Protección contra sobretensión para fontes de alimentación

A protección contra sobretensións da fonte de alimentación é realmente útil: algúns fallos da PSU poden provocar grandes tensións prexudiciais no equipo. A protección contra sobretensión evita que isto suceda tanto en reguladores lineais como en fontes de alimentación conmutadas.

Aínda que as fontes de alimentación modernas son agora moi fiables, sempre hai unha pequena pero real posibilidade de que fallen.

Poden fallar de moitas maneiras e unha posibilidade especialmente preocupante é que o elemento de paso en serie, é dicir, o transistor de paso principal ou o FET, poida fallar de tal xeito que quede en curtocircuíto. Se isto ocorre, podería aparecer unha tensión moi grande, a miúdo referida como sobretensión, no circuíto que se está alimentando, causando danos catastróficos a todo o equipo.

Engadindo un pouco de circuíto de protección adicional en forma de protección contra sobretensión, é posible protexerse contra esta improbable pero catastrófica posibilidade.

A maioría das fontes de alimentación deseñadas para un funcionamento moi fiable de equipos de alto valor incorporarán algún tipo de protección contra sobretensión para garantir que calquera fallo da fonte de alimentación non produza danos no equipo que se está alimentando. Isto aplícase tanto ás fontes de alimentación lineais como ás fontes de alimentación conmutadas.

Algunhas fontes de alimentación poden non incorporar protección contra sobretensión e non se deben usar para alimentar equipos caros; é posible facer un pequeno deseño de circuítos electrónicos e desenvolver un pequeno circuíto de protección contra sobretensión e engadir isto como elemento adicional.

Fundamentos de protección contra sobretensión

Hai moitas formas nas que unha fonte de alimentación pode fallar. Non obstante, para comprender un pouco máis a protección contra sobretensión e os problemas do circuíto, é fácil tomar un exemplo sinxelo dun regulador de tensión lineal que utiliza un díodo Zener moi sinxelo e un transistor de paso en serie.

Regulador de serie básico usando un diodo zener e un seguidor emisor

Aínda que as fontes máis complicadas ofrecen un mellor rendemento, tamén dependen dun transistor en serie para pasar a corrente de saída. A principal diferenza é a forma en que se aplica a tensión do regulador á base do transistor.

Normalmente, a tensión de entrada é tal que caen varios voltios no elemento regulador de tensión en serie. Isto permite que o transistor de paso en serie regule a tensión de saída adecuadamente. A miúdo, a tensión caída no transistor de paso en serie é relativamente alta; para unha fonte de 12 voltios, a entrada pode ser de 18 voltios ou máis para dar a regulación necesaria e o rexeitamento da ondulación, etc.

Isto significa que pode haber un nivel significativo de calor disipada no elemento regulador de tensión e combinado con calquera pico transitorio que poida aparecer na entrada, isto significa que sempre hai unha posibilidade de falla.

O dispositivo de paso en serie do transistor normalmente fallará nunha condición de circuíto aberto, pero nalgunhas circunstancias, o transistor pode desenvolver un curtocircuíto entre o colector e o emisor. Se isto ocorre, entón a tensión de entrada completa non regulada aparecería na saída do regulador de tensión.

Se a tensión completa apareceu na saída, podería danar moitos dos IC que están no circuíto que se está a subministrar. Neste caso, o circuíto ben podería estar fóra da reparación económica.

A forma en que funcionan os reguladores de conmutación é moi diferente, pero hai circunstancias nas que a saída completa podería aparecer na saída da fonte de alimentación.

Tanto para fontes de alimentación reguladas lineais como para fontes de alimentación conmutadas, sempre é recomendable algún tipo de protección contra sobretensión.

Tipos de protección contra sobretensión

Como con moitas técnicas electrónicas, hai varias formas de implementar unha capacidade particular. Isto é certo para a protección contra sobretensión.

Existen varias técnicas diferentes que se poden utilizar, cada unha coas súas propias características. O rendemento, o custo, a complexidade e o modo de operación deben ser sopesados ​​para determinar que método usar durante a fase de deseño do circuíto electrónico.

• Barra de palanca SCR: como o nome indica, o circuíto de palanca coloca un curtocircuíto na saída da fonte de alimentación se se experimenta unha condición de sobretensión. Normalmente utilízanse tiristores, é dicir, SCR, xa que poden cambiar grandes correntes e permanecer acesos ata que se disperse calquera carga. O tiristor pode conectarse de novo a un fusible que arda e illa o regulador de ter máis voltaxe colocado sobre el.

