Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?

ghost666 27 Dec 2021 10:17 807 2
Tespol
  • Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Pytanie: Jakimi aktywnymi układami elektronicznymi mogę zastąpić diody transil i bezpieczniki?

    Odpowiedź: Zabezpieczeniami przeciwprzetężeniowymi.

    Producenci we wszystkich branżach nieustannie dążą do osiągnięcia najnowocześniejszych systemów, próbując jednocześnie zrównoważyć takie innowacje sprawdzonymi i niezawodnymi rozwiązaniami. Projektanci stają przed trudnym zadaniem zrównoważenia złożoności projektu, niezawodności i kosztów. W szczególności jeden podsystem — ochrona elektroniki — odrzuca ruchy na rzecz innowacji ze względu na swój charakter. Systemy te chronią wrażliwe i drogie dalsze urządzenia elektroniczne (układy FPGA i ASIC oraz mikroprocesory), a także potrzebują bezwzględnej zerowej awaryjności.

    Wiele tradycyjnych i sprawdzonych w przeszłości metod ochrony — takich jak diody, bezpieczniki i transile — zachowuje swój dotychczasowy status, ale są one często nieefektywne, zajmują dużo miejsca i wymagają konserwacji. Aby wyeliminować te problemy wykazano, że aktywne inteligentne układy scalone do ochrony, mogą spełniać wymagania tradycyjnych zabezpieczeń, jednak pod wieloma względami są bardziej skuteczne. Ze względu na szeroką gamę dostępnych urządzeń najtrudniejszym problemem dla projektanta jest po prostu dobór odpowiednich układów i topologii.

    Aby pomóc projektantom zawęzić wybór, w tym artykule porównuje się tradycyjne metody ochrony z elementami z portfolio Analog Devices, przedstawiając cechy tych produktów i ich sugerowane zastosowania.

    Wprowadzenie

    Wzrost ilości elektroniki używanej we wszystkich gałęziach przemysłu oraz rozszerzenie funkcji obsługiwanych przez drogie układy FPGA i procesory podniosło potrzebę ochrony tych urządzeń przed trudnymi warunkami, w jakich działają. Oprócz tego istnieje potrzeba opracowania niewielkich rozmiarów systemów o wysokiej niezawodności i szybkiej odpowiedzi na przepięcia i przetężenia. W poniższym materiale przedstawiono wyzwania, przed którymi stoi wiele aplikacji oraz to, dlaczego potrzebna jest ochrona tego typu. Omówiono tradycyjne metodologie zabezpieczeń i porównano je z nowszymi, alternatywnymi rozwiązaniami, które zapewniają lepszą dokładność, niezawodność i elastyczność projektowania.

    Dlaczego warto rozważyć elektroniczne urządzenia zabezpieczające przed napięciem i prądem?

    Elektroniczne systemy motoryzacyjne, przemysłowe, komunikacyjne i lotnicze muszą działać przy szeregu skoków napięcia, takich jak te pokazane na rysunku 1. Na każdym z tych rynków zdarzenia przejściowe są zdefiniowane w szeregu specyfikacji branżowych. Na przykład stany nieustalone w przemyśle motoryzacyjnym są objęte normami ISO 7637-2 i ISO 16750-2, które przedstawiają, zarówno szczegóły oczekiwanych stanów nieustalonych, jak i procedury testowe zapewniające ich konsekwentną walidację.

    Rodzaje udarów i ich zawartość energetyczna mogą się różnić w zależności od obszaru, w którym używane jest urządzenie elektroniczne; obwody mogą być narażone na przepięcie, przetężenie, napięcie wsteczne i prąd wsteczny. Ostatecznie wiele obwodów elektronicznych nie przetrwałoby, nie mówiąc już o działaniu, gdyby musiało bezpośrednio stawić czoła warunkom przejściowym pokazanym na rysunku 1, więc ich projektanci muszą wziąć pod uwagę wszystkie zdarzenia wejściowe i wdrożyć mechanizmy zabezpieczające, które chronią obwód przed skokami napięcia i prądu.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.1. Przegląd niektórych trudniejszych testów ISO 16750-2.


    Wyzwania projektowe

    Istnieje wiele różnych przyczyn występowania przejściowych skoków napięcia i prądu w systemach elektronicznych, ale niektóre środowiska elektroniczne są bardziej podatne na zdarzenia przejściowe, niż inne. Aplikacje w środowiskach motoryzacyjnych, przemysłowych i komunikacyjnych notorycznie doświadczają potencjalnie szkodliwych zdarzeń siejących spustoszenie w dalszych urządzeniach elektronicznych, ale przepięcia nie są ograniczone do tego obszaru. Inni potencjalni kandydaci na obwody ochrony przeciwprzepięciowej obejmują dowolne aplikacje, które wymagają wysokiego napięcia lub zasilania wysokoprądowego, lub te, które mają połączenia zasilające, oraz są podłączane na gorąco, lub systemy z silnikami, ewentualnie te mogące być narażone na potencjalne stany nieustalone wywołane wyładowaniami atmosferycznymi. Zdarzenia wysokiego napięcia mogą występować w szerokim zakresie czasu, od mikrosekund do setek milisekund, więc elastyczny i niezawodny mechanizm ochronny jest niezbędny, aby zapewnić długowieczność kosztownych układów scalonych.

    Na przykład tzw. zrzut mocy pojazdu może wystąpić, gdy alternator (ładujący akumulator) zostanie chwilowo odłączony od akumulatora. W wyniku tego odłączenia pełen prąd ładowania z alternatora jest podawany do szyny zasilającej, co podnosi napięcie szyny do bardzo wysokiego (> 100 V) poziomu na setki milisekund.

    Aplikacje komunikacyjne mogą mieć wiele możliwych przyczyn przepięć, od wymienianych, podczas pracy kart komunikacyjnych po instalacje zewnętrzne, które mogą być narażone na uderzenia pioruna. W przypadku długich kabli stosowanych w dużych obiektach możliwe są również indukcyjne skoki napięcia.

    Ostatecznie należy zrozumieć środowisko, w którym urządzenie musi działać, a także zrealizować opublikowane specyfikacje. Pomaga to projektantowi w stworzeniu optymalnego mechanizmu ochronnego, który jest, zarówno niezawodny, jak i kompaktowy i umożliwia elektronice dalszą pracę na bezpiecznym poziomie napięcia z minimalnymi przerwami działania.

    Tradycyjne obwody ochronne

    Przy tak wielu różnych rodzajach zdarzeń elektrycznych do rozważenia — co powinno znajdować się w arsenale inżyniera elektronika, aby chronić wrażliwą elektronikę na późniejszym etapie?

    Tradycyjna implementacja zabezpieczeń opiera się na kilku elementach, a nie tylko na jednym — na przykład: tłumik napięcia przejściowego (TVS — transil) do ochrony przed przepięciami, bezpiecznik liniowy do zabezpieczenia nadprądowego, dioda szeregowa do ochrony przed odwrotnym podłączeniem zasilania oraz mieszanka kondensatorów i cewek do odfiltrowywania mniejszych skoków napięcia/prądu. Chociaż konfiguracje dyskretne mogą spełniać wymagania norm — chroniąc dalsze obwody — są złożonymi implementacjami wymagającymi wielu iteracji i wyborów w celu prawidłowego dobrania rozwiązania filtrowania.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.2. Tradycyjne układy zabezpieczające.


    Przyjrzyjmy się bliżej wszystkim elementom, wskazując zalety i wady każdej z tych implementacji.

    TVS i inne zabezpieczenia przed przepięciami

    Jest to stosunkowo proste urządzenie półprzewodnikowe, które pomaga chronić obwody podłączone do dalszej części układu przed skokami napięcia w linii zasilania. Można je podzielić na kilka różnych typów, które mają szeroki zakres charakterystyk (w tabeli 1 podano typowe czasy odpowiedzi danych elementów uszeregowane od najmniejszego do największego).

    Tabela 1. Czas odpowiedzi dla różnych tłumików napięć przejściowych
    Rodzaj układu ochronnegoCzas odpowiedzi
    Dioda TVD (transil)~1 ps
    Warystor metalowo-tlenkowy~1 ns
    Dioda lawinowa / Dioda Zenera<1 µs
    Iskrownik gazowy<5 µs


    Chociaż mają one różne konstrukcje i właściwości wszystkie działają w podobny sposób: bocznikują nadmiar prądu, gdy napięcie przekroczy próg charakterystyczny dla urządzenia. TVS ogranicza napięcie na wyjściu do poziomu znamionowego w bardzo krótkim czasie. Na przykład typowy transil jest w stanie zareagować w ciągu zaledwie pikosekund, podczas gdy iskrownik może potrzebować kilku mikrosekund, aby odpowiedzieć, ale za to może wytrzymać znacznie większe przepięcia.

    Rysunek 3 przedstawia prostą implementację diody TVS do ochrony obwodu wyjściowego. W normalnych warunkach pracy transil ma wysoką impedancję, a napięcie wejściowe po prostu przechodzi na wyjście. Gdy na wejściu wystąpi przepięcie, TVS zaczyna przewodzić i bocznikuje nadmiar energii do masy (GND), ograniczając napięcie widziane przez obciążenia dalej w linii. Napięcie szyny zasilania wzrasta powyżej typowej wartości roboczej, ale jest ustalane na bezpiecznym poziomie dla dowolnego dalszego elementu elektronicznego.

    Chociaż transile są skuteczne w tłumieniu bardzo wysokich skoków napięcia, nie są one odporne na uszkodzenia w przypadku długotrwałych przepięć, co powoduje konieczność regularnego monitorowania lub wymiany urządzeń. Innym problemem jest to, że TVS może ulec zwarciu, a tym samym zepsuć zasilacz. Ponadto w zależności od wymaganej energii mogą one być fizycznie za duże, aby dopasować się do wymagań, co przełoży się na zwiększony rozmiar systemu elektronicznego. Nawet jeśli transil został prawidłowo zwymiarowany, obwód wyjściowy musi być w stanie obsłużyć zwielokrotnione napięcie, co skutkuje poszerzonymi wymaganiami dotyczącymi napięcia znamionowego na linii zasilania.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.3. Ochrona przed skokami napięcia za pomocą tradycyjnego rozwiązania z transilem.


    Bezpiecznik liniowy

    Zabezpieczenie nadprądowe można wdrożyć za pomocą wszechobecnego zwykłego bezpiecznika topikowego o wartości znamionowej zadziałania bezpiecznika na pewnym marginesie powyżej wartości nominalnej — na przykład o 20% wyższym, niż maksymalny prąd znamionowy (wartość procentowa będzie zależała od rodzaju obwodu, a także typowego oczekiwanego obciążenia). Największym problemem związanym z bezpiecznikami jest oczywiście to, że po przepaleniu należy je wymienić. Oszczędności czasu i kosztów wynikające z prostego projektu mogą być zniweczone później, z uwagi na stosunkowo skomplikowaną konserwację, zwłaszcza jeśli aplikacja jest fizycznie trudno dostępna. Wymagania konserwacyjne można zmniejszyć za pomocą bezpieczników resetowalnych, które wykorzystują dodatni współczynnik temperaturowy do otwierania obwodu, gdy przez urządzenie przepływa większy, niż normalnie prąd (wzmożony poziom prądu podnosi temperaturę, powodując gwałtowny wzrost rezystancji).

    Pomijając kwestie konserwacji, jednym z największych problemów związanych z bezpiecznikami jest ich czas reakcji, który może się znacznie różnić w zależności od wybranego typu. Dostępne są bezpieczniki o szybkim przepaleniu, ale ich czas otwarcia obwodu może nadal wynosić od setek mikrosekund do milisekund, więc projektanci obwodów muszą wziąć pod uwagę energię uwalnianą w tym wydłużonym czasie, aby zapewnić przetrwanie dalszej elektronice.

    Dioda szeregowa

    W niektórych środowiskach obwody są narażone na odłączanie i ponowne podłączanie zasilania — na przykład w środowisku zasilanym z baterii. W takich przypadkach poprawna polaryzacja nie jest gwarantowana przy wznowionym podłączeniu zasilania. Ochronę przed odwrotną polaryzacją można uzyskać, dodając szeregową diodę na dodatniej linii zasilającej obwód. Chociaż ten prosty dodatek skutecznie chroni przed odwrotną polaryzacją, spadek napięcia na diodzie szeregowej powoduje straty mocy i grzanie się układu. W obwodach o stosunkowo niskim prądzie ten problem jest minimalny, ale w przypadku wielu nowoczesnych szyn wysokoprądowych wymagane jest alternatywne rozwiązanie. Rysunek 4 przedstawia aktualizację do rysunku 3, pokazując, zarówno transil, jak i dodatkową diodę szeregową zabezpieczającą przed odwrotną polaryzacją.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.4. Dodanie diody szeregowej chroni przed odwrotną polaryzacją, ale spadek napięcia na diodzie może być problemem w układach wysokoprądowych.


    Filtry wykorzystujące cewki indukcyjne i kondensatory

    Wszystkie omówione, dotychczas rozwiązania pasywne ograniczają amplitudę zdarzeń, przez które przechodzą urządzenia, ale generalnie wychwytują tylko większe zdarzenia, pozostawiając do przejścia kilka mniejszych skoków. Te słabsze stany nieustalone mogą nadal powodować uszkodzenie dalszych obwodów, więc do oczyszczenia linii zasilania wymagane są dodatkowe filtry pasywne. Można to osiągnąć za pomocą dyskretnych cewek i kondensatorów, które należy dobrać tak, aby tłumić napięcie przy niepożądanych częstotliwościach. Projekt filtra wymaga testów i pomiarów przed zaprojektowaniem, aby ustalić rozmiar i częstotliwość, zanim filtr będzie mógł być prawidłowo zwymiarowany. Wadami tej ścieżki są koszty elementów i wymagania dotyczące wielkości rozwiązania — powierzchnia płytki drukowanej i wielkość komponentów potrzebnych do osiągnięcia koniecznego poziomu filtrowania. A także potrzeba przeprojektowania systemu — ocena tolerancji komponentów etc., w celu skompensowania zmian w czasie i temperaturze.

    Aktywna ochrona za pomocą ogranicznika przepięć

    Jednym ze sposobów przezwyciężenia omówionych powyżej wyzwań i wad rozwiązań ochrony biernej jest zastosowanie scalonego ogranicznika przepięć. Ogranicznik przepięć eliminuje potrzebę używania nieporęcznych obwodów bocznikowych (transili, bezpieczników, cewek i kondensatorów) z łatwym w użyciu kontrolerem w postaci układu scalonego i szeregowym tranzystorem z MOSFET z kanałem typu N. Kontrolery ograniczników przepięć mogą znacznie uprościć projekt systemu, ponieważ przedstawiony obwód składa się tylko z kilku komponentów.

    Ogranicznik przepięć stale monitoruje napięcie i prąd wejściowy. W nominalnych warunkach pracy kontroler w pełni otwiera bramkę MOSFET-a, zapewniając ścieżkę o niskiej rezystancji od wejścia do wyjścia systemu ochronnego. Kiedy wystąpi stan przepięcia lub przetężenia — z wartością progową narzuconą przez sieć sprzężenia zwrotnego na wyjściu — układ scalony steruje bramkę tranzystora MOSFET z kanałem typu N tak, aby ograniczyć napięcie wyjściowe z tranzystora MOSFET do poziomu ustawionego przez dzielnik rezystorowy.

    Rysunek 5 przedstawia uproszczony schemat implementacji ogranicznika przepięć wraz z wynikami udaru wejściowego 100 V na nominalnej szynie 12 V. Wyjście obwodu ogranicznika przepięć jest zredukowane do 27 V na czas trwania udaru. Niektóre ograniczniki przepięć monitorują, również przetężenia za pomocą szeregowego rezystora pomiarowego (wyłącznik automatyczny widoczny na rysunku 5) i sterują bramkę MOSFET-a typu N tak, aby ograniczyć prąd dostępny na obciążeniu.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.5. Schemat wysokiego poziomu implementacji ogranicznika przepięć.


    Istnieją cztery szerokie typy ograniczników przepięć sklasyfikowane według ich reakcji na zdarzenie przepięciowe:

    * Liniowy ogranicznik przepięć;
    * Reduktor napięcia;
    * Przełączający ogranicznik przepięć;
    * Kontroler zabezpieczenia z rozłączeniem wyjścia.

    Wybór ogranicznika przepięć zależy od zastosowania, więc w dalszej części artykułu znaleźć można opis ich działania i zalety poszczególnych rozwiązań.

    Typ ogranicznika przepięć: liniowy

    Liniowy ogranicznik przepięć steruje szeregowym tranzystorem MOSFET, podobnie, jak stabilizator liniowy, ograniczając napięcie wyjściowe do wstępnie zaprogramowanej bezpiecznej wartości, rozprasza nadmiar energii na tranzystorze MOSFET. Aby pomóc w ochronie tranzystora MOSFET, urządzenie limituje czas spędzony w obszarze o wysokim rozpraszaniu poprzez zastosowanie pojemnościowego licznika czasu błędu.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.6. LT4363 jako liniowy ogranicznik przepięć.


    Typ ogranicznika przepięć: clamp

    Ogranicznik przepięć działa poprzez wykorzystanie wewnętrznego lub zewnętrznego bocznika (na przykład ustawionego na 31,5 V, 50 V lub regulowanego) w celu ograniczenia napięcia do zadanego poziomu. Następnie napięcie progowe tranzystora MOSFET określa napięcie wyjściowe. Przykładowo przy wewnętrznym ograniczeniu di 31,5 V i napięciu progowym MOSFET 5 V, napięcie wyjściowe jest zredukowane do 26,5 V. Alternatywnie zewnętrzny element umożliwia wybór znacznie szerszego zakresu napięć. Przykład ogranicznika przepięć w tego rodzaju topologii pokazano na rysunku 7.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.7. LTC4380 jako ogranicznik przepięć z zaciskiem bramki.


    Typ ogranicznika przepięć: przełączanie

    W przypadku zastosowań o większej mocy dobrym wyborem jest przełączający ogranicznik przepięć. Podobnie, jak pokazane powyżej ograniczniki przepięć przełączający ogranicznik przepięć w pełni otwiera tranzystor FET, podczas normalnej pracy, zapewniając ścieżkę o niskiej rezystancji między wejściem a wyjściem (minimalizując przy tym rozpraszanie mocy). Główna różnica między ogranicznikiem przepięć przełączającym a ogranicznikiem przepięć liniowym itp., pojawia się po wykryciu zdarzenia przepięciowego. W przypadku przepięcia wyjście przełączającego ogranicznika przepięć jest regulowane do napięcia ograniczenia poprzez sterowanie zewnętrznego MOSFET-a, podobnie, jak robi to impulsowy stabilizator napięcia w postaci przetwornicy DC/DC. Przykład układu o takiej topologii pokazano na rysunku 8

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.8. LTC7860, wyłącznik przeciwprzepięciowy przełączający.


    Kontroler ochrony: odłączenie wyjścia

    Kontroler ochrony nie jest oficjalnie ogranicznikiem przepięć, ale skutecznie zatrzymuje przepięcia. Podobnie, jak ogranicznik przepięć, kontroler ten monitoruje stan przepięcia i przetężenia, ale zamiast blokowania lub stabilizowania napięcia wyjścia sterownik zabezpieczeniowy, natychmiast odłącza wyjście, aby oszczędzić dalszą elektronikę. Ten prosty obwód ochronny może mieć bardzo kompaktową budowę, odpowiednią do przenośnych zastosowań zasilanych bateryjnie. Sterownik zabezpieczeniowy taki jak LTC4368 przedstawiono na uproszczonym schemacie na rysunku 9 wraz z jego reakcją na zdarzenie przepięcia. Kontrolery ochrony są dostępne w wielu wariantach.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.9. LTC4368, kontroler zabezpieczeń.


    Sterownik zabezpieczający działa poprzez monitorowanie napięcia wejściowego, aby upewnić się, że pozostaje ono w przedziale napięcia skonfigurowanym przez dzielnik rezystora na pinach OV/UV, odłączając wyjście przez tranzystory MOSFET połączone w topologii typu back-to-back, gdy wejście znajduje się poza wyznaczonym oknem, jak pokazano na rysunku 9. Tranzystory MOSFET w układzie typu back-to-back mogą, również chronić przed odwróceniem napięcia wejściowego. Rezystor pomiarowy na wyjściu umożliwia zabezpieczenie przed nadmiernym prądem poprzez ciągłe monitorowanie prądu przewodzenia, ale nie oferuje on przełączania opartego na zegarze.

    Funkcje ogranicznika przepięć

    Aby wybrać najbardziej odpowiedni ogranicznik przepięć do konkretnej aplikacji trzeba wiedzieć, jakie funkcje są dostępne w tego rodzaju układach i jakie wyzwania pomagają one rozwiązać. Urządzenia można znaleźć w tabeli parametrycznej tutaj.

    Odłączenie a podtrzymanie zasilania

    Niektóre aplikacje wymagają odłączenia wyjścia od wejścia w przypadku wykrycia przepięcia. W danym ujęciu wymagany byłby odłącznik przepięciowy. Jeśli konieczne jest, aby wyjście pozostawało sprawne w obliczu przepięć, minimalizując w ten sposób przestoje dalszych obwodów, niezbędne jest, aby ogranicznik przepięć podtrzymywał zasilanie przez całe zdarzenie przepięciowe. W takim przypadku liniowy lub przełączający ogranicznik przepięć może osiągnąć tę funkcjonalność (pod warunkiem, że poziomy mocy były rozsądne dla wybranej topologii i dobranego tranzystora FET).

    Zegar błędu

    Działanie układu, podczas sytuacji przepięcia wymaga, również pewnej ochrony tranzystora MOSFET przed trwałymi przepięciami. Aby pozostać w bezpiecznym obszarze operacyjnym (SOA) klucza FET, można zaimplementować stosowny zegar. Timer jest zasadniczo kondensatorem podłączonym do masy. Gdy wystąpi stan przepięcia, wewnętrzne źródło prądowe zaczyna ładować ten kondensator. Gdy osiągnie on określony poziom napięcia progowego, cyfrowy pin FAUL ściągany jest do stanu niskiego, wskazując, że tranzystor przejściowy wkrótce zostanie wyłączony z powodu przedłużającego się przepięcia. Jeśli napięcie na pinie timera nadal rośnie do drugiego progu, styk GATE ściągany jest w dół, aby wyłączyć tranzystor MOSFET.

    Szybkość zmian napięcia timera ewoluuje wraz z napięciem na tranzystorze MOSFET — to znaczy krótszy timer dla większych napięć i dłuższy timer dla mniejszych napięć. Ta przydatna funkcja pozwala urządzeniu na przetrwanie drobnych przepięć, umożliwiając dalsze działanie podzespołów, jednocześnie, chroniąc tranzystor MOSFET przed uszkodzeniem przez długotrwałe przepięcia. Niektóre urządzenia mają funkcję ponawiania, która zezwala na ponowne włączenie wyjścia po odczekaniu pewnego okresu.

    Ochrona nadprądowa

    Wiele ograniczników przepięć ma możliwość monitorowania prądu i ochrony przed zdarzeniami nadprądowymi. Osiąga się to poprzez obserwowanie spadku napięcia na szeregowym rezystorze pomiarowym i odpowiednią reakcją układu. Prąd rozruchowy może być, również monitorowany i kontrolowany w celu ochrony tranzystora MOSFET. Odpowiedź może być podobna do stanu przepięcia, ponieważ rozłącza się przez zatrzaśnięcie lub przechodzenie przez określone zdarzenie, jeśli obwód może obsłużyć dany poziom mocy.

    Ochrona przed odwrotnym podłączeniem zasilania

    Zabezpieczenie wejścia przed odwrotnie podłączonym zasilaniem jest osiągalne dzięki szerokim możliwościom działania ograniczników przepięć (w niektórych urządzeniach może on wytrzymać do 60 V poniżej potencjału masy). Rysunek 10 przedstawia implementację MOSFET-ów w topologii back-to-back z zabezpieczeniem przed wstecznym podłączeniem zasilania. Podczas normalnej pracy Q2 i Q1 są włączane przez pin GATE, a Q3 nie ma żadnego wpływu na działanie systemu. Jednak, gdy występuje stan napięcia wstecznego, Q3 włącza się, ściągając bramkę Q2 w dół do ujemnego wejścia i izolując Q1, chroniąc wyjście układu.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.10. Obwód zabezpieczający przed odwrotnym podłączeniem zasilania oparty na układzie LT4363.


    W zastosowaniach, które wymagają szerokich zakresów napięcia wejściowego, można zastosować ogranicznik przepięć o topologii swobodnej. Gdy wystąpi udar, pełne napięcie udarowe jest widoczne dla scalonego ogranicznika przepięć, więc wewnętrzny tranzystor limituje zakres pracy napięcia układu scalonego. Z pływającym ogranicznikiem przepięć takim jak LTC4366, układ scalony pływa tuż poniżej napięcia wyjściowego, co zapewnia znacznie szerszy zakres napięcia roboczego. Rezystor jest umieszczony w linii masy (VSS), co pozwala układowi scalonemu na unoszenie się wraz z napięciem zasilania. Rezultatem jest ograniczenie napięcia wejściowego, określone przez możliwości napięciowe komponentów zewnętrznych i tranzystorów MOSFET. Rysunek 11 przedstawia obwód aplikacyjny zdolny do pracy przy bardzo wysokim napięciu zasilania przy równoczesnej ochronie obciążenia końcowego.

    Rzadko zadawane pytania: Jak dobrać odpowiedni układ zabezpieczający?
    Rys.11. Zmienna topologia dla wysokiego napięcia w oparciu o LTC4366.


    Wybór odpowiedniego urządzenia do mojej aplikacji

    Pod wieloma względami i wobec ich z natury solidnej konstrukcji, stosowanie ogranicznika przepięć upraszcza projekt obwodu zabezpieczającego. Karty katalogowe tych elementów mogą znacznie pomóc w doborze odpowiednich komponentów, przy czym wiele możliwych zastosowań jest już przedstawionych powyżej. Najtrudniejszą częścią może być dopasowanie najbardziej odpowiedniego urządzenia do konkretnej aplikacji. Aby zawęzić pole poszukiwań można zrealizować kilka kroków:

    * Przejdź do parametrycznej tabeli zabezpieczeń na stronie Analog Devices (lub innego preferowanego producenta układów zabezpieczeń);
    * Wybierz zakres napięcia wejściowego;
    * Wybierz liczbę kanałów;
    * Filtruj według konkretnych wymaganych funkcji, aby zawęzić dostępne opcje.

    Podobnie, jak w przypadku każdego wyboru produktów ważne jest, aby poznać wymagania systemowe, zanim zacznie się szukać odpowiedniego układu. Niektóre istotne kwestie to oczekiwane napięcie zasilania i tolerancja napięcia dalszej elektroniki (zasadne przy podejmowaniu decyzji o napięciu, do którego układ ogranicza napięcie w czasie przepięcia). Nieodzowne są, także wszelkie inne szczególne cechy, które mają zastosowanie dla projektu.

    Podsumowanie

    Niezależnie od użytego typu ogranicznika przepięć, konstrukcje aktywnych ograniczników przepięć na bazie układów scalonych eliminują potrzebę stosowania nieporęcznych diod TVS lub cewek indukcyjnych o dużym rozmiarze i kondensatorów do filtrowania. Skutkuje to ogólnie mniejszym obszarem na PCB i rozwiązaniem o niższym koszcie. Ogranicznik napięcia wyjściowego jest dokładniejszy, niż TVS i przejawia możliwą dokładność ograniczenia napięcia na poziomie od 1% do 2%. Zapobiega to przeprojektowaniu i pozwala na wybór dalszych urządzeń o węższych tolerancjach.

    Rodzina urządzeń zabezpieczających system dostępny w firmie Analog Devices umożliwia projektantom wdrażanie niezawodnych, elastycznych i niewielkich układów do ochrony urządzeń podrzędnych — zwłaszcza tych narażonych na trudne zdarzenia przepięciowe i przetężeniowe, które mogą wystąpić w wielu systemach przemysłowych, motoryzacyjnych, lotniczych i komunikacyjnych.

    Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-187.html

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11030 posts with rating 9363, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Tespol
  • #2
    Galareta
    Level 22  
    Dużo przydatnych informacji;) oby więcej takich zagadnień w artykułach!;)
  • #3
    MICHAŁ6201
    Level 16  
    Pomogłeś mi tym artykułem :) Oby więcej takich.