Защита полевого транзистора от эдс самоиндукции

Как защитить силовой транзистор от пробоя броском высокого напряжения. Описание схемы активного ограничения (10+)

Защита силового ключа от перенапряжения

Суть проблемы

Перед разработчиками импульсных источников питания встает проблема защиты силового ключа от бросков высокого напряжения, вызванных самоиндукцией. Эта проблема характерна для ряда топологий источников питания, в которых силовые транзисторы нагружены на выходной трансформатор. Идеальный трансформатор не накапливает энергии. Но реальные трансформаторы накапливают энергию в магнитном поле от первичной обмотки. При прерывании тока через обмотку накопленная энергия должна куда-то быть отведена. Если этого не сделать, то произойдет пробой силового ключа. Дело в том, что обмотка трансформатора является катушкой индуктивности. А ток через катушку индуктивности не может прекратиться мгновенно (имеет определенную инерцию). Разрыв цепи, через которую идет этот ток, приводит к скачку напряжения в месте разрыва. Если разрыв осуществляется путем закрытия транзистора, то этот транзистор выходит из строя.

Некоторые топологии импульсных источников питания и преобразователей напряжения, такие, как понижающая, повышающая, инвертирующая, полумостовая, мостовая содержат естественные цепи размагничивания (то есть отвода энергии, накопленной в магнитном поле), непосредственно защищающие силовые элементы. Для них описанная проблема не актуальна. А вот в прямоходовых, обратноходовых и пушпульных схемах цепи размагничивания подключены не непосредственно к силовым элементам, а через трансформатор. Как мы знаем, связь между обмотками трансформатора не идеальная. Имеет место некоторая индуктивность утечки (связи), которая препятствует моментальному блокированию скачка напряжения.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Простейший вариант защиты

В этих схемах, если мощность устройства достаточно велика, возникает необходимость в дополнительной защите силовых элементов. Простейшим вариантом такой защиты является установка стабилитрона между эмиттером и коллектором (стоком и истоком) силового ключа. Но такой вариант имеет два недостатка. Во-первых, вся энергия, которую блокирует стабилитрон, теряется, что снижает КПД. Во-вторых, вся энергия, которую блокирует стабилитрон, превращается в тепло, которое нагревает стабилитрон. Появляется необходимость в охлаждении стабилитрона и риск выхода его из строя.

Защита высокой надежности и КПД, с отводом энергии в цепи питания

Более надежной и обладающей большим КПД является схема, приведенная ниже.

Читайте также:  Защита от детей на ноутбуке

В этой схеме избыточная энергия сначала накапливается на конденсаторе C1. Потом энергия с этого конденсатора переходит в катушку L1. А потом энергия, накопленная в L1, передается в цепи питания. То есть потери и нагрев минимизируются.

На схеме изображен вариант защиты для пушпульной топологии, но совершенно аналогично схему можно применять для прямоходовых и обратноходовых преобразователей. Схема подходит как для биполярных, так и для полевых силовых ключей.

Принцип действия

Схема работает так. Броски напряжения на силовых ключах отводятся на накопительный конденсатор C1 через диоды VD1, VD2. Как только напряжение на конденсаторе становится больше напряжения стабилизации стабилитрона VD4 плюс напряжения насыщения перехода база – эмиттер транзистора VT1, транзистор открывается. На катушке L1, а значит, на катушке L2, появляется напряжение. Напряжение с катушки L2 через делитель R3, R2 подается на базу транзистора, что его еще больше открывает и вводит в насыщение. Теперь к катушке L1 приложено напряжение с C1 минус напряжение питания. Ток в катушке постепенно нарастает, катушка накапливает энергию. Как только напряжение на конденсаторе C1 становится меньше некоторой величины, транзистор начинает закрываться, на катушке L1 за счет накопленной энергии напряжение меняет полярность, энергия через диод VD3 отводится в цепи питания. При этом напряжение на L2 также меняет полярность, что способствует полному запиранию транзистора VT1. Таким образом транзистор VT1 работает в ключевом режиме с минимальными потерями и нагревом.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида.
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при.

Как не перепутать плюс и минус? Защита от переполюсовки. Схема.
Схема защиты от неправильной полярности подключения (переполюсовки) зарядных уст.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.

Плавная регулировка, изменение яркости свечения светодиодов. Регулятор.
Плавное управление яркостью свечения светодиодов. Схема устройства с питанием ка.

Расчет силового резонансного фильтра. Рассчитать онлайн, он-лайн, on-l.
Как получить синусоидальное напряжение на выходе при входном напряжении сложной .

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму.
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи.

Читайте также:  Динамики 8гд 1 25

При разрывании цепи индуктивной нагрузке, в нагрузке возникает обратный ток, немного ниже по величине тока катушки в работе и обратный по полярности .

ток этот порождает напряжение которое пропорционально зависит от сопротивления нагрузки подключенной параллельно индуктивности.

точнее при токе обмотке 1 ампер, при разрыве на сопротивлении 1 ком, создаться напряжение в 1000 вольт, на контактах же сопротивление увеличивается до проводимости воздуха и по этому напряжение может достигать десятков тысяч вольт, что и провоцирует появлении искровой дуги (по сути это и есть пробой воздуха)

грозит этот ток пробоем транзисторного ключа, подгоранием контактов ключа
Если например параллельно обмотке подключить светодиод, то он умрет через несколько десятков включений(в случае с автореле), а может и намного быстрее

защита от этого тока диодом подключенным параллельно обмотке катушки, так как диод имеет низкое сопротивление, скачек напряжения снижается до нескольких вольт

вот небольшой пример обратного тока с обычного автомобильного реле

в принципе таким устройством можно зарядить телефон

по этому принципу работают конверторы DC-DC, называются Step-down converter ( узнал тут гдето у CAMOKAT-BETEPAHA

Что произойдет, если разомкнуть переключатель, управляющий током через индуктивность? Индуктивность, как известно, характеризуется следующим свойством: U = L(dI/dt), а из этого следует, что ток нельзя выключить моментально, так как при этом на индуктивности появилось бы бесконечное напряжение. На самом деле напряжение на индуктивности резко возрастает и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не появится ток. Электронные устройства, которые управляют индуктивными нагрузками, могут не выдержать такого роста напряжения, особенно это относится к компонентам, в которых при некоторых значениях напряжения наступает «пробой». Рассмотрим схему, представленную

Рис. 1.94. Индуктивный «бросок».

на рис. 1.94. В исходном состоянии переключатель замкнут и через индуктивность (в качестве которой может выступать, например, обмотка реле) протекает ток. Когда переключатель разомкнут, индуктивность «стремится» обеспечить ток между точками А и В, протекающий в том же направлении, что и при замкнутом переключателе. Это значит, что потенциал точки В становится более положительным, чем потенциал точки А. В нашем случае разница потенциалов может достичь 1000 В, прежде чем в переключателе возникнет электрическая дуга, которая и замкнет цепь. При этом укорачивается срок службы переключателя и возникают импульсные наводки, которые могут оказывать влияние на работу близлежащих схем. Если представить себе, что в качестве переключателя используется транзистор, то срок службы такого переключателя не укорачивается, а просто становится равным нулю!

Читайте также:  Быстрая зарядка samsung galaxy s7 edge

Чтобы избежать подобных неприятностей лучше всего подключить к индуктивности диод, как показано на рис. 1.95. Когда переключатель замкнут, диод смещен в обратном направлении (за счет падения напряжения постоянного тока на обмотке катушки индуктивности). При размыкании переключателя диод открывается и потенциал контакта переключателя становится выше потенциала положительного питающего напряжения на величину падения напряжения на диоде. Диод нужно подобрать так, чтобы он выдерживал начальный ток, равный току, протекающему в установившемся режиме через индуктивность; подойдет, например диод типа 1N4004.

Рис. 1.95. Блокирование индуктивного броска.

Единственным недостатком описанной схемы является то, что она затягивает затухание тока, протекающего через катушку, так как скорость изменения этого тока пропорциональна напряжению на индуктивности. В тех случаях, когда ток должен затухать быстро (например, быстродействующие контактные печатающие устройства, быстродействующие реле и т.д.), лучший результат можно получить, если к катушке индуктивности подключить резистор, подобрав его так, чтобы величина Uи + IR не превышала максимального допустимого напряжения на переключателе. (Самое быстрое затухание для данного максимального напряжения можно получить, если подключить к индуктивности зенеровский диод, который обеспечивает затухание по линейному, а не по экспоненциальному закону.)

Рис 1.96. RС-«демпфер» для подавления индуктивного броска.

Диодную защиту нельзя использовать для схем переменного тока, содержащих индуктивности (трансформаторы, реле переменного тока), так как диод будет открыт на тех полупериодах сигнала, когда переключатель замкнут. В подобных случаях рекомендуется использовать так называемую RC-демпфирующую цепочку (рис. 1.96). Приведенные на схеме значения R и С являются типовыми для небольших индуктивных нагрузок, подключаемых к силовым линиям переменного тока. Демпфер такого типа следует предусматривать во всех приборах, работающих от напряжений силовых линий переменного тока, так как трансформатор представляет собой индуктивную нагрузку. Для защиты можно также использовать такой элемент, как металлоксидный варистор. Он представляет собой недорогой элемент, похожий по внешнему виду на керамический конденсатор, а по электрическим характеристикам – на двунаправленный зенеровский диод. Его можно использовать в диапазоне напряжений от 10 до 1000 В для значений токов, достигающих тысяч ампер (см. разд. 6.11). Подключение варистора к внешним выводам схемы позволяет не только предотвратить индуктивные наводки на близлежащие приборы, но также погасить большие всплески сигнала, возникающие иногда в силовой линии и представляющие серьезную угрозу для оборудования.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector