Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe stosowane w urządzeniach elektronicznych

stabilizator 19 Lut 2020 19:14 336 2
  • Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe i nadnapięciowe stosowane w urządzeniach elektronicznych.

    W poprzednim odcinku znajdziecie informacje o bezpiecznikach stosowanych w urządzeniach elektronicznych. Bezpiecznik chroni przed przepływem prądu o zbyt dużym natężeniu, ale jak można ochronić się przed nadmiernym napięciem? Potencjalnych zagrożeń jest wiele: od wyładowań atmosferycznych począwszy, przez włączenie urządzenia na 110V do polskiego gniazdka elektrycznego 230V, po „strzał” od naelektryzowanego ubrania. Każde z takich zagrożeń ma odmienne właściwości, jak i częstość występowania. Przypadkowy przepływ ładunku elektrostatycznego po dotknięciu urządzenia palcem zdarza się jednak częściej niż bezpośrednie trafienie pioruna.

    W obwodach niskich napięć, ale nie tylko, bardzo często spotyka się tzw. transile. To diody Zenera, ale o podrasowanej szybkości zadziałania. Działają tak samo jak pierwowzory: zaczynają przewodzić po przekroczeniu ustalonego napięcia. Bardzo często można je spotkać na wejściach sygnałowych w aparaturze elektronicznej, ponieważ cechują się dodatkowo niewielką pojemnością (więc nie będą przeszkadzać w torze transmisyjnym) oraz łatwo je scalać w struktury po kilka - kilkanaście sztuk. Transile są jedno- i dwukierunkowe. Te pierwsze działają jak dioda Zenera, zaś te drugie można rozumieć jako dwie identyczne diody Zenera połączone szeregowo, gdzie jedna jest skierowana w stronę przeciwną do drugiej. Dzięki temu, napięcie jest ograniczane o tej samej wartości niezależnie od jego zwrotu. Dwukierunkowe transile są często spotykane w urządzeniach sieciowych, gdzie mamy napięcie przemienne. Te elementy zabezpieczające najczęściej stosuje się w taki sposób, by nie ulegały zniszczeniu, tj. rozproszyły chwilowy nadmiar energii i powróciły do stanu spoczynkowego.
    Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe stosowane w urządzeniach elektronicznych

    Innym elementem, który często można spotkać – zwłaszcza w układach zasilanych z sieci – jest warystor. To rezystor, którego rezystancja zależy od przyłożonego napięcia. Jeżeli jest ono niskie, poniżej progu ustalonego przez producenta, rezystancja warystora jest ogromna i płynie przezeń znikomo mały prąd. Jeżeli jednak napięcie stanie się zbyt wysokie, jego rezystancja spada niemal natychmiast. Często łączy się je z bezpiecznikami, ponieważ zmniejszenie rezystancji warystora powoduje skokowy wzrost pobieranego prądu, zaś tu już pole do popisu ma bezpiecznik – przepala się i odcina źródło „złego”, zbyt wysokiego, napięcia. Sam warystor po takiej akcji również nadaje tylko do wymiany, ponieważ przez chwilę wydziela się na nim ogromna moc. Jest to jednak „mniejsze zło” w porównaniu z potencjalnym uszkodzeniem całego cennego urządzenia, np. komputera. Czasami warystor połączony jest z zabezpieczeniem termicznym aby nie dopuścić do wydzielenia zbyt dużej mocy strat. Pojemność warystorów jest większa niż transili.
    Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe stosowane w urządzeniach elektronicznych

    Warto wspomnieć o jeszcze jednym popularnym sposobie zabezpieczania wejść: poprzez diody ograniczające / clampujące (clamping diodes). Nie znalazłem równie eleganckiego odpowiednika tego sformułowania w języku polskim – jeżeli ktoś zna, proszę o informację, będę wdzięczny – dlatego posługuję się ogólnie znaną kalką z języka angielskiego. Czasami można spotkać określenie ceradioda w odniesieniu do zabezpieczeń linii sygnałowych, ceradiody pracują w szerszym zakresie napięć - więc bliżej im do transili. Natomiast diody ograniczające są to dwie diody półprzewodnikowe (np. Schottky'ego, ale niekoniecznie), połączone szeregowo. Potencjały, do których są podłączone, wyznaczają skrajne wartości sygnału wejściowego. Najczęściej dolna jest podłączona do masy (0V), a górna do zasilania (np. 5V). Jeżeli napięcie wejściowe „będzie chciało” spaść poniżej -0,7V lub wzrosnąć powyżej 5,7V, jedna z diod otworzy się i odprowadzi prąd, odpowiednio, do masy lub zasilania. W przedziale pomiędzy tymi wartościami diody są zatkane. Ten rodzaj zabezpieczenia bardzo często można znaleźć w... układach scalonych, przy nóżkach prowadzących sygnały. Można też takie diody umieścić na płytce, w postaci elementów dyskretnych – mogą wtedy przewodzić większe prądy. Działają podobnie jak transile, ograniczając chwilowe skoki napięcia, powracając potem do stanu zatkania.

    Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe stosowane w urządzeniach elektronicznych

    W liniach sygnałowych np. w centralach telefonicznych możecie natrafić także na iskierniki gazowe, w których po przekroczeniu określonego napięcia zapala się łuk o niskiej impedancji ograniczający napięcie na iskierniku.

    Elementom zabezpieczającym towarzyszą dodatkowe obwody z rezystancjami a także indukcyjnościami ograniczającym prąd lub zmniejszającymi szybkość narastania prądu.

    "Autor: Michał Kurzela / Futrzaczek"
    "Korekta i zdjęcia: stabilizator"
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    stabilizator
    Redaktor
    Offline 
  • #2
    jarek_lnx
    Poziom 43  
    Czasami piszesz tak że ktoś może blednie zrozumieć.

    stabilizator napisał:
    To diody Zenera, ale o podrasowanej szybkości zadziałania. Działają tak samo jak pierwowzory: zaczynają przewodzić po przekroczeniu ustalonego napięcia. Bardzo często można je spotkać na wejściach sygnałowych w aparaturze elektronicznej, ponieważ cechują się dodatkowo niewielką pojemnością (więc nie będą przeszkadzać w torze transmisyjnym) oraz łatwo je scalać w struktury po kilka - kilkanaście sztuk.
    Zwykłe diody Zenera nie działają wcale wolniej, najważniejsza różnica jest taka, że Transil wytrzymuje większe moce chwilowe, jest to jakby duża dioda Zenera, w małej obudowie.
    Transil to nazwa zastrzeżona dla produktów firmy ST, inna nazwa to dioda TVS
    ( transient-voltage-suppression diode).

    stabilizator napisał:
    Jeżeli jednak napięcie stanie się zbyt wysokie, jego rezystancja spada niemal natychmiast. Często łączy się je z bezpiecznikami, ponieważ zmniejszenie rezystancji warystora powoduje skokowy wzrost pobieranego prądu, zaś tu już pole do popisu ma bezpiecznik – przepala się i odcina źródło „złego”, zbyt wysokiego, napięcia.
    Nie ma tu żadnego skokowego wzrostu, warystor działa podobnie jak diodą Zenera, ale ma mniejsze nachylenie charakterystyki. Zaletą jest to, że wytrzymuje większe energie, niż dioda TVS
    stabilizator napisał:
    Sam warystor po takiej akcji również nadaje tylko do wymiany, ponieważ przez chwilę wydziela się na nim ogromna moc. Jest to jednak „mniejsze zło” w porównaniu z potencjalnym uszkodzeniem całego cennego urządzenia, np. komputera.
    Warystor nie jest jednorazowym elementem, wytrzymuje wielokrotne impulsy, no chyba że energia jest zbyt duża, dioda TVS też ulegnie uszkodzeniu, przy zbyt dużej energii.

    Jeśli energia przepięcia przekracza możliwości diody TVS, albo diody Zenera, element uszkadza się, robiąc zwarcie, co jest korzystne, bo zwarty element też zwiera przepięcie zabezpieczając urządzenie. Przy jeszcze większych energiach element może zostać uszkodzony, robiąc przerwę, wtedy zostaje uszkodzone również chronione urządzenie.

    Kiedy naprawiając urządzanie znajdę zwarty warystor, lub diodę TVS, jest duża szansa, że po wymianie reszta będzie sprawna.


    stabilizator napisał:
    Czasami warystor połączony jest z zabezpieczeniem termicznym aby nie dopuścić do wydzielenia zbyt dużej mocy strat.
    Warystor w odróżnieniu od diody TVS się "zużywa" po każdym pochłoniętym przepięciu odrobinę spada napięcie przy którym zaczyna przewodzić. Kiedy taki "zamęczony" warystor w obwodzie sieci zaczyna przewodzić przy 230V wydziela się duża moc i warystor się pali. Duży element osiągający bardzo wysokie temperatury spalania może narobić szkód w urządzeniu, po to dodaje się zabezpieczenia termiczne. Często jest to proste zabezpieczenie oparte na połączeniu lutowanym, które zostaje rozerwane przez sprężynę, po stopieniu lutu.

    stabilizator napisał:
    W liniach sygnałowych np. w centralach telefonicznych możecie natrafić także na iskierniki gazowe, w których po przekroczeniu określonego napięcia zapala się łuk o niskiej impedancji ograniczający napięcie na iskierniku.

    Iskiernik (odgrmnik) wytrzymuje największe energie, ale działa z opóźnieniem i przepuszcza początkowy impuls rzędu kV

    Dlatego spotyka sie połaczenie odgromnika i warystora, a czasem jeszcze dochodzi dioda TVS, nie łączy sie ich bezpośrednio ale przez dławiki.

    W takim połączeniu na wejściu są elementy najbardziej odporne, ale o najgorszej skuteczności ograniczania przepięć, dalej są elementy delikatniejsze ale skuteczniej ograniczające przepięcia
  • #3
    stabilizator
    Redaktor
    Dziękuję za korekty i uzupełnienie materiału.
    TMOV nadal mniej dostępny i popularny niż MOV, a jednak zabezpieczenie termiczne to dodatkowe bezpieczeństwo.
    Niezły marketing ma ST skoro określenie transil stało się niemal tak popularne jak TVS.

    Na kanale YouTube elektroda.pl jest materiał z eksperymentami z różnymi elementami przeciwprzepięciowymi:

    Link