เทคโนโลยีการป้องกันของ DC Switching Regulated Power Supply
อุปกรณ์สวิตชิ่งกำลังสูงที่ใช้ในตัวควบคุมสวิตชิ่งปัจจุบันมีราคาแพงกว่า และวงจรควบคุมซับซ้อนกว่า นอกจากนี้ โหลดของสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์โดยทั่วไปคือระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ติดตั้งอุปกรณ์ที่มีการบูรณาการสูงจำนวนมาก ทรานซิสเตอร์และอุปกรณ์แบบบูรณาการมีความต้านทานต่ำต่อไฟฟ้าช็อตและความร้อน
ดังนั้นการป้องกันของตัวควบคุมการสลับควรคำนึงถึงความปลอดภัยของตัวควบคุมและโหลด วงจรป้องกันมีหลายประเภท ได้แก่ การป้องกันขั้ว การป้องกันโปรแกรม การป้องกันกระแสเกิน การป้องกันแรงดันไฟเกิน การป้องกันแรงดันต่ำ และการป้องกันความร้อนสูงเกินไปและวงจรอื่นๆ มักจะเลือกวิธีการป้องกันหลายวิธีรวมกันเพื่อสร้างระบบป้องกันที่สมบูรณ์
วงจรป้องกันแหล่งจ่ายไฟสลับ
อินพุตไปยังตัวควบคุมการสลับ DC โดยทั่วไปจะเป็นแหล่งจ่ายไฟ DC ที่ไม่ได้รับการควบคุม เนื่องจากการทำงานผิดพลาดหรือการเชื่อมต่อโดยไม่ได้ตั้งใจ ขั้วของสวิตช์จะเสียหาย ซึ่งจะทำให้แหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่งเสียหาย
จุดประสงค์ของการป้องกันขั้วคือการทำให้ตัวควบคุมการสลับทำงานเฉพาะเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC ที่ไม่ได้รับการควบคุมซึ่งมีขั้วที่ถูกต้อง การป้องกันขั้วของแหล่งจ่ายไฟสามารถทำได้โดยใช้อุปกรณ์นำทิศทางเดียว วงจรป้องกันขั้วที่ง่ายที่สุดแสดงอยู่ในรูป เนื่องจากไดโอด D ต้องไหลผ่านกระแสอินพุตทั้งหมดของตัวควบคุมการสลับวงจร วงจรนี้จึงเหมาะสำหรับตัวควบคุมการสลับกำลังไฟต่ำมากกว่า ในกรณีของพลังงานสูง วงจรป้องกันขั้วจะใช้เป็นลิงค์ในการป้องกันโปรแกรม ซึ่งสามารถประหยัดไดโอดกำลังสูงที่จำเป็นสำหรับการป้องกันขั้ว และการใช้พลังงานจะลดลงด้วย
การป้องกันโปรแกรม
วงจรของแหล่งจ่ายไฟควบคุมแบบสวิตชิ่งมีความซับซ้อนมากขึ้น และสามารถแบ่งออกเป็นส่วนควบคุมพลังงานต่ำและส่วนสวิตชิ่งพลังงานสูงโดยทั่วไปได้ ทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งมีกำลังสูง เพื่อป้องกันความปลอดภัยของการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์เมื่อเปิดหรือปิดแหล่งจ่ายไฟ วงจรควบคุมพลังงานต่ำ เช่น โมดูเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ต้องทำงานก่อน ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้นตอนการบู๊ตถูกต้อง
ปลายอินพุตของตัวควบคุมการสลับโดยทั่วไปจะเชื่อมต่อกับตัวกรองอินพุตที่มีตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็กและความจุขนาดใหญ่ ในขณะที่เปิดเครื่อง กระแสไฟกระชากขนาดใหญ่จะไหลผ่านตัวเก็บประจุตัวกรอง และกระแสไฟกระชากนี้สามารถเป็นได้หลายเท่าของกระแสอินพุตปกติ กระแสไฟกระชากขนาดใหญ่ดังกล่าวสามารถละลายหน้าสัมผัสของสวิตช์ไฟหรือรีเลย์ธรรมดาและทำให้ฟิวส์อินพุตระเบิดได้ นอกจากนี้ กระแสที่ไหลเข้าอาจทำให้ตัวเก็บประจุเสียหาย ทำให้อายุการใช้งานสั้นลงและทำให้เกิดความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร ด้วยเหตุผลนี้ ควรเชื่อมต่อตัวต้านทานจำกัดกระแสเมื่อเริ่มต้น และควรชาร์จตัวเก็บประจุผ่านตัวต้านทานจำกัดกระแสนี้ เพื่อไม่ให้ตัวต้านทานจำกัดกระแสใช้พลังงานมากเกินไปและส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของตัวควบคุมการสลับ รีเลย์จะใช้เพื่อลัดวงจรโดยอัตโนมัติหลังจากกระบวนการชั่วคราวเริ่มต้น เพื่อให้แหล่งจ่ายไฟ DC จ่ายพลังงานโดยตรงไปยัง สวิตชิ่งเรกูเลเตอร์ ตามภาพ วงจรนี้เรียกว่าวงจร "ซอฟต์สตาร์ท" ของตัวควบคุมสวิตชิ่ง
3. การป้องกันกระแสเกิน
