Защити в захранванията прости, но ефективни компоненти; Електроника-днес
Устройствата, базирани на електричество, трябва да имат защити. Някои от защитите в захранващите устройства са задължителни, а други не са задължителни, като се осигуряват на входа на източника, вътре и на изхода на източника, за да не повлияят на товара, свързан към източника. Всеки източник трябва ясно да посочи в придружаващата документация какви типове защита има и как работи (ако производителността е ограничена, ако източникът спре, как се връща към нормалното след прекратяване на условието за активиране на защитата (автоматично или ръчно).: (1) Защита от късо съединение, (2) Защита от претоварване или претоварване, (3) Защита от свръхток, (4) Защита от пренапрежение, (5) Защита от пренапрежение и пренапрежение, (6) Защита, ограничаваща напрежението и Източниците на енергия, считани за качествени източници, имат възможно най-много видове защита, което се отразява в тяхната цена. От друга страна, устройствата, представляващи товари за източници, трябва да бъдат защитени срещу пренапрежения, прегряване и смущения.
TDK EPCOS има решения за превключване на захранващата електроника (SMPS), от EMC филтри на входни линии, до изходни филтърни кондензатори и индуктори. Продуктовата гама, предлагана от EPCOS за приложения в импулсни захранвания, включва филтри с общ режим, феритни филтри, феритни сърцевини в E, I, U и пръстеновидни форми, филтърни кондензатори, термистори, варистори, температурни сензори, мълниезащита, DC Link филм и алуминиеви кондензатори, трансформатори за захранване и използване в домакински уреди.
При проектирането на импулсно захранване се добавят пасивни компоненти след избора на интегрирани схеми за управление и регулиране на напрежение/ток, но изборът на пасивни компоненти, придружаващ тези схеми, ще има огромен ефект върху цялостната производителност. Физическите размери, генерирана топлина, изходна мощност, ефективност и цена също се основават на внимателния избор на външни пасивни компоненти.
Области на интерес, за които TDK EPCOS разполага с безопасни и надеждни решения и компоненти
1. Защита от късо съединение (SCP)
Той се отнася до изхода на източника или вътре в източника и се извършва чрез електронно управление.
Тази защита е задължителна. Без тази защита захранването може да бъде разрушено и дори да причини пожар. Защитата от късо съединение е най-простата форма на защита, осигурена във всяко захранване. Извършва се от активна електронна схема или компонент, който действа възможно най-скоро за ограничаване на тока, докато по-бавният предпазител, калибриран до максимален ток, може ефективно да прекъсне тока. За захранвания защитете изходния етап от източника срещу случайни къси съединения между изходните клеми или късо съединение в товара. Защитата от късо съединение (SCP) и защитата от свръхток (OCP) често се използват взаимозаменяемо, но има разлика. Късо съединение е вид свръхток, така че защитата от късо съединение е част от защитата от свръхток.
При моторни приложения (индуктивен товар) са необходими няколко вида защита на силовите транзистори на изхода на захранването, двигателя или която и да е част от системата за управление. Текущата защита е от съществено значение. Това предотвратява не само възможни повреди на силовите транзистори, но и размагнитване на двигателя в случай на повреда или нестабилност на управлението. Късото съединение може да възникне при един източник: между захранващите линии (+) и (-) през входната верига, между захранващите линии (+) и (-) през изходната верига, между линията (+) и GND. Обикновено се изисква свръхток за кратък период от време при стартиране с индуктивен товар (двигател, релейна намотка, трансформатор), капацитивен товар (кондензатор, разреден от входа на захранването), резистивен товар (студоустойчивостта има по-ниска стойност от нагрятата, например нажежаема жичка, нагревателни резистори в пещта). За някои източници е посочено, че те могат да извеждат ток няколко пъти по-висок, само за ограничен период от време.
Батериите нямат защита. Те ограничават тока чрез вътрешното си съпротивление. Пожертвайте алкална батерия AAA. Когато за първи път късо съедините батерията, тя ще произведе ток от около 3,5 А, което е доста впечатляващо. След това, в рамките на 60 секунди, токът пада до около 2.5A.
Батерията се нагрява доста и смятаме, че не може да запали нищо и няма да експлодира. Генерираната мощност е около 5W, така че не е висока, въпреки че мощността е концентрирана на доста малка площ. Внимавайте да не правите това с по-голяма батерия. По-големите батерии имат ниско вътрешно съпротивление и ще произвеждат повече ток от батерията AAA. По-голямата батерия може да се нагрее до точката, в която става опасна. Бъдете много внимателни, когато се опитвате с батерии, които имат много ниско вътрешно съпротивление, като например оловни киселини или никел-кадмиеви батерии.!
Термисторите EPCOS PTC също са показани за ограничаване на повишаването на температурата до границата. За тази цел се предлагат в SMD капсули 0805, 0603 и 0402. Типовете B59721A * в капсула 0805 имат температури на реакция от 70 до 130 ° C на стъпки от 10 K. Номиналното им съпротивление е 680 Ω. Температурите на сериите B59641A * (0603) и B59421A * (0402) са между 75 и 145 ° C или съответно 75 и 135 ° C, на стъпки от 10 K. Номиналното съпротивление на тези компоненти е 470 Ω. Максимално допустимото работно напрежение е 32Vdc за всички видове.
PTC термисторите просто предпазват от късо съединение. В допълнение към пусковите токове, друга опасност са прекомерно високите токове или късо съединение в устройството. Обикновено рисковете идват от дефектни кондензатори или силови полупроводници. Тези причини за опасност се елиминират чрез последователно свързани термистори EPCOS PTC. PTC имат положителна температурна характеристика, т.е. имат ниска устойчивост на околната температура. Прекомерните токове постепенно загряват PTC, които преминават в много резистивно състояние и по този начин ограничават тока. Тези керамични компоненти са практически самовъзстановяващи се предпазители: веднага щом токът намалее, те се охлаждат и ще се върнат в своето ниско съпротивление проводимо състояние.
Кондензатори EPCOS X1 и X2 от серията B32913 * и ударни намотки EPCOS с общ режим на компенсация на тока от серията B82727 * за входно филтриране и защита срещу смущения на захранващите линии.
2. Защита от свръхмощност/свръхнатоварване (OPP/OLP)
Той се отнася до изхода на източника и се извършва чрез електронно управление. Power Demand Protection (OPP) и Load Protection (PLO) са две различни имена, които се отнасят до едно и също нещо. Това е незадължителна защита, която изключва захранването, ако се изисква твърде много мощност на изхода, над максималното ниво на капацитет на източника, което би довело до унищожаване на прекомерното нагряване.
В случай на захранвания от по-ниско ниво, базирани на полумостовата топология, тази защита се осигурява от интегралната схема на ШИМ контролера - ако е предвидена.
За захранванията с активна верига на PFC тази защита е реализирана на PFC контролера. И в двата случая веригата всъщност наблюдава общия ток, изтеглен от захранването от захранването. Ако токът се повиши над конфигурирана стойност, защитата се активира, спирайки захранването.
Серията варистори ThermoFuse ™ TDK EPCOS ETFV се състои от сериен дисков варистор с термично свързан предпазител. В случай на прегряване на варистора, термичният предпазител активира и изключва захранващата верига. Това повишава надеждността и предпазва оборудването. И корпусът, и капакът на варистора са изработени от огнеупорен материал.
4. Защита от прекомерна температура (OTP)
Той се отнася до целия източник и дори до товара и се извършва чрез електронно управление. Тази защита не е задължителна. Не всички източници имат тази защита, която действа при превишаване на температурата вътре, за да спре работата на източника, тъй като не може да разсейва ефективно топлината.
Проверете характеристиката на изходния ток като функция от температурата на източника, за да осигурите непрекъсваемо захранване. Температурата се измерва с обикновен сензор (NTC или PTC термистор), избран за активиране на праговата защита. Източник със защита от прегряване има два температурни сензора: (1) за превишаване на температурата вътре в източника или на радиатора на пода на изхода и (2) за управление на скоростта на включен вентилатор. Налични са източници (зарядни устройства за батерии), които също имат външен температурен сензор, който може да бъде прикрепен към товара (за ограничаване на тока на зареждане, ако батерията прегрее).
5. Защита под и над напрежение (UVP и OVP)
Той се отнася до изхода на източника и се извършва чрез електронно управление. Защитата от пренапрежение (UVP) не е задължителна, но защитата от пренапрежение (OVP) е задължителна във всички захранвания. Пониженото напрежение може да възникне, когато товарът е внезапно свързан (напр. Разреден кондензатор). Функцията NLO (без натоварване) е необходима защита, която позволява захранването и правилната работа на източника, дори ако на изхода няма потребител.
Това всъщност не е „защита“, а по-скоро изискване за проектиране, тъй като превключването на източници при липса на товар може да има напрежения на по-високи нива от номиналните. Друг случай е на източници с няколко изхода за напрежение, които трябва да имат поне един потребител на един от изходите, така че нивата на напрежение да са номинални на всички изходи и да не действат OVP защита.
Варисторът ThermoFuse има три терминални проводника. Два са свързани към активните линии, а третият терминал може да се използва за сигнализиране на състоянието. Понастоящем серията T включва варистори от дисков тип с диаметър 14 mm и 20 mm и са проектирани за максимално напрежение между 130 и 1000 VRMS. Варисторите ThermoFuse могат да издържат на пикови токове до 10 000 A (8/20 μs) и могат да поемат до 410 J (2 ms). Основни приложения за ThermoFuse са: захранвания, инвертори в слънчеви системи, приложения за осветление, комуникационни и информационни системи, преходно потискане на напрежението (TVSS), домакински уреди.
Защитите от понижено и пренапрежение се правят от същата верига, която следи изходното напрежение, така че да е в безопасни граници.
Например тези защити наблюдават изходите + 12V, + 5V и + 3.3V и изключват захранването, ако някой от тези изходи е над (OVP) или под (UVP) определена стойност, наречена „точка на задействане“. . Те са основните защити, налични в почти всички източници на захранване, включително евтини модели, тъй като всички интегрални схеми (ШИМ контролери) изпълняват тези защити и защото спецификациите на ATX източниците изискват OVP.
Защитата OPV може да бъде от тип лост (умишлено прекъсване на късо съединение) или скоба (краткосрочно ограничение на едно ниво). (1) Защитата, наречена ломка, е проста схема, която късо съединява изхода на източника чрез сериен тиристор с ултра бърза безопасност, ако изходното напрежение надвишава определено ниво. Източникът не се връща в експлоатация, след като пренапрежението изчезне, тъй като предпазителят не се връща автоматично. Варисторите ThermoFuse работят по същия начин: те принуждават изгарянето на предпазителя, вмъкнат с изхода на източника. Ако източникът на напрежение има чести и продължителни скокове на напрежение, варисторът на диска ги ограничава, загрява и може да достигне точката на топене на предпазителя.
Типично приложение за EPCOS ThermoFuse T-Series варистори за защита от пренапрежение. Варисторите ThermoFuse принуждават предпазния предпазител да изгори. Ако източникът на напрежение има чести и продължителни скокове на напрежението, варисторът на диска ги ограничава, загрява и може да достигне точката на топене на предпазителя.
(2) Защитата със скоби се основава на компоненти, които ограничават напрежението до предварително определено ниво за кратки, повтарящи се периоди, поглъщайки големи пикови токове и разсейвайки голяма мощност. Защитата от пренапрежение на входа е направена с варистори (MOV - Varistor от метален оксид). Това е прост метод за поддържане на напрежението в неразрушителни граници, за захранване на веригите при ниски нива на напрежение или за защита на механичните контакти. Многослойни варистори или така наречените керамични супресори на преходно напрежение (CTVS). CTVS са резистори, зависими от напрежението с характерна симетрична V/I крива, чието съпротивление намалява с увеличаване на напрежението.
Поради приложението им като устройства за защита от пренапрежение, те често се наричат TVS на базата на силиций (преходни супресори на напрежение). Той се свързва паралелно с електронното устройство или верига, която трябва да бъде защитена. CTVS образува шунт с ниско съпротивление, когато напрежението се повиши над праговата стойност, специфична за типа CTVS и по този начин предотвратява по-нататъшното увеличаване на преходното пренапрежение.
Серия EPCOS B722 с варистори (MOV) от TDK, одобрена за работни температури от 105 ° C (преди 85 ° C). Варисторите от серия B722 са ресертифицирани в съответствие с UL 1449, 4-то издание и IEC 61051. Повишаването на допустимата работна температура до 105 ° C също променя климатичната категория от 40/85/56 на 40/105/56. Запалимостта на епоксидната кутия е в съответствие с UL 94 V-0. Други характеристики: Широк обхват на номиналното напрежение от 11 VRMS до 1100 VRMS, Капацитет на ток с висок ток до 20 kA (8/20 μs). Приложения: Захранвания и преобразуватели за промишлени електронни приложения, телекомуникационни устройства, домакински уреди.
6. Защита, която ограничава напрежението и тока, погълнати на стартовия вход (ICL - ограничител на пусковия ток)
Той се отнася до входа на източника и се прави от NTC термистори. Тази защита е задължителна. Импулсните захранвания поглъщат много силен ток (20 ... 60A) от мрежата за променлив ток или от батерия за кратко време (десетки msec) при стартиране. Ограничаването на стартовия ток е важно за защита на кондензаторите и токоизправителите от входа. Ограничението на пусковия ток се постига с NTC термистори и резистори с ниско съпротивление, нанизани на входа, като по този начин се избягва разрушаването на кондензатори, индуктори във филтри и токоизправители във входния етап на източника, които имат изключително нисък импеданс. При стартиране термисторът е студен и има относително високо съпротивление. Токът, който преминава през него, го загрява и съпротивлението намалява. Поради това поведение се появява защитата на входа, като се избягва намесата на предпазителите.
EPCOS ICL-NTC термистор, PTC EPCOS термистор и ETCV серия EPCOS варистор. Тези компоненти надеждно защитават входовете на захранването от случайно стартиране на свръхток и пренапрежение.
Термисторите EPCOS NTC или PTC предлагат рентабилни и високо надеждни решения за подобни проблеми. NTC термисторите се използват като ограничители на стартов ток (ICL), особено за захранвания в изходния клас до 100W. Поради големите температурни вариации на NTC термистора при ограничаване на абсорбирания ток е необходимо време за охлаждане от 30 ... 120 секунди, през което той се връща към номиналното съпротивление. Поради това се препоръчва захранването да се рестартира веднага след изключване. Задачата за ограничаване на въвеждането може да се изпълни напр. с EPCOS серия B57153S *. Защитата от пренапрежение се извършва с различни варистори. Серията EPCOS B7221 * обхваща всички типични напрежения на захранването.
Ecas Electro (www.ecas.ro) е оторизиран дистрибутор на продуктите TDK EPCOS:
Алуминиеви кондензатори, филмови кондензатори, мощностни кондензатори, ферити, филтри, абсорбиращи филтри за високо напрежение, индуктори, керамични супресори за преходни напрежения, термистори NTC, термистори PTC, трансформатори, варистори.
Константин Саву
изпълнителен директор
Ecas Electro