Tecnologia di protezione dell'alimentazione regolata a commutazione CC
I dispositivi di commutazione ad alta potenza utilizzati nel regolatore di commutazione di corrente sono più costosi e il circuito di controllo è più complicato. Inoltre, il carico del regolatore switching è generalmente un sistema elettronico installato con un gran numero di dispositivi altamente integrati. I transistor e i dispositivi integrati hanno una scarsa resistenza agli shock elettrici e termici.
Pertanto, la protezione del regolatore di commutazione dovrebbe tenere conto della sicurezza del regolatore stesso e del carico. Esistono molti tipi di circuiti di protezione, qui ci sono protezione dalla polarità, protezione del programma, protezione da sovracorrente, protezione da sovratensione, protezione da sottotensione e protezione da surriscaldamento e altri circuiti. Di solito vengono selezionati diversi metodi di protezione da combinare per formare un sistema di protezione completo.
Circuito di protezione dell'alimentatore switching
L'ingresso a un regolatore di commutazione CC è generalmente un alimentatore CC non regolato. A causa di un funzionamento errato o di un collegamento accidentale, la polarità dell'interruttore verrà danneggiata, il che danneggerà l'alimentatore switching.
Lo scopo della protezione dalla polarità è di far funzionare il regolatore di commutazione solo quando è collegato a una fonte di alimentazione CC non regolata con la polarità corretta. La protezione dalla polarità dell'alimentazione può essere ottenuta utilizzando dispositivi a conduzione unidirezionale. Il circuito di protezione della polarità più semplice è mostrato in figura. Poiché il diodo D deve fluire attraverso la corrente di ingresso totale del regolatore switching, questo circuito è più adatto per regolatori switching a bassa potenza. In caso di alta potenza, il circuito di protezione della polarità viene utilizzato come collegamento nella protezione del programma, che può risparmiare il diodo ad alta potenza richiesto per la protezione della polarità e anche il consumo di energia sarà ridotto.
Protezione del programma
Il circuito dell'alimentatore regolato a commutazione è più complesso e può sostanzialmente essere suddiviso in una parte di controllo a bassa potenza e una parte di commutazione ad alta potenza. I transistor di commutazione sono ad alta potenza. Per proteggere la sicurezza dei transistor di commutazione durante l'accensione o lo spegnimento dell'alimentazione, i circuiti di controllo a bassa potenza come modulatori e amplificatori devono prima funzionare. A tal fine, è necessario garantire la corretta procedura di avvio.
L'estremità di ingresso del regolatore di commutazione è generalmente collegata con un filtro di ingresso con una piccola induttanza e una grande capacità. Al momento dell'accensione, una grande corrente di picco fluirà attraverso il condensatore del filtro e questa corrente di picco può essere diverse volte la normale corrente di ingresso. Una corrente di picco così elevata può fondere i contatti di normali interruttori o relè di alimentazione e far saltare il fusibile di ingresso. Inoltre, la corrente di spunto può danneggiare i condensatori, accorciandone la durata e causando guasti prematuri. Per questo motivo, all'avvio dovrebbe essere collegato un resistore limitatore di corrente e il condensatore dovrebbe essere caricato attraverso questo resistore limitatore di corrente. Per non far sì che il resistore limitatore di corrente consumi troppa energia e non influisca sul normale funzionamento del regolatore di commutazione, viene utilizzato un relè per cortocircuitarlo automaticamente dopo il processo transitorio di avvio, in modo che l'alimentatore CC fornisca direttamente alimentazione a il regolatore di commutazione, come mostra l'immagine. Questo circuito è chiamato il circuito "soft-start" di un regolatore a commutazione.
3. Protezione da sovracorrente
Quando si verificano situazioni impreviste come cortocircuito del carico, sovraccarico o guasto del circuito di controllo, la corrente che scorre attraverso il transistor di commutazione nello stabilizzatore di tensione sarà troppo grande, il che aumenterà il consumo energetico del tubo e causerà calore. Se non è presente un dispositivo di protezione da sovracorrente, il transistor di commutazione ad alta potenza potrebbe essere danneggiato. Pertanto, la protezione da sovracorrente è comunemente utilizzata nei regolatori di commutazione. Il modo più economico e semplice è usare un fusibile. A causa della ridotta capacità termica del transistor, i normali fusibili generalmente non possono svolgere un ruolo protettivo e vengono comunemente utilizzati fusibili ad azione rapida. Questo metodo ha il vantaggio di una facile protezione, tuttavia, la specifica del fusibile deve essere selezionata in base ai requisiti dell'area di lavoro sicura del transistor di commutazione specifico. Lo svantaggio di questa misura di protezione da sovracorrente è l'inconveniente della frequente sostituzione dei fusibili.
La protezione di limitazione della corrente e la protezione di interruzione della corrente comunemente utilizzate nei regolatori lineari possono essere applicate nei regolatori a commutazione. Tuttavia, in base alle caratteristiche del regolatore di commutazione, l'uscita di questo circuito di protezione non può controllare direttamente il transistor di commutazione, ma l'uscita della protezione da sovracorrente deve essere convertita in un comando a impulsi per controllare il modulatore per proteggere il transistor di commutazione. Per realizzare la protezione da sovracorrente, è generalmente necessario utilizzare un resistore di campionamento in serie nel circuito, che influirà sull'efficienza dell'alimentatore, quindi viene utilizzato principalmente nei regolatori di commutazione a bassa potenza. Nell'alimentatore regolato switching ad alta potenza, considerando il consumo di energia, l'accesso del resistore di campionamento dovrebbe essere evitato il più possibile. Pertanto, la protezione da sovracorrente viene solitamente convertita in protezione da sovratensione e sottotensione.
4. Protezione da sovratensione
La protezione da sovratensione dei regolatori a commutazione comprende la protezione da sovratensione in ingresso e la protezione da sovratensione in uscita. Se la tensione dell'alimentatore CC non regolato come batteria e raddrizzatore utilizzato dal regolatore di commutazione è troppo alta, il regolatore di commutazione non può funzionare normalmente e persino danneggiare i dispositivi interni. Pertanto, è necessario utilizzare un circuito di protezione da sovratensione in ingresso.
5. Protezione da sottotensione
Quando la tensione di uscita è inferiore al valore specificato, riflette un'anomalia nell'alimentazione CC in ingresso, all'interno del regolatore di commutazione o nel carico di uscita. Quando la tensione di alimentazione CC in ingresso scende al di sotto del valore specificato, la tensione di uscita del regolatore di commutazione diminuirà e la corrente di ingresso aumenterà, il che metterà in pericolo sia il transistor di commutazione che l'alimentazione di ingresso. Pertanto, è necessario impostare la protezione da sottotensione
6. Protezione contro il surriscaldamento
L'elevata integrazione, la leggerezza e il volume ridotto dei regolatori di commutazione aumentano notevolmente la densità di potenza per unità di volume e aumentano di conseguenza anche i requisiti dei componenti all'interno del dispositivo di alimentazione per la temperatura dell'ambiente di lavoro. In caso contrario, le prestazioni del circuito si deterioreranno e i componenti si guasteranno prematuramente. Pertanto, la protezione contro il surriscaldamento dovrebbe essere impostata nei regolatori di commutazione ad alta potenza.
