Circuitos de Proteção contra Sobretensão: Tipos, Funcionalidade e Projetos DIY para Fonte Confiável

Incontestável, você deve ter experimentado ou ouvido falar de uma condição de sobretensão ocorrendo devido a, por exemplo, falhas no fornecimento. Você também pode ter visto os impactos da sobretensão como causar incêndio ou mau funcionamento do circuito, danificar componentes do circuito, etc.

Então, como evitamos a situação de sobretensão em nossas fontes de alimentação?

Lendo este artigo, você aprenderá os tipos de projetos de circuitos de proteção contra sobretensão que pode usar. Também incluiremos os diagramas de circuitos para melhor compreensão.

Vamos começar.

O que é Proteção contra Sobretensão?

Proteção contra sobretensão é um recurso de fonte de alimentação que limita a saída ou desliga a fonte de alimentação em níveis de tensão mais altos. Frequentemente, o nível de tensão deve exceder o nível predefinido para que a proteção ocorra.

Um circuito de proteção contra sobretensão previne principalmente danos aos elementos eletrônicos de muitos dispositivos de fonte de alimentação. Por causa disso, a proteção contra sobretensão é atualmente bastante popular em várias aplicações, como aplicações automotivas.

(carros)

Tipo de Proteção contra Sobretensão

Tipos de proteção contra sobretensão dependem de custo, desempenho e complexidade. Todos alcançam uma proteção eficiente contra sobretensão da fonte de alimentação.

Os três mais comuns são;

SCR (Retificador Controlado de Silício) Crowbar

Um circuito SCR crowbar previne uma sobretensão criando um curto-circuito através da saída de uma fonte de alimentação.

Tiristores SCR podem comutar grandes correntes e permanecer ativos até que qualquer carga se disperse. Além disso, você pode vincular o SCR de volta a um fusível que queimará e manterá o regulador de receber mais tensão.

Circuito SCR crowbar

No circuito, o diodo Zener funciona para manter uma tensão mais alta que a tensão de operação da saída. Da mesma forma, mantém um nível de tensão baixo para evitar danos ao circuito.

Portanto, o diodo Zener não tem fluxo de corrente durante a condução porque não obtém uma tensão de ruptura. Consequentemente, atualmente não flui através do tiristor, mantendo-o desligado. No entanto, a fonte de alimentação opera normalmente.

(diodos Zener)

A tensão frequentemente sobe quando o transistor de passagem em série na fonte de alimentação CC falha. O desacoplamento da unidade, felizmente, mantém a tensão de crescer instantaneamente. O aumento de tensão chega a um ponto onde o diodo Zener começa a conduzir. Subsequentemente, a corrente flui através do gate do tiristor e faz com que ele dispare.

Após o disparo, o tiristor curto-circuita a saída da fonte de alimentação ao terra, evitando danos à sua circuitaria. Você também pode usar o curto-circuito para queimar um fusível, desviando assim a potência do regulador de tensão. O desvio impede que a unidade tenha mais danos.

(tiristores)

Às vezes, você pode colocar um pequeno capacitor como unidade de desacoplamento do gate do tiristor ao terra. O objetivo é impedir que RF ou transientes agudos da equipe de desacoplamento recebam energia. Dessa forma, o RF não chegará à conexão do gate e causará um disparo falso.

Evite um grande desacoplamento, pois pode retardar sua proteção contra sobretensão mesmo em um caso realista de falha.

Limitação de Tensão (Voltage Clamping)

Limitação de tensão é nossa segunda forma de proteção contra sobretensão.

O Circuito de limitação de tensão

Sua operação requer um diodo Zener posicionado através da saída de uma fonte de alimentação regulada. Como a tensão do diodo Zener é ligeiramente mais alta que a tensão máxima do trilho, ele normalmente não conduzirá. No entanto, começará a condução quando a tensão ficar muito alta. Então, o diodo Zener limitará a tensão em um valor maior que a tensão do trilho.

Adicione um buffer de transição no diodo Zener se você precisar de uma capacidade de corrente mais alta para sua fonte de alimentação regulada. Aumenta a capacidade de corrente do diodo Zener igual ao ganho de corrente do transistor. Como você precisará de um transistor de potência para o circuito, os níveis de ganho de corrente cairão para 20 – 50.

Limitação de Tensão (Voltage Limiting)

Uma limitação de tensão é um tipo de proteção contra sobretensão em fontes de alimentação de modo chaveado. Felizmente, reguladores de modo chaveado frequentemente não funcionam em condições de baixa tensão. Mas, em caso de condições de sobretensão, muitas vezes é recomendável ter dispositivos de limitação de tensão em cheque.

Uma condição de limitação de tensão funciona detectando a condição de sobretensão, então desligando o conversor como conversores CC-CC.

Conversores CC-CC e reguladores de modo chaveado frequentemente usam um chip para operar seus circuitos. Além disso, é necessário usar um loop de sensoriamento posicionado fora do regulador IC. O loop de sensoriamento externo é importante porque danos ao chip regulador causando sobretensão também podem danificar o mecanismo de sensoriamento.

Nota;

Você precisará de um circuito específico para seu chip regulador de modo chaveado e o circuito particular aplicado para desempenho efetivo.

Um regulador chaveado / comutado

Projetos de Circuitos de Proteção contra Sobretensão

A duração e magnitude da sobretensão determinam o design do seu circuito para melhor proteção. Discutiremos dois projetos nesta seção.

Circuito Regulador de Tensão Zener

Um regulador de tensão Zener tem duas funções;

• Primeiro, ajuda na proteção contra sobretensão.
• Então, regula a tensão de alimentação da entrada.

Um circuito regulador de tensão Zener

Para o circuito acima, o nível predefinido do circuito é a classificação do diodo Zener. Então, o circuito não pode conduzir em um valor de limiar de aproximadamente 5,1V.

Valor predefinido; É uma alta tensão de limiar que causa o circuito a desconectar a alimentação do lado da carga.

Além disso, a tensão base-emissor do transistor determina a condução do transistor Q1. Como tal, quando a tensão de saída do circuito sobe, o Vbe (tensão base-emissor) do transistor aumenta, e há menos condução. Subsequentemente, a tensão de saída reduz e mantém um nível de tensão sustentável.

Circuito de proteção contra sobretensão usando diodo Zener

Este segundo circuito de proteção contra sobretensão usará um transistor PNP junto com o diodo Zener.

Encontrar um valor exato de diodo Zener pode ser desafiador aqui, então escolha uma classificação próxima ao seu valor predefinido.

Lista de componentes

Protoboard,

Transistor PNP FMMT718,

Fios de conexão,

Resistores (1k, 2.2k e 6.8k), e

Diodo Zener 5.1V (1N4740A).

Circuito para proteção contra sobretensão usando um diodo Zener

Princípio de funcionamento do circuito de proteção contra sobretensão

Se o nível predefinido for maior que a tensão em uma operação regular, o terminal de base de Q2 aumenta. Ele então desliga, pois é o transistor PNP. Uma condição DESLIGADA de Q2 resulta no terminal de base de Q1 tornando-se baixo e permitindo fluxo de corrente.

Ao contrário, o diodo Zener começa a conduzir se o valor predefinido for menor que a tensão. Em troca, liga o Q2, pois conecta a base de Q2 ao terra. Na condição LIGADO de Q2, o terminal de base de Q1 torna-se alto, e ele liga como um interruptor aberto. Assim, Q1 limita o fluxo de corrente através dele, impedindo que o excesso de tensão danifique a carga.

Além disso, a queda de tensão nos transistores precisa estar abaixo para fornecer uma leitura de circuito precisa. No nosso caso, usamos um transistor PNP FMMT718 com baixo nível de saturação VCE. Mantém a queda nos transistores o mais baixa possível.

A desvantagem do circuito

Dissipação de potência; dissipa calor, portanto, desperdiçando energia devido ao resistor em série conectado.

Resumo

Em conclusão, fontes de alimentação modernas são inegavelmente confiáveis em nossas atividades diárias. No entanto, chances são, elas podem falhar devido a fatores como sobretensão. Portanto, é necessário ter um meio de proteção contra sobretensão.

Fique tranquilo, com o guia abrangente acima, seus circuitos estão seguros. Mas ainda, caso você ainda tenha uma questão urgente, entre em contato conosco.