Меню

Модульный подавитель всплесков напряжений



Каковы различные типы подавителей переходных напряжений?

Каковы различные типы подавителей переходных напряжений?

Типы подавителей переходных напряжений

Ограничители переходного напряжения существуют в диапазоне уровней напряжения. Низковольтные супрессоры предназначены для защиты бытовой электроники в диапазоне 120/240 вольт и высоковольтных супрессоров в диапазоне 2,4 кВ до 15 киловольт, где мощность выводится непосредственно из электрической сети для промышленного использования и передается через понижающие трансформаторы. Низкоуровневые переходные устройства подавления напряжения часто строятся на подавляющих диодах, таких как стабилитрон, которые, в отличие от обычных диодов, допускают ток в обоих направлениях. Средние подавители подавления переходных процессов основаны на металл-оксидных варисторах (MOV), но со временем они ухудшаются при меньших электрических шипах на линии. Газотрубные супрессоры представляют собой третью категорию подавителей переходных напряжений и единственное разнообразие, которое может обрабатывать повторяющиеся всплески высокого напряжения, например, от молнии, без ухудшения.

Поскольку большинство электрических пиков происходит в очень быстрых, коротких длинах менее одной наносекунды или одной миллиардной части секунды, подавители переходного напряжения должны быть способны к почти мгновенной реакции. Поэтому они спроектированы таким образом, чтобы пропускать определенное количество напряжения при их включении, которое официально считается пропущенным напряжением, и это самый важный рейтинг для любой системы подавления напряжения. Во-вторых, поскольку электрические пики короткие по индивидуальному времени, они не оказывают никакого нагревательного воздействия на проводку. Поэтому подавители переходных напряжений не должны быть рассчитаны для соответствия номинальным значениям перенапряжения схемы, в которую они подключены, что дает им более универсальное применение в различных электрических устройствах.

Ограничители подавления переходного напряжения промышленного уровня основаны на предположении, что высоковольтный понижающий трансформатор, питающий электроэнергию от электросети, не обеспечивает адекватной защиты от шипов на линии. Невозможно управлять событиями переключения мощности или ударами молнии утилитой. Эти подавители переходных напряжений также учитывают индуктивный удар, которые являются всплесками напряжения, генерируемыми внутри установки, когда выключатели открыты или закрыты. Только внутренние индуктивные удары могут быть в 10-20 раз выше номинального напряжения для электрических систем в промышленном объекте, при условии, что цепь с напряжением 4,15 киловольт испытывает скачки напряжения до 83,2 киловольт. Эти системы часто строятся с использованием компонентов MOV, предназначенных для шунтирования высоковольтных импульсов на низкоомный путь.

Жилые и стандартные коммерческие прерыватели подавления переходных процессов работают с ограничением внутренних шипов в первую очередь, поскольку большинство переходных напряжений генерируется изнутри здания, а не из внешних электрических каналов. В домах общий источник электрических пиков — это, как правило, велосипед больших приборов, таких как холодильники и морозильники, стиральные машины и сушилки, печные моторы и кондиционеры. Большинство из этих подавителей перенапряжения спроектированы с пусковым напряжением не более чем в два раза выше обычного пика системы для напряжений на цепи. Для 120-вольтовой цепи это считается 339 вольт, а для 240-вольтовой цепи — 679 вольт. Все подавители переходных напряжений также оцениваются с точки зрения диссипации пикового импульса, а это означает, что количество избыточной мощности может протекать, а на более низких уровнях ограничено около 150 Вт.

Читайте также:  Как установить реле контроля напряжения 1 фазное

Каждая конструкция для подавления переходных напряжений имеет свои уникальные преимущества и недостатки. Шунтирующее напряжение зенеровских диодов отходит от низковольтных цепей, поскольку они способны передавать электричество в двух направлениях вместо одного, как это делают типичные диоды, и они экономичны и легко внедряются в супрессоры. Металлооксидные варисторы предназначены для шунтирования пиков напряжения более высокого уровня от цепи, но не могут шунтировать поддерживаемые более низкие напряжения, превышающие пиковые уровни цепи. Газоразрядные трубки являются дорогостоящими по сравнению, но могут обрабатывать повторяющиеся высоковольтные всплески на линии без значительного снижения, поскольку MOVs быстро работают.

Источник

Введение в подавление переходных напряжений (TVS)

Видео: Documental «PINOCHET» // Documentary «Pinochet» //»Пиночет» Документальные 2021, Март

Введение в подавление переходных напряжений (TVS)

Эта статья представляет собой введение в переходные процессы и устройства, используемые для их подавления. В нем вы узнаете о различных устройствах, используемых для подавления переходных процессов, включая диоды подавления переходных напряжений, варисторы из оксида металла, поливинилхлориды и лавинные диоды.

Переходные процессы — это временные всплески или всплески напряжения или тока, которые могут потенциально влиять на схемы способами, начиная от незначительных сбоев и заканчивая катастрофическим сбоем. Временной переход напряжения может составлять от нескольких милливольт до тысяч вольт, и они могут длиться от наносекунд до сотен миллисекунд. Некоторые переходные процессы повторяются, например, вызванные индуктивным звонком в двигателе, в то время как другие переходные процессы более спорадические, такие как события ОУР.

Текущие переходные процессы могут быть вызваны, например, пусковым током. На рисунке ниже показано, что устройство подключено к сети.

Image

Пусковой ток Спайк / Переход.

Приложенное напряжение составляет 5 В (голубая форма волны), в то время как ток, технически известный как «пусковой ток» — (желтый сигнал), поднимается очень высоко: его измеренное значение составляет 26, 2 А с длительностью 21, 6 мкс. В этом случае само устройство может противостоять текущему переходному процессу. Однако, в зависимости от возможностей источника питания подключенного источника питания, он может стать ограниченным по току и, как результат, может голодать устройство тока. Это может привести к отказу нежелательного устройства или к худшему.

Происхождение переходных процессов

Переходные процессы могут генерироваться из внутренних или внешних подключений к цепи. Примеры внутренних порождаемых переходных процессов включают:

  • Переключение индуктивной нагрузки:
    • реле катушки
    • моторы
    • соленоидные катушки
    • трансформеры
  • Дуговые:
    • неисправные контакты в выключателях, переключателях и разъемах
    • двигатели с неисправными обмотками или изоляцией
    • плохая электропроводка
    • плохое заземление
  • Коммутация логики ИС:
    • TTL
    • CMOS

Внешне генерируемые переходные процессы вводят схему (или систему) по путям, включая:

  • Линии питания:
    • удары молнии
    • индуктивное включение, вызванное включением другого оборудования, подключенного к одному и тому же источнику питания
  • Входные и / или выходные линии данных / сигналов:
    • I 2 C
    • последовательная связь
    • Ethernet
  • Другие прилагаемые провода / кабели, такие как основания
Читайте также:  Как найти касательное напряжение сопромат

ESD (электростатический разряд) является еще одной распространенной формой внешнего напряжения переходного процесса. События ОУР могут привести к немедленному повреждению или, что еще хуже, скрытому повреждению, иногда называемому «ходячим раненым». Термин ходячий раненый используется, потому что поврежденный ОУР компонент может продолжать нормально работать в течение нескольких часов, дней или даже месяцев до катастрофического сбоя.

Устройства, используемые для подавления переходных процессов

Существует множество устройств, которые могут использоваться для подавления переходных процессов напряжения. Такое устройство упоминается как подавитель переходного напряжения (TVS). Ниже перечислены некоторые из наиболее популярных устройств TVS.

Конденсатор байпасный

Байпасные конденсаторы, используемые для подавления переходных процессов напряжения, также называются развязывающими конденсаторами. Такие конденсаторы, обычно в наборах двух или трех со значениями одного или двух порядков между ними, часто размещаются как на каждом источнике питания, так и на каждом аналоговом компоненте, чтобы обеспечить бесперебойную и бесшумную подачу питания,

Image

Символ конденсатора
  • Для логических приложений: 0, 01 — 0, 22 мкФ
  • Для применений с питанием: 0, 1 мкФ и более
  • Маломощные приложения
  • RC-демпферы
  • Развязка цифровых логических рельсов (для более чистой мощности)
  • Бюджетный
  • Легко доступны
  • Простота применения
  • Быстродействующий
  • Неравномерное подавление
  • Может потребоваться много: один или два для каждого отдельного устройства

Зенеровские диоды

Зенеровский диод представляет собой специально разработанный диод с уменьшенным напряжением пробоя, называемым напряжением Зенера . Эти диоды имеют контролируемый пробой, который позволяет току поддерживать напряжение на диоде Зенера близко к напряжению пробоя стабилитрона. В качестве побочного примечания эта характеристика делает стабилизирующие диоды полезными для генерации опорных напряжений.

Зенеровские диоды также часто используются для защиты цепей от переходных процессов перенапряжения, таких как события ESD.

Image

Символ зенеровского диода
  • Отвод / зажим в низкоэнергетических цепях
  • Хорошо подходит для высокочастотных цепей
  • Хорошо подходит для высокоскоростных линий передачи данных
  • Бюджетный
  • Быстродействующий
  • Легко использовать
  • Легко доступны
  • Стандартные рейтинги
  • Двунаправленный
  • Калиброванное зажимное напряжение
  • Обычно сбой открыт (в отличие от сбоя)
  • Ограничено низкой потребляемой мощностью

Диоды подавления переходных напряжений

Диоды подавления переходного напряжения являются очень популярными устройствами, используемыми для мгновенного захвата переходных напряжений (например, событий ESD) до безопасного уровня, прежде чем они могут повредить цепь. Хотя стандартные диоды и стабилитроны могут использоваться для защиты от переходных процессов, они фактически предназначены для регулирования выпрямления и регулирования напряжения и, следовательно, не столь надежны или надежны, как переходные диоды подавления напряжения.

Image

Подавитель переходного напряжения (TVS) Символы диода: однонаправленный (левый) и двунаправленный (правый).
  • Отвод / зажим в низкоэнергетических цепях и системах
  • Хорошо подходит для приложений с умеренной частотой
  • Быстродействующий
  • Легко использовать
  • Легко доступны
  • Двунаправленный или однонаправленный
  • Калиброванное низкое зажимное напряжение
  • Не работает короткозамкнутый
  • Частота предельных значений емкости
  • Низкое энергопотребление
  • Более дорогие, чем диоды Зенера, или MOVs

MOV (варисторы с металлическим оксидом)

Варистор оксида металла (MOV) представляет собой двунаправленный полупроводниковый прерыватель напряжения. MOV ведут себя как чувствительные к напряжению переменные резисторы. Напряжение, при котором устройство проводит (т. Е. Переключатели), зависит от количества зерен между его электродными выводами. Это значение может быть изменено во время производственного процесса для создания любого желаемого порога пробоя напряжения.

Читайте также:  Стабилизаторы напряжения бастион теплоком

Image

Символ MOVs (оксид металла)
  • Отвод / зажим в большинстве низко- и среднечастотных цепей при всех уровнях напряжения и тока.
  • Может использоваться в системах переменного или постоянного тока.
  • Бюджетный
  • Быстродействующий
  • Легко доступны
  • Калиброванное низкое зажимное напряжение
  • Легко использовать
  • Стандартные рейтинги
  • Двунаправленный
  • Не работает короткозамкнутый
  • От умеренной до высокой емкости ограничивает высокочастотную производительность.
  • Может только рассеивать относительно небольшое количество мощности и, следовательно, непригодны для приложений, требующих постоянного рассеивания мощности.

Лавинный диод

Лавинные диоды, такие как диоды Зенера, предназначены для разрушения и проведения очень высоких токов при определенном напряжении обратного смещения. Такое поведение называется лавинным эффектом. Подобно диодам Зенера, которые несколько ограничены в диапазоне максимального напряжения пробоя, доступны лавинные диоды с напряжением пробоя более 4000 В.

Лавинные диоды соединены в обратном смещении, т. Е. Катод подключен к более положительному напряжению. Таким образом, при нормальных условиях диод оказывает минимальное влияние на схему, но когда напряжение на его клеммах превышает заданный порог, оно начинает действовать.

Image

Символ лавинного диода
  • Используется для защиты цепей от повреждения высоковольтных переходных процессов.
  • Заданное напряжение V BR (напряжение пробоя).
  • Указан с максимальным переходным процессом, который он может обрабатывать.
  • Лавинообразное событие пробоя не является разрушительным — если диод не перегреться.
  • Известным побочным эффектом является генерация радиочастотного шума.

PolySwitch

PolySwitch (также называемый полифлавом или перезагружаемым предохранителем) представляет собой резистор с положительным температурным коэффициентом (PTC), который выполнен из проводящей полимерной смеси. При нормальных рабочих условиях (т. Е. При нормальных температурных условиях) проводящие элементы внутри PolySwitch образуют низкоомные «цепи», которые позволяют протекать ток довольно легко. Однако, когда ток, протекающий по этим цепям, увеличивается до точки, где их температура поднимается выше некоторого критического порога (точка, называемая «путевым током»), кристаллическая структура проводящего полимера внезапно переходит в растянутое и бесформенное состояние, которое, как результат, увеличивает сопротивление PolySwitch, что вызывает внезапное падение тока. После срабатывания PolySwitch останется в отключенном состоянии до тех пор, пока ошибка не будет устранена, и температура PolySwitch не вернется к безопасному уровню.

Image

Символ PolySwitch
  • Защита от перегрузки по току для громкоговорителей, двигателей, источников питания и аккумуляторных батарей
  • Если требуется самовосстанавливающийся предохранитель (т. Е. Предохранитель, который не требует замены)
  • Бюджетный
  • Легко использовать
  • Самовозврат
  • Требуется период охлаждения для сброса

Обзор ТВС

Хотя существует множество вариантов и устройств для подавления переходного напряжения, различные устройства ТВС более подходят для определенных типов переходных процессов или определенных условий эксплуатации. Разумно сначала понять потребности и требования вашей схемы, а затем начать поиск лучшего решения для ТВС.

Источник