Ochrona układów niskonapięciowych przed przeciążeniami - Elektronika B2B.pdf

(3733 KB) Pobierz
9/20/2019
Ochrona układów niskonapięciowych przed przeciążeniami | Elektronika B2B
PRODUKCJA ELEKTRONIKI
PCB
KOMPONENTY
ZASILANIE
ELEKTROMECHANIKA
KOMUNIKACJA
MIKROKONTRO
Strona Główna » Technika » Ochrona układów niskonapięciowych przed przeciążeniami
Ochrona układów
niskonapięciowych przed
przeciążeniami
Wtorek, 08 grudnia 2015 |
Technika
Najczęstszymi przyczynami uszkodzeń układów elektronicznych są
przeciążenia elektryczne od elektryczności statycznej lub stanów
nieustalonych w liniach zasilających. Instrukcje obsługi ostrzegają
użytkowników przed zasilaniem układów niewłaściwymi napięciami, ale
przypadkowe narażenia zawsze mogą się zdarzyć. Ich przyczyny mogą
być rozmaite, jak użycie niewłaściwego napięcia czy nagły jego wzrost.
Urządzenia będą trwałe, jeśli będą chronione skutecznie.
https://elektronikab2b.pl/technika/27827-ochrona-ukladow-niskonapieciowych-przed-przeciazeniami
1/16
9/20/2019
Ochrona układów niskonapięciowych przed przeciążeniami | Elektronika B2B
PRODUKCJA ELEKTRONIKI
PCB
KOMPONENTY
ZASILANIE
ELEKTROMECHANIKA
KOMUNIKACJA
MIKROKONTRO
Przeciążenia elektryczne
wywołują termiczne uszkodzenia układu
elektronicznego, spowodowane przepływem prądu o nadmiernym
natężeniu lub napięciem zasilania przekraczającym dopuszczalną dla
układu wysokość. Tylko niektóre uszkodzenia pozostawiają widoczne z
zewnątrz układu ślady (rys. 1), skutki pozostałych (rys. 2) mogą być widoczne
jedynie wewnątrz.
Rys. 1. Skutki przeciążenia elektrycznego widoczne na zewnątrz obudowy: pęcherzyk lub przepalenie materiału
https://elektronikab2b.pl/technika/27827-ochrona-ukladow-niskonapieciowych-przed-przeciazeniami
2/16
9/20/2019
Ochrona układów niskonapięciowych przed przeciążeniami | Elektronika B2B
Zbyt duże natężenie prądu wywołuje zwykle prowadzące do uszkodzenia
PRODUKCJA ELEKTRONIKI
PCB KOMPONENTY ZASILANIE ELEKTROMECHANIKA KOMUNIKACJA MIKROKONTRO
poprzez lokalne przegrzanie materiału.
Przyczyna przeciążenia
może być
chwilowa i trwać tylko milisekundy albo może być długotrwała. Jest ono
skutkiem zdarzenia pojedynczego albo periodycznie lub losowo
powtarzalnego.
Przeciążeniami elektrycznymi
są także wyładowania
elektrostatyczne (ESD). W tabeli 1 pokazano, jak różnią się energią i czasem
trwania poszczególne narażenia.
Rys. 2. Widoczne od wewnątrz skutki przeciążenia elektrycznego
Typowymi
przyczynami przeciążeń
są przepływ zbyt dużego prądu
zasilania, zbyt mała rezystancja pomiędzy doprowadzeniami zasilania i masy
czy wadliwe działanie urządzenia. Często skutki uszkodzenia są widoczne w
postaci pęcherzyka, dziurki, przepalenia, przebarwienia lub pęknięcia w jego
obudowie. Zwykle są to uszkodzenia wewnętrzne, w postaci przepalenia lub
stopienia połączeń.
Przyczyny przeciążeń
https://elektronikab2b.pl/technika/27827-ochrona-ukladow-niskonapieciowych-przed-przeciazeniami
3/16
9/20/2019
Ochrona układów niskonapięciowych przed przeciążeniami | Elektronika B2B
PRODUKCJA ELEKTRONIKI
PCB
KOMPONENTY ZASILANIE ELEKTROMECHANIKA
Tabela 1. Przeciążenia elektryczne i
elektrostatyczne
KOMUNIKACJA
MIKROKONTRO
Najczęstszym powodem są udary napięciowe w zasilaczu. Przepięcia lub
przetężenia w trakcie przełączania wejść/wyjść czy impulsy napięciowe
wywołane wewnętrznym lub zewnętrznym przełączaniem też mogą
wywoływać stany nieustalone. Również wadliwe projektowanie, jak zbyt
duża rezystancja ścieżek uziemiających, co zwiększa zaburzenia w
płaszczyźnie uziemiającej, może przyczyniać się do powstania stanów
nieustalonych.
Podobnie, źle ekranowane systemy, działające w zakłócającym środowisku,
są podatne na zaburzenia elektromagnetyczne (EMI). Urządzenia osłabione
przez ESD mogą być bardziej
podatne na przeciążenia.
Przyczyną mogą
być także przerzuty, jeśli prąd nie jest ograniczany albo jeśli przyczyna trwa
długo. Także nieprawidłowe użycie połączenia z we/wy przez użytkownika
może wywołać stan nieustalony.
Ochrona przed PE w produkcie
Tabela 2. Porównanie metod
ochrony
Idealnym sposobem chronienia jest czyste zasilanie i kontrolowanie wzrostu
i spadku napięcia w trakcie włączania i wyłączania. Właściwe kondensatory
odsprzęgające i niska rezystancja ścieżek zasilania i uziemiania na płytkach
drukowanych zapewniają tłumienie zaburzeń w układzie. Nie chronią one
jednak układów przed skutkami odwrócenia polaryzacji napięcia zasilania,
przepięć i przetężeń. W tabeli 2 przedstawiono cztery rodzaje stosowanych
zabezpieczeń.
Opcja 1
- szeregowa dioda w linii zasilania. Podstawowymi zaletami takiego
zabezpieczenia są niski koszt i mała powierzchnia montażowa. Zabezpiecza
przed odwróceniem napięcia zasilania do wielkości maksymalnego napięcia
zwrotnego diody. Wadą tego rozwiązania jest wprowadzany przez diodę do
https://elektronikab2b.pl/technika/27827-ochrona-ukladow-niskonapieciowych-przed-przeciazeniami
4/16
9/20/2019
Ochrona układów niskonapięciowych przed przeciążeniami | Elektronika B2B
obwodu zasilania spadek napięcia. Nie zabezpiecza ono przed przepięciami
PRODUKCJA ELEKTRONIKI
i przetężeniami.
PCB
KOMPONENTY
ZASILANIE
ELEKTROMECHANIKA
KOMUNIKACJA
MIKROKONTRO
Opcja 2
- czterodiodowy mostek prostowniczy. Nie tylko zabezpiecza on
przed odwróceniem napięcia zasilania do podwójnego napięcia zwrotnego
diod prostowniczych, ale również umożliwia zasilanie odwróconym
napięciem. Jego wady są takie same, jak zabezpieczenia pojedynczą diodą.
Opcja 3
- zespół kasowalnego bezpiecznika z diodą Zenera. Zespół ten
składa się z włączonego szeregowo bezpiecznika i równoległej diody Zenera.
Element szeregowy ogranicza natężenie prądu, a element równoległy
napięcie. Kasowalny bezpiecznik jest wykonany z przewodzącego polimeru,
który po wzroście temperatury powyżej ustalonego progu przerywa
połączenie, a po spadku natężenia prądu je przywraca (rys. 3).
Rys. 3. Rezystancja szeregowa
bezpiecznika kasowalnego w funkcji
temperatury
Gdy napięcie przekroczy próg Zenera, następuje gwałtowny wzrost
natężenia prądu w diodzie, który nagrzewając bezpiecznik, znacznie
zwiększa jego rezystancję, co przerywa przepływ prądu. Gdy napięcie
powraca do normalnego poziomu, prąd w bezpieczniku maleje,
temperatura opada i pierwotny stan obwodu zostaje przywrócony.
W przeciwnym przypadku przerwanie obwodu następuje ponownie.
Rysunek 4 przedstawia przebiegi prądu i rezystancji w kasowalnym
bezpieczniku w trakcie jego działania. W razie pojawienia się odwrotnej
polaryzacji napięcia zasilania dioda Zenera zaczyna przewodzić od razu i
bezpiecznik przerywa obwód w analogiczny sposób.
Zaletą tego układu jest
ochrona obwodu przed wszystkimi rodzajami
https://elektronikab2b.pl/technika/27827-ochrona-ukladow-niskonapieciowych-przed-przeciazeniami
przeciążeń
przepięciem odwróceniem polaryzacji zwarciem i
5/16

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin