Protecţiile se referă atât la sursa de alimentare, cât și la sarcina conectată la sursă. Aceste protecţii sunt: (1) Protecţia la scurtcircuit, (2) Protecţia la depășirea puterii sau la suprasarcină, (3) Protecţia la supracurent, (4) Protecţia la supratemperatură, (5) Protecţia la subtensiune și supratensiune, (6) Protecţia ce limitează tensiunea și curentul absorbit pe intrare la pornire, Sursele de alimentare considerate surse de calitate au toate tipurile de protecţie, ceea ce se reflectă în costul lor. Pe de altă parte, dispozitivele ce reprezintă sarcini pentru surse trebuie protejate la supratensiuni, supraîncălzire și la perturbaţii.
1. Protecţia la scurtcircuit (SCP – Short Circuit Protection)
Această protecţie este obligatorie. Protecţia la scurtcircuit este cea mai simplă formă de protecţie prevăzută în orice sursă de alimentare. Se realizează printr-un circuit electronic activ care acţionează rapid să limiteze curentul până când o siguranţă fuzibilă calibrată la un curent maxim va întrerupe efectiv curentul. Aceasta protejează etajul de ieșire din sursă la scurtcircuite accidentale între bornele de ieșire sau la un scurtcircuit în sarcină.
2. Protecţia la depășirea puterii sau la suprasarcină (OPP/OLP – Over Power/Load Protection
)
Această protecţie este opţională și acţionează în sensul opririi sursei dacă se solicită o putere prea mare la ieșire, peste un nivel maxim de capabilitate a sursei. Aceste protecţii, OPP sau OLP au nume diferite, dar se referă la același lucru. Curentul la ieșire este urmărit permanent, iar la depășirea unei valori limită fixată, acţionează protecţia și se deconectează sursa de alimentare.
3. Protecţia la supracurent (OCP – Over Current Protection)
Această protecţie este obligatorie. Protecţia la supracurent se bazează pe un circuit specializat OVP și pe un senzor de curent (rezistor de putere mare cu rezistenţă foarte mică, numit shunt). Tensiunea de pe shunt se măsoară și se compară cu un nivel fixat pentru a limita curentul. Protecţia la supracurent se face în unul din 5 moduri: (a) curent constant (în timp ce tensiunea la ieșire tinde la zero), (b) fold-back (tensiunea la ieșire tinde spre zero, iar curentul de ieșire se reduce), (c)
fold-forward (tensiunea la ieșire tinde spre zero, în timp ce curentul la ieșire crește pentru a alimenta sarcini inductive la pornirea sursei), (d) hiccup (tensiunea la ieșire cade la zero, dacă curentul de ieșire crește până la o limită stabilită în etajul de ieșire, dar după un timp scurt se revine iar la valoarea normală. La ieșire fiind efectiv niște tranziţii on/off, pierderea de putere prin căldură disipată este
minimă, comparativ cu limitarea la curent constant), (e) oprirea funcţionării sursei la un curent maxim atins (current limit shutdown). Exceptând modul (e) sursa revine automat la operarea normală la încetarea suprasolicitării.
4. Protecţia la supratemperatură (OTP – Over Temperature Protection)
Această protecţie este opţională. Nu toate sursele au prevăzută această protecţie care acţionează la depășirea unei temperaturi limită în interior, pentru a opri funcţionarea sursei. Temperatura se măsoară cu un senzor ales să activeze protecţia. O sursă de calitate cu protecţie la supratemperatură are doi senzori de temperatură: (1) pentru depășirea temperaturii în interiorul sursei sau pe radiatorul etajului de ieșire și (2) pentru controlul vitezei unui ventilator inclus. Sunt diponibile surse care se livrează cu un senzor de temperatură atașabil la o sarcină (de exemplu pe o baterie supusă reîncărcării).
5. Protecţia la subtensiune și supratensiune (UVP și OVP – Under and Over Voltage Protection) la ieșire
Protecţia la subtensiune (UVP) este opţională, dar protecţia la supratensiune (OVP) este obligatorie în toate sursele de alimentare. Subtensiunea poate apare la conectarea bruscă a sarcinii. Protecţia la sub și supratensiune este realizată de același circuit care monitorizează tensiunea la ieșire pentru ca aceasta să fie în limite sigure. La alegerea sursei de alimentare, se verifică dacă nivelul maxim al tensiunii la ieșirea sursei este admisibil ca nivel maxim de intrare pentru sarcină.
Protecţia OPV de tip crowbar este o schemă simplă ce realizează un scurtcircuit al ieșirii sursei printr-un tiristor în serie cu o siguranţă ultrarapidă, dacă tensiunea la ieșire depășește un anumit nivel. Sursa nu revine în funcţionare după dispariţia supratensiunii, deoarece siguranţa nu are revenire automată. Protecţia de tip clamp este bazată pe componente ce limitează tensiunea la un nivel prestabilit, absorbind vârfuri mari de curent, repetitive pe durate scurte și disipând putere mare. Este o metodă simplă de a menţine tensiunea în limite nondistructive, pentru alimentarea circuitelor la tensiuni cu nivele mici sau de protejare a contactelor.
6. Protecţia ce limitează tensiunea și curentul absorbit pe intrare la pornire (Inrush current)
Această protecţie este obligatorie. Protecţia la supratensiuni pe intrare se realizează cu varistoare. Sursele de alimentare cu comutaţie absorb la pornire un curent foarte mare (20 … 60A) din reţeaua AC sau dintr-o baterie pentru un timp scurt (20 msec). Limitarea curentului este realizată cu termistoare NTC și rezistoare înseriate pe intrare, evitând astfel distrugerea capacitoarelor, a inductanţelor din filtre și elementelor de redresare din etajul de intrare al sursei, ce au o impedanţă extrem de mică.
Datorită variaţiilor de temperatură ale termistorului NTC când limitează curentul absorbit, este necesar un timp de răcire de 30 … 120 secunde, în care acesta revine la rezistenţa nominală. De aceea se recomandă ca repornirea sursei să nu se facă imediat după o oprire.
Câteva componente mici: termistor, varistor, capacitor, bobina de șoc și siguranţa fuzibilă pot asigura protecţii eficiente, la costuri mici. Totuși, aceste componente de care depinde buna funcţionare, trebuie să aibă caracteristici deosebite.
De exemplu, termistorul NTC trebuie să aibă caracteristici pe care firma EPCOS (www.epcos.com) le asigură:
• Gama de temperatură: -10°C … 250°C, vârf de temperatură 280°C, pentru scurt timp
• Timp mic de răspuns în curent de aer
• Rezistenţă ridicată de izolaţie
• Imunitate la influenţe electromagnetice
• Cuplare termică simplă la mediul termal
Limitarea curentului la pornire (ICL – Inrush Current Limiter) este importantă pentru a proteja capacitoarele cât și elementele de redresare. La pornire termistorul este rece și are o rezistenţă relativ mare. Curentul care îl va parcurge îl va încălzi și rezistenţa scade. Datorită acestui comportament apare protecţia pe intrare, evitându-se intervenţia siguranţelor. Sarcina limitării pe intrare poate fi realizată cu seria EPCOS B57153S*, de exemplu. În al doilea rând, protecţia la supratensiuni se face cu diferite varistoare. Seria EPCOS B7221* acoperă toate tensiunile tipice ale surselor de alimentare.
Componentele care asigură protecţiile trebuie să îndeplinească 3 condiţii: eficienţa ridicată, mare densitate de putere și fiabilitate foarte mare.
ECAS
ELECTRO (www.ecas.ro) este distribuitor autorizat al produselor EPCOS: Capacitoare aluminiu, Capacitoare film, Capacitoare de putere, Ferite, Filtre absorbante de tensiuni foarte mari, Inductoare, Supresoare ceramice pentru tensiuni tranzitorii, Termistoare NTC, Termistoare PTC, Transformatoare, Varistoare.
www.epcos.com
Informaţii referitoare la proiectare și aplicaţii speciale: design-solution@epcos.com
Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro