Sursele de alimentare cu comutare (SMPS) continuă să înlocuiască tipurile de regulatoare liniare într-o serie de aplicații. Pe măsură ce nevoia de electronică mai eficientă se accelerează și ca urmare a dimensiunii, greutății și avantajelor lor de economisire a energiei, SMPS sunt

protecția

Sursele de alimentare cu comutare (SMPS) continuă să înlocuiască tipurile de regulatoare liniare într-o serie de aplicații. Pe măsură ce nevoia de electronică mai eficientă se accelerează și ca urmare a dimensiunii, greutății și avantajelor lor de economisire a energiei, SMPS sunt utilizate pe scară largă în aplicații precum monitoare TV LCD, afișaje PC/laptop, încărcătoare electronice portabile, imprimante, înregistratoare DVD, și chiar electronice auto și industriale.

Totuși, deoarece aceste noi SMPS nu au rezistența inerentă a proiectelor de regulatoare liniare, există o nevoie tot mai mare de protecție adecvată a circuitului. În general, școlile de inginerie nu subliniază selectarea și aplicarea dispozitivelor de protecție a circuitelor. Ca urmare, prea des multe SMPS nu au o protecție adecvată.

Fie că sunt unități de conversie externe sau interne, forward sau fly-back, continue sau discontinue, fiecare tip de SMPS este supus cerințelor de reglementare. De exemplu, o sursă de alimentare pentru o instalație de telecomunicații va trebui să îndeplinească cerințele Telcordia sau ITU, în funcție de regiunea și aplicația țintă. În sectorul consumatorilor, standardele IEC, UL și CSA guvernează la nivel de echipament și va fi necesară o serie de alte teste de siguranță. Există, de asemenea, standardele IEC, UL și CSA care se aplică în mod specific componentelor de protecție a circuitelor.

Siguranțele sunt candidații ideali pentru protecția la supracurent în SMPS datorită siguranței lor dovedite, fiabilității, rezistenței reduse, dimensiunilor mici și eficienței costurilor. La fel cum există cerințe la nivel de sistem pentru SMPS, există cerințe de reglementare pentru siguranță și performanță la nivelul componentelor. De exemplu, IEC-60127 oferă cerințe dimensionale specifice și, de asemenea, specifică o serie de teste de siguranță.

PREZENTARE GENERALĂ A PARAMETRILOR CIRCUITULUI
Figura 1 arată locația unei siguranțe în intrarea de rețea alternativă a unui SMPS ac-dc, cum ar fi într-un încărcător de telefon mobil. Siguranța întrerupe pozitiv fluxul de curent atunci când o componentă, cum ar fi interferența cu frecvență radio (RFI) sau condensatorul de filtrare, eșuează în modul de scurtcircuit.

Un varistor de oxid de metal (MOV) în intrarea de rețea alternativă suprima tensiunile tranzitorii asociate cu fulgerul sau comutarea sarcinii. Componente comune suplimentare, diode de suprimare a tranzitorilor pe magistrala de curent continuu intern, suprimă în continuare orice tranzitorii, oferind un grad mai ridicat de protecție pentru circuitele convertorului dcdc.

Figura 2 arată un SMPS ac-dc încorporat care poate fi găsit pe un server. În plus față de siguranța la intrarea de rețea alternativă, siguranțele își găsesc locul de muncă pe magistrala de curent continuu de înaltă tensiune și în sursa de alimentare pentru menaj.

Pentru a selecta dispozitivul adecvat de protecție a circuitului, este necesar să definiți cu precizie parametrii cheie ai aplicației. Acestea includ tensiunea circuitului, curentul maxim de funcționare normal, curentul maxim de defecțiune potențial, temperatura maximă de funcționare, curenții de impuls și factorul de montare/formă.

Tensiunea circuitului este tensiunea sursei care conduce circuitul. Din motive de siguranță, este esențial să știm, deoarece tensiunea nominală a siguranței trebuie să fie egală sau mai mare decât tensiunea circuitului. De asemenea, este extrem de important ca siguranțele din aplicațiile de curent continuu să aibă o tensiune de curent continuu adecvată.

Curentul maxim normal de funcționare este curentul maxim RMS sub sarcină maximă în funcționare normală. Curentul maxim de defect potențial este curentul maxim așteptat cu tensiunea sursei scurtcircuitată. Evident, temperatura maximă de funcționare este temperatura de funcționare anticipată a circuitelor lângă dispozitivul de protecție, sub sarcină maximă, cu toate ecranele și capacele la locul lor, la temperatura ambiantă maximă.

Curenții de impuls sunt tranzitorii induși de evenimente normale de comutare în circuit, precum și cei cuplați la rețeaua de curent alternativ de la trăsnet și comutarea sarcinii. Atât magnitudinea și durata tranzitorilor, cât și numărul anticipat de tranzitori pe durata de viață a echipamentului necesită o analiză atentă.

În cele din urmă, alegerea metodei de montare și/sau a factorului de formă a siguranței intră în joc. Opțiunile variază pentru a include dispozitive de montare la suprafață, știft-prin-gaură, cabluri de coadă, sau pur și simplu o siguranță și un suport. De asemenea, critică este cantitatea de spațiu disponibil pentru montarea dispozitivului.

SELECTAREA SIGURANȚELOR
Procesul de selectare a siguranței începe de obicei prin îndeplinirea a trei criterii de selecție de bază. În primul rând, ce standarde trebuie îndeplinite? Pentru majoritatea produselor SMPS, răspunsul este o mare varietate de standarde internaționale, ceea ce duce la o siguranță care este conformă cu IEC-60127. Mai multe familii de siguranțe au aprobări ale agențiilor de siguranță europene, asiatice și nord-americane conform IEC-60127.

În al doilea rând, care este tensiunea maximă a sursei de funcționare? Cel mai comun răspuns pentru protecția de intrare a rețelei de curent alternativ pentru un SMPS destinat pieței internaționale este 250 V c.a. În al treilea rând, care este factorul de montare/formă dorit? Cea mai populară alegere pentru un SMPS este cablul radial sau axial pentru atașarea directă a plăcilor de circuit, cât mai mic posibil, condus în mare parte de preocupările economice și de spațiu disponibil.

Următorul pas în procesul de selecție este de a determina curentul potențial maxim de defect. Cel mai bine este să faceți acest lucru analizând sau măsurând impedanța căii de pe intrarea către SMPS cu SMPS deconectat de la rețeaua de curent alternativ. Această impedanță, atunci când este adăugată la impedanța estimată a rețelei de curent alternativ, permite calcularea curentului de defecțiune potențial maxim.

Continuați la pagina 2

Să presupunem că acest lucru determină decizia de a folosi o siguranță de 5 x 20 mm cu o capacitate mare de întrerupere, cu o clasificare de întrerupere de 1500 A la 250 V c.a. O siguranță cu acțiune rapidă este în mod provizoriu componenta preferată, deoarece este cea mai economică și oferă cel mai apropiat grad de protecție.

Odată ce am selectat o familie de siguranțe, trebuie să estimăm ratingul curent din cadrul familiei. Estimarea inițială va implica calculul sau măsurarea directă a celui mai mare rating care va oferi în continuare protecția necesară. Măsurarea directă poate fi realizată prin observarea formei de undă curente reale cu un osciloscop de stocare pe partea de linie a intrării principale folosind o sondă de curent Pearson sau o rezistență de șunt și o sondă diferențială.

Pentru a măsura curentul maxim normal de funcționare, SMPS ar trebui să funcționeze la sarcină maximă. Figura 3 prezintă nivelurile de tensiune și curent tipice pentru un computer desktop SMPS, așa cum ar fi vizualizate pe osciloscop. Forma de undă galbenă (canalul unu) este tensiunea pe un șunt de 0,01-O, care se traduce în 0,763 ARMS.

Deoarece siguranțele care îndeplinesc IEC-60127 funcționează chiar la valoarea lor curentă, următoarea cea mai mare evaluare din familia de siguranțe este de 0,8 A. Este important să rețineți că utilizarea unei siguranțe care îndeplinește standardele UL/CSA înseamnă că se va aplica un factor de 0,75, deoarece aceste siguranțe funcționează la 75% sau mai puțin din curentul nominal, ceea ce înseamnă că o siguranță 1-A ar fi potrivită.

Doi factori suplimentari necesită luare în considerare înainte ca unul să poată finaliza amperajul siguranței - efectele rezistenței și temperaturii ciclului de impulsuri. Referindu-ne la forma de undă curentă din Figura 3, impulsurile curente au o magnitudine de 2 A și o durată de 2 ms, care poate fi aproximată printr-un impuls pătrat 2-A cu 1-ms cu o valoare I 2 t de 0,004 A 2 s. Aceasta reprezintă aproximativ 2% din topirea nominală I 2 t a siguranței alese, care nu prezintă o problemă de rezistență la impulsuri. (Consultați aici informațiile despre capacitatea de rezistență a ciclului de impulsuri ale producătorului.)

Există, de asemenea, cerința ca intrarea de curent alternativ să supraviețuiască cinci supratensiuni simulate de fulgere de 8 cu 20 µs la 1000-A vârf cu o valoare I 2 t de aproximativ 5,6 A 2 s. Acest lucru îndepărtează selecția siguranțelor de la o siguranță cu acțiune rapidă de 0,8-A la o siguranță cu acțiune rapidă de 3,15-A cu o topire nominală I 2 t de 7,9 A 2 s sau o siguranță de întârziere 2-A cu o topire nominală I 2 t de 7A 2 s. Siguranța de întârziere 2-A este mai fiabilă deoarece este mai aproape de curentul normal de funcționare și va oferi o protecție mai bună în cazul unei defecțiuni la suprasarcină.

Pentru informații despre efectele temperaturii ambiante asupra curentului nominal, consultați curbele de declasare a temperaturii producătorului. Reevaluarea bazată pe temperatură variază în funcție de caracteristica dispozitivului. Aplicați factorul de rerare adecvat pe tipul de siguranță selectat și temperatura măsurată efectivă lângă dispozitivul de protecție a circuitului, sub sarcină maximă, cu toate ecranele și capacele la locul lor, la temperatura ambiantă maximă.

TESTAREA CERERII
La selectarea siguranței, trebuie să testați pentru a demonstra conceptul. O abordare este de a monitoriza curentul de încărcare prin aplicație și siguranța, printr-o sondă de curent Pearson și de a monitoriza simultan tensiunea pe siguranță folosind o sondă diferențială.

În timp ce operați sarcina la consumul maxim de curent, monitorizați curentul pentru a asigura o funcționare consistentă și monitorizați căderea de tensiune pe siguranță pentru a asigura o schimbare minimă. Verificați rezistența la rece a siguranței înainte și după testare pentru a vă asigura că siguranța nu s-a deschis după testare.

În timp ce o siguranță nu împiedică apariția unei defecțiuni, aceasta va funcționa rapid pentru a preveni deteriorarea ulterioară. Procedând astfel, menține siguranța aplicației și poate ajuta la prevenirea deteriorării echipamentelor colaterale. Siguranța va limita, de asemenea, amploarea deteriorării aplicației la o porțiune cât mai mică din aceasta, făcând reparațiile mai puțin costisitoare. Este esențială alegerea corectă a siguranței. Cu o înțelegere atât a aplicației, cât și a siguranței, găsirea unei potriviri adecvate ar trebui să fie o sarcină rapidă și ușoară.