Sirkuit Proteksi Tegangan Berlebih: Jenis, Fungsi, dan Proyek DIY

Tidak dapat diragukan, Anda pasti pernah mengalami atau mendengar tentang kondisi overvoltage yang terjadi karena, misalnya, kesalahan di supply. Anda mungkin juga telah melihat dampak overvoltage seperti menyebabkan kebakaran atau fungsi sirkuit yang gagal, merusak komponen sirkuit, dan sebagainya.

Jadi, bagaimana kita mencegah situasi overvoltage terjadi di supply daya kita?

Dengan membaca artikel ini, Anda akan mempelajari jenis proyek sirkuit proteksi overvoltage yang dapat Anda gunakan. Kami juga akan menyertakan diagram sirkuit untuk pemahaman yang lebih baik.

Mari kita mulai.

Apa Itu Proteksi Overvoltage?

Proteksi overvoltage adalah fitur supply daya yang membatasi output atau mematikan supply daya pada tingkat tegangan yang lebih tinggi. Biasanya, tingkat tegangan harus melebihi level preset agar proteksi terjadi.

Sirkuit proteksi overvoltage terutama mencegah kerusakan pada elemen elektronik dari banyak perangkat supply daya. Karena itu, proteksi overvoltage saat ini cukup populer dalam beberapa aplikasi, seperti aplikasi otomotif.

(mobil)

Jenis Proteksi Overvoltage

Jenis proteksi overvoltage tergantung pada biaya, kinerja, dan kompleksitas. Semuanya mencapai proteksi overvoltage supply daya yang efisien.

Tiga yang paling umum adalah;

SCR (Silicon Controlled Rectifier) crowbar

Sirkuit SCR crowbar mencegah overvoltage dengan menciptakan rangkaian pendek lintas ke output dari supply daya.

Thyristor SCR dapat mengalihkan arus besar dan tetap aktif sampai muatan terdisipasi. Juga, Anda dapat menghubungkan SCR kembali ke sekring yang akan meledak dan mencegah regulator menerima lebih banyak tegangan.

Sirkuit SCR crowbar

Dalam sirkuit, Zener diode berfungsi untuk memelihara tegangan yang lebih tinggi dari tegangan operasional output. Demikian pula, ini memelihara tingkat tegangan rendah untuk mencegah kerusakan sirkuit.

Oleh karena itu, Zener diode tidak memiliki aliran arus selama konduksi karena tidak mendapat tegangan hancur. Akibatnya, arus saat ini tidak melewati thyristor, menjaga tetap tertutup. Namun, supply daya beroperasi seperti biasa.

(Zener diodes)

Tegangan sering kali naik ketika transistor pass seri di supply daya DC gagal. Untungnya, unit decoupling mencegah tegangan naik secepatnya. Kenaikan tegangan mencapai titik di mana Zener diode mulai mengkonduksi. Selanjutnya, arus melewati gate thyristor dan menyebabkan terpicu.

Setelah terpicu, thyristor menyemak output supply daya ke tanah, sehingga menghindari kerusakan pada sirkuitnya. Anda juga dapat menggunakan rangkaian pendek untuk meledakkan sekring, sehingga mengalihkan daya dari regulator tegangan. Pengalihan ini mencegah unit dari kerusakan lebih lanjut.

(thyristors)

Kadang-kadang, Anda dapat menempatkan kapasitor kecil sebagai unit decoupling dari gate thyristor ke tanah. Tujuannya adalah untuk mencegah RF atau transient tajam dari tim decoupling menerima daya. Dengan cara itu, RF tidak akan sampai ke koneksi gate dan menyebabkan pemicu palsu.

Jauhi decoupling yang besar karena dapat memperlambat proteksi overvoltage Anda bahkan dalam kasus kegagalan yang realistis.

Voltage clamping

Voltage clamping adalah bentuk kedua dari proteksi over-voltage.

Sirkuit Voltage clamping

Operasinya memerlukan Zener diode yang ditempatkan lintas ke output dari supply daya terregulasi. Karena tegangan Zener diode sedikit lebih tinggi dari tegangan rail maksimum, biasanya tidak akan mengkonduksi. Namun, ia akan mulai mengkonduksi ketika tegangan terlalu tinggi. Kemudian, Zener diode akan membatasi tegangan pada nilai yang lebih tinggi dari tegangan rail.

Tambahkan buffer transisi pada Zener diode jika Anda membutuhkan kemampuan arus lebih tinggi untuk supply daya terregulasi Anda. Ini meningkatkan kemampuan arus Zener diode setara dengan gain arus transistor. Karena Anda akan membutuhkan transistor daya untuk sirkuit, level gain arus akan jatuh hingga 20 – 50.

Voltage limiting

Voltage limiting adalah jenis proteksi overvoltage dalam supply daya switch-mode. Untungnya, regulator switch-mode sering tidak bekerja dalam kondisi tegangan rendah. Namun, dalam kasus kondisi over-voltage, biasanya disarankan untuk memiliki perangkat voltage limiting yang terpantau.

Kondisi voltage limiting bekerja dengan mendeteksi kondisi over-voltage, kemudian mematikan konverter seperti konverter DC-DC.

Konverter DC-DC dan regulator switch-mode sering menggunakan chip untuk mengoperasikan sirkuit mereka. Selain itu, perlu untuk menggunakan loop sens yang ditempatkan di luar IC regulator. Loop sens eksternal penting karena kerusakan pada chip regulator yang menyebabkan over-voltage juga dapat merusak mekanisme penginderaan.

Catatan;

Anda akan membutuhkan sirkuit yang spesifik untuk chip regulator switch-mode Anda dan sirkuit tertentu yang diterapkan untuk kinerja yang efektif.

Regulator switch-mode/ Switched regulator

Proyek Sirkuit Proteksi Overvoltage

Durasi dan magnitudo overvoltage menentukan desain sirkuit Anda untuk proteksi yang lebih baik. Kami akan membahas dua proyek dalam bagian ini.

Sirkuit regulator tegangan Zener

Sebuah regulator tegangan Zener memiliki dua fungsi;

• Pertama, membantu dalam proteksi overvoltage.
• Kemudian, mengatur tegangan supply input.

Sirkuit regulator tegangan Zener

Untuk sirkuit di atas, level preset dari sirkuit adalah rating Zener diode. Jadi, sirkuit tidak dapat mengkonduksi pada nilai ambang sekitar 5.1V.

Nilai preset; Ini adalah tegangan ambang tinggi yang menyebabkan sirkuit memutuskan pasokan daya sisi beban.

Selainnya, tegangan basis-emitor transistor menentukan konduksi transistor Q1. Sehingga, ketika tegangan output sirkuit naik, Vbe (tegangan basis-emitor) transistor meningkat, dan ada kurang konduksi. Selanjutnya, tegangan output turun dan memelihara tingkat tegangan yang berkelanjutan.

Sirkuit proteksi overvoltage menggunakan Zener diode

Sirkuit proteksi overvoltage kedua ini akan menggunakan transistor PNP bersama dengan Zener diode.

Menemukan nilai Zener diode yang tepat bisa sulit di sini, jadi pilih rating yang dekat dengan nilai preset Anda.

Daftar komponen

Breadboard,

Transistor PNP FMMT718,

Kabel penghubung,

Resistor (1k, 2.2k, dan 6.8k), dan

Zener diode 5.1V (1N4740A).

Sirkuit untuk proteksi overvoltage menggunakan Zener diode

Prinsip kerja sirkuit proteksi over-voltage

Jika level preset lebih tinggi dari tegangan dalam operasi reguler, terminal basis Q2 meningkat. Kemudian mati karena ini adalah transistor PNP. Kondisi OFF Q2 menghasilkan terminal basis Q1 menjadi rendah dan mengizinkan aliran arus.

Sebaliknya, Zener diode mulai mengkonduksi jika nilai preset lebih rendah dari tegangan. Dalam giliran, ini menyala Q2 karena menghubungkan basis Q2 ke tanah. Dalam kondisi ON Q2, terminal basis Q1 menjadi tinggi, dan menyala seperti saklar terbuka. Jadi, Q1 membatasi aliran arus melalui mencegah tegangan berlebih merusak beban.

Selanjutnya, penurunan tegangan di transistor perlu di bawah untuk memberikan pembacaan sirkuit yang akurat. Dalam kasus kami, kami telah menggunakan transistor PNP FMMT718 dengan level VCE saturasi rendah. Ini menjaga penurunan di seluruh transistor sedekat mungkin dengan nol.

Keuntungan sirkuit

Dissipasi daya; mengakibatkan panas, oleh karena itu, membuang energi karena resistor seri yang terhubung.

Ringkasan

Dalam kesimpulan, supply daya modern tidak diragukan lagi handal dalam kegiatan sehari-hari kita. Namun, kemungkinan mereka mungkin gagal karena faktor seperti overvoltage. Oleh karena itu, perlu untuk memiliki cara proteksi overvoltage.

Tenang saja, dengan panduan komprehensif di atas, sirkuit Anda aman. Namun masih, jika Anda masih memiliki masalah yang membakar, hubungi kami.