Schutztechnologie von geregelten DC-Schaltnetzteilen
Die im Stromschaltregler verwendeten Hochleistungsschaltgeräte sind teurer und die Steuerschaltung ist komplizierter. Außerdem ist die Last des Schaltreglers in der Regel ein elektronisches System mit einer Vielzahl von hochintegrierten Geräten. Transistoren und integrierte Bauelemente haben eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber elektrischen und thermischen Schocks.
Daher sollte der Schutz des Schaltreglers die Sicherheit des Reglers selbst und der Last berücksichtigen. Es gibt viele Arten von Schutzschaltungen, hier sind Verpolungsschutz, Programmschutz, Überstromschutz, Überspannungsschutz, Unterspannungsschutz und Überhitzungsschutz und andere Schaltungen. In der Regel werden mehrere Schutzverfahren ausgewählt, die zu einem vollständigen Schutzsystem kombiniert werden.
Schaltnetzteil Schutzschaltung
Der Eingang eines DC-Schaltreglers ist im Allgemeinen eine ungeregelte DC-Stromversorgung. Durch falsche Bedienung oder versehentlichen Anschluss wird die Polarität des Schalters beschädigt, wodurch das Schaltnetzteil beschädigt wird.
Der Zweck des Polaritätsschutzes besteht darin, dass der Schaltregler nur funktioniert, wenn er an eine ungeregelte Gleichstromquelle mit der richtigen Polarität angeschlossen ist. Ein Polaritätsschutz der Stromversorgung kann durch die Verwendung von unidirektionalen Leitungsgeräten erreicht werden. Die einfachste Verpolungsschutzschaltung ist in der Abbildung dargestellt. Da durch die Diode D der gesamte Eingangsstrom des Schaltreglers fließen muss, ist diese Schaltung eher für Schaltregler kleiner Leistung geeignet. Bei hoher Leistung dient die Verpolungsschutzschaltung als Zwischenglied im Programmschutz, wodurch die für den Verpolungsschutz erforderliche Hochleistungsdiode eingespart werden kann und auch der Stromverbrauch reduziert wird.
Programmschutz
Die Schaltung des schaltgeregelten Netzteils ist komplexer und kann grundsätzlich in einen Niederleistungs-Steuerteil und einen Hochleistungs-Schaltteil unterteilt werden. Schalttransistoren sind leistungsstark. Um die Sicherheit von Schalttransistoren beim Ein- oder Ausschalten der Stromversorgung zu gewährleisten, müssen zuerst stromsparende Steuerschaltungen wie Modulatoren und Verstärker funktionieren. Dazu ist es notwendig, den korrekten Bootvorgang sicherzustellen.
Das Eingangsende des Schaltreglers ist im Allgemeinen mit einem Eingangsfilter mit einer kleinen Induktivität und einer großen Kapazität verbunden. Im Moment des Einschaltens fließt ein großer Stoßstrom durch den Filterkondensator, und dieser Stoßstrom kann ein Vielfaches des normalen Eingangsstroms betragen. Ein so großer Stoßstrom kann die Kontakte gewöhnlicher Leistungsschalter oder Relais schmelzen und die Eingangssicherung durchbrennen lassen. Darüber hinaus kann Einschaltstrom Kondensatoren beschädigen, ihre Lebensdauer verkürzen und einen vorzeitigen Ausfall verursachen. Aus diesem Grund sollte beim Start ein Strombegrenzungswiderstand angeschlossen und der Kondensator über diesen Strombegrenzungswiderstand aufgeladen werden. Damit der Strombegrenzungswiderstand nicht zu viel Strom verbraucht und den normalen Betrieb des Schaltreglers beeinträchtigt, wird ein Relais verwendet, um ihn nach dem Einschaltvorgang automatisch kurzzuschließen, so dass die Gleichstromversorgung direkt Strom liefert der Schaltregler, wie das Bild zeigt. Diese Schaltung wird als "Soft-Start"-Schaltung eines Schaltreglers bezeichnet.
3. Überstromschutz
Bei unerwarteten Situationen wie Lastkurzschluss, Überlastung oder Ausfall des Steuerkreises ist der durch den Schalttransistor im Spannungsstabilisator fließende Strom zu groß, was den Stromverbrauch der Röhre erhöht und Wärme verursacht. Wenn keine Überstromschutzvorrichtung vorhanden ist, kann der Hochleistungsschalttransistor beschädigt werden. Daher wird in Schaltreglern üblicherweise ein Überstromschutz verwendet. Am wirtschaftlichsten und einfachsten ist die Verwendung einer Sicherung. Aufgrund der geringen Wärmekapazität des Transistors können gewöhnliche Sicherungen im Allgemeinen keine schützende Rolle spielen, und es werden üblicherweise flinke Sicherungen verwendet. Dieses Verfahren hat den Vorteil eines einfachen Schutzes, jedoch muss die Spezifikation der Sicherung gemäß den Anforderungen des sicheren Arbeitsbereichs des spezifischen Schalttransistors ausgewählt werden. Der Nachteil dieser Überstromschutzmaßnahme ist die Unbequemlichkeit des häufigen Sicherungswechsels.
Strombegrenzungsschutz und Stromunterbrechungsschutz, die üblicherweise in Linearreglern verwendet werden, können in Schaltreglern angewendet werden. Jedoch kann gemäß den Eigenschaften des Schaltreglers der Ausgang dieser Schutzschaltung den Schalttransistor nicht direkt steuern, sondern der Ausgang des Überstromschutzes muss in einen Impulsbefehl umgewandelt werden, um den Modulator zum Schutz des Schalttransistors zu steuern. Um einen Überstromschutz zu realisieren, ist es im Allgemeinen erforderlich, einen Abtastwiderstand in Reihe in der Schaltung zu verwenden, was sich auf die Effizienz der Stromversorgung auswirkt, weshalb er hauptsächlich in Schaltreglern mit geringer Leistung verwendet wird. In der Hochleistungs-Schaltstromversorgung sollte angesichts des Stromverbrauchs der Zugriff auf den Abtastwiderstand so weit wie möglich vermieden werden. Daher wird der Überstromschutz üblicherweise in einen Über- und Unterspannungsschutz umgewandelt.
4. Überspannungsschutz
Der Überspannungsschutz von Schaltreglern umfasst einen Eingangsüberspannungsschutz und einen Ausgangsüberspannungsschutz. Wenn die Spannung der ungeregelten Gleichstromversorgung wie Batterie und Gleichrichter, die vom Schaltregler verwendet werden, zu hoch ist, kann der Schaltregler nicht normal arbeiten und sogar die internen Geräte beschädigen. Daher ist es notwendig, eine Eingangsüberspannungsschutzschaltung zu verwenden.
5. Unterspannungsschutz
Wenn die Ausgangsspannung niedriger als der angegebene Wert ist, spiegelt dies eine Anomalie in der DC-Eingangsversorgung, im Schaltregler oder in der Ausgangslast wider. Wenn die DC-Eingangsversorgungsspannung unter den angegebenen Wert fällt, fällt die Ausgangsspannung des Schaltreglers ab und der Eingangsstrom steigt, wodurch sowohl der Schalttransistor als auch die Eingangsstromversorgung gefährdet werden. Daher ist es notwendig, einen Unterspannungsschutz einzustellen
6. Überhitzungsschutz
Die hohe Integration, das geringe Gewicht und das geringe Volumen von Schaltreglern erhöhen die Leistungsdichte pro Volumeneinheit erheblich, und entsprechend steigen auch die Anforderungen an die Komponenten innerhalb des Stromversorgungsgeräts hinsichtlich ihrer Arbeitsumgebungstemperatur. Andernfalls verschlechtert sich die Schaltungsleistung und Komponenten fallen vorzeitig aus. Daher sollte in Hochleistungs-Schaltreglern ein Überhitzungsschutz gesetzt werden.
