Схема защиты от перенапряжения: Рассматриваем принцип работы стабилитрона вместе с Суперайс

Содержание

Рассматриваем принцип работы стабилитрона вместе с Суперайс

Защита от перенапряжения необходима для того, чтобы избежать повреждений в результате электрических переходных процессов. Защита отключает источник питания или отключает только выход, когда напряжение превышает заданный уровень.

В приборах используется специальная электрическая схема, которая исключает повреждение электронных компонентов при возникновении перенапряжения. Схема защиты от перенапряжения (OVP, от англ. – overvoltage-protect) обнаруживает, а затем быстро снижает величину поступившего импульса.

В этой статье мы разберем принцип работы наиболее распространенной защиты OVP, основанный на эксплуатации стабилитрона.

Время чтения: 9 минут

В этой статье рассмотрим:

Общие сведения
Основы защиты входного сигнала стабилитрона
Простейшая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона

Как выбирать стабилитрон для защиты цепи?
Преимущества и недостатки схем на диодах Зенера

Общие сведения

Разные устройства работают при разных уровнях напряжения, при этом для цифровой техники самыми распространенными уровнями являются: 3,3 В, 5 В, а также 12 В. Однако каждая конструкция индивидуальна, поэтому в них часто есть более одного рабочего напряжения. Это естественное явление для большинства устройств. Например, стандартный компьютерный импульсный блок питания (БП) работает с пятью различными уровнями, а именно с +3,3В, +5В, +12В, а также -5В и -12В. Когда для питания компонентов используются различные уровни напряжения, то существует опасность выхода из строя низковольтных цепей. Чаще это вызывается подачей на них слишком высокого уровня потенциала. Поэтому, чтобы избежать этого, проектировщик должен внедрять в проекты нескольких видов защитных схем.

Для любой детали или электросхемы существует три вида номинальных напряжения, а именно минимальное рабочее, рекомендуемое или нормативное рабочее, а также максимально допустимое рабочее. Для большинства цепей или элементов любое значение, превышающее максимальную рабочую величину, приводит к их выходу из строя.

Использование OVP на базе стабилитрона, или как его еще называют диод Зенера, – распространенное и экономичное решение.

Основы защиты входного сигнала стабилитрона

Чтобы сделать электросхему, защищающую от перенапряжения, часто первым вариантом решения становятся диоды Зенера.

Эти элементы работают аналогично классическим диодам, которые блокируют протекание тока в обратном направлении.

Однако у них есть и недостаток – стабилитрон блокирует протекание тока в обратном направлении только для напряжения, определяемого номинальными параметрами элемента. Например, если компонент рассчитан на 5,1 В, то он блокирует протекание тока в противоположном направлении до 5,1В. И если потенциал превысит величину в 5,1 В, то это позволит току свободно протекать через него. Эта особенность диода Зенера делает его отличным компонентом для конструирования защиты от перенапряжения.

Простейшая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона

Рассмотрим электросхему, где требуется защитить микроконтроллер. Все, что превышает максимально допустимое значение в 5 В, поступая на контакты ввода-вывода микроконтроллера, приведет к его повреждению.

Рисунок 1. Электросхема OVP защищает вход микроконтроллера

Элемент, используемый в приведенной схеме, это диод Зенера с характеристикой в 5,1 В. Элемент может пропускать ток и ограничивать напряжение до 5,1 В, в случае если оно превышает 5,1 В. На практике этот элемент будет вести себя как обычный диод и блокировать напряжение менее 5,1 В

Изображение ниже – модель защитной схемы на базе диода Зенера. Чтобы получить полные характеристики работы OVP, вы можете смоделировать схему защиты в симуляторе или воссоздать «в железе», скорректировав параметры в соответствии с вашими требованиями.

Рисунок 2. Симулируемая электросхема OVP

На приведенную схему подается питание от источника постоянного тока (Input DC Supply). Два компонента, R1 и VD1, защищают потребителя, ограничивая потенциал на выходе. Здесь в качестве диода Зенера используется компонент 1N4099 (VD1). Когда на входе достигается величина в 6,8 В, срабатывает защитная функция. Здесь стабилитрон 1N4099 выступает источником опорного напряжения, не давая достичь высоких значений потенциала на выходе (Output DC Supply).

Давайте посмотрим, как приведенная нами электросхема работает, ограничивая потенциал на выходе не более чем 6,8 В. Используя симуляцию, смоделируем работу описанной нами схемы. При подаче на вход 6 В выходной сигнал остаётся неизменным, на том же уровне, порядка 6 В (рис. 3).

Рисунок 3. На вход подано 6 В

Если на входе достигается 6,8 В, то на выходе также будет значение близкое ему – 6,74 В (рис. 4). Несоответствие обусловлено незначительными потерями в элементах нашей электросхемы. Это несущественное отклонение.

Рисунок 4. На вход подано 6,8 В

Давайте еще больше увеличим входной потенциал и сымитируем режим перенапряжения.

Теперь потенциал на входе составляет 7,5 В, что существенно больше, чем 6,8 В. OVP существенно ограничивает потенциал на выходе. В нашем примере он составляет 6,81 В (рис. 5).

Рисунок 5. На вход подано 7,5 В

Именно таким образом стабилитрон обеспечивает успешную защиту подключенных схем от перенапряжения. По окончании режима перенапряжения, когда входной потенциал вернется к нормальному уровню, менее 6,8 В, данная схема продолжит эффективно работать, до возникновения следующей нештатной ситуации.

Преимуществом диода Зенера является то, что он не перегревается и не выходит из строя при срабатывании OVP, в отличие от предохранителя.

Для обеспечения защиты цепей с другими номинальными значениями, в приведенной нами схеме можно заменить стабилитроны на другие, с более высокими пределами ограничения перенапряжения. Такими как, например, 3,3 В, 5,1 В, 9,1 В, 10,2 В.

Как выбирать стабилитрон для защиты цепи?

Выбор диода Зенера с необходимыми характеристиками – важный этап разработки OVP.

Вот несколько пунктов, как выбрать электронный компонент.

Определите рабочее напряжение стабилитрона

Это та величина, которая будет ограничиваться схемой OVP, защищая потребителя от перенапряжения. В нашем примере, на симуляторе, это значение составляет 6,8 В. Если нет электронного компонента с подходящими для защищаемой цепи параметрами, то выбираем ближайшее значение. Например, для защиты от линий до 7 В подойдет диод Зенера с ближайшим параметром в 6,8 В.

Рассчитайте ток нагрузки, которая будет подключена через OVP

Для нашего примера, рассмотренного ранее, максимальный ток нагрузки составляет 50 мА. Помимо него, еще нужно учесть ток утечки стабилитрона. Поэтому, общая величина будет определяться суммой токов нагрузки и утечки. Для выбранного нами 1N4099 ток утечки составляет 10 мА (информация их даташита компонента). Тогда суммарный ток будет составлять: 50 мА + 10 мА = 60 мА.

Определите рассеиваемую мощность диода Зенера

Есть деление стабилитронов по рассеиваемой мощности.

Знать этот параметр необходимо для того, чтобы быть уверенным в эффективном отводе тепла диодом Зенера в процессе работы.

Мощность определяется на основе максимально допустимого тока утечки , который составляет 10 мА, для нашего примера. Для ее определения величину токовой утечки перемножаем со значением стабилизированного напряжения – 6,8В. В таком случае максимальная рассеиваемая мощность составляет: 0,01 А * 6,8 В = 0,068 Вт или 68 мВт. Это значительно ниже максимально допустимых 500 мВт для 1N4099. Следовательно, элемент нам подходит.

Рассчитайте сопротивление ограничивающего резистора

Ограничивающий или балластный резистор применяется для отвода избыточной энергии при перенапряжении . Основными учитываемыми характеристиками являются сопротивление и мощность резистора. Они определяются исходя из того, какой максимальный потенциал может быть подан на цепи OVP. И в первую очередь на это влияют характеристики источника питания.

Допустим, что на защищаемый компонент максимально может быть подано 14 В. В таком случае падение напряжения через ограничивающий резистор составит: 14 В – 6,8 В = 7,2 В. Тогда, согласно закону Ома, сопротивление резистора должно составлять: 7,2 В / 0,060 А = 120 Ом.

Выбирается ближайшее стандартное значение резистора – 120 Ом.

Определите мощность балластного сопротивления

Неверный выбор рассеиваемой мощности резистора приведет к его быстрому выходу из строя. Поэтому учет этого параметра также важен, как определение величины сопротивления.

Величина мощности, которую нужно рассеять балласту, определяется произведением протекающего через него тока и действующего падения напряжения : 0,060 А * 7,2 В = 0,432 Вт. Выбирается ближайшая большая мощность из стандартного ряда, она составляет 0,5 Вт.

Преимущества и недостатки схем на диодах Зенера

Конечно, у такого рода схем также есть свои недостатки. В первую очередь это наличие рассеиваемой мощности на ограничивающем резисторе. Эти потери энергии снижают эффективность OVP.

Однако схемы собранные на основе диодов Зенера остаются самыми простыми, напряжение остается регулируемым, а стоимость таких конструкций намного ниже по сравнению с другими.

Простая схема защиты от перенапряжения и переполюсовки

19 декабря 2018

Допустим, у вас есть некое устройство, питаемое от внешнего аккумулятора. Для определенности скажем, от это LiIon или LiPo, часто используемые в квадракоптерах. При питании от внешнего источника всегда есть неплохие шансы сжечь устройство. Самый простой способ это сделать — перепутать полярность. Еще можно запитать устройство от блока питания и, случайно крутанув ручку, превысить допустимое напряжение. Давайте рассмотрим классическую схему, защищающую от таких ошибок при помощи компонентов общей стоимостью менее 5$.

Вот эти компоненты:

VS-40TPS12PBF, тиристор на 35 А;
1N4744A, стабилитрон 15 В 5%;
Резистор 1 кОм 0. 25 Вт;
RHRP3060, диод на 30 А;
Автомобильный предохранитель «норма» на 25 А;
Держатель автомобильного предохранителя «норма» на кабель;
Немного термоусадок и провода 16 AWG в силиконовой изоляции;

Компоненты были выбраны в предположении, что устройство может потреблять до 25 А тока. Если ваше устройство потребляет меньше, можно обойтись аналогичными компонентами, рассчитанными на меньший ток. Они обойдутся вам дешевле.

Схема защиты:

При нормальном питании устройства положенными 12-ю вольтами стабилитрон D1 имеет высокое сопротивление. Управляющий электрод тиристора D2 притянут к земле через резистор R1. Тиристор находится в закрытом состоянии. Диод D3 также закрыт, поскольку к нему приложено обратное напряжение. В итоге нагрузка получает питание.

Если напряжение питания превышает напряжение пробоя стабилитрона, ток через стабилитрон резко возрастает. Тиристор переходит в открытое состояние. Фактически, происходит короткое замыкание. В результате предохранитель перегорает и цепь размыкается. При нарушении полярности питания к диоду D3 прикладывается прямое напряжение и диод становится открыт. Опять-таки, происходит КЗ и сгорает предохранитель. Таким образом, цепь защищается как от перенапряжения, так и от переполюсовки.

Примечание: Как вариант, для защиты от переполюсовки вместо диода можно использовать МОП-транзистор. Этот способ ранее был описан в посте Шпаргалка в картинках по использованию MOSFET’ов.

Интересно, что устройство, собранное по приведенной схеме, можно сделать очень компактным. Вид спереди (без предохранителя):

Вид сзади:

Такую конструкцию можно упаковать в термоусадку и поместить прямо в корпус устройства, если в нем имеется немного свободного места. Предохранитель имеет смысл поместить не в корпус, а снаружи, на кабеле питания. Так будет легче заменять сгоревший предохранитель. Само собой разумеется, можно разместить все компоненты защиты и на кабеле. Если не вскрывать корпус, вы сохраните гарантию на устройство.

Схема была протестирована на стабилизаторе LM7805, светодиоде и резисторе в роли нагрузки, а также лабораторном блоке питания и LiPo аккумуляторе 3S в роли источников питания. Защита продемонстрировала безотказную работу во всех сценариях. В моем случае защита от перенапряжения срабатывала при 15.8 В. При необходимости, защиту можно настроить на любое напряжение, подобрав подходящий стабилитрон.

Такая вот простенькая, но надежная схема. Само собой разумеется, никакого срыва покровов здесь нет, поскольку приведенную схему можно найти в каждой второй книжке по электронике.

Дополнение: Схема ограничения по току и/или защиты от КЗ

Метки: Электроника.

Схемы защиты от перенапряжения: принцип, выбор и конструкция

В настоящее время устройства защиты от перенапряжения могут предотвратить небольшое или полное разрушение печатных плат электроприборов. Однако они так же важны по соображениям безопасности.

Понять, почему защита от перенапряжения так важна. Это означает, что вы будете владеть полной информацией о рисках и опасностях, связанных с высоковольтными скачками или скачками напряжения. Эти ситуации могут длиться от нескольких наносекунд до микросекунд. Однако, несмотря на их короткий период, они оказывают значительное давление на электронные устройства. Понимание значения, работы и конструкции технологии защиты от перенапряжения может помочь в выборе идеальной схемы защиты от перенапряжения.

Значение и принцип работы цепей защиты от перенапряжения

Устройство защиты от перенапряжения представляет собой электронное устройство, которое сводит на нет меньший электрический ток. Кроме того, это также переходные процессы, которые постоянно возникают в центральных инженерных сетях.

Они работают путем быстрого замыкания накоротко любого пикового напряжения, возникающего в основной цепи питания переменного тока.

В этом видеоролике показано, как защититься от скачков высокого напряжения с помощью устройства защиты от перенапряжения.

Типы цепей защиты от перенапряжения

Существует два распространенных типа цепей защиты от перенапряжения:

Основная защита от перенапряжения или

Первичная защита от перенапряжения — это устройства, которые можно установить где угодно . К ним относится вход в офис, дом или электрическая проводка здания. Он защищает каждый электрический прибор или оборудование, которое подключается к линии за пределами точки входа. Основное устройство защиты от перенапряжения мощное. Кроме того, он тяжелый, большой и дорогой.

Тип схемы защиты от перенапряжения с индикаторами, установленной на входе в больницу

Напротив, вторичное устройство защиты от перенапряжений не так дорого и эффективно, как первичный предохранитель от перенапряжений. Однако он удобен, легко перемещается и подключается к внешней розетке. Кроме того, он защищает электроприборы от попадания тока из подключенной розетки. Тем не менее, существуют и другие типы вторичных устройств защиты от перенапряжения, а именно;

Разветвители питания

Это вторичные устройства защиты от перенапряжения, которые подключаются к электрическому каналу. Более того, разветвители имеют множество каналов для подключения различных электронных устройств. Точно так же, если произойдет скачок напряжения, удлинитель отключит питание. Однако иногда это приводит к отключению электроэнергии. Тем не менее, это наиболее полезная характеристика для предотвращения повреждения устройств.

Резервуар вторичного контура защиты от перенапряжений с th встроенным устройством защиты от перенапряжений и автоматическим выключателем в ресторане

Источник бесперебойного питания или ИБП :

Это еще один вид вторичного защита от перенапряжения. Некоторые сложные ИБП имеют встроенное устройство защиты от скачков напряжения. Кроме того, он предлагает аналогичные функции безопасности по сравнению с удлинителями.

Схема защиты от перенапряжения ИБП, компенсирующая временные скачки напряжения

Проектирование схемы защиты от перенапряжения

Существуют различные способы проектирования схемы защиты от перенапряжения:

Использование MOV или металлооксидного варистора

Разработать устройство защиты от перенапряжения несложно. Некоторому электрическому оборудованию требуется только одно защитное устройство, металлооксидный варистор (MOV).

Свойства MOV

Металлооксидный варистор (MOV) представляет собой резистор, зависящий от напряжения
Работает как устройство защиты от перенапряжения в линиях электропередач.
Кроме того, его принцип работы может быть подобен телевизорам или двунаправленным подавителям переходных напряжений.
Кроме того, он служит в качестве разомкнутой цепи для низкого напряжения фиксации.
Кроме того, работа MOV аналогична неомическому нелинейному диоду с характеристиками направленного напряжения.

Принципиальная схема

Необходимый компонент MOV

90 130
Тяжелый полупроводниковый материал (обычно спеченный гранулированный оксид цинка), проводящий большой ток.
Кусок оксида металла, подключенный к заземлению и линии электропередач
Ограничение напряжения примерно в три-четыре раза по сравнению с нормальной цепью
согласованные MOV, соединенные параллельно для увеличения периода полураспада и увеличения тока.

Цепи защиты от перенапряжений в автомобильных системах

Переходные скачки напряжения могут вызвать повреждение коммуникационных шин, гидролизных контроллеров и систем охлаждения двигателя. Также клапаны, двигатели и многое другое в автомобильных системах. Защитными устройствами в автомобильных системах могут быть либо ограничители переходных напряжений (TVS), либо стабилитроны.

Свойства цепей защиты от перенапряжения в автомобильных системах

Зенеровские диоды, используемые для защиты от скачков нагрузки
Изготовлен из полупроводниковой керамики
TVS защищает коммуникационные шины
TVS снижает импульсный ток за счет низкого напряжения фиксации
Они совместимы с пайкой волной припоя и современными процедурами оплавления.
Комплект для поверхностного монтажа дает разработчику экономию места по сравнению с более крупными компонентами в пластиковом корпусе.

Принципиальная схема

Необходимые компоненты

8/20 мкс
Ограничение сорока импульсов
Чувствительное устройство с напряжением до 250 В, требующее защиты.
Пиковый импульсный ток около 800 А
Токовый вход 24 В пост. тока

Сетевой фильтр радиопомех и схема подавления перенапряжений

Эта конструкция идеально подходит для осушки основного контура сетевого фильтра переменного тока. Это обеспечивает комбинированную защиту от подавления радиопомех и скачков напряжения.

Свойства линейного фильтра радиопомех и схемы подавления перенапряжения

Цепи радиочастотных помех обычно представляют собой схемы широкополосного фильтра.
Сетевой фильтр радиопомех состоит из небольшого ферритового трансформатора с несколькими конденсаторами.
Трансформатор блокирует и блокирует прохождение через линию любых исходящих или входящих радиопомех.
Конденсаторная сеть повышает эффективность за счет заземления высокой избыточной частоты в линии.
Над двумя маленькими ферритовыми стержнями, обернутыми друг вокруг друга, расположен трансформатор.
Одно из концевых соединений обмотки переключается между выходом/входом нейтральной линии.

Схема

Необходимые компоненты сетевого фильтра радиопомех 900 02
Фильтры состоят из устройства, содержащего параллельные емкостные (ненесущие). А также последовательные индуктивные (несущие) компоненты или цепь. Компонент предлагает низкий путь цепи вокруг защищаемой цепи для высокочастотного шума.
Кроме того, фильтры также ослабляют симуляцию. Это связано с тем, что анализ пика Фурье покажет, что он содержит текущие формы сигналов. Таким образом, ограничитель перенапряжения и фильтр работают вместе при подключении.
Разница между устройством защиты от перенапряжения и автоматическим выключателем

Силовые автоматические выключатели и устройства защиты от перенапряжения являются технологиями защиты. Однако между ними есть различия.
Также необходимо наличие силовых автоматических выключателей. Это панель со встроенными автоматическими выключателями, которая необходима вашему дому или офису. Функция автоматического выключателя заключается в предотвращении перегрузки цепи. Это может привести к перегреву и, в конечном итоге, к взрыву. Кроме того, они имеют адаптеры, защищенные автоматическим выключателем усилителя, для обеспечения дополнительной безопасности. Маленькая красная кнопка на панели управления сигнализацией срабатывает при перегрузке по току. После обнаружения и исправления вы можете вернуть его и вернуться к работе. Кроме того, это также избавит вас от необходимости заходить в сервисную панель.
Устройства защиты от перенапряжения, с другой стороны, предотвращают скачки напряжения в электроприборах. Скачок напряжения — это когда прибор или шнур превышает номинальное напряжение. Это может привести к выходу из строя ваших электронных устройств. Разветвители, такие как PSROT-072, широко распространены в общественных местах. Часто у вас будут развлекательные системы, компьютеры, кондиционеры, оргтехника и подключенные телевизоры. Тем не менее, обрыв линии электропередач или удар молнии — наиболее частая причина скачка напряжения. Желательно использовать устройства защиты от перенапряжения. Однако они не являются обязательными постановлениями сообщества или государством.

Заключение

Из информации становится ясно, что устройства защиты от перенапряжения жизненно важны для безопасности наших электрических устройств. С помощью этих устройств можно предотвратить повреждение, вызванное скачками напряжения. Кроме того, это помогает, предоставляя вам более доступные выходы. В то же время это экономит деньги, так как вам нужна только кнопка или ручка для управления несколькими устройствами. У нас вы можете приобрести защитное устройство любой конструкции. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.

ПРИНЦИП И КОНСТРУКЦИЯ СХЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Схема защиты от перенапряжения – это схема, которую многие называют защитой от скачков напряжения в линиях сети переменного тока; однако это не ограничивается, в частности, линиями электросети переменного тока. Устройство защиты от перенапряжения или устройство защиты от перенапряжения — это устройство, которое обеспечивает подавление перенапряжения или скачков напряжения, чтобы чувствительные устройства не были повреждены.
Устройство защиты от перенапряжения может выдерживать скачки напряжения до нескольких киловольт (в зависимости от типа устройства защиты от перенапряжения). Существуют также ограничители перенапряжения, рассчитанные только на несколько сотен вольт и так далее. Хотя устройство защиты от перенапряжения спроектировано так, чтобы выдерживать скачки высокого напряжения в течение короткого периода времени, оно не рассчитано на то, чтобы выдерживать высокое напряжение в течение длительного времени.
Всплеск — это внезапное повышение уровня или величины по сравнению с нормальным или стандартным значением. В электроэнергетике термин «всплеск» часто используется для описания скачков напряжения, скачков напряжения или скачков напряжения. Всплеск напряжения, всплеск или переходный процесс не являются постоянным событием. Это происходит только в течение короткого периода времени, но его более чем достаточно, чтобы уничтожить устройства, если не принять ответных мер.
Перенапряжение присутствует не только в линиях электропередач, но и в цепях с индуктивными свойствами. Однако наиболее разрушительным является скачок напряжения в линиях электропередач, который может достигать нескольких киловольт.
Устройство защиты от скачков напряжения в сети переменного тока обычно устанавливается в домах, офисах и зданиях для предотвращения повреждения приборов или устройств. Он должен быть установлен в разделе, где все устройства или приборы получают свои источники. Таким образом, все приборы будут защищены от перенапряжений и скачков напряжения в сети. Такой подход называется универсальной защитой от перенапряжения . Универсальный сетевой фильтр может не понадобиться, если все приборы или устройства имеют свою локальную схему защиты от перенапряжения.
Первичное устройство защиты от перенапряжения установлено в точке ввода электропроводки дома, офиса или здания. Он защитит все устройства или приборы, которые подключаются к линии после точки входа. В общем, первичный сетевой фильтр очень мощный; однако он огромный и громоздкий, а также дорогой.
Вторичное устройство защиты от перенапряжения не так эффективно и мощно, как первичное устройство защиты от перенапряжения.
Однако он портативный и удобный в использовании. В основном, этот тип защиты от перенапряжений легко подключается к розеткам. Он обеспечивает защиту только для устройств, получающих питание от розетки, в которой установлен вторичный фильтр защиты от перенапряжения.
На приведенной ниже схеме показано, как первичные и вторичные устройства защиты от перенапряжений устанавливаются в здании.
Существует несколько известных вторичных цепей защиты от перенапряжения. Одним из них являются так называемые удлинители . Удлинители легко подключаются к розетке. Помимо этого, он поставляется с несколькими розетками питания, к которым можно подключить несколько устройств и устройств и защитить их от скачков напряжения. Важнейшей особенностью удлинителя является возможность отключения питания в случае скачка напряжения.
Другим известным типом вторичного устройства защиты от перенапряжения является широко известный ИБП или источник бесперебойного питания . Некоторые сложные ИБП имеют встроенный сетевой фильтр, который обеспечивает ту же функцию безопасности, что и удлинитель.
, который может отключить питание при скачке напряжения. Этот тип защиты от перенапряжения является сложным, более сложным и, конечно же, дорогим. Основными компонентами этого типа являются датчик напряжения , контроллер 9.0326 и защелка/разблокировка цепи . Датчик напряжения будет контролировать линейное напряжение, контроллер будет считывать измеренное напряжение и решать, когда подавать сигнал об окончании напряжения в схему защелки/разблокировки. Цепь фиксации/разблокировки представляет собой управляемый силовой контактор или силовой выключатель, который может подключать или отключать сетевое напряжение.
Существует также устройство защиты от перенапряжения, которое не обеспечивает отключение напряжения, а просто ограничивает скачки напряжения и поглощает энергию. Этот тип защиты от перенапряжения обычно используется в качестве встроенной защиты от перенапряжения, например, в импульсном источнике питания. Этот тип защиты эффективен до нескольких тысяч вольт. Этот тип защиты от перенапряжения лучше всего описан в виде схемы, как показано ниже.
Устройство защиты от перенапряжения 1 на ЛИНИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1 и 2 называется защитой от перенапряжения в дифференциальном режиме. В то время как оба устройства защиты от перенапряжений 2 и 3 называются подавлением перенапряжения в обычном режиме. Дифференциальный режим подавления перенапряжений фиксирует любые скачки напряжения на ЛИНИИ 1 и 2 переменного тока. Он называется дифференциальным, потому что он устанавливается между двумя горячими проводами. С другой стороны, общий режим — это термин, используемый для устройств защиты от перенапряжения 2 и 3, поскольку оба они ограничивают переходные процессы напряжения на отдельном проводе под напряжением по отношению к земле или земле. В не столь жестких требованиях к перенапряжению устройства защиты от перенапряжения 1 уже достаточно, чтобы соответствовать стандарту. Однако для очень строгих требований, таких как более высокое импульсное напряжение, добавляются устройства защиты от перенапряжения 2 и 3.
Существует несколько причин возникновения скачка напряжения. Это может быть вызвано ударом молнии, переключением энергосистемы, например конденсаторными батареями, резонансными цепями с коммутационными устройствами, неисправной проводкой, а также внезапным включением и выключением выключателей, электродвигателей и других высокоиндуктивных приборов и устройств. Всплеск сетевого напряжения переменного тока присутствует в любой точке мира. Поэтому рекомендуется защищать устройства и приборы от этого разрушительного события.
Это общий путь, по которому перенапряжение или всплески напряжения могут попасть в устройства или устройства, использующие его.
Линии электропередач — это среда номер один для защиты от скачков напряжения, поскольку все электрические и электронные устройства используют питание от сети переменного тока. Перенапряжение в сети переменного тока распространено во всем мире.
РЧ-линии – включая антенну. Антенна чувствительна к удару молнии. Молния способна за короткое время вызвать очень высокий всплеск напряжения. Когда молния ударяет в антенну, она проникает в радиочастотный приемник.
Автомобильный генератор – В автомобильной электронике также определяется скачок напряжения. Это связано с тем, что генератор переменного тока может создавать всплеск высокого напряжения во время сброса нагрузки.
Индуктивные цепи/нагрузки – любые индуктивные цепи или нагрузки всегда вызывают перенапряжение. Чаще всего этот всплеск называют индуктивной отдачей.
IEC 61000-4-5 определяют стандарт для линий электропередач переменного тока. В таблице ниже приведены конкретные пояснения по классам и уровням напряжения. Таблица взята из приведенной ниже ссылки
”data-wp-preserve=”%3Cscript%3D%22%22%20async%3D%22%22%20src%3D%22https%3A%2F%2Fpagead2. googlesyndication.com%2Fpagead %2Fjs%2Fadsbygoogle.js%22%3E%3Cbr%3E%0A%3Cins%20class%3D%22adsbygoogle%22%20style%3D%22display%3Ablock%22%20data-ad-format%3D%22fluid%22%20data -ad-layout-key%3D%22-i2-7%2B2w-11-86%22%20data-ad-client%3D%22ca-pub-4168363785027310%22%20data-ad-slot%3D%227627764962%22%3E%3C%2Fins%3E%3Cbr%3E%0A%3Cscript%3E%3Cbr%20%2F%3E%0A%20%20%20%20%20(adsbygoogle%20%3D%20window. adsbygoogle%20%7C%7C%20%5B%5D).push(%7B%7D)%3B%3Cbr%20%2F%3E%0A%3C%2Fscript%3E”data-mce-placeholder=”1″ >
href=”http:
В соответствии с этим стандартом максимальное переходное напряжение, которое устройство должно выдержать и передать, составляет 4 кВ в классе 4 (хотя есть класс 5, но он по-прежнему называется классом 4).
Переходное напряжение, определяемое стандартом IEC 61000-4-5 , смоделировано на рисунке ниже. Оно имеет рост 1,2 мкс при длительности импульса 50 мкс. Таблица взята из ссылки 9 ниже.0003
AN4275 компании STMicroelectronics.
IEC 61000-4-5 также определяет формы тока короткого замыкания, как показано на рисунке ниже. Он имеет нарастание 8 мкс и ширину импульса 20 мкс. Таблица взята из AN4275 STMicroelectronics.
В таблице ниже приведены соответствующие уровни импульсного тока или тока короткого замыкания для каждого класса. Наихудшее значение составляет 2000 А. Таблица взята из AN4275 компании STMicroelectronics.
Какой ток короткого замыкания указан в IEC 61000-4-5? Чтобы ответить на этот вопрос, позвольте мне начать с того, что все оборудование, подключенное к линиям электропередач, должно иметь защиту от перенапряжения. Защита от перенапряжения работает путем ограничения переходных процессов напряжения до более безопасного уровня. путь короткого замыкания от источника к защитному устройству и обратно на землю источника.
Как спроектировать схему защиты от перенапряжения
Спроектировать устройство защиты от перенапряжения несложно. На самом деле, встроенная защита от перенапряжения для некоторого электронного оборудования может быть только одним устройством. Это может быть MOV или оксидно-металлический варистор или ограничители переходного напряжения TVS. Предположим, что на приведенном ниже рисунке защита от перенапряжения с 1 по 3 может быть MOV или TVS.
Иногда устройства защиты от перенапряжения между линиями переменного тока достаточно, чтобы соответствовать стандарту IEC. В некоторых случаях требуется схема защиты от перенапряжения между линией и землей. Это особенно важно при более высоких требованиях к перенапряжению (4 кВ и выше).
Использование MOV в качестве устройства защиты от перенапряжения
Основные свойства
MOV означает металлооксидный варистор; обычно используется для защиты от перенапряжения в линиях электропередач
MOV — резистор, зависящий от напряжения линейные и неомические характеристики тока и напряжения, но двунаправленные
Его работу также можно сравнить с двунаправленным ограничителем переходного напряжения TVS
Когда напряжение фиксации не достигается, он действует на разомкнутую цепь
Ниже приведена кривая напряжение-ток MOV. Как вы можете видеть , он имеет почти постоянное напряжение в квадранте 1 и 3, что делает его двунаправленным устройством. ZnO и SiC обозначают оксид цинка и карбид кремния соответственно. Это два распространенных материала, из которых изготавливается MOV.
Кредит владельцу этой фотографии
Выбор устройства
Для универсальной линии 90–264 В перем. TMOV14RP300ML2B7 от предохранителя Littel, его номинальное напряжение переменного тока составляет 300 В переменного тока, но его напряжение фиксации составляет 775 В при пиковом токе 50 А на основе таблицы данных.
Следующее, что необходимо проверить, это то, что номинальный импульсный ток MOV способен выдерживать уровень, указанный в Таблице 2 выше (с учетом максимального уровня). На основе выбранной таблицы данных MOV ниже, при 2000 А и длительности импульса 20 мкс, MOV способен выдержать более 15 ударов, но менее 100 ударов. На графике устройства, оценивающем 2000А, я нанес пунктирную линию.
Несмотря на то, что в техническом описании указано напряжение фиксации, оно может больше не действовать при 2000 А. На приведенном ниже графике показано соответствующее напряжение фиксации при 2000 А с использованием выбранного MOV. Пересечение желтых линий — это напряжение фиксации. Обратите внимание, что оно превышает 1000 В уже. Убедитесь, что все устройства, используемые в оборудовании, могут выдержать этот уровень напряжения. В противном случае рассмотрите другой MOV с более низким напряжением фиксации.
MOV Идеальное место для защиты от перенапряжения в линии электропередачи
MOV, который действует как устройство защиты от перенапряжения, должен быть установлен в непосредственной близости от предохранителя, как показано на рисунке ниже. При такой проводке, как только импульсный ток станет слишком большим, чтобы выдержать MOV, предохранитель сломается и разомкнет цепь, чтобы избежать возможных катастрофических последствий. отказ.
Подавление скачков напряжения в автомобилестроении
Как упоминалось выше, скачки напряжения возникают не только в линиях электропередачи переменного тока. Скачки напряжения также очень распространены в автомобильных системах. В автомобильных системах используется только свинцово-кислотная батарея с типичным напряжением полного заряда около 12,9V для 6 последовательно соединенных ячеек с напряжением 2,15 В на каждую ячейку. В расчетах часто используется максимальное напряжение батареи 14 В. Этот уровень не является разрушительным, и устройств с номинальным напряжением 30 В более чем достаточно, чтобы выжить в долгосрочной перспективе. Однако это восприятие правильно только в устойчивом состоянии, но не во время так называемого «сброса нагрузки». Сброс нагрузки — это термин, используемый для описания внезапного отключения аккумулятора во время зарядки от генератора переменного тока. Для системы 12 В может возникнуть сброс нагрузки. до пика 120 В и более чем достаточно, чтобы разрушить устройства, если не учитывать.
Кредит владельцу этой фотографии
Чтобы противодействовать этому сценарию сброса нагрузки, часто используется схема защиты от перенапряжения, такая как варистор.
В автомобилестроении форма сигнала сброса нагрузки определяется стандартом ISO 7637, как показано на рисунке ниже. Максимальное пиковое напряжение составляет 125 В. Длительность нарастания и ширины импульса (T1 и T) больше по сравнению со стандартом, определенным стандартом IEC 61000-4-5. .
Идеальное расположение ограничителей перенапряжений в автомобилестроении
Автор фото
Пример выбора варистора для низковольтного постоянного тока, такого как автомобильные системы
Требования к конструкции
Вход: 24 В пост. тока
Форма импульса тока для импульса 8/20 мкс; напряжения 1,2/50 мкс
Пиковый импульс тока: 800 А Чувствительные устройства для защиты рассчитаны на максимальное напряжение 250 В
.
Определите напряжение постоянного тока варистора
Для системы 24 В не выбирайте также варистор с номинальным напряжением 24 В. Вместо этого включите не менее 20% запаса прочности. Однако не преувеличивайте запас также, поскольку он будет соответствовать физически большому варистору. и более высокое напряжение фиксации.
Итак,
Напряжение варистора = 24 В x 1,2 = 28,8 В
Основываясь на списке низковольтных варисторов Littelfuse, я бы предпочел использовать деталь с номиналом 31 В постоянного тока
.
Выберите часть, которая соответствует импульсному току и количеству импульсов
Указанные выше детали с номинальным напряжением 31 В пост. часть, которая может удовлетворить его с запасом.
Ниже приведена зависимость длительности импульса в микросекундах от пикового тока перенапряжения в амперах для 14-миллиметровой детали, указанной в таблице выше. На основании графика при 800 А 14-миллиметровая деталь не может обеспечить требуемое количество импульсов. Поэтому не выберите эту часть.
Ниже приведен график для детали размером 20 мм. При пиковом импульсном токе 800 А устройство может гарантировать потребность в более чем 40 импульсах. Поэтому выберите деталь размером 20 мм.
Из приведенной выше таблицы есть две детали размером 20 мм.