حماية الجهد الزائد لمزودات الطاقة

تعد الحماية من الجهد الزائد لإمدادات الطاقة مفيدة حقًا - حيث يمكن أن تؤدي بعض حالات فشل PSU إلى إتلاف الفولتية الكبيرة على الجهاز. تمنع الحماية من الجهد الزائد حدوث ذلك على كل من المنظمين الخطيين وإمدادات الطاقة في وضع التبديل.

على الرغم من أن مصادر الطاقة الحديثة أصبحت الآن موثوقة للغاية ، إلا أن هناك دائمًا فرصة صغيرة ولكنها حقيقية لفشلها.

يمكن أن تفشل بعدة طرق ، ومن الاحتمالات المقلقة بشكل خاص أن عنصر تمرير السلسلة ، أي ترانزستور التمرير الرئيسي أو FET قد يفشل بطريقة تؤدي إلى حدوث ماس كهربائي. إذا حدث هذا ، فقد يظهر جهد كبير جدًا يُشار إليه غالبًا على أنه جهد زائد على الدائرة التي يتم تشغيلها مما يتسبب في أضرار كارثية للمعدات بأكملها.

من خلال إضافة القليل من دوائر الحماية الإضافية في شكل حماية من الجهد الزائد ، من الممكن الحماية من هذا الاحتمال غير المحتمل ولكنه كارثي.

تتضمن معظم مصادر الطاقة المصممة للتشغيل الموثوق به للغاية للمعدات عالية القيمة شكلاً من أشكال الحماية من الجهد الزائد لضمان أن أي فشل في مصدر الطاقة لا يؤدي إلى تلف المعدات التي يتم تشغيلها. ينطبق هذا على كل من مصادر الطاقة الخطية وكذلك على تبديل إمدادات الطاقة في الوضع.

قد لا تشتمل بعض مصادر الطاقة على حماية من الجهد الزائد ولا ينبغي استخدامها لتشغيل معدات باهظة الثمن - من الممكن القيام ببعض تصميم الدوائر الإلكترونية وتطوير دائرة حماية صغيرة للجهد الزائد وإضافتها كعنصر إضافي.

أساسيات حماية الجهد الزائد

هناك العديد من الطرق التي يمكن أن يفشل فيها مصدر الطاقة. ومع ذلك ، لفهم المزيد حول الحماية من الجهد الزائد وقضايا الدائرة ، فمن السهل أن نأخذ مثالًا بسيطًا لمنظم الجهد الخطي باستخدام صمام زينر بسيط للغاية وترانزستور تمرير متسلسل.

منظم السلسلة الأساسي باستخدام الصمام الثنائي زينر وأتباع الباعث

على الرغم من أن الإمدادات الأكثر تعقيدًا توفر أداءً أفضل ، إلا أنها تعتمد أيضًا على سلسلة ترانزستور لتمرير تيار الخرج. الاختلاف الرئيسي هو الطريقة التي يتم بها تطبيق جهد المنظم على قاعدة الترانزستور.

عادةً ما يكون جهد الدخل هو أن يتم إسقاط عدة فولت عبر عنصر منظم الجهد المتسلسل. يتيح ذلك للسلسلة تمرير الترانزستور لتنظيم جهد الخرج بشكل مناسب. غالبًا ما يكون الجهد المنخفض عبر ترانزستور المرور المتسلسل مرتفعًا نسبيًا - بالنسبة لإمداد 12 فولت ، قد يكون الإدخال 18 فولتًا أو أكثر لإعطاء التنظيم المطلوب ورفض التموج ، إلخ.

هذا يعني أنه يمكن أن يكون هناك مستوى كبير من الحرارة المشتتة في عنصر منظم الجهد بالإضافة إلى أي طفرات عابرة يمكن أن تظهر عند الإدخال ، وهذا يعني أن هناك دائمًا احتمال حدوث عطل.

عادة ما يفشل جهاز تمرير سلسلة الترانزستور في حالة الدائرة المفتوحة ، ولكن في بعض الظروف ، قد يطور الترانزستور دائرة كهربائية قصيرة بين المجمع والباعث. إذا حدث هذا ، فسيظهر جهد الدخل الكامل غير المنظم في خرج منظم الجهد.

إذا ظهر الجهد الكامل على الخرج ، فقد يؤدي ذلك إلى إتلاف العديد من الدوائر المتكاملة الموجودة في الدائرة التي يتم توفيرها. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون الدائرة غير قابلة للإصلاح الاقتصادي.

تختلف الطريقة التي تعمل بها أجهزة التبديل التنظيمية اختلافًا كبيرًا ، ولكن هناك ظروف يمكن أن يظهر فيها الإخراج الكامل على خرج مصدر الطاقة.

بالنسبة لكل من مصادر الطاقة المنظمة الخطية وإمدادات الطاقة في وضع التبديل ، يُنصح دائمًا ببعض أشكال الحماية من الجهد الزائد.

أنواع الحماية من الجهد الزائد

كما هو الحال مع العديد من التقنيات الإلكترونية ، هناك عدة طرق لتنفيذ قدرة معينة. هذا صحيح بالنسبة للحماية من الجهد الزائد.

هناك العديد من التقنيات المختلفة التي يمكن استخدامها ، ولكل منها خصائصها الخاصة. يجب تقييم الأداء والتكلفة والتعقيد وطريقة التشغيل عند تحديد الطريقة التي يجب استخدامها أثناء مرحلة تصميم الدوائر الإلكترونية.

• SCR Crowbar: كما يوحي الاسم ، فإن دارة الحاجز تضع دائرة كهربائية قصيرة عبر ناتج مصدر الطاقة في حالة مواجهة حالة الجهد الزائد. عادةً ما يتم استخدام الثايرستور ، أي SCRs لهذا الغرض حيث يمكنها تبديل التيارات الكبيرة والبقاء في وضع التشغيل حتى تشتت أي شحنة. يمكن ربط الثايرستور مرة أخرى بفتيل ينفخ ويعزل المنظم عن أي جهد إضافي يوضع عليه.

  الثايرستور المخل دارة حماية الجهد الزائد

  في هذه الدائرة ، يتم اختيار الصمام الثنائي Zener بحيث يكون جهده أعلى من جهد التشغيل العادي للإخراج ، ولكن أقل من الجهد حيث يحدث التلف. في هذا التوصيل ، لا يتدفق أي تيار عبر الصمام الثنائي Zener لأنه لم يتم الوصول إلى جهد الانهيار ولا يتدفق أي تيار إلى بوابة الثايرستور ويظل متوقفًا. سيعمل مصدر الطاقة بشكل طبيعي.

  إذا فشلت سلسلة تمرير الترانزستور في مصدر الطاقة ، سيبدأ الجهد في الارتفاع - سيضمن الفصل في الوحدة عدم ارتفاعها على الفور. عندما يرتفع ، سيرتفع فوق النقطة التي يبدأ فيها الصمام الثنائي Zener بالتوصيل وسيتدفق التيار إلى بوابة الثايرستور مما يؤدي إلى إطلاقه.

  عندما يتم تشغيل الثايرستور ، فإنه سيقصر إخراج مصدر الطاقة على الأرض ، مما يمنع تلف الدائرة التي يشغلها. يمكن أيضًا استخدام هذه الدائرة القصيرة لتفجير فتيل أو عنصر آخر ، وفصل الطاقة عن منظم الجهد وعزل الوحدة عن المزيد من التلف.

  غالبًا ما يتم فصل بعض الفصل في شكل مكثف صغير من بوابة الثايرستور إلى الأرض لمنع العابرين الحادة أو الترددات الراديوية من الوحدة من الوصول إلى اتصال البوابة والتسبب في حدوث زناد زائف. ومع ذلك ، لا ينبغي أن يكون هذا كبيرًا جدًا لأنه قد يؤدي إلى إبطاء إطلاق الدائرة في حالة حدوث عطل حقيقي وقد تكون الحماية في مكانها ببطء شديد.

  ملاحظة حول حماية الثايرستور كروبار من الجهد الزائد:

  يمكن استخدام مقوم التحكم بالسيليكون الثايرستور أو SCR لتوفير حماية ضد الجهد الزائد في دائرة إمداد الطاقة. من خلال الكشف عن الجهد العالي ، يمكن للدائرة أن تطلق الثايرستور لوضع دائرة كهربائية قصيرة أو المخل عبر سكة الجهد لضمان عدم ارتفاعه إلى الجهد العالي.

  مزيد من المعلومات حول دائرة حماية الجهد الزائد الثايرستور Crowbar.

• لقط الجهد: شكل آخر بسيط جدًا من الحماية من الجهد الزائد يستخدم أسلوبًا يسمى تثبيت الجهد. في أبسط أشكاله ، يمكن توفيره باستخدام الصمام الثنائي Zener الموجود عبر خرج مصدر الطاقة المنظم. مع اختيار جهد Zener diode ليكون أعلى بقليل من الجهد الأقصى للسكك الحديدية ، في ظل الظروف العادية ، لن يتم إجراءه. إذا كان الجهد مرتفعًا جدًا ، فسيبدأ في التوصيل ، مما يؤدي إلى تثبيت الجهد بقيمة أعلى قليلاً من جهد السكة.

  إذا كانت هناك حاجة إلى قدرة تيار أعلى لإمداد الطاقة المنظم ، فيمكن استخدام الصمام الثنائي Zener مع المخزن المؤقت للترانزستور. سيؤدي ذلك إلى زيادة القدرة الحالية على دائرة Zener diode البسيطة ، بعامل يساوي الكسب الحالي للترانزستور. نظرًا لأن ترانزستور الطاقة مطلوب لهذه الدائرة ، فإن مستويات الكسب الحالية المحتملة ستكون منخفضة - ربما 20-50.

  المشبك زينر ديود الجهد الزائد
  (أ) - صمام زينر بسيط ، (ب) - تيار أعلى مع المخزن المؤقت للترانزستور

• تحديد الجهد: عندما تكون الحماية من الجهد الزائد مطلوبة لإمدادات الطاقة في وضع التبديل ، فإن تقنيات المشبك والعتلة SMPS تكون أقل استخدامًا على نطاق واسع بسبب متطلبات تبديد الطاقة والحجم المحتمل والتكلفة للمكونات.

  لحسن الحظ ، تفشل معظم منظمات وضع التبديل في حالة الجهد المنخفض. ومع ذلك ، فمن الحكمة في كثير من الأحيان وضع قدرات الحد من الجهد في حالة ظروف الجهد الزائد.
  
  غالبًا ما يمكن تحقيق ذلك عن طريق استشعار حالة الجهد الزائد وإغلاق المحول. هذا ينطبق بشكل خاص في حالة محولات DC-DC. عند تنفيذ ذلك ، من الضروري دمج حلقة إحساس خارج منظم IC الرئيسي - يستخدم العديد من منظمي وضع التبديل ومحولات DC-DC شريحة لتحقيق غالبية الدائرة. من المهم جدًا استخدام حلقة استشعار خارجية لأنه في حالة تلف رقاقة منظم وضع التبديل مما تسبب في حالة الجهد الزائد ، فقد تتلف آلية الإحساس أيضًا.

  من الواضح أن هذا النوع من الحماية من الجهد الزائد يتطلب دوائر خاصة بدائرة معينة وشرائح إمداد طاقة وضع التبديل المستخدمة.

يتم استخدام جميع التقنيات الثلاثة ويمكن أن توفر حماية فعالة لإمدادات الطاقة من الجهد الزائد. لكل منها مزاياها وعيوبها ويجب أن يعتمد اختيار التقنية على الموقف المعطى.

اترك رسالة 

قائمة الرسالة