  Circuíto de protección contra sobretensión da palanca de tiristores

  Neste circuíto, elíxese o díodo Zener de xeito que a súa tensión estea por riba da tensión de funcionamento normal da saída, pero por debaixo da tensión onde se producirían danos. Nesta condución, non circula ningunha corrente a través do díodo Zener porque non se alcanzou a súa tensión de ruptura e ningunha corrente circula pola porta do tiristor e permanece apagado. A fonte de alimentación funcionará normalmente.

  Se falla o transistor de paso en serie da fonte de alimentación, a tensión comezará a aumentar; o desacoplamento da unidade asegurará que non aumente ao instante. A medida que se eleva, elevarase por riba do punto onde o díodo Zener comeza a conducir e a corrente fluirá cara á porta do tiristor facendo que se dispare.

  Cando o tiristor se dispara, cortocircuitará a saída da fonte de alimentación a terra, evitando danos aos circuítos que alimenta. Este curtocircuíto tamén se pode usar para fundir un fusible ou outro elemento, desconectando o regulador de tensión e illando a unidade de máis danos.

  A miúdo colócase algún desacoplamento en forma de pequeno capacitor desde a porta do tiristor ata a terra para evitar que os transitorios bruscos ou a RF da unidade que é a enerxía entren na conexión da porta e causen un disparador espurio. Non obstante, isto non debe ser demasiado grande, xa que pode retardar o disparo do circuíto nun caso real de falla e a protección pode estar demasiado lenta.

  Nota sobre a protección contra sobretensión da palanca de tiristores:

  O tiristor ou SCR, rectificador controlado por silicio pódese usar para proporcionar protección contra sobretensión nun circuíto de alimentación. Ao detectar a alta tensión, o circuíto pode disparar o tiristor para colocar un curtocircuíto ou unha palanca a través do carril de tensión para garantir que non se eleve a alta tensión.

  Ler máis sobre Circuíto de protección contra sobretensión da palanca de tiristores.

• Suxeición de tensión: outra forma moi sinxela de protección contra sobretensión utiliza un enfoque chamado bloqueo de tensión. Na súa forma máis sinxela pódese proporcionar usando un díodo Zener situado na saída da fonte de alimentación regulada. Coa tensión do díodo Zener escollida para estar lixeiramente superior á tensión máxima do carril, en condicións normais non conducirá. Se a tensión aumenta demasiado, comezará a conducir, fixando a tensión a un valor lixeiramente superior á tensión do carril.

  Se se necesita unha maior capacidade de corrente para a fonte de alimentación regulada, pódese usar un díodo Zener cun buffer de transistor. Isto aumentará a capacidade de corrente sobre o simple circuíto de diodos Zener, nun factor igual á ganancia de corrente do transistor. Como é necesario un transistor de potencia para este circuíto, os niveis de ganancia de corrente probables serán baixos, posiblemente entre 20 e 50.

  Abrazadera de sobretensión de diodo Zener
  (a) - díodo Zener simple, (b) - maior corrente con tampón de transistor

• Limitación de voltaxe: cando se require protección contra sobretensión para fontes de alimentación conmutadas, as técnicas de abrazadeira e palanca SMPS son menos utilizadas debido aos requisitos de disipación de enerxía e ao posible tamaño e custo dos compoñentes.

  Afortunadamente, a maioría dos reguladores de modo de conmutación fallan nunha condición de baixa tensión. Non obstante, moitas veces é prudente poñer en marcha capacidades de limitación de tensión en caso de condicións de sobretensión.
  
  Moitas veces isto pódese conseguir detectando a condición de sobretensión e apagando o conversor. Isto é especialmente aplicable no caso dos conversores DC-DC. Ao implementar isto, é necesario incorporar un bucle de sentido que estea fóra do regulador IC principal: moitos reguladores de modo de conmutación e conversores DC-DC usan un chip para acadar a maior parte do circuíto. É moi importante usar un bucle de detección externo porque se o chip regulador do modo de conmutación está danado causando a condición de sobretensión, o mecanismo de detección tamén pode estar danado.

  Obviamente, esta forma de protección contra sobretensión require circuítos específicos para o circuíto particular e os chips de fonte de alimentación do modo de conmutación utilizados.

As tres técnicas utilízanse e poden proporcionar unha protección eficaz contra a sobretensión da fonte de alimentación. Cada un ten as súas propias vantaxes e desvantaxes e a elección da técnica debe depender da situación dada.

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes