Nuolatinės srovės perjungimo reguliuojamo maitinimo šaltinio apsaugos technologija
Srovės perjungimo reguliatoriuje naudojami didelės galios perjungimo įrenginiai yra brangesni, o valdymo grandinė sudėtingesnė. Be to, perjungimo reguliatoriaus apkrova paprastai yra elektroninė sistema, sumontuota su daugybe labai integruotų įrenginių. Tranzistoriai ir integruoti įrenginiai turi prastą atsparumą elektros ir šiluminiams smūgiams.
Todėl perjungimo reguliatoriaus apsauga turėtų atsižvelgti į paties reguliatoriaus ir apkrovos saugumą. Yra daugybė apsaugos grandinių tipų, čia yra apsauga nuo poliškumo, programos apsauga, apsauga nuo viršsrovių, apsauga nuo viršįtampių, apsauga nuo žemos įtampos ir apsauga nuo perkaitimo ir kitos grandinės. Paprastai parenkami keli apsaugos būdai, kuriuos derinant sudaroma visa apsaugos sistema.
Perjungimo maitinimo šaltinio apsaugos grandinė
Įvestis į nuolatinės srovės perjungimo reguliatorių paprastai yra nereguliuojamas nuolatinės srovės maitinimo šaltinis. Dėl netinkamo veikimo ar atsitiktinio prijungimo bus pažeistas jungiklio poliškumas, o tai sugadins perjungimo maitinimo šaltinį.
Apsaugos nuo poliškumo tikslas – kad perjungimo reguliatorius veiktų tik tada, kai jis yra prijungtas prie nereguliuojamo nuolatinės srovės šaltinio su teisingu poliškumu. Maitinimo šaltinio poliškumo apsaugą galima pasiekti naudojant vienkrypčius laidumo įrenginius. Paprasčiausia poliškumo apsaugos grandinė parodyta paveikslėlyje. Kadangi diodas D turi tekėti per visą perjungimo reguliatoriaus įėjimo srovę, ši grandinė labiau tinka mažos galios perjungimo reguliatoriams. Didelės galios atveju poliškumo apsaugos grandinė naudojama kaip programos apsaugos nuoroda, kuri gali sutaupyti didelės galios diodą, reikalingą poliškumo apsaugai, taip pat sumažės energijos suvartojimas.
Programos apsauga
Perjungimo reguliuojamo maitinimo šaltinio grandinė yra sudėtingesnė ir iš esmės gali būti suskirstyta į mažos galios valdymo dalis ir didelės galios perjungimo dalis. Perjungimo tranzistoriai yra didelės galios. Siekiant apsaugoti perjungimo tranzistorių saugumą įjungiant arba išjungiant maitinimą, pirmiausia turi veikti mažos galios valdymo grandinės, tokios kaip moduliatoriai ir stiprintuvai. Šiuo tikslu būtina užtikrinti teisingą įkrovos procedūrą.
Perjungimo reguliatoriaus įvesties galas paprastai yra sujungtas su įvesties filtru, turinčiu mažą induktyvumą ir didelę talpą. Įjungimo momentu per filtro kondensatorių tekės didelė viršįtampio srovė, kuri gali kelis kartus viršyti įprastą įėjimo srovę. Tokia didelė viršįtampio srovė gali ištirpdyti įprastų maitinimo jungiklių ar relių kontaktus ir išpūsti įvesties saugiklį. Be to, įsijungimo srovė gali sugadinti kondensatorius, sutrumpinti jų tarnavimo laiką ir sukelti ankstyvą gedimą. Dėl šios priežasties paleidžiant reikia prijungti srovę ribojantį rezistorių, o per šį srovę ribojantį rezistorių reikia įkrauti kondensatorių. Kad srovę ribojantis rezistorius nevartotų per daug energijos ir nepaveiktų normalaus perjungimo reguliatoriaus veikimo, po paleidimo pereinamojo proceso automatiškai trumpam sujungiama naudojama relė, kad nuolatinės srovės maitinimo šaltinis tiesiogiai tiektų maitinimą perjungimo reguliatorius, kaip parodyta paveikslėlyje. Ši grandinė vadinama perjungimo reguliatoriaus „švelnaus paleidimo“ grandine.
3. Apsauga nuo per didelės srovės
Atsiradus netikėtoms situacijoms, pvz., apkrovos trumpasis jungimas, perkrova ar valdymo grandinės gedimas, srovė, tekanti per perjungimo tranzistorių įtampos stabilizatoriuje, bus per didelė, o tai padidins vamzdžio energijos suvartojimą ir sukels šilumos. Jei nėra apsaugos nuo viršsrovių įtaiso, gali būti pažeistas didelės galios perjungimo tranzistorius. Todėl perjungimo reguliatoriuose dažniausiai naudojama apsauga nuo viršsrovių. Ekonomiškiausias ir paprasčiausias būdas yra naudoti saugiklį. Dėl mažos tranzistoriaus šiluminės talpos įprasti saugikliai paprastai negali atlikti apsauginio vaidmens, o dažniausiai naudojami greito perdegimo saugikliai. Šio metodo pranašumas yra lengva apsauga, tačiau saugiklio specifikaciją reikia parinkti pagal konkretaus jungiklio tranzistoriaus saugios darbo zonos reikalavimus. Šios apsaugos nuo viršsrovių priemonės trūkumas yra nepatogumas dažnai keičiant saugiklius.
Srovės ribojimo ir srovės išjungimo apsauga, paprastai naudojama tiesiniuose reguliatoriuose, gali būti taikoma perjungimo reguliatoriuose. Tačiau pagal perjungimo reguliatoriaus charakteristikas šios apsaugos grandinės išėjimas negali tiesiogiai valdyti perjungimo tranzistoriaus, tačiau apsaugos nuo viršsrovių išėjimas turi būti konvertuojamas į impulsinę komandą, skirtą valdyti moduliatorių, kad būtų apsaugotas perjungimo tranzistorius. Norint realizuoti apsaugą nuo viršsrovių, paprastai grandinėje reikia nuosekliai naudoti diskretizuojantį rezistorių, kuris turės įtakos maitinimo efektyvumui, todėl jis dažniausiai naudojamas mažos galios perjungimo reguliatoriuose. Didelio galingumo perjungimo reguliuojamo maitinimo šaltinyje, atsižvelgiant į energijos suvartojimą, reikėtų kiek įmanoma vengti prieigos prie atrankos rezistoriaus. Todėl apsauga nuo viršsrovių dažniausiai paverčiama apsauga nuo viršįtampio ir per žemos įtampos.
4. Apsauga nuo viršįtampių
Perjungimo reguliatorių apsauga nuo viršįtampių apima apsaugą nuo įėjimo viršįtampio ir išėjimo apsaugą nuo viršįtampių. Jei nereguliuojamo nuolatinės srovės maitinimo šaltinio, pvz., akumuliatoriaus ir perjungimo reguliatoriaus naudojamo lygintuvo, įtampa yra per aukšta, perjungimo reguliatorius negali normaliai veikti ir netgi sugadinti vidinius įrenginius. Todėl būtina naudoti įėjimo apsaugos nuo viršįtampio grandinę.
5. Apsauga nuo žemos įtampos
Kai išėjimo įtampa yra mažesnė už nurodytą vertę, tai rodo įvesties nuolatinės srovės maitinimo šaltinio, perjungimo reguliatoriaus viduje arba išėjimo apkrovos sutrikimą. Įėjimo nuolatinės srovės maitinimo įtampai nukritus žemiau nurodytos vertės, nukris perjungimo reguliatoriaus išėjimo įtampa ir padidės įėjimo srovė, o tai sukels pavojų tiek perjungiamam tranzistoriui, tiek įvesties maitinimo šaltiniui. Todėl būtina nustatyti apsaugą nuo žemos įtampos
6. Apsauga nuo perkaitimo
Dėl didelio perjungimo reguliatorių integravimo, lengvumo ir mažo tūrio labai padidėja galios tankis tūrio vienetui, o maitinimo įtaiso viduje esančių komponentų reikalavimai jų darbo aplinkos temperatūrai taip pat atitinkamai didėja. Priešingu atveju grandinės veikimas pablogės ir komponentai per anksti suges. Todėl didelės galios perjungimo reguliatoriuose turėtų būti nustatyta apsauga nuo perkaitimo.