เมื่อเกิดสถานการณ์ที่ไม่คาดคิด เช่น โหลดลัดวงจร โอเวอร์โหลด หรือวงจรควบคุมล้มเหลว กระแสที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งในตัวปรับแรงดันไฟฟ้าจะมากเกินไป ซึ่งจะเพิ่มการใช้พลังงานของหลอดและทำให้เกิดความร้อน หากไม่มีอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน ทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งกำลังสูงอาจเสียหายได้ ดังนั้นการป้องกันกระแสเกินจึงเป็นที่นิยมใช้ในสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์ วิธีที่ประหยัดและง่ายที่สุดคือการใช้ฟิวส์ เนื่องจากความจุความร้อนเพียงเล็กน้อยของทรานซิสเตอร์ ฟิวส์ธรรมดาจึงไม่สามารถทำหน้าที่ป้องกันได้ และโดยทั่วไปจะใช้ฟิวส์แบบเป่าเร็ว วิธีนี้มีข้อดีของการป้องกันที่ง่าย อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องเลือกคุณสมบัติของฟิวส์ตามข้อกำหนดของพื้นที่ทำงานที่ปลอดภัยของทรานซิสเตอร์สวิตช์เฉพาะ ข้อเสียของมาตรการป้องกันกระแสเกินนี้คือความไม่สะดวกในการเปลี่ยนฟิวส์บ่อยๆ
การป้องกันการจำกัดกระแสและการป้องกันการตัดกระแสไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไปในลิเนียร์เร็กกูเลเตอร์สามารถนำไปใช้กับสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์ได้ อย่างไรก็ตาม ตามลักษณะของสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์ เอาต์พุตของวงจรป้องกันนี้ไม่สามารถควบคุมทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งได้โดยตรง แต่เอาต์พุตของการป้องกันกระแสเกินจะต้องแปลงเป็นคำสั่งพัลส์เพื่อควบคุมโมดูเลเตอร์เพื่อป้องกันทรานซิสเตอร์สวิตชิ่ง เพื่อให้มีการป้องกันกระแสเกิน โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานการสุ่มตัวอย่างเป็นอนุกรมในวงจร ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟ ดังนั้นจึงมักใช้ในตัวควบคุมการสลับพลังงานต่ำเป็นส่วนใหญ่ ในแหล่งจ่ายไฟควบคุมแบบสวิตชิ่งกำลังสูง เมื่อพิจารณาถึงการใช้พลังงาน ควรหลีกเลี่ยงการเข้าถึงตัวต้านทานการสุ่มตัวอย่างให้มากที่สุด ดังนั้น การป้องกันกระแสเกินมักจะถูกแปลงเป็นการป้องกันแรงดันไฟเกินและแรงดันต่ำ
4. การป้องกันแรงดันไฟเกิน
การป้องกัน overvoltage ของ switching regulators รวมถึงการป้องกัน overvoltage อินพุตและการป้องกัน overvoltage เอาต์พุต หากแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ DC ที่ไม่มีการควบคุม เช่น แบตเตอรี่และวงจรเรียงกระแสที่ใช้โดยตัวควบคุมการสลับสวิตช์สูงเกินไป ตัวควบคุมการสลับสวิตช์จะไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ และทำให้อุปกรณ์ภายในเสียหายได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินอินพุต
5. การป้องกันแรงดันตก
เมื่อแรงดันเอาต์พุตต่ำกว่าค่าที่ระบุ จะสะท้อนถึงความผิดปกติในแหล่งจ่ายไฟ DC อินพุต ภายในสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์ หรือโหลดเอาต์พุต เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ DC อินพุตลดลงต่ำกว่าค่าที่ระบุ แรงดันเอาต์พุตของตัวควบคุมสวิตชิ่งจะลดลงและกระแสอินพุตจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อทั้งทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งและแหล่งจ่ายไฟอินพุต ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตั้งค่าการป้องกันแรงดันต่ำ
6. การป้องกันความร้อนสูงเกินไป
การผสานรวมกันสูง น้ำหนักเบา และปริมาตรน้อยของตัวควบคุมสวิตชิ่งช่วยเพิ่มความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าต่อหน่วยปริมาตรได้อย่างมาก และข้อกำหนดของส่วนประกอบภายในอุปกรณ์จ่ายไฟสำหรับอุณหภูมิสภาพแวดล้อมในการทำงานก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย มิฉะนั้น ประสิทธิภาพของวงจรจะลดลงและส่วนประกอบต่างๆ จะล้มเหลวก่อนเวลาอันควร ดังนั้นควรตั้งค่าการป้องกันความร้อนสูงเกินไปในตัวควบคุมการสลับกำลังสูง
