Perlindungan Tegangan Lebih untuk Catu Daya

Perlindungan tegangan berlebih catu daya sangat berguna - beberapa kegagalan PSU dapat menyebabkan tegangan besar yang merusak pada peralatan. Perlindungan tegangan berlebih mencegah hal ini terjadi pada regulator linier dan catu daya mode sakelar.

Meskipun catu daya modern sekarang sangat andal, selalu ada kemungkinan kecil tapi nyata bahwa mereka bisa gagal.

Mereka bisa gagal dalam banyak cara dan satu kemungkinan yang sangat mengkhawatirkan adalah bahwa elemen pass seri, yaitu transistor pass utama atau FET mungkin gagal sedemikian rupa sehingga terjadi korsleting. Jika ini terjadi, tegangan yang sangat besar yang sering disebut sebagai tegangan berlebih dapat muncul pada sirkuit yang dialiri daya yang menyebabkan kerusakan besar pada seluruh peralatan.

Dengan menambahkan sedikit sirkuit proteksi ekstra dalam bentuk proteksi tegangan berlebih, adalah mungkin untuk melindungi dari kemungkinan yang tidak terduga tetapi membawa bencana ini.

Sebagian besar catu daya yang dirancang untuk pengoperasian peralatan bernilai tinggi yang sangat andal akan menggabungkan beberapa bentuk perlindungan tegangan berlebih untuk memastikan bahwa kegagalan catu daya tidak mengakibatkan kerusakan pada peralatan yang sedang dialiri daya. Ini berlaku untuk catu daya linier dan juga untuk catu daya mode sakelar.

Beberapa catu daya mungkin tidak menyertakan perlindungan tegangan berlebih dan ini tidak boleh digunakan untuk memberi daya pada peralatan mahal - dimungkinkan untuk melakukan sedikit desain sirkuit elektronik dan untuk mengembangkan sirkuit perlindungan tegangan berlebih kecil dan menambahkannya sebagai item tambahan.

Dasar-dasar perlindungan tegangan berlebih

Ada banyak cara di mana catu daya bisa gagal. Namun untuk memahami sedikit lebih banyak tentang perlindungan tegangan berlebih dan masalah rangkaian, mudah untuk mengambil contoh sederhana dari pengatur tegangan linier menggunakan dioda Zener yang sangat sederhana dan transistor seri.

Regulator seri dasar menggunakan dioda zener dan pengikut emitor

Meskipun pasokan yang lebih rumit memberikan kinerja yang lebih baik, mereka juga mengandalkan transistor seri untuk melewatkan arus keluaran. Perbedaan utama adalah cara tegangan regulator diterapkan ke dasar transistor.

Biasanya tegangan input sedemikian rupa sehingga beberapa volt dijatuhkan melintasi elemen pengatur tegangan seri. Hal ini memungkinkan transistor lulus seri untuk mengatur tegangan output secara memadai. Seringkali tegangan yang dijatuhkan pada transistor pass seri relatif tinggi - untuk suplai 12 volt, input mungkin 18 volt bahkan lebih untuk memberikan regulasi yang diperlukan dan penolakan riak, dll.

Ini berarti bahwa mungkin ada tingkat yang signifikan dari panas yang hilang di elemen pengatur tegangan dan dikombinasikan dengan lonjakan transien yang dapat muncul pada input, ini berarti selalu ada kemungkinan kegagalan.

Perangkat lulus seri transistor akan lebih sering gagal dalam kondisi rangkaian terbuka, tetapi dalam beberapa keadaan, transistor dapat mengembangkan hubungan pendek antara kolektor dan emitor. Jika ini terjadi, maka tegangan input yang tidak diatur penuh akan muncul di output regulator tegangan.

Jika tegangan penuh muncul pada output, maka dapat merusak banyak IC yang ada di sirkuit yang disuplai. Dalam hal ini sirkuit dapat diperbaiki secara ekonomis.

Cara kerja regulator pensaklaran sangat berbeda, tetapi ada keadaan di mana keluaran penuh dapat muncul pada keluaran catu daya.

Untuk catu daya yang diatur linier dan catu daya mode sakelar, beberapa bentuk perlindungan tegangan berlebih selalu disarankan.

Jenis perlindungan tegangan berlebih

Seperti banyak teknik elektronik, ada beberapa cara untuk mengimplementasikan kemampuan tertentu. Ini berlaku untuk perlindungan tegangan berlebih.

Ada beberapa teknik berbeda yang dapat digunakan, masing-masing dengan karakteristiknya sendiri. Performa, biaya, kompleksitas, dan mode operasi semuanya perlu dipertimbangkan saat menentukan metode mana yang akan digunakan selama tahap desain sirkuit elektronik.

• SCR Crowbar: Sesuai dengan namanya, rangkaian linggis menempatkan korsleting pada output catu daya jika terjadi kondisi tegangan berlebih. Biasanya thyristor, yaitu SCR digunakan untuk ini karena mereka dapat mengalihkan arus yang besar dan tetap menyala sampai ada muatan yang tersebar. Thyristor dapat dihubungkan kembali ke sekering yang meniup dan mengisolasi regulator dari tegangan lebih lanjut yang ditempatkan di atasnya.

  Sirkuit perlindungan tegangan lebih linggis thyristor

  Dalam rangkaian ini, dioda Zener dipilih sehingga tegangannya berada di atas tegangan operasi normal output, tetapi di bawah tegangan di mana kerusakan akan terjadi. Dalam konduksi ini, tidak ada arus yang mengalir melalui dioda Zener karena tegangan tembusnya belum tercapai dan tidak ada arus yang mengalir ke gerbang thyristor dan tetap mati. Catu daya akan beroperasi secara normal.

  Jika transistor pass seri di catu daya gagal, tegangan akan mulai naik - decoupling di unit akan memastikannya tidak naik secara instan. Saat naik, ia akan naik di atas titik di mana dioda Zener mulai berjalan dan arus akan mengalir ke gerbang thyristor yang menyebabkannya memicu.

  Ketika thyristor terpicu, itu akan mempersingkat output catu daya ke ground, mencegah kerusakan pada sirkuit yang diberi daya. Hubungan pendek ini juga dapat digunakan untuk meledakkan sekring atau elemen lain, mematikan pengatur tegangan dan mengisolasi unit dari kerusakan lebih lanjut.

  Seringkali beberapa decoupling dalam bentuk kapasitor kecil ditempatkan dari gerbang thyristor ke ground untuk mencegah transien tajam atau RF dari unit menjadi daya masuk ke sambungan gerbang dan menyebabkan pemicu palsu. Namun ini tidak boleh dibuat terlalu besar karena dapat memperlambat rangkaian yang menyala dalam kasus kegagalan yang nyata dan perlindungan mungkin terlalu lambat.

  Catatan tentang Perlindungan Tegangan Lebih dari Linggis Thyristor:

  Thyristor atau SCR, Silicon Controlled Rectifier dapat digunakan untuk memberikan perlindungan tegangan lebih di sirkuit catu daya. Dengan mendeteksi tegangan tinggi, rangkaian dapat menyalakan thyristor untuk menempatkan hubungan pendek atau linggis melintasi rel tegangan untuk memastikan tidak naik ke tegangan tinggi.

  Baca lebih lanjut tentang Sirkuit Proteksi Tegangan Lebih Linggis Thyristor.

• Penjepitan tegangan: Bentuk perlindungan tegangan berlebih lainnya yang sangat sederhana menggunakan pendekatan yang disebut penjepitan tegangan. Dalam bentuk yang paling sederhana dapat disediakan dengan menggunakan dioda Zener ditempatkan di output dari catu daya yang diatur. Dengan tegangan dioda Zener dipilih sedikit di atas tegangan rel maksimum, dalam kondisi normal tidak akan berjalan. Jika tegangan naik terlalu tinggi, maka akan mulai berjalan, menjepit tegangan pada nilai yang sedikit di atas tegangan rel.

  Jika kemampuan arus yang lebih tinggi diperlukan untuk catu daya yang diatur maka dioda Zener dengan buffer transistor dapat digunakan. Ini akan meningkatkan kemampuan arus pada rangkaian dioda Zener sederhana, dengan faktor yang sama dengan penguatan arus transistor. Karena transistor daya diperlukan untuk rangkaian ini, kemungkinan tingkat penguatan arus akan rendah - mungkin 20 - 50.

  Penjepit tegangan berlebih dioda zener
  (a) - dioda Zener sederhana, (b) - arus lebih tinggi dengan buffer transistor

• Pembatasan tegangan: Ketika perlindungan tegangan berlebih diperlukan untuk catu daya mode sakelar, teknik klem dan linggis SMPS kurang banyak digunakan karena persyaratan disipasi daya dan kemungkinan ukuran dan biaya komponen.

  Untungnya sebagian besar pengatur mode sakelar gagal dalam kondisi tegangan rendah. Namun seringkali bijaksana untuk menempatkan kemampuan membatasi tegangan jika terjadi kondisi tegangan berlebih.
  
  Seringkali ini dapat dicapai dengan merasakan kondisi tegangan berlebih dan mematikan konverter. Hal ini terutama berlaku dalam kasus konverter DC-DC. Saat menerapkan ini, perlu untuk memasukkan loop rasa yang berada di luar regulator IC utama - banyak regulator mode sakelar dan konverter DC-DC menggunakan chip untuk mencapai sebagian besar rangkaian. Sangat penting untuk menggunakan loop indera eksternal karena jika chip pengatur mode sakelar rusak yang menyebabkan kondisi tegangan berlebih, mekanisme indra juga dapat rusak.

  Jelas bentuk perlindungan tegangan berlebih ini membutuhkan sirkuit yang khusus untuk sirkuit tertentu dan chip catu daya mode sakelar yang digunakan.

Ketiga teknik tersebut digunakan dan dapat memberikan perlindungan tegangan berlebih catu daya yang efektif. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri dan pilihan teknik perlu dibuat tergantung pada situasi yang diberikan.

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan