Схемы защиты выходов

October 25, 2011 by admin Комментировать »

Защитные схемы для выходов источника питания должны разрабатываться тщательно для завершенности функциональности конечного изделия. И хотя эти схемы используются только в случае неожиданного сбоя системы, лишняя перестраховка от повреждения источника питания или нанесения ущерба здоровью пользователя не помешает. При этом необходимо учитывать природу нагрузок, их режимы, наиболее подверженные сбоям, и причины таких сбоев, а также пределы, выход за которые может привести к повреждениям.

Защита нагрузки и защита источника питания от сбоев в нагрузке — это очень важный момент в любом проекте импульсного источника питания. Важно знать, что сбои чаще всего случаются внутри источника питания и нагрузки. Исследовательская работа, которую часто требуется выполнять в военных проектах, называется анализом режимов отказа и их последствий (failure modes and effects analysis, FMEA), когда гипотетически предполагается, что каждый компонент отказывает в результате размыкания контура, а затем — в результате короткого замыкания. При наличии таких отказов возникает вопрос: как каждый из них влияет на другие секции цепи? Такое предвидение сбоев помогает сделать проектируемый источник питания более надежным. Разработчик несет ответственность за обеспечение защиты цепи нагрузки от аномалий, возникающих на входной линии, и сбоев внутри источника питания и цепи нагрузки. Часто защитные схемы могут быть каскадными для обеспечения избыточной защиты в случае отказа самой схемы защиты. Такую страховочную функцию обычно обеспечивает плавкий предохранитель или автоматический выключатель.

Когда рассматривается метод защиты, используемый внутри источника питания и какой-либо другой системы на силовой шине, важно учитывать функции конечного изделия и его пользователя. Должна быть тщательно исследована философия возможного ремонта изделия. Если изделие будет регулярно подвергаться внутреннему техническому обслуживанию, то вполне достаточно комбинации автоматического выключателя, схемы начальной загрузки, выполняющей автоматический рестарт, и простой схемы ограничения перегрузки по току. Если же функция изделия некритична и им вполне можно управлять и извне, то может хватит и комбинации из плавкого предохранителя, схемы запуска с выключением при перегрузке по току и схемы ограничения перегрузки по току. Некоторые методы защиты могут потребовать, чтобы оборудование перед повторным его пуском в эксплуатацию было прежде принесено в ремонтную мастерскую для проверки. Подходы организации защиты можно разбить на три категории.

1.              Ремонт после сбоя (плавкие предохранители и т.п.).

2.              Восстановление после сбоя (автоматические выключатели, схема ограничения

перегрузки по току, схемы подавления перенапряжения и т.п.).

3.              Отключение после сбоя, но восстановление после устранения причины сбоя

(схема запуска с выключением при перегрузке по току и т.п.).

Выбор наиболее подходящей комбинации защитных схем может обусловить большое различие в восприятии изделия потребителем и, следовательно, в его репутации у потребителей и в объемах продаж.

Существует три основных типа защиты от перегрузки по току (рис. 3.49). Управление в токовом режиме или любой контроллер пикового тока на первичной стороне позволяют ограничивать постоянную выходную мощность при "плавном" коротком замыкании, но, в конечном счете, отсекают напряжение и ток при резких коротких замыканиях. Когда перегрузка по току приводит к постоянному уменьшению сопротивления источника питания, выходное напряжение понижается, но выходной ток может продолжать возрастать. Это может вызвать выжигание дорожек и компонентов печатной платы. Снижение выходного напряжения может быть полезно в сочетании со схемой запуска с выключением при сбое. Ограничение постоянного тока (рис. 3.50) происходит, когда напряжение на резисторе считывания тока усиливается и сравнивается с опорным напряжением. Когда пройдена точка "отключения", выходной ток удерживается постоянным при любом увеличении нагрузки. Для этого типа защиты от перегрузки по току должен опрашиваться выходной ток. Ограничение перегрузки по току используется только тогда, когдг в качестве опорного напряжения для точки "отключения" на изломе кривой перегрузки по току используется маленькая величина выходного напряжения.

Рис. 3.50. Методы ограничения постоянного тока: а — дискретное ограничение перегрузки по току; б — точная защита от перегрузки по току с использованием резистора считывания тока; в — использование трансформатора тока для опроса переменного тока

Рис. 3.51. Ограничение перегрузки по току

Защита от перенапряжения на выходных линиях может принимать две формы: методы решения "в лоб" и подходы, основанные на подавлении перенапряжения. Методы решения "в лоб" (brute force approaches) — это фиксаторы перенапряжения и перемычки на землю (рис. 3.52).

Рис. 3.52. Схемы защиты от перенапряжения: а — фиксатор на стабилитроне; б— перемычка на землю;

в — прецизионная перемычка на землю

Когда ток через резистор считывания тока достаточно велик для превышения точки "отключения", напряжение ограничивается, тем самым ограничивая выходной ток пропорционально выходному напряжению. Это защищает цепь нагрузки от выгорания (рис. 3.51).

Эти подходы предполагают, что источник питания дал сбой и не может ограничивать ток в нагрузке. Наиболее проблематичной является понижающая топология, в которой закороченные последовательные проходные элементы напрямую соединяют вход с выходом. Понижающий преобразователь определенно должен иметь цепь перемычки на землю (если сила выходного тока /out больше 1 А) или фиксатор перенапряжения на стабилитроне (если сила выходного тока /out меньше 1 А). Для всех других топологий (особенно для топологий с изолирующим трансформатором) это невозможно и, следовательно, перемычка на землю оказывается лишь помехой. Стабилитроны перенапряжения на выходах могут служить в качестве подстраховки на случай отказа контура обратной связи по напряжению или плохого перекрестной стабилизации выходов. Для этих форм защиты от перенапряжения требуется входной плавкий предохранитель или автоматический выключатель.

Методы подавления перенапряжения предполагают, что источник питания все еще работает, а обратная связь по напряжению становится разомкнутой цепью, или же что один из выходов становится легконагруженным, и напряжение на нем возрастает выше заданного максимума. В этих методах используется отдельный компаратор или транзистор и резисторные делители, соединенные с каждым выходом. Таким образом компаратор или транзистор замещают усилитель ошибки (рис. 3.53).

Рис. 3.53. Методы замещения контура обратной связи по напряжению в случае его отказа: а— схема подавления перенапряжения, если размыкается петля напряжения; б — схема подавления перенапряжения на нескольких выходах

Выбор форм(ы) защиты всегда связан с экономичностью и свободным местом на печатной плате. При выборе методов защиты источника питания проявляйте творческий подход, но при этом тщательно проверяйте принятые решения во всех условиях эксплуатации источника.

2 комментариев(ия)

  1. Илюшка says:

    подскажите, на последнем рисунке(б), правдивы ли написанные формулы, я имею ввиду, не ошиблись ли там поставив ‘+’ вместо ‘=’?

  2. admin says:

    Посмотрел, да возможно там ошибка. Вместо первого плюса надо понимать равно.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты