فناوری حفاظت از منبع تغذیه تنظیم شده سوئیچینگ DC
دستگاه های سوئیچینگ پرقدرت مورد استفاده در تنظیم کننده سوئیچینگ جریان گران تر هستند و مدار کنترل پیچیده تر است. علاوه بر این، بار رگولاتور سوئیچینگ به طور کلی یک سیستم الکترونیکی است که با تعداد زیادی دستگاه بسیار یکپارچه نصب شده است. ترانزیستورها و دستگاه های یکپارچه مقاومت ضعیفی در برابر شوک های الکتریکی و حرارتی دارند.
بنابراین، حفاظت از رگولاتور سوئیچینگ باید ایمنی خود رگولاتور و بار را در نظر بگیرد. انواع مختلفی از مدارهای حفاظتی وجود دارد، در اینجا حفاظت از قطبیت، حفاظت برنامه، حفاظت از جریان بیش از حد، حفاظت از ولتاژ بیش از حد، حفاظت در برابر ولتاژ و حفاظت از گرمای بیش از حد و مدارهای دیگر وجود دارد. معمولاً چندین روش حفاظتی برای ترکیب شدن برای تشکیل یک سیستم حفاظتی کامل انتخاب میشوند.
مدار حفاظتی منبع تغذیه سوئیچینگ
ورودی رگولاتور سوئیچینگ DC معمولاً منبع تغذیه DC تنظیم نشده است. به دلیل عملکرد اشتباه یا اتصال تصادفی، قطبیت کلید آسیب می بیند که به منبع تغذیه سوئیچ آسیب می زند.
هدف از حفاظت از قطبیت این است که تنظیم کننده سوئیچینگ تنها زمانی کار کند که به منبع تغذیه DC تنظیم نشده با قطبیت صحیح متصل شود. حفاظت از قطبیت منبع تغذیه را می توان با استفاده از دستگاه های هدایت یک طرفه به دست آورد. ساده ترین مدار حفاظت از قطبیت در شکل نشان داده شده است. از آنجایی که دیود D باید از مجموع جریان ورودی رگولاتور سوئیچینگ عبور کند، این مدار برای رگولاتورهای سوئیچینگ کم مصرف مناسب تر است. در مورد توان بالا، مدار حفاظت از قطبیت به عنوان یک پیوند در حفاظت برنامه استفاده می شود که می تواند دیود پرقدرت مورد نیاز برای حفاظت قطبی را ذخیره کند و مصرف برق نیز کاهش می یابد.
حفاظت از برنامه
مدار منبع تغذیه تنظیمشده سوئیچینگ پیچیدهتر است و اساساً میتوان آن را به یک بخش کنترل کم مصرف و یک بخش سوئیچینگ با توان بالا تقسیم کرد. ترانزیستورهای سوئیچینگ دارای قدرت بالایی هستند. به منظور محافظت از ایمنی ترانزیستورهای سوئیچینگ هنگام روشن یا خاموش کردن منبع تغذیه، ابتدا باید مدارهای کنترل کم مصرف مانند مدولاتورها و تقویت کننده ها کار کنند. برای این منظور، لازم است از روش صحیح بوت اطمینان حاصل شود.
انتهای ورودی رگولاتور سوئیچینگ به طور کلی با یک فیلتر ورودی با اندوکتانس کوچک و ظرفیت بزرگ متصل می شود. در لحظه روشن شدن، جریان موج زیادی از خازن فیلتر عبور می کند و این جریان می تواند چندین برابر جریان ورودی معمولی باشد. چنین جریان موج بزرگی می تواند کنتاکت های کلیدهای برق معمولی یا رله ها را ذوب کرده و فیوز ورودی را منفجر کند. علاوه بر این، جریان هجومی می تواند به خازن ها آسیب برساند و عمر آنها را کوتاه کند و باعث خرابی زودرس شود. به همین دلیل، در هنگام راه اندازی باید یک مقاومت محدود کننده جریان وصل شود و خازن باید از طریق این مقاومت محدود کننده جریان شارژ شود. برای اینکه مقاومت محدود کننده جریان بیش از حد انرژی مصرف نکند و بر عملکرد عادی رگولاتور سوئیچینگ تأثیر نگذارد، از یک رله برای اتصال خودکار آن پس از فرآیند گذرا راهاندازی استفاده میشود، به طوری که منبع تغذیه DC مستقیماً برق را تامین میکند. رگولاتور سوئیچینگ، همانطور که در تصویر نشان داده شده است. این مدار را مدار "شروع نرم" تنظیم کننده سوئیچینگ می نامند.
3. حفاظت بیش از جریان
هنگامی که شرایط غیر منتظره ای مانند اتصال کوتاه بار، اضافه بار یا خرابی مدار کنترل وجود دارد، جریان عبوری از ترانزیستور سوئیچینگ در تثبیت کننده ولتاژ بسیار زیاد خواهد بود که باعث افزایش مصرف برق لوله و ایجاد گرما می شود. اگر دستگاه حفاظت از جریان اضافه وجود نداشته باشد، ترانزیستور سوئیچینگ پرقدرت ممکن است آسیب ببیند. بنابراین معمولاً در رگولاتورهای سوئیچینگ از حفاظت در برابر جریان اضافه استفاده می شود. به صرفه ترین و آسان ترین راه استفاده از فیوز است. به دلیل ظرفیت گرمایی کوچک ترانزیستور، فیوزهای معمولی به طور کلی نمی توانند نقش محافظتی ایفا کنند و معمولاً از فیوزهای سریع استفاده می شود. این روش دارای مزیت حفاظت آسان است، با این حال، مشخصات فیوز باید با توجه به الزامات منطقه کار ایمن ترانزیستور سوئیچ خاص انتخاب شود. نقطه ضعف این اقدام حفاظتی در برابر جریان بیش از حد، ناراحتی تعویض مکرر فیوز است.
حفاظت محدود کننده جریان و حفاظت قطع جریان که معمولاً در رگولاتورهای خطی استفاده می شود را می توان در رگولاتورهای سوئیچینگ اعمال کرد. اما با توجه به ویژگی های رگولاتور سوئیچینگ، خروجی این مدار حفاظتی نمی تواند مستقیماً ترانزیستور سوئیچینگ را کنترل کند، اما خروجی حفاظت جریان اضافه باید به یک فرمان پالسی برای کنترل مدولاتور برای محافظت از ترانزیستور سوئیچینگ تبدیل شود. به منظور تحقق حفاظت در برابر جریان اضافه، به طور کلی لازم است از یک مقاومت نمونه برداری به صورت سری در مدار استفاده شود که بر راندمان منبع تغذیه تأثیر می گذارد، بنابراین بیشتر در رگولاتورهای سوئیچینگ کم مصرف استفاده می شود. در منبع تغذیه تنظیم شده سوئیچینگ با توان بالا، با توجه به توان مصرفی، باید تا حد امکان از دسترسی به مقاومت نمونه برداری اجتناب شود. بنابراین، حفاظت از جریان بیش از حد معمولاً به حفاظت در برابر ولتاژ بیش از حد و کاهش ولتاژ تبدیل می شود.
4. حفاظت از اضافه ولتاژ
حفاظت اضافه ولتاژ رگولاتورهای سوئیچینگ شامل حفاظت اضافه ولتاژ ورودی و حفاظت اضافه ولتاژ خروجی است. اگر ولتاژ منبع تغذیه DC تنظیم نشده مانند باتری و یکسو کننده مورد استفاده توسط رگولاتور سوئیچینگ خیلی زیاد باشد، رگولاتور سوئیچینگ نمی تواند به طور عادی کار کند و حتی به دستگاه های داخلی آسیب می رساند. بنابراین استفاده از مدار حفاظت اضافه ولتاژ ورودی ضروری است.
5. حفاظت در برابر ولتاژ
هنگامی که ولتاژ خروجی کمتر از مقدار مشخص شده باشد، منعکس کننده یک ناهنجاری در منبع تغذیه DC ورودی، داخل رگولاتور سوئیچینگ یا بار خروجی است. هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه DC ورودی به کمتر از مقدار مشخص شده میرسد، ولتاژ خروجی رگولاتور سوئیچینگ کاهش مییابد و جریان ورودی افزایش مییابد که هم ترانزیستور سوئیچینگ و هم منبع تغذیه ورودی را به خطر میاندازد. بنابراین، تنظیم حفاظت در برابر ولتاژ ضروری است
6. حفاظت از گرمای بیش از حد
یکپارچگی بالا، وزن سبک و حجم کم رگولاتورهای سوئیچینگ، چگالی توان در واحد حجم را تا حد زیادی افزایش می دهد و الزامات اجزای داخل دستگاه منبع تغذیه برای دمای محیط کار آنها نیز بر این اساس افزایش می یابد. در غیر این صورت، عملکرد مدار بدتر می شود و قطعات پیش از موعد از کار می افتند. بنابراین، حفاظت از گرمای بیش از حد باید در رگولاتورهای سوئیچینگ با توان بالا تنظیم شود.
