Überspannungsschutzschaltung:Bedeutung, Typen und DIY-Projekte erklärt

Unbestreitbar müssen Sie einen Überspannungszustand erlebt oder davon gehört haben, der beispielsweise aufgrund von Fehlern in der Stromversorgung auftritt. Möglicherweise haben Sie auch schon die Auswirkungen von Überspannung gesehen, wie z. B. das Verursachen von Bränden oder Fehlfunktionen von Schaltkreisen, das Beschädigen von Schaltkreiskomponenten usw.

Wie verhindern wir also, dass es in unseren Netzteilen zu Überspannungen kommt?

Wenn Sie diesen Artikel lesen, lernen Sie die Arten von Überspannungsschutzschaltungsprojekten kennen, die Sie verwenden können. Zum besseren Verständnis fügen wir auch die Schaltpläne bei.

Lass uns anfangen.

Was ist Überspannungsschutz?

Überspannungsschutz ist eine Stromversorgungsfunktion, die den Ausgang klemmt oder die Stromversorgung bei höheren Spannungspegeln abschaltet. Häufig muss der Spannungspegel den voreingestellten Pegel überschreiten, damit der Schutz wirksam wird.

Eine Überspannungsschutzschaltung verhindert vor allem Schäden an den elektronischen Elementen vieler Stromversorgungsgeräte. Aus diesem Grund ist Überspannungsschutz derzeit in mehreren Anwendungen, wie z. B. Automobilanwendungen, sehr beliebt.

(Autos)

Überspannungsschutztyp

Arten von Überspannungsschutz hängen von Kosten, Leistung und Komplexität ab. Sie alle erreichen einen effizienten Überspannungsschutz der Stromversorgung.

Die häufigsten drei sind;

SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​Brechstange

Eine SCR-Crowbar-Schaltung verhindert eine Überspannung, indem sie einen Kurzschluss quer zum Ausgang einer Stromversorgung erzeugt.

SCR-Thyristoren können große Ströme schalten und aktiv bleiben, bis sich jegliche Ladung zerstreut. Sie können den SCR auch mit einer Sicherung verbinden, die durchbrennt und verhindert, dass der Regler mehr Spannung erhält.

SCR-Crowbar-Schaltung

In der Schaltung dient die Zenerdiode dazu, eine höhere Spannung als die Betriebsspannung des Ausgangs zu halten. In ähnlicher Weise hält es einen niedrigen Spannungspegel aufrecht, um Schaltkreisschäden zu vermeiden.

Daher hat die Zenerdiode während der Leitung keinen Stromfluss, da sie keine Durchbruchspannung erhält. Folglich fließt es derzeit nicht durch den Thyristor und hält ihn geschlossen. Das Netzteil funktioniert aber wie gewohnt.

(Zenerdioden)

Die Spannung steigt oft an, wenn der Reihendurchgangstransistor in der Gleichstromversorgung ausfällt. Die Geräteentkopplung verhindert glücklicherweise, dass die Spannung sofort ansteigt. Die ansteigende Spannung bestimmt, wo die Zenerdiode zu leiten beginnt. Anschließend fließt Strom durch das Gate des Thyristors und bewirkt dessen Zündung.

Nach dem Auslösen schließt der Thyristor den Netzteilausgang gegen Masse kurz, wodurch eine Beschädigung seiner Schaltung vermieden wird. Sie können den Kurzschluss auch verwenden, um eine Sicherung durchbrennen zu lassen und so den Strom vom Spannungsregler abzuzweigen. Die Umleitung verhindert, dass das Gerät weiteren Schaden erleidet.

(Thyristoren)

Manchmal können Sie einen kleinen Kondensator als Entkopplungseinheit vom Thyristor-Gate zur Masse legen. Der Zweck besteht darin, zu verhindern, dass HF oder scharfe Transienten vom Entkopplungsteam Strom erhalten. Auf diese Weise gelangt die HF nicht zum Gate-Anschluss und verursacht keinen falschen Trigger.

Vermeiden Sie eine zu große Entkopplung, da diese Ihren Überspannungsschutz selbst im realistischen Ausfallfall ausbremsen kann.

Spannungsklemmung

Voltage Clamping ist unsere zweite Form des Überspannungsschutzes.

Die Spannungsklemmschaltung

Sein Betrieb erfordert eine Zenerdiode, die quer zum Ausgang einer geregelten Stromversorgung positioniert ist. Da die Spannung der Zenerdiode etwas höher als die maximale Schienenspannung ist, leitet sie normalerweise nicht. Es beginnt jedoch mit der Leitung, wenn die Spannung zu hoch wird. Dann klemmt die Zenerdiode die Spannung auf einen höheren Wert als die Schienenspannung.

Fügen Sie der Zenerdiode einen Übergangspuffer hinzu, wenn Sie eine höhere Stromkapazität für Ihr geregeltes Netzteil benötigen. Es erhöht die Stromfähigkeit der Zenerdiode gleich der Stromverstärkung des Transistors. Da Sie für die Schaltung einen Leistungstransistor benötigen, sinken die aktuellen Verstärkungspegel auf 20 – 50.

Spannungsbegrenzung

Eine Spannungsbegrenzung ist eine Art Überspannungsschutz in Schaltnetzteilen. Glücklicherweise funktionieren Schaltregler oft nicht unter Niederspannungsbedingungen. Im Falle von Überspannungsbedingungen ist es jedoch oft empfehlenswert, Spannungsbegrenzungsvorrichtungen im Auge zu behalten.

Eine Spannungsbegrenzungsbedingung funktioniert, indem sie die Überspannungsbedingung erfasst und dann den Wandler wie DC-DC-Wandler abschaltet.

DC/DC-Wandler und Schaltregler verwenden häufig einen Chip, um ihre Schaltungen zu betreiben. Darüber hinaus ist es notwendig, eine außerhalb des IC-Reglers positionierte Abtastschleife zu verwenden. Die externe Abtastschleife ist wichtig, da eine Beschädigung des Reglerchips, die eine Überspannung verursacht, auch den Abtastmechanismus beschädigen kann.

Hinweis;

Sie benötigen eine Schaltung, die für Ihren Schaltregler-Chip spezifisch ist, und die spezielle Schaltung, die für eine effektive Leistung angewendet wird.

Ein Schaltmodus/Schaltregler

Projekte für Überspannungsschutzschaltungen

Die Dauer und Größe der Überspannung bestimmen das Design Ihrer Schaltung für einen besseren Schutz. Wir werden in diesem Abschnitt zwei Projekte besprechen.

Zener-Spannungsreglerschaltung

Ein Zener-Spannungsregler hat zwei Funktionen;

• Erstens hilft es beim Überspannungsschutz.
• Dann regelt es die Versorgungsspannung des Eingangs.

Eine Zener-Spannungsreglerschaltung

Für die obige Schaltung ist das voreingestellte Niveau des Kurses die Bewertung der Zenerdiode. Die Schaltung kann also bei einem Schwellenwert von etwa 5,1 V nicht leiten.

Voreingestellter Wert; Es ist eine hohe Schwellenspannung, die bewirkt, dass die Schaltung die lastseitige Versorgung trennt.

Zusätzlich bestimmt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors die Leitung des Transistors Q1. Wenn also die Ausgangsspannung der Schaltung ansteigt, steigt die Vbe (Basis-Emitter-Spannung) des Transistors und es gibt weniger Leitung. Anschließend verringert sich die Ausgangsspannung und behält ein nachhaltiges Spannungsniveau bei.

Überspannungsschutzschaltung mit Zenerdiode

Diese zweite Überspannungsschutzschaltung verwendet neben der Zenerdiode einen PNP-Transistor.

Das Finden eines genauen Zenerdiodenwerts kann hier eine Herausforderung sein, also wählen Sie eine Bewertung, die nahe an Ihrem voreingestellten Wert liegt.

Komponentenliste

Brotschneidebrett,

FMMT718 PNP-Transistor,

Verbindungsdrähte,

Widerstände (1k, 2,2k und 6,8k) und

Zenerdiode 5,1 V (1N4740A).

Schaltung zum Überspannungsschutz mit einer Zenerdiode

Funktionsprinzip der Überspannungsschutzschaltung

Wenn der voreingestellte Pegel höher ist als die Spannung im regulären Betrieb, steigt der Basisanschluss von Q2. Es schaltet sich dann aus, da es der PNP-Transistor ist. Ein AUS-Zustand von Q2 führt dazu, dass der Basisanschluss von Q1 niedrig wird und einen Stromfluss zulässt.

Im Gegensatz dazu beginnt die Zenerdiode zu leiten, wenn der voreingestellte Wert kleiner als die Spannung ist. Im Gegenzug schaltet es Q2 ein, da es die Basis von Q2 mit der Erde verbindet. Im EIN-Zustand von Q2 wird der Basisanschluss von Q1 hoch und schaltet sich wie ein offener Schalter ein. Somit begrenzt Q1 den Stromfluss durch ihn und verhindert, dass eine Überspannung die Last beschädigt.

Außerdem muss der Spannungsabfall in den Transistoren darunter liegen, um eine genaue Schaltungsablesung zu liefern. In unserem Fall haben wir einen FMMT718 PNP-Transistor mit einem niedrigen VCE-Sättigungspegel verwendet. Es hält den Abfall über den Transistoren so gering wie möglich.

Der Nachteil der Schaltung

Leistungsverlust; leitet Wärme ab und verschwendet daher Energie aufgrund des angeschlossenen Vorwiderstands.

Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass moderne Stromversorgungen in unserem täglichen Geschäft unbestreitbar zuverlässig sind. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass sie aufgrund von Faktoren wie Überspannung ausfallen. Daher ist ein Überspannungsschutz erforderlich.

Seien Sie versichert, dass Ihre Schaltungen mit der obigen umfassenden Anleitung sicher sind. Falls Sie dennoch ein brennendes Problem haben, kontaktieren Sie uns.