. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Jednoduché přepěťové ochrany
27. května 2009 | Pandatron | Jednoduché přepěťové ochrany | Komentářů: 8  

Jednoduché přepěťové ochrany

Ucelený přehled a testy přepěťových ochran pro nízká napětí. Článek popisuje základní typy přepěťových ochran od diod až po tyristorové spínače a to včetně jejich praktických měření.

Jednoduché, neboli diskrétní přepěťové ochrany určené pro napětí do 20V jsou nejčastěji používány na analogových a digitálních vstupech zařízení. Zde chrání citlivé integrované elektronické prvky před účiny vyššího než povoleného napětí. Druhé použití (především tyristorových ochran) je poté na výstupech napájecích zdrojů a napájecích vstupech zařízení, kde chrání celé elektronické bloky před poruchami v napájecích zdrojích či před náhodným připojením nepovoleného napětí.

Ochrana Zenerovými diodami
Nejjednodušším způsobem ochrany analogových a digitálních vstupů je regulátor tvořený Zenerovou diodou a předřadným rezistorem.


Obr. 1: Jednoduchá diodová ochrana
 
Obr. 2: Symetrická diodová ochrana

Takové řešení se však v praxi téměř vůbec nevyužívá, neboť diody mají příliš malou strmost a (především u diod do 5-6V) i vysoký klidový proud. Vhodné jsou tak pouze v amatérských konstrukcích či v případech, kdy nám stačí pouze přibližné omezení a vyšší klidový proud zde není na škodu.

V následující tabulce jsou naměřené hodnoty napětí U1, U2 a příčného proudu I1 pro diodu s napětím 5V1 (obr. 1).

U1 [V] U2 [V] I1 [mA]
1,0 1,0 0,00
1,5 1,5 0,00
2,0 2,0 0,00
2,5 2,5 0,03
3,0 3,0 0,07
3,5 3,5 0,20
4,0 3,9 0,50
4,5 4,3 1,25
5,0 4,5 2,40
5,5 4,6 3,90
6,0 4,7 6,10
6,5 4,8 7,80
7,0 4,8 9,80

Ochrana varistory TVS
Součástky označované zkratkou TVS (Transient Voltage Suppressors) představují moderní ochranné prvky. Jejich princip je založen na skokové změně impedance ve hmotě, vyrobené lisování a spékáním práškové směsi složené z oxidů vybraných kovů.


Obr. 3: Základní zapojení TVS

Prvky TVS jsou vyráběné v nespočtu elektrických i mechanických provedení. U každého je (budeme-li vycházet například z konkrétní nabídky firmy AVX) uvedeno pracovní stejnosměrné a střídavé napětí. Dále pak mezní (zkratové) napětí, maximální průchozí špičkový proud a další údaje.
Například pro typ VC080509A200DP je tak v dokumentaci uvedeno:

Při praktickém měření součástky VC080509A200DP byla ověřena přibližná shoda s grafy uváděnými výrobcem. Při dosažení zhruba 20V došlo k trvalému (nevratnému) zkratu součástky a snížení průchozího odporu na zhruba 2 ohmy.

U1 [V] I1 [mA]
10 0,00
11 0,00
12 0,004
13 0,04
14 0,10
15 0,30
16 1,00
17 10,00
18 40,00
19 200,00
20 zkrat
 

Tranzistorová ochrana vstupů
V případě potřeby ochránit digitální či analogový vstup mikroprocesoru libovolného zařízení je nejvýhodnější použít jednoduché tranzistorové zapojení.


Obr. 4: Příklad ošetření 3,3V vstupů mikrokontroléru

Princip zapojení je velice jednoduchý a vychází z klasických paralelních regulátorů. Stoupne-li napětí na pinu INPUT nad hodnotu nastavenou odporovým děličem v bázi tranzistoru (zvýšenou o cca. 0,4V), dojde k postupnému otevírání tranzistoru a tím poměrně tvrdé stabilizaci napětí pinu INPUT na nastavenou mez. V klidovém stavu (tedy kdy INPUT je menší než nastavená mez) je však tranzistor zcela uzavřen a neprotéká jím žádný proud.

Následující tabulka uvádí praktickým pokusem změřená napětí a proud.

U1 [V] U2 [V] I1 [mA]
1,0 1,0 0,0
1,5 1,5 0,0
2,0 2,0 0,0
2,5 2,5 0,0
3,0 3,0 0,0
3,5 3,5 0,0
4,0 3,7 1,4
4,5 3,7 3,5
5,0 3,7 5,7

Tyristorové přepěťové ochrany
Následující tři přepěťové ochrany využívají jako spínací součástky tyristor, zapojený paralelně k napájecím svorkám (nejčastěji). Dojde-li k překročení nastavené úrovně, dojde k sepnutí tyristoru a tím zkratování svorek. Těm musí samozřejmě předcházet rychlá tavná pojistka, polyswitch a podobně, která není ve schématech zakreslena.

První tyristorová ochrana vychází z již dříve publikované konstrukce uvedené v článku Přepěťová ochrana.


Obr. 5: Základní tyristorová ochrana

Jako snímač napětí je zde však použita pevně daná Zenerova dioda s hodnotou zhruba o 1V vyšší, než jaké je výstupní napětí regulátoru. Zdvojení tyristorů je z důvodu potřeby poměrně velkého spínacího proudu u výkonových tyristorů (tedy Ty1), který by zde jinak poměrně nepříznivě ovlivňoval celkovou charakteristiku zapojení.

Druhá tyristorová ochrana je již podstatně dokonalejší a navíc umožňuje přesné nastavení spínacího prahového napětí.


Obr. 6: Rozšířená tyristorová ochrana s možností nastavení v rozsahu 2 až 25V

S uvedenými hodnotami je možné nastavit napětí v rozsahu zhruba 2 až 25 V. Tranzistory navíc umožňují sepnutí až 15 – 25 A výkonového tyristoru.


Obr. 7: Rozmístění součástek
 
Obr. 8: Plošný spoj (pro originál 600dpi klikněte)

Závěr
Uvedená zapojení a jednoduché konstrukce tak představují základní přepěťové ochrany s širokým polem použitelnosti. Kromě speciálních ochranných prvků, jako jsou zmíněné varistory TVS je však možné u řady výrobců nalézt i celou řadu specializovaných integrovaných obvodů, určených právě na ochranu průmyslových i vysoce citlivých zařízení.







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (8):

Zobrazit starší 30 dnů (8)...



Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
ID-12 - čtečka RFID
Modul čtečky bezkontaktní identifikace - RFID tagů s integrovanou anténou a dosahem 12 cm.
Skladem od 670 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007