การป้องกันแรงดันไฟเกินสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟ

การป้องกันแรงดันไฟเกินของแหล่งจ่ายไฟมีประโยชน์จริง ๆ - ความล้มเหลวของ PSU บางอย่างอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ในอุปกรณ์เสียหายได้ การป้องกันแรงดันไฟเกินจะป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้นกับทั้งตัวควบคุมเชิงเส้นและแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์

แม้ว่าอุปกรณ์จ่ายไฟที่ทันสมัยในขณะนี้มีความน่าเชื่อถือสูง แต่ก็ยังมีโอกาสเล็กน้อยแต่มีอยู่จริงที่อุปกรณ์เหล่านี้จะล้มเหลว

พวกเขาสามารถล้มเหลวได้หลายวิธี และสิ่งหนึ่งที่น่ากังวลอย่างยิ่งคือองค์ประกอบการส่งผ่านแบบอนุกรม เช่น ทรานซิสเตอร์ผ่านหลักหรือ FET อาจล้มเหลวในลักษณะที่ลัดวงจร หากเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่มากซึ่งมักเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเกินอาจเกิดขึ้นบนวงจรที่กำลังจ่ายไฟอยู่ ทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่ออุปกรณ์ทั้งหมด

ด้วยการเพิ่มวงจรป้องกันพิเศษเล็กน้อยในรูปแบบของการป้องกันแรงดันไฟเกิน เป็นไปได้ที่จะป้องกันความเป็นไปได้ที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นแต่เป็นความหายนะ

อุปกรณ์จ่ายไฟส่วนใหญ่ที่ออกแบบมาสำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้มากของอุปกรณ์ที่มีมูลค่าสูงจะรวมเอารูปแบบการป้องกันแรงดันไฟเกินบางรูปแบบ เพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟที่ขัดข้องจะไม่ส่งผลให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ที่จ่ายไฟ สิ่งนี้ใช้กับทั้งแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นและเพื่อสลับโหมดการจ่ายไฟ

อุปกรณ์จ่ายไฟบางตัวอาจไม่มีการป้องกันแรงดันไฟเกิน และไม่ควรใช้อุปกรณ์เหล่านี้ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ราคาแพง - เป็นไปได้ที่จะออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์เล็กๆ น้อยๆ และพัฒนาวงจรป้องกันแรงดันไฟเกินขนาดเล็กและเพิ่มส่วนนี้เป็นรายการพิเศษ

พื้นฐานการป้องกันแรงดันไฟเกิน

มีหลายวิธีที่แหล่งจ่ายไฟอาจล้มเหลว อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เข้าใจมากขึ้นอีกเล็กน้อยเกี่ยวกับการป้องกันแรงดันไฟเกินและปัญหาวงจร มันง่ายที่จะยกตัวอย่างง่ายๆ ของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นโดยใช้ซีเนอร์ไดโอดที่ง่ายมากและทรานซิสเตอร์แบบส่งผ่านแบบอนุกรม

ตัวควบคุมซีรีย์พื้นฐานโดยใช้ซีเนอร์ไดโอดและตัวติดตามอีซีแอล

แม้ว่าวัสดุสิ้นเปลืองที่ซับซ้อนกว่าจะให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่า แต่ก็ยังใช้ทรานซิสเตอร์แบบอนุกรมในการส่งกระแสไฟขาออก ความแตกต่างที่สำคัญคือวิธีการใช้แรงดันควบคุมที่ฐานของทรานซิสเตอร์

โดยทั่วไปแล้ว แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะลดต่ำลงหลายโวลต์ในองค์ประกอบควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบอนุกรม ซึ่งช่วยให้ทรานซิสเตอร์ผ่านอนุกรมสามารถควบคุมแรงดันไฟขาออกได้อย่างเพียงพอ บ่อยครั้งที่แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมทรานซิสเตอร์ผ่านอนุกรมนั้นค่อนข้างสูง - สำหรับการจ่ายไฟ 12 โวลต์ อินพุตอาจมากกว่า 18 โวลต์เพื่อให้การควบคุมที่จำเป็นและการปฏิเสธการกระเพื่อม ฯลฯ

ซึ่งหมายความว่าอาจมีระดับความร้อนที่กระจายไปในองค์ประกอบตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า และเมื่อรวมกับเดือยชั่วคราวที่อาจปรากฏขึ้นที่อินพุต หมายความว่ามีความเป็นไปได้ที่จะเกิดความล้มเหลวอยู่เสมอ

อุปกรณ์ส่งผ่านอนุกรมทรานซิสเตอร์มักจะล้มเหลวในสภาวะวงจรเปิด แต่ในบางกรณี ทรานซิสเตอร์อาจเกิดการลัดวงจรระหว่างตัวสะสมและตัวส่ง หากสิ่งนี้เกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ไม่ได้ควบคุมแบบเต็มจะปรากฏขึ้นในเอาต์พุตของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

หากแรงดันไฟเต็มปรากฏขึ้นที่เอาต์พุต อาจทำให้ไอซีจำนวนมากที่อยู่ในวงจรที่จ่ายไฟเสียหายได้ ในกรณีนี้วงจรอาจอยู่นอกเหนือการซ่อมแซมทางเศรษฐกิจ

วิธีการทำงานของตัวควบคุมการสลับทำงานแตกต่างกันมาก แต่มีบางกรณีที่เอาต์พุตเต็มอาจปรากฏบนเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟ

สำหรับทั้งตัวจ่ายไฟแบบควบคุมเชิงเส้นและตัวจ่ายไฟแบบโหมดสวิตช์ ขอแนะนำให้ใช้รูปแบบการป้องกันแรงดันเกินบางรูปแบบเสมอ

ประเภทของการป้องกันแรงดันไฟเกิน

เช่นเดียวกับเทคนิคทางอิเล็กทรอนิกส์หลายอย่าง มีหลายวิธีในการใช้ความสามารถเฉพาะ สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับการป้องกันแรงดันไฟเกิน

มีเทคนิคต่างๆ มากมายที่สามารถใช้ได้ โดยแต่ละเทคนิคมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง ประสิทธิภาพ ต้นทุน ความซับซ้อน และโหมดการทำงานทั้งหมดต้องชั่งน้ำหนักเมื่อพิจารณาว่าจะใช้วิธีใดในระหว่างขั้นตอนการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์

• SCR Crowbar: ตามชื่อที่บ่งบอกถึงวงจรชะแลงวางไฟฟ้าลัดวงจรข้ามเอาท์พุตของแหล่งจ่ายไฟหากพบว่ามีสภาวะแรงดันไฟเกิน โดยทั่วไปแล้วไทริสเตอร์ เช่น SCR จะใช้สำหรับสิ่งนี้ เนื่องจากสามารถสลับกระแสขนาดใหญ่และยังคงอยู่จนกว่าประจุจะกระจายตัว ไทริสเตอร์สามารถเชื่อมโยงกลับไปที่ฟิวส์ซึ่งจะเป่าและแยกตัวควบคุมออกจากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติม

  ไทริสเตอร์ชะแลงวงจรป้องกันแรงดันไฟเกิน

  ในวงจรนี้ ไดโอดซีเนอร์ถูกเลือกเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟที่ใช้งานปกติของเอาต์พุต แต่ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่อาจเกิดความเสียหายได้ ในการนำนี้ ไม่มีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดเนื่องจากแรงดันพังทลายยังไม่ถึง และกระแสไม่ไหลเข้าประตูของไทริสเตอร์และยังคงปิดอยู่ แหล่งจ่ายไฟจะทำงานตามปกติ

  หากทรานซิสเตอร์ส่งผ่านอนุกรมในแหล่งจ่ายไฟล้มเหลว แรงดันไฟฟ้าจะเริ่มสูงขึ้น - การแยกส่วนในยูนิตจะช่วยให้แน่ใจว่าจะไม่เพิ่มขึ้นทันที เมื่อมันสูงขึ้น มันจะสูงขึ้นเหนือจุดที่ซีเนอร์ไดโอดเริ่มดำเนินการและกระแสจะไหลเข้าสู่เกตของไทริสเตอร์ทำให้เกิดการทริกเกอร์

  เมื่อไทริสเตอร์ทริกเกอร์ มันจะลัดวงจรเอาท์พุตของแหล่งจ่ายไฟลงกราวด์ เพื่อป้องกันความเสียหายต่อวงจรที่จ่ายไฟ ไฟฟ้าลัดวงจรนี้ยังสามารถใช้เพื่อเป่าฟิวส์หรือส่วนประกอบอื่นๆ โดยปิดตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าและแยกตัวเครื่องออกจากความเสียหายเพิ่มเติม

  บ่อยครั้งที่การดีคัปปลิ้งในรูปแบบของตัวเก็บประจุขนาดเล็กถูกวางจากเกตของไทริสเตอร์ลงกับกราวด์ เพื่อป้องกันทรานเซียนท์ที่แหลมคมหรือ RF จากยูนิตที่กำลังจ่ายไฟจากการเชื่อมต่อกับเกตและทำให้เกิดทริกเกอร์ปลอม อย่างไรก็ตาม ไม่ควรทำให้มีขนาดใหญ่เกินไป เนื่องจากอาจทำให้วงจรยิงช้าลงในกรณีที่เกิดความล้มเหลวจริง และระบบป้องกันอาจทำงานช้าเกินไป

  หมายเหตุเกี่ยวกับการป้องกันแรงดันไฟเกินของ Thyristor Crowbar:

  ไทริสเตอร์หรือ SCR, วงจรเรียงกระแสแบบควบคุมด้วยซิลิคอนสามารถใช้เพื่อให้การป้องกันแรงดันไฟเกินในวงจรจ่ายไฟ โดยการตรวจจับไฟฟ้าแรงสูง วงจรสามารถยิงไทริสเตอร์เพื่อวางไฟฟ้าลัดวงจรหรือชะแลงข้ามรางแรงดันไฟฟ้า เพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่เกิดไฟฟ้าแรงสูง

  อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ วงจรป้องกันแรงดันไฟเกินของไทริสเตอร์ Crowbar

• การหนีบแรงดันไฟฟ้า: อีกรูปแบบหนึ่งที่ง่ายมากในการป้องกันแรงดันไฟเกินใช้วิธีการที่เรียกว่าการหนีบด้วยแรงดันไฟฟ้า ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด สามารถจัดหาได้โดยใช้ไดโอดซีเนอร์ที่วางขวางเอาท์พุตของแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม เมื่อเลือกแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์ไดโอดให้สูงกว่าแรงดันไฟฟ้ารางสูงสุดเล็กน้อย ภายใต้สภาวะปกติ จะไม่ดำเนินการ หากแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไป แรงดันไฟฟ้าจะเริ่มทำงานโดยยึดแรงดันไฟฟ้าไว้ที่ค่าที่สูงกว่าแรงดันรางเล็กน้อย

  หากจำเป็นต้องใช้กระแสไฟที่สูงกว่าสำหรับแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม ก็สามารถใช้ไดโอดซีเนอร์ที่มีบัฟเฟอร์ทรานซิสเตอร์ได้ สิ่งนี้จะเพิ่มความสามารถในปัจจุบันเหนือวงจรซีเนอร์ไดโอดอย่างง่ายโดยมีค่าเท่ากับเกนของทรานซิสเตอร์ในปัจจุบัน เนื่องจากวงจรนี้จำเป็นต้องมีทรานซิสเตอร์กำลัง ระดับเกนที่น่าจะเป็นไปได้จะต่ำ - อาจเป็น 20 - 50

  แคลมป์แรงดันเกินซีเนอร์
  (a) - ซีเนอร์ไดโอดอย่างง่าย (b) - กระแสที่สูงขึ้นพร้อมบัฟเฟอร์ทรานซิสเตอร์

• การจำกัดแรงดันไฟฟ้า: เมื่อจำเป็นต้องมีการป้องกันแรงดันไฟเกินสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟโหมดสวิตช์ SMPS เทคนิคแคลมป์และชะแลงนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายน้อยกว่า เนื่องจากข้อกำหนดในการกระจายพลังงานและขนาดและต้นทุนของส่วนประกอบที่เป็นไปได้

  โชคดีที่ตัวควบคุมโหมดสวิตช์ส่วนใหญ่ล้มเหลวในสภาวะแรงดันไฟต่ำ อย่างไรก็ตาม ควรใช้ความสามารถในการจำกัดแรงดันไฟฟ้าในกรณีที่เกิดสภาวะแรงดันไฟเกิน
  
  บ่อยครั้งสิ่งนี้สามารถทำได้โดยการตรวจจับสภาวะแรงดันไฟเกินและปิดตัวแปลง สิ่งนี้ใช้ได้โดยเฉพาะในกรณีของตัวแปลง DC-DC เมื่อทำสิ่งนี้ จำเป็นต้องรวมความรู้สึกวนรอบที่อยู่นอกตัวควบคุม IC หลัก - ตัวควบคุมโหมดสวิตช์และตัวแปลง DC-DC จำนวนมากใช้ชิปเพื่อให้ได้วงจรส่วนใหญ่ เป็นสิ่งสำคัญมากที่จะใช้ความรู้สึกวนรอบภายนอก เพราะหากชิปควบคุมโหมดสวิตช์เสียหายซึ่งทำให้เกิดสภาวะแรงดันไฟเกิน กลไกการรับรู้อาจได้รับความเสียหายด้วย

  เห็นได้ชัดว่ารูปแบบการป้องกันแรงดันไฟเกินนี้ต้องการวงจรที่จำเพาะกับชิปจ่ายไฟของวงจรและโหมดสวิตช์ที่ใช้โดยเฉพาะ

ใช้เทคนิคทั้งสามนี้และสามารถให้การป้องกันแรงดันไฟเกินของแหล่งจ่ายไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ละคนมีข้อดีและข้อเสียของตัวเองและการเลือกเทคนิคจะต้องขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่กำหนด

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