Ochrana v napájacích zdrojoch, jednoduché, ale účinné komponenty; Elektronika - dnes
Zariadenia na báze elektriny musia mať ochranu. Niektoré ochrany v zdrojoch napájania sú povinné a iné sú voliteľné, sú poskytované na vstupe zdroja, vo vnútri a na výstupe zdroja, aby neovplyvňovali zaťaženie pripojené k zdroju. Akýkoľvek zdroj by mal mať v sprievodnej dokumentácii jasne špecifikované, aké typy ochrany má a ako funguje (ak je výkon obmedzený, či sa zdroj zastaví, ako sa vráti do normálu po ukončení podmienok aktivácie ochrany (automaticky alebo manuálne).: (1) ochrana proti skratu, (2) ochrana proti nadprúdu alebo preťaženiu, (3) ochrana proti nadprúdu, (4) ochrana proti prehriatiu, (5) ochrana proti prepätiu a prepätiu, (6) ochrana proti obmedzeniu napätia a Zdroje napájania považované za kvalitné zdroje majú čo najviac druhov ochrany, čo sa odráža v ich cene. RUŠENIA.
TDK EPCOS má riešenia na prepínanie napájacej elektroniky (SMPS), od EMC filtrov na vstupných linkách, po filtrovanie kondenzátorov na výstupe a tlmiviek. Produktový rad ponúkaný spoločnosťou EPCOS pre aplikácie v spínaných zdrojoch napájania zahŕňa filtre bežného režimu, feritové filtre, feritové jadrá v tvare E, I, U a prstenca, filtračné kondenzátory, termistory, varistory, snímače teploty, ochrana pred bleskom, filmové a hliníkové kondenzátory DC Link, transformátory na napájanie a použitie v domácich spotrebičoch.
Pri návrhu spínaného zdroja sa pasívne súčasti pridávajú po výbere integrovaných obvodov riadenia a regulácie napätia/prúdu, ale výber pasívnych súčastí, ktoré tieto obvody sprevádzajú, bude mať obrovský vplyv na celkový výkon. Fyzická veľkosť, vyrobené teplo, výstupný výkon, účinnosť a náklady sú tiež založené na starostlivom výbere externých pasívnych komponentov.
Oblasti záujmu, pre ktoré má TDK EPCOS bezpečné a spoľahlivé riešenia a komponenty
1. Ochrana proti skratu (SCP)
Vzťahuje sa na výstup zdroja alebo vo vnútri zdroja a je vykonávaný elektronickým riadením.
Táto ochrana je povinná. Bez tejto ochrany môže dôjsť k zničeniu napájacieho zdroja a dokonca k požiaru. Ochrana proti skratu je najjednoduchšia forma ochrany poskytovaná v akomkoľvek napájacom zdroji. Vykonáva sa aktívnym elektronickým obvodom alebo súčiastkou, ktorá čo najskôr pôsobí na obmedzenie prúdu, kým pomalšia poistka kalibrovaná na maximálny prúd nedokáže prúd účinne prerušiť. Pri napájacích zdrojoch chráňte koncový stupeň pred zdrojom pred náhodným skratom medzi výstupnými svorkami alebo skratom v záťaži. Skratová ochrana (SCP) a nadprúdová ochrana (OCP) sa často používajú zameniteľné, je však rozdiel. Skrat je typom nadprúdu, preto je skratová ochrana súčasťou nadprúdovej ochrany.
V motorových aplikáciách (indukčné zaťaženie) sa vyžaduje niekoľko typov ochrany výkonových tranzistorov na výstupe napájacieho zdroja, motora alebo ktorejkoľvek časti riadiaceho systému. Súčasná ochrana je nevyhnutná. Tým sa zabráni nielen možnému poškodeniu výkonových tranzistorov, ale aj demagnetizácii motora v prípade poruchy alebo nestability riadenia. Skrat môže nastať u jedného zdroja: medzi napájacími vedeniami (+) a (-) cez vstupný obvod, medzi napájacími vedeniami (+) a (-) cez výstupný obvod, medzi vedením (+) a GND. Normálne je krátkodobo potrebný nadprúd pri spustení s indukčným zaťažením (motor, cievka relé, transformátor), kapacitným zaťažením (kondenzátor vybitý zo vstupu napájacieho zdroja), odporovou záťažou (studený odpor má nižšiu hodnotu než zahrievané, napr. žiarovkové vlákno, vykurovacie odpory pece). Pre niektoré zdroje je stanovené, že môžu vydávať prúd niekoľkonásobne vyšší, iba po obmedzenú dobu.
Batérie nie sú chránené. Svojim vnútorným odporom obmedzujú prúd. Obetujte alkalickú batériu AAA. Pri prvom skratovaní batérie bude produkovať prúd okolo 3,5A, čo je dosť pôsobivé. Potom do 60 sekúnd prúd klesne na približne 2,5A.
Batéria sa dosť zahrieva a myslíme si, že nemôže nič zapáliť a nevybuchne. Generovaný výkon bol asi 5 W, takže nie je vysoký, aj keď je výkon koncentrovaný na dosť malom území. Ak to nerobíte s väčšou batériou, buďte opatrní. Väčšie batérie majú nízky vnútorný odpor a budú produkovať väčší prúd ako batérie AAA. Väčšia batéria sa môže zahriať na miesto, kde je nebezpečná. Pri testovaní s batériami s extrémne nízkym vnútorným odporom, ako sú napríklad olovené alebo nikel-kadmiové batérie, postupujte opatrne!
Termistory EPCOS PTC sú tiež indikované na obmedzenie nárastu teploty na limit. Na tento účel sa ponúkajú v SMD kapsuliach 0805, 0603 a 0402. Typy série B59721A * v kapsule 0805 majú reakčné teploty 70 až 130 ° C v krokoch po 10 K. Ich nominálny odpor je 680 Ω. Teploty sérií B59641A * (0603) a B59421A * (0402) sú v rozmedzí 10 až 75 ° C alebo 75 až 135 ° C v krokoch po 10 K. Nominálny odpor týchto komponentov je 470 Ω. Maximálne prípustné pracovné napätie je pre všetky typy 32 V ss.
PTC termistory jednoducho chránia pred skratom. Okrem štartovacích prúdov sú ďalším nebezpečenstvom nadmerne vysoké prúdy alebo skraty vo vnútri prístroja. Riziká zvyčajne pochádzajú z chybných kondenzátorov alebo výkonových polovodičov. Tieto príčiny nebezpečenstva eliminujú sériovo zapojené termistory PTC EPCOS. PTC majú pozitívnu teplotnú charakteristiku, tj. Majú nízku odolnosť voči teplote okolia. Nadmerné prúdy postupne zahrievajú PTC, ktoré sa prepnú do veľmi odporového stavu, a tým obmedzujú prúd. Tieto keramické komponenty sú prakticky samonastavovacie poistky: akonáhle prúd poklesne, ochladia sa a vrátia sa do vodivého stavu s nízkym odporom.
Kondenzátory EPCOS X1 a X2 série B32913 a kompenzačné zosilňovače EPCOS série B82727 v spoločnom režime na filtrovanie vstupu a ochranu pred prerušením napájania.
2. Ochrana proti nadmernému napájaniu/nadmernému zaťaženiu (OPP/OLP)
Vzťahuje sa na výstup zdroja a je vykonávaný elektronickým riadením. Power Demand Protection (OPP) a Load Protection (PLO) sú dva rôzne názvy, ktoré odkazujú na to isté. Toto je voliteľná ochrana, ktorá vypne napájanie, ak je na výstupe potrebné príliš veľa energie, nad maximálnu úroveň kapacity zdroja, čo by viedlo k zničeniu nadmerného zahrievania.
V prípade nízkoúrovňových napájacích zdrojov je táto ochrana na základe topológie polovičného mostíka zabezpečená integrovaným obvodom PWM regulátora - ak je k dispozícii.
Pre napájacie zdroje aktívneho obvodu s PFC je táto ochrana implementovaná v radiči PFC. V obidvoch prípadoch obvod skutočne monitoruje celkový prúd odoberaný zdrojom napájania z napájacieho zdroja. Ak prúd stúpne nad nakonfigurovanú hodnotu, aktivuje sa ochrana a zastaví sa napájanie.
Séria varistorov ThermoFuse ™ TDK EPCOS ETFV sa skladá zo sériového diskového varistora s tepelne spojenou poistkou. V prípade prehriatia varistora sa tepelná poistka aktivuje a odpojí napájací obvod. To zvyšuje spoľahlivosť a chráni zariadenie. Obal aj kryt varistora sú vyrobené z ohňovzdorného materiálu.
4. Ochrana pred nadmernou teplotou (OTP)
Vzťahuje sa na celý zdroj a dokonca aj na záťaž a je vykonávané elektronickým riadením. Táto ochrana je voliteľná. Nie všetky zdroje majú túto ochranu, ktorá pri prekročení teploty vo vnútri pôsobí tak, že zastaví činnosť zdroja, pretože nedokáže efektívne odvádzať teplo.
Skontrolujte charakteristiku prúdového výstupu ako funkciu teploty zdroja, aby ste zabezpečili neprerušiteľné napájanie. Teplota sa meria jednoduchým snímačom (termistor NTC alebo PTC) zvoleným na aktiváciu ochrany prahovej hodnoty. Zdroj s ochranou proti prehriatiu má dva snímače teploty: (1) prekročenie teploty vo vnútri zdroja alebo na radiátore výstupnej podlahy a (2) regulácia otáčok zabudovaného ventilátora. K dispozícii sú zdroje (nabíjačky batérií), ktoré majú aj externý snímač teploty, ktorý je možné pripevniť k záťaži (na obmedzenie nabíjacieho prúdu pri prehriatí batérie).
5. Ochrana proti podpätiu a prepätiu (UVP a OVP)
Vzťahuje sa na výstup zdroja a je vykonávaný elektronickým riadením. Prepäťová ochrana (UVP) je voliteľná, ale prepäťová ochrana (OVP) je povinná vo všetkých zdrojoch napájania. Podpätie môže vzniknúť pri náhlom pripojení záťaže (napr. Vybitý kondenzátor). Funkcia NLO (No-Load Operation) je nevyhnutná ochrana, ktorá umožňuje napájanie a správnu činnosť zdroja, aj keď na výstupe nie je žiadny spotrebiteľ.
Nejde tu skutočne o „ochranu“, ale skôr o požiadavku na dizajn, pretože spínané zdroje pri absencii záťaže môžu mať napätie na vyšších úrovniach ako nominálne. Ďalším prípadom sú zdroje s viacerými napäťovými výstupmi, ktoré musia mať na jednom z výstupov aspoň jedného spotrebiča, aby úrovne napätia boli na všetkých výstupoch nominálne a nepôsobili na ochranu OVP.
Varistor ThermoFuse má tri koncové vodiče. Dva sú pripojené k aktívnym linkám a tretí terminál je možné použiť na signalizáciu stavu. Séria T v súčasnosti obsahuje varistory diskového typu s priemermi 14 mm a 20 mm a sú určené pre maximálne napätie medzi 130 a 1000 VRMS. Varistory ThermoFuse odolávajú prúdovým špičkám až 10 000 A (8/20 μs) a môžu absorbovať až 410 J (2 ms). Hlavné aplikácie pre ThermoFuse sú: napájacie zdroje, invertory v solárnych systémoch, svetelné aplikácie, komunikačné a dátové systémy, potlačenie prechodného napätia (TVSS), domáce spotrebiče.
Podpäťové a prepäťové ochrany vytvára ten istý obvod, ktorý monitoruje výstupné napätie tak, aby bolo v bezpečných medziach.
Napríklad tieto ochrany monitorujú výstupy +12 V, + 5 V a + 3,3 V a vypínajú napájanie, ak je niektorý z týchto výstupov nad (OVP) alebo pod (UVP) určitou hodnotou nazývanou „spúšťací bod“. . Sú to základné ochrany dostupné takmer vo všetkých zdrojoch napájania, vrátane lacných modelov, pretože tieto ochrany implementujú všetky integrované obvody (radiče PWM) a pretože špecifikácie zdrojov ATX vyžadujú OVP.
Ochrana OPV môže byť typu páčidlo (zámerné prerušenie skratu) alebo svorka (krátkodobé obmedzenie na jednej úrovni). (1) Ochrana zvaná páčidlo je jednoduchá schéma, ktorá skratuje výstup zdroja cez sériový tyristor s ultrarýchlou bezpečnosťou, ak výstupné napätie presahuje určitú úroveň. Po zmiznutí prepätia sa zdroj nevráti do prevádzky, pretože bezpečnosť sa nevráti automaticky. Varistory ThermoFuse fungujú rovnako: nútia horieť poistku vloženú s výstupom zdroja. Ak má zdroj napätia časté a dlhotrvajúce prepätia, diskový varistor ich obmedzuje, ohrieva a môže dosiahnuť bod topenia poistky.
Typické použitie pre varistory radu EPCOS ThermoFuse T, prepäťová ochrana. Varistory ThermoFuse nútia bezpečnostnú poistku horieť. Ak má zdroj napätia časté a dlhotrvajúce prepätia, diskový varistor ich obmedzuje, zahrieva a môže dosiahnuť bod topenia poistky.
(2) Ochrana klieští je založená na komponentoch, ktoré obmedzujú napätie na vopred určenú úroveň na krátke, opakujúce sa obdobia, absorbujú veľké prúdové špičky a rozptyľujú vysoký výkon. Prepäťová ochrana na vstupe je zabezpečená varistormi (MOV - Metal Oxide Varistor). Je to jednoduchá metóda na udržanie napätia v nedeštruktívnych medziach, na napájanie obvodov na nízkych úrovniach napätia alebo na ochranu mechanických kontaktov. Viacvrstvové varistory alebo takzvané keramické potlačovače prechodného napätia (CTVS). CTVS sú rezistory závislé od napätia s charakteristickou symetrickou krivkou V/I, ktorých odpor klesá so zvyšujúcim sa napätím.
Vďaka svojej aplikácii ako zariadenia na ochranu proti prepätiu sa často označujú ako TVS na báze kremíka (potlačovače prechodného napätia). Spája sa paralelne s chráneným elektronickým zariadením alebo obvodom. CTVS vytvára bočník s nízkym odporom, keď napätie stúpne nad prahovú hodnotu špecifickú pre typ CTVS, a zabráni tak ďalšiemu zvýšeniu prechodného prepätia.
Séria EPCOS B722 s varistormi (MOV) od TDK schválená pre prevádzkové teploty 105 ° C (predtým 85 ° C). Séria varistorov B722 bola recertifikovaná v súlade s UL 1449, 4. vydanie a IEC 61051. Zvýšenie prípustnej prevádzkovej teploty na 105 ° C tiež mení klimatickú kategóriu z 40/85/56 na 40/105/56. Horľavosť epoxidového krytu vyhovuje UL 94 V-0. Ďalšie vlastnosti: Široký rozsah menovitého napätia od 11 VRMS do 1100 VRMS, vysoká nadprúdová prúdová kapacita až 20 kA (8/20 μs). Aplikácie: Napájacie zdroje a prevodníky pre priemyselné elektronické aplikácie, telekomunikačné zariadenia, domáce spotrebiče.
6. Ochrana, ktorá obmedzuje napätie a prúd absorbovaný pri štartovacom vstupe (ICL - obmedzovač nárazového prúdu)
Vzťahuje sa na vstup zdroja a je vytváraný NTC termistormi. Táto ochrana je povinná. Spínané napájacie zdroje pri štarte absorbujú veľmi vysoký prúd (20… 60 A) zo siete striedavého prúdu alebo z batérie na krátky čas (desiatky ms). Obmedzenie počiatočného prúdu je dôležité na ochranu kondenzátorov a usmerňovačov pred vstupom. Obmedzenie štartovacieho prúdu je dosiahnuté pomocou NTC termistorov a nízkoodporových odporov navlečených na vstupe, čím sa zabráni zničeniu kondenzátorov, tlmiviek vo filtroch a usmerňovačov vo vstupnom stupni zdroja, ktoré majú extrémne nízku impedanciu. Pri spustení je termistor studený a má relatívne vysoký odpor. Prúd, ktorý ním preteká, ho ohrieva a odpor klesá. Z tohto dôvodu sa na vstupe objaví ochrana, ktorá zabráni zásahu poistiek.
Termistor ICL-NTC EPCOS, termistor PTC EPCOS a varistor EPCOS série ETCV. Tieto komponenty bezpečne chránia vstupy napájacieho zdroja pred náhodným spustením nadprúdov a prepätí.
Termistory EPCOS NTC alebo PTC ponúkajú nákladovo efektívne a vysoko spoľahlivé riešenia takýchto problémov. NTC termistory sa používajú ako obmedzovače štartovacieho prúdu (ICL) najmä pre napájacie zdroje vo výkonovej triede do 100W. Kvôli veľkým teplotným výkyvom NTC termistora pri obmedzovaní absorbovaného prúdu je potrebný čas ochladenia 30… 120 sekúnd, počas ktorého sa vráti na menovitý odpor. Preto sa odporúča, aby ste napájanie znovu spustili ihneď po vypnutí. Úlohu obmedzenia vstupu je možné vykonať napr. s radom EPCOS B57153S *. Prepäťová ochrana sa vykonáva rôznymi varistormi. Séria EPCOS B7221 * pokrýva všetky typické napätia napájacieho zdroja.
Ecas Electro (www.ecas.ro) je autorizovaný distribútor produktov TDK EPCOS:
Hliníkové kondenzátory, filmové kondenzátory, výkonové kondenzátory, ferity, filtre, vysokonapäťové absorpčné filtre, induktory, keramické potlačovače prechodného napätia, termistory NTC, termistory PTC, transformátory, varistory.
Constantin Savu
Generálny riaditeľ
Ecas Electro