Защита от повышения напряжения.

На всех блоках с гидрогенераторами, а также на блоках с мощными турбогенераторами и трансформаторами устанавливается защита от повышения напряжения.

Заводы-изготовители допускают интенсивное использование стали магнитопроводов при изготовлении крупных генераторов и трансформаторов. При этом величина магнитной индукции достигает значений близких к насыщению стали магнитопроводов. Поэтому на мощных генераторах и трансформаторах повышение напряжения сверх номинального вызывает насыщение стали магнитопроводов и как следствие повышенный их нагрев.

Опасные повышения напряжения на генераторах и трансформаторах в блочных схемах возможны в режимах холостого хода и при внезапном отключении блока от сети (при неисправностях в системах возбуждения генераторов, при ошибочных действиях дежурных, а также в режимах сброса нагрузки на гидрогенераторах из-за увеличения оборотов агрегата и отказе в работе регулятора возбуждения).

Защита от повышения напряжения блоков мощностью 160 мВт и более (рис. 9-4) выполняется в виде 2-х ступенчатой защиты максимального напряжения с использованием 2-х реле напряжения (РН1 и РН2) типа РН-58/200, имеющих высокий коэффициент возврата (К_В0,95).

Рис. 9-4. Защита от повышения напряжения генератора блока генератор-трансформатор

а) – цепи тока и напряжения

б) – оперативные цепи

Первая ступень защиты с уставкой 1,2U_ном.Г не имеет выдержки времени и может действовать только в режиме холостого хода генератора (на развозбуждение генератора) или блока.

При работе блока на нагрузку 1 ступень защиты автоматически вводится из действия с помощью 3-х фазных реле тока типа

РТ-40/Р, размыкающих свои контакты при появлении тока нагрузки. При переходе генератора или блока в режим холостого хода 1 ступень защиты вводится в действие с выдержкой времени порядка 3с, перекрывающей длительность кратковременного повышения напряжения на генераторе или блоке при его отключении от сети.

Вторая ступень защиты с уставкой 1,41,5 U_ном.Г предназначена для защиты генератора и трансформатора, работающего в сети и действует на отключение блока и развозбуждение генератора с небольшой выдержкой времени порядка 0,30,5с отстроенной от кратковременных повышений напряжения в сети ВН блока.

Генераторы блоков работают с изолированной или заземленной через дугогасящую катушку нейтралью. Сеть генераторного напряжения (обмотка статора генератора – токоведущие части от генератора к трансформатору – обмотка блочного трансформатора) при этом обладает небольшой ёмкостью по отношению к земле и следовательно, величина тока однофазного замыкания на землю в сети генераторного напряжения обычно не превышает

5А.

В качестве защиты от однофазных замыканий на землю в статоре генераторов, работающих в блоке с трансформаторами широко применяют защиту максимального напряжения нулевой последовательности, выполненную на одном реле максимального напряжения, которое включается на обмотку разомкнутого треугольника трансформатора напряжения, установленного на главных выводах генератора.

Схема защиты представлена на рис. 9-5 и состоит из реле максимального нгапряжения 1, реле времени 2 и вольтметра

3. Реле напряжения включается на фильтр напряжения нулевой последовательности (к разомкнутому треугольнику генераторного ТН). Для правильной работы фильтра нейтраль первичной обмотки ТН должна быть обязательно заземлена, при этом напряжение на разомкнутом треугольнике

В нормальном режиме из-за погрешностей ТН и наличия третьих гармоник в напряжении в фазных э.д.с. вследствие искажения синусоидальной формы кривой, на зажимах размкнутого треугольника ТН появляется напряжение небаланса U_нб, поэтому напряжение срабатывания защиты должно удовлетворять условию:

U_{с. з.}>U_нб

Рис. 9-5. Схема защиты генератора блока от замыканий на землю с реле напряжения нулевой последовательности

а) схема защиты с ТН на выводах генератора;

б) зависимость U₀ и I_з от числа замкнувшихся на землю витков обмотки статора.

При замыканиях на землю (на корпус) обмотки генератора появляется напряжение нулевой последовательности U_{0 Г} = U_Ф.Г.,

где:
	–	количество замкнувшихся на землю витков обмотки статора генератора, %;
UФ. Г.	–	фазное напряжение генератора.

Защита срабатывает при условии 3U_{0 Г}>U_с.з..

На рис. 9-5, б представлена зависимость напряжения нулевой последовательности U_{0 Г} и тока замыкания на землю I_з от числа замкнувшихся витков, из которой видно, что рассматриваемая защита имеет зону нечувствительности (мёртвую зону) если U_с.з.<3U_{0 Г}=_xU_Ф.Г.,

где:
х	–	число витков, при которых U0 Г. недостаточно для действия защиты

Обычно уставка срабатывания защиты выбирается порядка U_с.з.=0,15U_Ф.Г. (U_с.р.=15 В), при этом защита надёжно отстроена от напряжений небаланса появляющегося на обмотке разомкнутого треугольника ТН в реальных эксплуатационных режимах, в том числе защита не реагирует на замыкания на землю в сети собственных нужд, но может сработать при замыканиях на землю в сети ВН блочного трансформатора.

На генераторах, имеющих ток замыкания на землю менее 5А защиту выполняют с действием на сигнал с выдержкой времени порядка

0,51,5с, а при токах замыкания на землю более 5А устанавливают в нулевой точке генератора дугогасящую катушку, компенсирующую ёмкостный ток генератора до величины меньше 5А.

Для повышения чувствительности защиты реле максимального напряжения включают через фильтр третьей гармоники (используют специальное реле с фильтром типа РНН-57), что значительно снижает уставку защиты (до величины 4-5 В).

Недостатком рассмотренной максимальной защиты напряжения нулевой последовательности является наличие зоны нечувствительности при замыкании вблизи нулевых выводов обмотки статора. Вероятность повреждений в указанной зоне возросла в связи с использованием на мощных генераторах (300 мВт и выше) непосредственного охлаждения обмотки статора. Поэтому в последние годы

на генераторах с непосредственным охлаждением применяют защиту типа ЗЗГ-1, не имеющей мёртвую зону (так называемую «100% земляную защиту генератора»).

Схема подключения ЗЗГ-1 приведена на рис. 9-6.

Рис. 9-6. Схема подключения реле ЗЗГ-1

Защита состоит из 2-х реле: органа основной гармоники и органа третьей гармоники.

Орган первой гармоники представляет собой максимальное реле напряжения с фильтром высших гармоник, пропускающим только напряжение основной гармоники.

Реле подключается к разомкнутому треугольнику ТН генератора и предназначено для защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора со стороны главных выводов генератора.

Орган третьей гармоники представляет собой реле напряжения с торможением, в котором рабочее напряжение представляет собой сумму напряжений третьей гармоники , а тормозным напряжением является напряжение нейтрали. Реле подключается к разомкнутому треугольнику

ТН генератора и ко вторичной обмотке ДГК (или ТН нейтрали генератора) и предназначено для защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора со стороны нулевых выводов генератора.

Орган третьей гармоники срабатывает в режимах, когда

U_раб=>U_торм=,

где:
	–	напряжение нейтрали генератора;
	–	напряжение на главных выводах генератора.

Коэффициент торможения реле обычно принимают равным:

Значения напряжений третьей гармоники как на главных выводах, так и в нейтрали генератора относительно малы. Отношение этих напряжений практически не изменяется и не зависит от изменения нагрузки и режима работы генератора.

Орган 3-ей гармоники реагирует на отношение модулей векторов

и ,

где:
и	–	векторы напряжений 3-ей гармоники в нейтрали и на главных выводах генератора

В нормальном режиме (без замыкания на землю) защита ЗЗГ-1 не работает так как во-первых орган основной гармоники имеет уставку срабатывания превышающую напряжение небаланса на разомкнутом треугольнике ТН генератора U_{с. з1}>U_нб, и во-вторых суммарное напряжение (в рабочем контуре реле близко к нулю || и || противоположны по фазе, а в тормозном контуре действует напряжение надёжно блокируя орган третьей гармоники.

При замыкании на землю на главных выводах или в части обмотки статора со стороны главных выводов генератора орган основной гармоники срабатывает т.к. на разомкнутом треугольнике ТН генератора появляется напряжение 3U₀=U_Ф.Г.>U_с.з.1=0,15U_Ф.Г.

Орган третьей гармоники не работает, так как при замыкании на землю одной из фаз на выводах генератора напряжение равно нулю, при этом напряжение в рабочем и тормозном контурах будут равны. Срабатывание или несрабатывание защиты в этом случае зависят от коэффициента торможения, а так какК_Т настраивается равным 2, то орган третьей гармоники будет блокирован.

При замыкании в нейтрали напряжение третьей гармоники снижается до нуля, а возрастает, при этом тормозное напряжение также снижается до нуля, а рабочее возрастаетU_раб>U_торм и орган третьей гармоники срабатывает. Орган первой гармоники в этом режиме не работает т.к. имеет мёртвую зону со стороны нейтрали.

Защита ЗЗГ-1 действует на отключение и развозбуждение генератора.

Выводы:

1. В качестве защиты от однофазных замыканий на землю в статоре блочных генераторов с косвенным охлаждением применяют защиту максимального напряжения нулевой последовательности выполненную на одном реле максимального напряжения подключаемым к обмотке разомкнутого треугольника трансформатора напряжения установленного на главных выводах генератора. Защита выполняется с действием на сигнал и имеет «мёртвую зону» со стороны нейтрали генератора.

2. Для защиты блочных генераторов с непосредственным охлаждением (мощностью более 300 мВт) применяют защиту от замыканий на землю, не имеющую зоны нечувствительности типа ЗЗГ-1. Защита выполняется с действием на отключение и развозбуждение генератора.

ЗАЩИТА ОТ ПОВЫШЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Как известно, простой предохранитель защищает от протекания слишком большого тока, но как защитить схему от перенапряжения (не связанным с увеличением тока)? Потенциальных угроз много: от ударов молнии до включения устройства с 110 В на розетку 220 В или статики от наэлектризированной одежды.

Защита стабилитронами

В цепях низкого напряжения, часто ставят специальные стабилитроны трансил (Transil), с улучшенным параметром мощности. Работают они так же, как и прототипы: начинают проводить при превышении установленного напряжения. Часто их можно встретить на сигнальных входах в электронном оборудовании, потому что они дополнительно характеризуются небольшой емкостью (не будут мешать тракту передачи) и их легко объединять в структуры из нескольких частей.

Переходы их бывают односторонние и двухсторонние. Первый действует как стабилитрон, в то время как второй можно понимать как два идентичных стабилитрона, соединенных последовательно, один из которых направлен против другого. В результате напряжение ограничивается одним и тем же значением независимо от его полярности. Двунаправленные переходы часто встречаются в сетевых устройствах, где есть переменное напряжение. Эти элементы защиты чаще всего используются такого типа, чтобы они не ломались, то есть рассеивали временную избыточную энергию и возвращались в состояние покоя.

Transil выдерживает более высокие мгновенные мощности, он как большой стабилитрон в маленьком корпусе. Transil – это название, зарезервированное для продуктов ST, другое название – TVS-диод (диод подавления переходного напряжения).

Защита диодами

Стоит упомянуть еще об одном популярном способе защиты входов: с помощью фиксирующих диодов. Иногда вы можете встретить термин ceradiode применительно к защите сигнальных линий, они работают в более широком диапазоне напряжений – так что ближе к трансилам.

А вот ограничивающие диоды – это два полупроводниковых диода (например, диоды Шоттки), соединенные последовательно. Потенциалы, к которым они подключены, определяют крайние значения входного сигнала. Чаще всего нижний подключается к земле (0 В), а верхний – к источнику питания (например 5 В). Если входное напряжение хочет упасть ниже -0,7 В или подняться выше 5,7 В, один из диодов откроется и проведет ток на землю или питание, соответственно. Этот тип защиты очень часто можно встретить в интегральных микросхемах, возле ножек, ведущих сигналы. Также можно разместить такие диоды на плате в виде дискретных элементов – тогда они смогут проводить более высокие токи.

Защита варисторами

Еще один элемент, который часто можно найти в схемах с питанием от сети, – это варистор. По-сути это резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Если оно низкое, ниже порога установленного производителем, сопротивление варистора огромно и через него проходит очень небольшой ток. Но если напряжение становится слишком высоким, сопротивление варистора почти сразу падает. Их часто комбинируют с предохранителями, потому что уменьшение сопротивления варистора вызывает скачок потребляемого тока, и здесь предохранитель просто перегорает и отсекает источник слишком высокого напряжения.

Сам варистор тоже кандидат на замену только после такого действия, потому что на мгновение на нем выделяется колоссальная мощность. Однако это меньшее зло по сравнению с возможным повреждением всего ценного устройства, такого как компьютер или ИБП. Иногда варистор соединяется с тепловой защитой, чтобы предотвратить рассеяние слишком больших потерь мощности.

В принципе варистор работает почти так же, как стабилитрон, но имеет меньшую характеристику. Преимущество в том, что он может выдерживать более высокие энергии, чем TVS-диод.

Варистор не является одноразовым элементом, он может выдерживать несколько импульсов, если энергия не слишком высока. TVS-диод также будет поврежден, если энергия будет слишком высокой. Если энергия перенапряжения превышает возможности TVS-диода или стабилитрона, элемент выходит из строя из-за короткого замыкания, что является большим преимуществом, поскольку закороченный элемент также замыкает защиту устройства от перенапряжения. При еще более высоких энергиях элемент может выйти из строя при обрыве, тогда конечно и защищаемое устройство также повредится.

Варистор, в отличие от TVS-диода, как бы изнашивается после каждого поглощенного перенапряжения, следовательно напряжение, при котором он начинает проводить, немного уменьшается. Когда такой уставший варистор в цепи сети начинает проводить уже при 220 В, выделяется много энергии и варистор сгорает. Большой элемент с очень высокой температурой горения может повредить прибор, для чего добавлена тепловая защита. Часто это простая защита паяного соединения, которая разрывается пружиной при расплавлении припоя.

Защита разрядниками

В сигнальных линиях, например на телефонных станциях или интернет распределителях LAN, можно найти газовые искровые разрядники, в которых при превышении определенного напряжения зажигается дуга с низким сопротивлением, ограничивающая напряжение на искровом промежутке.

Искровой разрядник (грозозащитный разрядник) выдерживает самые высокие энергии, но работает с некоторой задержкой и пропускает начальный импульс порядка 1 кВ. Часто поэтому между грозозащитным разрядником и варистором имеется связка, а иногда и TVS-диод. Они подключаются не напрямую, а через дроссели. Элементы защиты сопровождаются дополнительными цепями с сопротивлениями и индуктивностями, которые ограничивают ток или уменьшают скорость нарастания тока. Подробнее о схемотехнике защитных устройств читайте на форуме.

Форум по схемам

Защита от перенапряжения в автомобильных системах

Скачать PDF

Abstract

Компоненты электронных систем автомобиля, такие как датчики и исполнительные механизмы, требуют защиты от перенапряжения, переходного напряжения и обратного напряжения. В этом примечании по применению обсуждаются некоторые схемы защиты дискретных цепей, подходящие для использования с микросхемами согласования датчиков Maxim.

Электронные схемы должны выдерживать некоторую степень перенапряжения и/или обратного напряжения в линиях электропитания. Это особенно актуально для автомобильных систем, где основной источник питания любой конкретной электронной системы автомобиля должен выдерживать различные условия перенапряжения и переходного напряжения, включая сброс нагрузки генератора. Компоненты электронной системы, расположенные после основного источника питания, защищены от наихудших условий питания. К таким компонентам, установленным на расстоянии от основного электронного модуля, предъявляются дополнительные требования по отказоустойчивости проводки из-за их близости к жгуту проводов автомобиля.

Компоненты, установленные удаленно от основного электронного модуля, включают в себя датчики и приводы, которые обычно должны выдерживать подачу напряжения ±16 В на любую комбинацию их открытых соединений. Целью этого теста является имитация неисправности жгута проводов, которая приводит к короткому замыканию проводов на соединения аккумуляторной батареи автомобиля.

Многие современные интегральные схемы рассчитаны на работу от номинального источника питания 5 В и с трудом допускают подачу напряжения ±16 В на свои выводы. Поэтому необходима какая-то схема защиты.

Любая схема защиты от перенапряжения должна выполнять две основные функции. Во-первых, предотвратить подачу напряжения выше максимально допустимого на выводы микросхемы. Следовательно, требуется значение напряжения срабатывания (напряжение источника питания, выше которого сработает схема защиты), которое позволит системе функционировать при нормальном напряжении питания. Вторая задача состоит в том, чтобы схема защиты не мешала нормальному функционированию схемы. Этот второй момент касается в первую очередь падений напряжения питания, вызванных схемой защиты. Это наиболее важно в логометрических измерительных системах, где любое падение напряжения питания будет отображаться как смещение в соответствующем измерении. В дополнение к этим двум основным пунктам схема защиты должна быть достаточно быстрой, чтобы реагировать на любые переходные процессы, которые могут возникнуть в линии электропитания. Схема с дискретными компонентами, отвечающая этим требованиям защиты от перенапряжения, представлена ​​на рис. 1.9.0004

Рис. 1. Дискретная схема защиты от перенапряжения.

Как это работает

Основным проходным элементом в схеме защиты, показанной на рис. 1, является PNP-транзистор Q1. Следует соблюдать осторожность при выборе этой детали, так как любые перепады напряжения питания будут определяться характеристиками этого транзистора. Для этой цели использовалось устройство Zetex FMMT718. FFMT718 относится к семейству устройств с очень низкими значениями напряжения насыщения VCE. Это сводит к минимуму падение напряжения, вызванное наличием схемы защиты. Транзистор Q2 действует как управляющий элемент для Q1 и включится (выключит Q1), когда напряжение на входе источника питания станет равным сумме напряжений стабилитрона из-за собственного напряжения VBE диода D1 и Q2 на коллекторе. ток около 650мкА. Q2 и D1 вместе создают типичное напряжение срабатывания 5,85 В при 25°C. Приблизительно 0,53 В из этого числа приходится на напряжение VBE транзистора Q2. Остальные 5,32 В вырабатываются на D1. Обратите внимание, что стабилитрон D1, хотя и имеет номинальное напряжение 5,6 В, работает с очень низким обратным током, около 200 мкА, как определено VBE Q2 вместе с резистором 2,7 кОм. При этом токе напряжение стабилитрона ниже характерного «колена» и поэтому меньше номинального значения. Резистор 6,8 кОм, подключенный к базе Q1, обеспечивает ток, необходимый для поддержания Q1 во включенном состоянии в нормальных условиях.

Схема работает для отключения нагрузки в условиях перенапряжения. То есть Q1 отключается при обнаружении состояния перенапряжения, отключая питание от нагрузки. Q1 снова включится, когда состояние перенапряжения будет устранено. Одна из привлекательных сторон схемы этого типа заключается в ее скорости отклика. Схема на рис. 1 не использует обратную связь, поэтому нет необходимости преодолевать эффекты демпфирования высокого порядка или ограничения скорости нарастания. Доступна полная скорость составных частей, чтобы предотвратить попадание переходных процессов питания на нагрузку.

Для удобства был выбран Q2 того же типа, что и для Q1, хотя особых требований к этому устройству нет и можно заменить почти любое устройство PNP.

Защита от обратного напряжения

Схема на Рисунке 1 выдерживает обратное напряжение питания всего около -5В. Обратные напряжения пробоя переходов база-эмиттер Q1 и Q2 определяют эту цифру. Поэтому для обеспечения возможности защиты от обратного напряжения (-16 В) требуется дополнительная схема. Любое из двух простых дополнений к схеме на рис. 1 обеспечит необходимую защиту от обратного напряжения. В первом методе используется полевой МОП-транзистор с p-каналом, как показано на рис. 2. Если сконфигурировать полевой МОП-транзистор, как показано, диод в корпусе устройства будет автоматически открываться при наличии напряжения питания более 0,5 В. Внутренний диод этого транзистора является необходимой деталью, так как без него схема не запустится. Добавление этого компонента обеспечивает функцию отключения в условиях обратного напряжения. Единственным требованием к MOSFET с обратной защитой является то, что он должен быть с низким уровнем логического уровня. Показано устройство Si3441DV, но его можно заменить любым аналогичным устройством.

Рис. 2. P-канальный МОП-транзистор в качестве элемента защиты от обратного напряжения.

Производительность цепи

Характеристики схемы защиты на рис. 2 можно определить по двум основным измерениям: значение напряжения срабатывания и прямое падение напряжения. График на рисунке 3 показывает зависимость напряжения срабатывания от температуры для этой цепи. Измерения для рис. 3 проводились с использованием микросхемы формирования сигнала датчика MAX1455 в качестве цепи нагрузки с развязывающим конденсатором емкостью 1 мкФ на выводах питания микросхемы. Номинальный потребляемый ток схемы ИС во время теста составлял 3 мА. Изучая график на рис. 3, мы видим, что напряжение срабатывания схемы защиты имеет температурный коэффициент -4 мВ/°C. Половина этой цифры обусловлена ​​температурной характеристикой VBE транзистора Q2. Остальное производится стабилитроном D1. Если требуется более точное значение напряжения срабатывания (которое меньше зависит от температуры), то стабилитрон можно заменить более высокоэффективным опорным напряжением.

Рис. 3. Напряжение срабатывания в зависимости от температуры для схемы на Рис. 2.

Характеристика защиты от обратного напряжения схемы на Рисунке 2 может быть охарактеризована обратной утечкой, измеренной в зависимости от температуры при подаче на вход питания -16 В. Результаты, полученные для характеристик обратной утечки схемы на Рисунке 2, показаны в Таблице 1, в которой характеристика обратной утечки представлена ​​как значение сопротивления утечки.

Таблица 1. Сопротивление обратной утечки в зависимости от температуры

Температура (°С)	обратная утечка Сопротивление (Ом)
-40	–
-5	–
25	–
60	–
95	2,64Е+12
125	3. 36Е+11

Примечание. Обратный ток утечки, измеренный в диапазоне от -40°C до 60°C, фактически равен нулю (бесконечное сопротивление утечки).

Прямое падение напряжения в схеме защиты на рис. 2 было измерено при трех напряжениях питания — 4,5 В, 5 В и 5,5 В — для температур в диапазоне от -40°C до 125°C. Полученные результаты представлены на графике Рисунок 4.

Рисунок 4. Прямое падение напряжения в зависимости от температуры для схемы на рисунке 2.

Изучение результатов на Рисунке 4 показывает, что прямое падение напряжения в цепи на Рисунке 2 составляет менее 6 мВ для температур в диапазоне от -40°C до 125°C. Влияние падения напряжения питания на погрешности логометрических измерений такое же, как и на любые другие системные смещения, если схема была откалибрована с установленной схемой защиты. При изменении напряжения питания на 10 % ошибка, вызванная любым смещением в системе, составит 10 % от значения смещения. Таким образом, смещение 6 мВ (падение напряжения) вызовет ошибку логометрического измерения 0,6 мВ при изменении источника питания на 10%. В системе, где выходной диапазон установлен на 4 В, эта ошибка 0,6 мВ будет соответствовать погрешности измерения 0,015% диапазона.

Менее дорогая защита от обратного напряжения

В схеме на рис. 2 в качестве элемента защиты от обратного напряжения используется полевой МОП-транзистор с каналом p-типа. Преимущество этого заключается в отключении нагрузки при обратном напряжении и, следовательно, не предъявляет особых требований к источнику питания. Менее дорогой альтернативой этому является использование простого диода, подключенного к источнику питания, в качестве элемента защиты от обратного хода. Эта компоновка показана на рис. 5, но ее можно использовать только в том случае, если основной источник питания системы имеет ограничение по току или плавкий предохранитель. Диод защищает схему, проводя каждый раз, когда на входы питания схемы подается обратное напряжение. Диод должен быть рассчитан на максимальный ток или номинал предохранителя источника питания системы.

Рис. 5. Использование диода в качестве элемента защиты от обратного напряжения.

Формирователь сигнала полного датчика Схема защиты от перенапряжения/обратного напряжения

На рис. 6 показана полностью защищенная схема формирования сигнала датчика, использующая схемы, описанные выше, с микросхемами формирования сигнала MAX1452-MAX1455. Схема, показанная на рис. 5, защищает основной источник питания MAX1455. Последовательные резисторы обеспечивают дополнительную защиту выходных сигналов. Значения последовательного сопротивления выбираются таким образом, чтобы не превысить максимальный указанный ток через штырь в ИС, при замыкании ±16 В на сигнальных линиях.

Рис. 6. Полностью защищенная схема формирователя сигналов датчика выдерживает подачу ±16 В на любое проводное соединение.

Понимание плюсов и минусов защиты от перенапряжения

При тестировании ваших устройств может стать очевидным, что устройство нуждается в защите от перенапряжения. Большинство источников питания предлагают некоторую форму схемы защиты от перенапряжения (OVP). Целью схемы OVP является обнаружение, а затем быстрое устранение состояния перенапряжения, чтобы предотвратить повреждение тестируемого устройства (DUT). Однако важно понимать, как работает OVP вашего блока питания, чтобы максимизировать его преимущества.

Скачать эту статью в формате .PDF Этот тип файла включает в себя графику и схемы высокого разрешения, если это применимо.

Что вызывает перенапряжение?

Сам блок питания может быть источником перенапряжения. Сбой внутри источника питания может вызвать неожиданное и неконтролируемое высокое напряжение на тестируемом устройстве. Также возможно, что перенапряжение вызвано не сбоем источника питания, а какой-то ошибкой пользователя, когда пользователь программирует источник питания выше, чем может выдержать тестируемое устройство.

Причиной перенапряжения может быть внешний источник питания. Тестируемое устройство может быть подвержено перенапряжению из-за короткого замыкания проводов внутри разъема или жгута проводов, что создает высокое напряжение на тестируемом устройстве. Или матрица переключателей может выйти из строя или быть запрограммирована неправильно, что приведет к возникновению высокого напряжения на тестируемом устройстве. В этих случаях на помощь придет схема OVP блока питания. Если детектор видит напряжение выше установленного порога OVP, OVP срабатывает, и источник питания пытается снять перенапряжение с ИУ.

Как работает OVP?

Цепи OVP могут быть стационарными или отслеживающими, а также локальными или удаленными. Фиксированный OVP позволяет установить фиксированный порог напряжения вручную или дистанционно. Это фиксированное значение, при котором, когда выходное напряжение источника питания превышает это значение, срабатывает цепь OVP, и источник питания пытается снизить перенапряжение на своем выходе. Выходное напряжение источника питания можно изменить, а пороговое значение OVP останется прежним.

Отслеживающий OVP позволяет установить пороговое значение, которое зависит от выходного напряжения. Например, отслеживание OVP может быть установлено на 0,5 В или на 10 % выше запрограммированного выходного напряжения. Таким образом, OVP всегда выше и отслеживает настройку выхода. Хотя это звучит хорошо, возникает проблема: если вы запрограммируете неправильное значение для источника питания, OVP также будет запрограммирован неправильно. Если вы хотели запрограммировать 2,5 В, а случайно запрограммировали 25 В, то OVP будет установлено выше 25 В и не защитит от этого перенапряжения, вызванного пользователем.

Локальный OVP контролирует состояние перенапряжения на выходных клеммах источника питания. Удаленный OVP отслеживает состояние перенапряжения в удаленной точке измерения источника питания. (Для получения дополнительной информации о дистанционном измерении см. «Дистанционное считывание улучшает подачу напряжения при больших токах». ) ложно споткнувшись, он быстро становится неприятностью. С другой стороны, если OVP может пропустить реальное состояние перенапряжения, то это становится опасным. Давайте посмотрим, как работает каждый тип OVP в отношении ложных срабатываний или необнаруженных событий перенапряжения.

1. Фиксированный локальный OVP может дать ложное срабатывание при возникновении больших падений напряжения в отведениях.

Фиксированный-локальный OVP (рис. 1): Это наиболее распространенная реализация OVP. Представьте, что у вас есть длинные провода, идущие к тестируемому устройству, что означает большое падение напряжения в проводах. Если вам нужно 5 В на ИУ, но в проводах есть падение на 1 В, источник питания должен будет выдавать 6 В, чтобы подать 5 В на ИУ. Так что же вы устанавливаете пороговый уровень OVP? Если вам нужна защита от перенапряжения на уровне 5,5 В, OVP выдаст ложное срабатывание, поскольку локальный OVP увидит 6 В, когда DUT находится на уровне 5 В. Решением может быть установка OVP на более высокий уровень, чтобы предотвратить ложное срабатывание, но что обеспечивает меньшую защиту. Другим решением было бы дистанционное обнаружение перенапряжения на ИУ (т. е. в удаленной точке измерения), а не локально на выходе источника питания.

2. Локальный OVP с отслеживанием может дать ложное срабатывание, если конденсатор в ИУ на мгновение остается заряженным до того, как источник питания сможет снизить напряжение на конденсаторе ИУ.

Локальный OVP слежения (рис. 2): Представьте, что в ИУ имеется большой конденсатор, а локальный OVP слежения установлен на 0,5 В выше запрограммированного напряжения. Вы получаете 5 В на ИУ, поэтому локальный OVP слежения установлен на 5,5 В. Теперь вы хотите перепрограммировать до 1 В, поэтому вы устанавливаете источник питания на 1 В, а локальный OVP слежения переходит в 1,5 В. Но на большом конденсаторе ИУ все еще есть 5 В, так как для падения напряжения на конденсаторе требуется время. Однако схема OVP видит больше 1,5 В и ложно отключается из-за кратковременного (и ожидаемого) перенапряжения. Решением в этом случае может быть установка некоторой задержки, позволяющей конденсатору разрядиться, но эта задержка означает, что существует отрезок времени, когда тестируемое устройство не защищено.

3. Дистанционно-отслеживающий OVP опирается на линии дистанционного зондирования; тем не менее, обрыв линии дистанционного измерения может привести к состоянию OVP и неспособности обнаружить перенапряжение, в результате чего тестируемое устройство останется незащищенным.

Отслеживающий дистанционный OVP (рис. 3): Таким образом, отслеживающий OVP (с задержкой) позаботится об изменении напряжения во время теста, а удаленный позаботится о потерях выводов. Таким образом, OVP с удаленным отслеживанием (с задержкой) звучит как лучшее из обоих миров. Однако теперь вы полагаетесь на линии считывания для правильной работы для защиты тестируемого устройства. Это хорошая идея?

В тестовой системе часто обрываются линии дистанционного управления. Без измерительных проводов выходное напряжение обычно возрастает на источнике питания (обратная связь по измерительным линиям отсутствует, поскольку сенсорные линии разорваны). Повышение напряжения вызывает состояние перенапряжения.