên phần tử điều chỉnh điện áp nối tiếp. Điều này cho phép bóng bán dẫn nối tiếp điều chỉnh điện áp đầu ra một cách đầy đủ. Thường thì điện áp giảm trên bóng bán dẫn vượt qua nối tiếp tương đối cao - đối với nguồn cung cấp 12 volt, đầu vào có thể là 18 volt thậm chí cao hơn để cung cấp quy định yêu cầu và loại bỏ gợn sóng, v.v.

Điều này có nghĩa là có thể có một mức độ tản nhiệt đáng kể trong phần tử điều chỉnh điện áp và kết hợp với bất kỳ gai thoáng qua nào có thể xuất hiện ở đầu vào, điều này có nghĩa là luôn có khả năng bị hỏng.

Thiết bị vượt qua loạt bóng bán dẫn thường sẽ bị lỗi trong điều kiện mạch hở, nhưng trong một số trường hợp, bóng bán dẫn có thể phát triển ngắn mạch giữa bộ thu và bộ phát. Nếu điều này xảy ra, thì điện áp đầu vào không được điều chỉnh đầy đủ sẽ xuất hiện trong đầu ra của bộ điều chỉnh điện áp.

Nếu điện áp đầy đủ xuất hiện trên đầu ra, thì nó có thể làm hỏng nhiều IC trong mạch được cung cấp. Trong trường hợp này, mạch điện cũng có thể vượt quá khả năng sửa chữa kinh tế.

Cách thức hoạt động của bộ điều chỉnh chuyển mạch là rất khác nhau, nhưng có những trường hợp mà công suất đầy đủ có thể xuất hiện trên đầu ra của nguồn điện.

Đối với cả nguồn điện điều chỉnh tuyến tính và nguồn điện chế độ chuyển đổi, một số hình thức bảo vệ quá áp luôn được khuyến khích.

Các loại bảo vệ quá áp

Như với nhiều kỹ thuật điện tử, có một số cách để thực hiện một khả năng cụ thể. Điều này đúng đối với bảo vệ quá áp.

Có một số kỹ thuật khác nhau có thể được sử dụng, mỗi kỹ thuật có đặc điểm riêng. Hiệu suất, chi phí, độ phức tạp và phương thức hoạt động đều cần được cân nhắc khi xác định phương pháp nào sẽ sử dụng trong giai đoạn thiết kế mạch điện tử.

• SCR Crowbar: Như tên của nó, mạch xà beng đặt một đoạn ngắn mạch qua đầu ra của nguồn điện nếu gặp phải tình trạng quá áp. Thông thường, các thyristor, tức là SCR được sử dụng cho việc này vì chúng có thể chuyển đổi dòng điện lớn và duy trì cho đến khi bất kỳ điện tích nào phân tán. Thyristor có thể được liên kết trở lại với một cầu chì để thổi và cách ly bộ điều chỉnh khỏi việc đặt thêm bất kỳ điện áp nào lên nó.

  Mạch bảo vệ quá áp xà beng Thyristor

  Trong mạch này, điốt Zener được chọn sao cho điện áp của nó cao hơn điện áp hoạt động bình thường của đầu ra, nhưng thấp hơn điện áp nơi có thể xảy ra hư hỏng. Trong quá trình dẫn này, không có dòng điện nào chạy qua điốt Zener bởi vì điện áp đánh thủng của nó chưa đạt đến và không có dòng điện nào chạy vào cổng của thyristor và nó vẫn tắt. Nguồn điện sẽ hoạt động bình thường.

  Nếu bóng bán dẫn vượt qua nối tiếp trong nguồn điện bị lỗi, điện áp sẽ bắt đầu tăng - quá trình tách trong thiết bị sẽ đảm bảo nó không tăng ngay lập tức. Khi nó tăng lên, nó sẽ tăng lên trên điểm mà diode Zener bắt đầu dẫn điện và dòng điện sẽ chạy vào cổng của thyristor khiến nó kích hoạt.

  Khi kích hoạt thyristor, nó sẽ làm ngắn đầu ra của nguồn điện xuống đất, tránh làm hỏng mạch điện mà nó cung cấp. Sự ngắn mạch này cũng có thể được sử dụng để làm nổ cầu chì hoặc các phần tử khác, làm mất nguồn điện của bộ điều chỉnh điện áp và cách ly thiết bị khỏi bị hư hỏng thêm.

  Thường thì một số bộ tách dưới dạng một tụ điện nhỏ được đặt từ cổng của thyristor xuống đất để ngăn chặn quá độ sắc nét hoặc RF từ thiết bị được cấp điện vào kết nối cổng và gây ra kích hoạt giả. Tuy nhiên, điều này không nên làm quá lớn vì nó có thể làm chậm quá trình bắn mạch trong trường hợp hỏng hóc thực sự và bảo vệ có thể được đặt quá chậm.

  Lưu ý về Bảo vệ quá áp thanh công suất Thyristor:

  Thyristor hoặc SCR, Bộ chỉnh lưu điều khiển bằng Silicon có thể được sử dụng để bảo vệ quá áp trong mạch cung cấp điện. Bằng cách phát hiện điện áp cao, mạch có thể bắn thyristor để đặt ngắn mạch hoặc xà beng ngang qua đường ray điện áp để đảm bảo nó không tăng lên điện áp cao.

  Đọc thêm về Mạch Bảo vệ Quá áp Thanh công Thyristor.

• Kẹp điện áp: Một hình thức bảo vệ quá áp rất đơn giản khác sử dụng cách tiếp cận được gọi là kẹp điện áp. Ở dạng đơn giản nhất, nó có thể được cung cấp bằng cách sử dụng một diode Zener đặt trên đầu ra của bộ nguồn được điều chỉnh. Với điện áp điốt Zener được chọn cao hơn một chút so với điện áp đường sắt tối đa, trong điều kiện bình thường, nó sẽ không dẫn điện. Nếu điện áp tăng quá cao, thì nó sẽ bắt đầu dẫn, kẹp điện áp ở một giá trị cao hơn một chút so với điện áp đường sắt.

  Nếu cần khả năng dòng điện cao hơn cho nguồn điện được điều chỉnh thì có thể sử dụng điốt Zener với bộ đệm bóng bán dẫn. Điều này sẽ làm tăng khả năng hiện tại qua mạch điốt Zener đơn giản, bằng một hệ số bằng độ lợi hiện tại của bóng bán dẫn. Vì cần có bóng bán dẫn công suất cho mạch này, mức tăng dòng khả năng sẽ thấp - có thể là 20 - 50.

  Kẹp quá áp diode Zener
  (a) - điốt Zener đơn giản, (b) - dòng điện cao hơn với bộ đệm bóng bán dẫn

• Giới hạn điện áp: Khi cần bảo vệ quá điện áp cho nguồn điện ở chế độ chuyển đổi, kỹ thuật kẹp và xà beng SMPS ít được sử dụng rộng rãi hơn vì các yêu cầu về tản điện cũng như kích thước và giá thành có thể có của các bộ phận.

  May mắn thay, hầu hết các bộ điều chỉnh chế độ chuyển đổi đều bị lỗi trong điều kiện điện áp thấp. Tuy nhiên, cần thận trọng khi đặt các khả năng giới hạn điện áp trong trường hợp điều kiện quá điện áp.
  
  Thường thì điều này có thể đạt được bằng cách cảm nhận tình trạng quá áp và tắt bộ chuyển đổi. Điều này đặc biệt áp dụng trong trường hợp bộ chuyển đổi DC-DC. Khi thực hiện điều này, cần phải kết hợp một vòng lặp cảm giác nằm ngoài bộ điều chỉnh IC chính - nhiều bộ điều chỉnh chế độ chuyển đổi và bộ chuyển đổi DC-DC sử dụng một chip để đạt được phần lớn mạch. Điều rất quan trọng là sử dụng vòng cảm biến bên ngoài vì nếu chip điều chỉnh chế độ chuyển đổi bị hỏng gây ra tình trạng quá áp, cơ cấu cảm biến cũng có thể bị hỏng.

  Rõ ràng là hình thức bảo vệ quá áp này yêu cầu các mạch cụ thể cho mạch cụ thể và các chip cung cấp điện chế độ chuyển đổi được sử dụng.

Cả ba kỹ thuật này đều được sử dụng và có thể cung cấp khả năng bảo vệ quá áp nguồn điện hiệu quả. Mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm riêng và việc lựa chọn kỹ thuật cần được thực hiện tùy thuộc vào tình huống nhất định.

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn