전원 공급 장치용 과전압 보호

전원 공급 장치 과전압 보호 기능은 정말 유용합니다. 일부 PSU 오류로 인해 장비에 큰 전압이 손상될 수 있습니다. 과전압 보호 기능은 선형 레귤레이터와 스위치 모드 전원 공급 장치 모두에서 이러한 일이 발생하는 것을 방지합니다.

최신 전원 공급 장치는 현재 매우 안정적이지만 항상 작지만 실제로 고장날 가능성이 있습니다.

그것들은 여러 가지 방식으로 실패할 수 있으며 특히 걱정스러운 가능성 중 하나는 직렬 패스 요소, 즉 메인 패스 트랜지스터 또는 FET가 단락되는 방식으로 실패할 수 있다는 것입니다. 이런 일이 발생하면 종종 과전압이라고 하는 매우 큰 전압이 전원이 공급되는 회로에 나타나 전체 장비에 치명적인 손상을 줄 수 있습니다.

과전압 보호의 형태로 약간의 추가 보호 회로를 추가하면 이 가능성은 낮지만 치명적인 가능성으로부터 보호할 수 있습니다.

고가 장비의 매우 안정적인 작동을 위해 설계된 대부분의 전원 공급 장치는 전원 공급 장치 오류가 전원이 공급되는 장비에 손상을 초래하지 않도록 하기 위해 일종의 과전압 보호 기능을 통합합니다. 이는 선형 전원 공급 장치와 스위치 모드 전원 공급 장치 모두에 적용됩니다.

일부 전원 공급 장치는 과전압 보호 기능을 포함하지 않을 수 있으며 값비싼 장비에 전원을 공급하는 데 사용해서는 안 됩니다. 약간의 전자 회로 설계를 수행하고 작은 과전압 보호 회로를 개발하여 추가 항목으로 추가할 수 있습니다.

과전압 보호 기본 사항

전원 공급 장치가 실패할 수 있는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 그러나 과전압 보호 및 회로 문제에 대해 조금 더 이해하려면 매우 간단한 제너 다이오드와 직렬 패스 트랜지스터를 사용하는 선형 전압 조정기의 간단한 예를 쉽게 들 수 있습니다.

제너 다이오드와 이미터 팔로워를 사용하는 기본 직렬 조정기

더 복잡한 서플라이가 더 나은 성능을 제공하지만 출력 전류를 전달하기 위해 직렬 트랜지스터에 의존하기도 합니다. 주요 차이점은 레귤레이터 전압이 트랜지스터 베이스에 적용되는 방식입니다.

일반적으로 입력 전압은 직렬 전압 조정기 요소에서 몇 볼트가 떨어지도록 되어 있습니다. 이를 통해 직렬 패스 트랜지스터가 출력 전압을 적절하게 조절할 수 있습니다. 종종 직렬 패스 트랜지스터에서 떨어지는 전압은 상대적으로 높습니다. 12볼트 공급의 경우 입력은 필요한 조절 및 리플 제거 등을 제공하기 위해 18볼트 이상이 될 수 있습니다.

이것은 전압 조정기 요소에서 상당한 수준의 열이 발산될 수 있고 입력에 나타날 수 있는 과도 스파이크와 결합될 수 있음을 의미하며 이는 항상 고장 가능성이 있음을 의미합니다.

트랜지스터 직렬 통과 장치는 일반적으로 개방 회로 상태에서 고장이 나지만 어떤 상황에서는 트랜지스터가 컬렉터와 이미터 사이에 단락 회로를 개발할 수 있습니다. 이런 일이 발생하면 조정되지 않은 전체 입력 전압이 전압 조정기의 출력에 나타납니다.

출력에 전체 전압이 나타나면 공급되는 회로에 있는 많은 IC가 손상될 수 있습니다. 이 경우 회로를 경제적으로 수리할 수 없습니다.

스위칭 레귤레이터가 작동하는 방식은 매우 다르지만 전원 공급 장치의 출력에 전체 출력이 나타날 수 있는 상황이 있습니다.

선형 조정 전원 공급 장치와 스위치 모드 전원 공급 장치 모두에 대해 어떤 형태의 과전압 보호가 항상 권장됩니다.

과전압 보호 유형

많은 전자 기술과 마찬가지로 특정 기능을 구현하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이는 과전압 보호에 해당됩니다.

사용할 수 있는 여러 가지 기술이 있으며 각각 고유한 특성이 있습니다. 전자 회로 설계 단계에서 사용할 방법을 결정할 때 성능, 비용, 복잡성 및 작동 모드를 모두 고려해야 합니다.

• SCR 크로우바: 이름에서 알 수 있듯이 크로바 회로는 과전압 상태가 발생하는 경우 전원 공급 장치의 출력에 단락을 발생시킵니다. 일반적으로 사이리스터, 즉 SCR은 큰 전류를 전환할 수 있고 전하가 분산될 때까지 켜져 있을 수 있으므로 이를 위해 사용됩니다. 사이리스터는 퓨즈에 다시 연결되어 레귤레이터에 추가 전압이 가해지지 않도록 차단합니다.

  사이리스터 크로바 과전압 보호 회로

  이 회로에서 제너 다이오드는 전압이 출력의 정상 작동 전압보다 높지만 손상이 발생할 전압보다 낮도록 선택됩니다. 이 전도에서는 항복 전압에 도달하지 않았고 사이리스터의 게이트로 전류가 흐르지 않고 꺼진 상태로 유지되기 때문에 제너 다이오드를 통해 전류가 흐르지 않습니다. 전원 공급 장치가 정상적으로 작동합니다.

  전원 공급 장치의 직렬 패스 트랜지스터에 오류가 발생하면 전압이 상승하기 시작합니다. 장치의 디커플링은 전압이 즉시 상승하지 않도록 합니다. 상승함에 따라 제너 다이오드가 전도를 시작하는 지점 위로 상승하고 전류가 사이리스터의 게이트로 흘러 트리거를 유발합니다.

  사이리스터가 트리거되면 전원 공급 장치의 출력을 접지로 단락시켜 전원을 공급하는 회로의 손상을 방지합니다. 이 단락은 또한 퓨즈 또는 기타 요소를 끊는 데 사용할 수 있으며, 전압 조정기의 전원을 끄고 장치를 추가 손상으로부터 격리합니다.

  종종 작은 커패시터 형태의 일부 디커플링은 사이리스터의 게이트에서 접지로 배치되어 전원이 공급되는 장치의 급격한 과도 현상 또는 RF가 게이트 연결에 도달하여 가짜 트리거를 유발하는 것을 방지합니다. 그러나 이것은 실제 고장의 경우 회로 발화를 늦출 수 있고 보호가 너무 느리게 수행될 수 있으므로 너무 크게 만들어서는 안 됩니다.

  Thyristor Crowbar 과전압 보호에 대한 참고 사항:

  사이리스터 또는 SCR, 실리콘 제어 정류기는 전원 공급 장치 회로에서 과전압 보호를 제공하는 데 사용할 수 있습니다. 고전압을 감지함으로써 회로는 사이리스터를 발사하여 전압 레일을 가로질러 단락 또는 지렛대를 배치하여 높은 전압으로 상승하지 않도록 할 수 있습니다.

  더 자세히 알아보세요. Thyristor Crowbar 과전압 보호 회로.

• 전압 클램핑: 과전압 보호의 또 다른 매우 간단한 형태는 전압 클램핑이라는 접근 방식을 사용합니다. 가장 간단한 형태로 조정된 전원 공급 장치의 출력에 배치된 제너 다이오드를 사용하여 제공할 수 있습니다. 제너 다이오드 전압을 최대 레일 전압보다 약간 높게 선택하면 정상적인 조건에서 전도되지 않습니다. 전압이 너무 높아지면 전도가 시작되어 레일 전압보다 약간 높은 값에서 전압을 고정합니다.

  조정된 전원 공급 장치에 더 높은 전류 용량이 필요한 경우 트랜지스터 버퍼가 있는 제너 다이오드를 사용할 수 있습니다. 이렇게 하면 트랜지스터의 전류 이득과 동일한 계수만큼 간단한 제너 다이오드 회로에 대한 전류 용량이 증가합니다. 이 회로에는 전력 트랜지스터가 필요하므로 가능한 전류 이득 수준은 낮을 것입니다(아마도 20 - 50).

  제너 다이오드 과전압 클램프
  (a) - 간단한 제너 다이오드, (b) - 트랜지스터 버퍼로 더 높은 전류

• 전압 제한: 스위치 모드 전원 공급 장치에 과전압 보호가 필요한 경우 SMPS 클램프 및 크로우바 기술은 전력 소비 요구 사항과 구성 요소의 가능한 크기 및 비용으로 인해 널리 사용되지 않습니다.

  다행스럽게도 대부분의 스위치 모드 조정기는 저전압 조건에서 실패합니다. 그러나 과전압 조건의 경우 전압 제한 기능을 배치하는 것이 현명한 경우가 많습니다.
  
  이는 종종 과전압 상태를 감지하고 컨버터를 차단하여 달성할 수 있습니다. 이는 특히 DC-DC 컨버터의 경우에 적용됩니다. 이를 구현할 때 메인 IC 조정기 외부에 있는 감지 루프를 통합해야 합니다. 많은 스위치 모드 조정기와 DC-DC 컨버터는 칩을 사용하여 대부분의 회로를 구현합니다. 스위치 모드 조정기 칩이 손상되어 과전압 조건이 발생하면 감지 메커니즘도 손상될 수 있으므로 외부 감지 루프를 사용하는 것이 매우 중요합니다.

  분명히 이러한 형태의 과전압 보호에는 사용되는 특정 회로 및 스위치 모드 전원 공급 장치 칩에 특정한 회로가 필요합니다.

세 가지 기술이 모두 사용되며 효과적인 전원 공급 장치 과전압 보호 기능을 제공할 수 있습니다. 각각의 장점과 단점이 있으며 주어진 상황에 따라 기술을 선택해야 합니다.

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