Technologia ochrony zasilacza regulowanego z przełączaniem prądu stałego
Urządzenia przełączające dużej mocy stosowane w regulatorze przełączania prądu są droższe, a obwód sterujący jest bardziej skomplikowany. Ponadto obciążenie regulatora przełączającego jest na ogół systemem elektronicznym zainstalowanym z dużą liczbą wysoce zintegrowanych urządzeń. Tranzystory i urządzenia zintegrowane mają słabą odporność na wstrząsy elektryczne i termiczne.
Dlatego ochrona regulatora przełączającego powinna uwzględniać bezpieczeństwo samego regulatora i obciążenia. Istnieje wiele rodzajów obwodów ochronnych, tutaj są ochrona polaryzacji, ochrona programu, ochrona nadprądowa, ochrona przed przepięciami, ochrona podnapięciowa i ochrona przed przegrzaniem oraz inne obwody. Zwykle wybiera się kilka metod ochrony, które łączy się w celu utworzenia kompletnego systemu ochrony.
Przełączanie obwodu zabezpieczającego zasilanie
Wejście do regulatora przełączania prądu stałego jest zwykle nieregulowanym zasilaczem prądu stałego. Z powodu niewłaściwej obsługi lub przypadkowego podłączenia polaryzacja przełącznika zostanie uszkodzona, co spowoduje uszkodzenie zasilacza impulsowego.
Celem zabezpieczenia przed polaryzacją jest sprawienie, aby regulator przełączający działał tylko wtedy, gdy jest podłączony do nieregulowanego źródła prądu stałego o prawidłowej polaryzacji. Zabezpieczenie przed polaryzacją zasilania można osiągnąć za pomocą jednokierunkowych urządzeń przewodzących. Najprostszy obwód zabezpieczający przed polaryzacją pokazano na rysunku. Ponieważ dioda D musi przepływać przez całkowity prąd wejściowy regulatora przełączającego, obwód ten jest bardziej odpowiedni dla regulatorów przełączających małej mocy. W przypadku dużej mocy obwód zabezpieczający przed polaryzacją jest używany jako łącze w ochronie programu, co może zaoszczędzić diodę dużej mocy wymaganą do ochrony przed polaryzacją, a zużycie energii również zostanie zmniejszone.
Ochrona programu
Obwód regulowanego zasilacza impulsowego jest bardziej złożony i można go zasadniczo podzielić na część sterującą małej mocy i część przełączającą dużej mocy. Tranzystory przełączające mają dużą moc. Aby chronić bezpieczeństwo przełączania tranzystorów podczas włączania lub wyłączania zasilania, najpierw muszą działać obwody sterujące małej mocy, takie jak modulatory i wzmacniacze. W tym celu konieczne jest zapewnienie poprawnej procedury rozruchu.
Koniec wejściowy regulatora przełączającego jest zwykle połączony z filtrem wejściowym o małej indukcyjności i dużej pojemności. W momencie włączenia zasilania przez kondensator filtra przepłynie duży prąd udarowy, który może być kilkakrotnie większy od normalnego prądu wejściowego. Tak duży prąd udarowy może stopić styki zwykłych wyłączników zasilania lub przekaźników i przepalić bezpiecznik wejściowy. Ponadto prąd rozruchowy może uszkodzić kondensatory, skracając ich żywotność i powodując przedwczesną awarię. Z tego powodu rezystor ograniczający prąd powinien być podłączony podczas uruchamiania, a kondensator powinien być ładowany przez ten rezystor ograniczający prąd. Aby rezystor ograniczający prąd nie zużywał zbyt dużej mocy i nie wpływał na normalną pracę regulatora przełączającego, zastosowano przekaźnik, który automatycznie zwiera go po procesie przejściowym rozruchu, dzięki czemu zasilacz prądu stałego bezpośrednio dostarcza zasilanie do regulator przełączania, jak pokazuje zdjęcie. Obwód ten nazywany jest obwodem „miękkiego startu” regulatora przełączającego.
3. Zabezpieczenie nadprądowe
Gdy wystąpią nieoczekiwane sytuacje, takie jak zwarcie obciążenia, przeciążenie lub awaria obwodu sterującego, prąd płynący przez tranzystor przełączający w stabilizatorze napięcia będzie zbyt duży, co zwiększy pobór mocy lampy i spowoduje ciepło. Jeśli nie ma zabezpieczenia nadprądowego, tranzystor przełączający dużej mocy może zostać uszkodzony. Dlatego zabezpieczenie nadprądowe jest powszechnie stosowane w regulatorach przełączających. Najbardziej ekonomicznym i łatwym sposobem jest użycie bezpiecznika. Ze względu na małą pojemność cieplną tranzystora zwykłe bezpieczniki na ogół nie mogą pełnić roli ochronnej, a powszechnie stosuje się bezpieczniki szybkie. Zaletą tej metody jest łatwa ochrona, jednak specyfikacja bezpiecznika musi być dobrana zgodnie z wymaganiami bezpiecznego obszaru roboczego określonego tranzystora przełączającego. Wadą tego zabezpieczenia nadprądowego jest niedogodność związana z częstą wymianą bezpiecznika.
Zabezpieczenia ograniczające prąd i zabezpieczenia odcinające prąd powszechnie stosowane w regulatorach liniowych mogą być stosowane w regulatorach przełączających. Jednak zgodnie z charakterystyką regulatora przełączającego, wyjście tego obwodu zabezpieczającego nie może bezpośrednio sterować tranzystorem przełączającym, ale wyjście zabezpieczenia nadprądowego musi zostać przekształcone w polecenie impulsowe, aby sterować modulatorem w celu ochrony tranzystora przełączającego. Aby zrealizować zabezpieczenie nadprądowe, na ogół konieczne jest zastosowanie rezystora próbkującego szeregowo w obwodzie, co wpłynie na wydajność zasilacza, dlatego jest on najczęściej stosowany w regulatorach przełączających małej mocy. W stabilizowanym zasilaczu przełączającym dużej mocy, biorąc pod uwagę pobór mocy, należy w miarę możliwości unikać dostępu do rezystora próbkującego. Dlatego ochrona nadprądowa jest zwykle przekształcana w ochronę nad- i podnapięciową.
4. Ochrona przeciwprzepięciowa
Ochrona przeciwprzepięciowa regulatorów przełączających obejmuje ochronę przeciwprzepięciową wejścia i ochronę przeciwprzepięciową wyjścia. Jeśli napięcie nieuregulowanego zasilacza prądu stałego, takiego jak akumulator i prostownik, używanego przez regulator przełączający, jest zbyt wysokie, regulator przełączający nie może normalnie działać, a nawet uszkodzić urządzenia wewnętrzne. Dlatego konieczne jest zastosowanie wejściowego obwodu zabezpieczającego przed przepięciem.
5. Zabezpieczenie podnapięciowe
Gdy napięcie wyjściowe jest niższe niż określona wartość, oznacza to nieprawidłowość w wejściowym zasilaniu prądem stałym, wewnątrz regulatora przełączającego lub w obciążeniu wyjściowym. Kiedy wejściowe napięcie zasilania DC spadnie poniżej określonej wartości, napięcie wyjściowe regulatora przełączającego spadnie, a prąd wejściowy wzrośnie, co zagrozi zarówno tranzystorowi przełączającemu, jak i wejściowemu zasilaczowi. Dlatego konieczne jest ustawienie zabezpieczenia podnapięciowego
6. Ochrona przed przegrzaniem
Wysoka integracja, niewielka waga i niewielka objętość regulatorów przełączających znacznie zwiększają gęstość mocy na jednostkę objętości, a wymagania komponentów wewnątrz zasilacza również odpowiednio rosną w zakresie temperatury środowiska pracy. W przeciwnym razie wydajność obwodu ulegnie pogorszeniu, a komponenty ulegną przedwczesnej awarii. Dlatego w regulatorach przełączających dużej mocy należy ustawić zabezpieczenie przed przegrzaniem.
