DC-kytkentäsäädellyn virtalähteen suojaustekniikka
Virrankytkentäsäätimessä käytetyt suuritehoiset kytkinlaitteet ovat kalliimpia ja ohjauspiiri monimutkaisempi. Lisäksi kytkentäsäätimen kuormitus on yleensä elektroninen järjestelmä, johon on asennettu suuri määrä erittäin integroituja laitteita. Transistoreilla ja integroiduilla laitteilla on huono sähkö- ja lämpöiskujen kestävyys.
Siksi kytkentäsäätimen suojauksessa tulee ottaa huomioon itse säätimen ja kuorman turvallisuus. Suojapiirejä on monenlaisia, tässä ovat napaisuussuojaus, ohjelmasuojaus, ylivirtasuojaus, ylijännitesuoja, alijännitesuoja ja ylikuumenemissuoja ja muut piirit. Useita suojausmenetelmiä valitaan yleensä yhdistettäväksi täydelliseksi suojajärjestelmäksi.
Hakkurivirtalähteen suojapiiri
DC-kytkentäsäätimen tulo on yleensä säätelemätön tasavirtalähde. Väärän toiminnan tai tahattoman kytkennän seurauksena kytkimen napaisuus vaurioituu, mikä vaurioittaa hakkurivirtalähdettä.
Napaisuussuojauksen tarkoituksena on saada kytkinsäädin toimimaan vain, kun se on kytketty säätelemättömään tasavirtalähteeseen oikean napaisuuden kanssa. Virtalähteen napaisuussuojaus voidaan saavuttaa käyttämällä yksisuuntaisia johtavia laitteita. Yksinkertaisin napaisuussuojapiiri on esitetty kuvassa. Koska diodin D täytyy kulkea kytkentäsäätimen kokonaistulovirran läpi, tämä piiri sopii paremmin pienitehoisille kytkentäsäätimille. Suuren tehon tapauksessa napaisuussuojauspiiriä käytetään linkkinä ohjelmasuojauksessa, mikä voi säästää napaisuussuojaukseen tarvittavan suuritehoisen diodin ja myös virrankulutus pienenee.
Ohjelman suojaus
Kytkentäohjatun tehonsyötön piiri on monimutkaisempi, ja se voidaan periaatteessa jakaa pienitehoiseen ohjausosaan ja suuritehoiseen kytkentäosaan. Kytkentätransistorit ovat suuritehoisia. Vaihtotransistoreiden turvallisuuden suojelemiseksi virransyöttöä kytkettäessä tai katkaistaessa pienitehoisten ohjauspiirien, kuten modulaattoreiden ja vahvistimien, on ensin toimittava. Tätä varten on tarpeen varmistaa oikea käynnistysmenettely.
Kytkentäsäätimen tulopää on yleensä kytketty sisääntulosuodattimella, jolla on pieni induktanssi ja suuri kapasitanssi. Käynnistyshetkellä suodatinkondensaattorin läpi kulkee suuri aaltovirta, joka voi olla useita kertoja normaaliin tulovirtaan verrattuna. Tällainen suuri aaltovirta voi sulattaa tavallisten tehokytkimien tai releiden koskettimet ja palaa tulosulakkeen. Lisäksi käynnistysvirta voi vahingoittaa kondensaattoreita, lyhentää niiden käyttöikää ja aiheuttaa ennenaikaisen vian. Tästä syystä virtaa rajoittava vastus tulisi kytkeä käynnistyksen yhteydessä, ja kondensaattori tulee ladata tämän virtaa rajoittavan vastuksen kautta. Jotta virranrajoitusvastus ei kuluttaisi liikaa tehoa ja vaikuttaisi kytkentäsäätimen normaaliin toimintaan, relettä käytetään oikosulkemaan se automaattisesti käynnistystransienttiprosessin jälkeen, jotta tasavirtalähde syöttää virtaa suoraan kytkentäsäädin, kuten kuvasta näkyy. Tätä piiriä kutsutaan kytkentäsäätimen "pehmeä käynnistys" -piiriksi.
3. Ylivirtasuoja
Kun tulee odottamattomia tilanteita, kuten kuorman oikosulku, ylikuormitus tai ohjauspiirin vika, jännitteen stabilisaattorin kytkentätransistorin läpi kulkeva virta on liian suuri, mikä lisää putken virrankulutusta ja aiheuttaa lämpöä. Jos ylivirtasuojalaitetta ei ole, suuritehoinen kytkentätransistori saattaa vaurioitua. Siksi ylivirtasuojaa käytetään yleisesti kytkentäsäätimissä. Edullisin ja helpoin tapa on käyttää sulaketta. Transistorin pienestä lämpökapasiteetista johtuen tavallisilla sulakkeilla ei yleensä voi olla suojaavaa roolia, ja nopeasti palavia sulakkeita käytetään yleisesti. Tämän menetelmän etuna on helppo suojaus, mutta sulakkeen spesifikaatio on valittava tietyn kytkintransistorin turvallisen työskentelyalueen vaatimusten mukaan. Tämän ylivirtasuojatoimenpiteen haittana on toistuvan sulakkeen vaihdon vaikeus.
Kytkentäsäätimissä voidaan käyttää lineaarisissa säätimissä yleisesti käytettyä virranrajoitussuojaa ja virrankatkaisusuojaa. Kytkentäsäätimen ominaisuuksien mukaan tämän suojapiirin lähtö ei kuitenkaan voi suoraan ohjata kytkentätransistoria, vaan ylivirtasuojan lähtö on muutettava pulssikäskyksi modulaattorin ohjaamiseksi kytkentätransistorin suojaamiseksi. Ylivirtasuojauksen toteuttamiseksi on yleensä tarpeen käyttää näytteenottovastusta sarjassa, mikä vaikuttaa tehonsyötön hyötysuhteeseen, joten sitä käytetään enimmäkseen pienitehoisissa kytkentäsäätimissä. Suuritehoisessa kytkentäsäädetyssä teholähteessä virrankulutus huomioon ottaen näytteenottovastuksen pääsyä tulisi välttää mahdollisimman paljon. Siksi ylivirtasuoja muunnetaan yleensä yli- ja alijännitesuojaksi.
4. Ylijännitesuoja
Kytkentäsäätimien ylijännitesuoja sisältää tulon ylijännitesuojan ja ulostulon ylijännitesuojan. Jos kytkentäsäätimen käyttämän säätelemättömän tasavirtalähteen, kuten akun ja tasasuuntaajan jännite on liian korkea, kytkentäsäädin ei voi toimia normaalisti ja jopa vahingoittaa sisäisiä laitteita. Siksi on välttämätöntä käyttää tuloylijännitesuojapiiriä.
5. Alijännitesuoja
Kun lähtöjännite on määritettyä arvoa alhaisempi, se heijastaa epänormaalia DC-syöttöjännitettä, kytkentäsäätimen sisällä tai lähtökuormaa. Kun tulon tasavirtajännite laskee alle määritellyn arvon, kytkentäsäätimen lähtöjännite laskee ja tulovirta kasvaa, mikä vaarantaa sekä kytkentätransistorin että syöttövirransyötön. Siksi alijännitesuoja on asetettava
6. Ylikuumenemissuoja
Kytkentäsäätimien korkea integrointi, keveys ja pieni tilavuus lisäävät huomattavasti tehotiheyttä tilavuusyksikköä kohti, ja myös tehonsyöttölaitteen sisällä olevien komponenttien vaatimukset työympäristön lämpötilalle kasvavat vastaavasti. Muuten piirin suorituskyky heikkenee ja komponentit vioittuvat ennenaikaisesti. Siksi ylikuumenemissuoja tulisi asettaa suuritehoisiin kytkentäsäätimiin.
