Protection contre les surtensions pour les alimentations

La protection contre les surtensions de l'alimentation est vraiment utile - certaines pannes de bloc d'alimentation peuvent entraîner des tensions importantes et dommageables sur l'équipement. La protection contre les surtensions empêche que cela se produise à la fois sur les régulateurs linéaires et les alimentations à découpage.

Bien que les alimentations électriques modernes soient désormais très fiables, il y a toujours un risque faible mais réel qu'elles tombent en panne.

Ils peuvent échouer de plusieurs manières et une possibilité particulièrement inquiétante est que l'élément de passage en série, c'est-à-dire le transistor de passage principal ou le FET, puisse tomber en panne de telle sorte qu'il se court-circuite. Si cela se produit, une très grande tension, souvent appelée surtension, pourrait apparaître sur les circuits alimentés, causant des dommages catastrophiques à l'ensemble de l'équipement.

En ajoutant un petit circuit de protection supplémentaire sous la forme d'une protection contre les surtensions, il est possible de se protéger contre cette possibilité improbable mais catastrophique.

La plupart des alimentations conçues pour un fonctionnement très fiable des équipements de grande valeur incorporeront une certaine forme de protection contre les surtensions pour garantir qu'une panne d'alimentation n'endommage pas l'équipement alimenté. Cela s'applique aussi bien aux alimentations linéaires qu'aux alimentations à découpage.

Certaines alimentations peuvent ne pas intégrer de protection contre les surtensions et celles-ci ne doivent pas être utilisées pour alimenter des équipements coûteux - il est possible de concevoir un petit circuit électronique et de développer un petit circuit de protection contre les surtensions et de l'ajouter comme élément supplémentaire.

Bases de la protection contre les surtensions

Une alimentation électrique peut tomber en panne de plusieurs manières. Cependant, pour mieux comprendre la protection contre les surtensions et les problèmes de circuit, il est facile de prendre un exemple simple de régulateur de tension linéaire utilisant une diode Zener très simple et un transistor passe-série.

Régulateur série basique utilisant une diode Zener et un émetteur suiveur

Bien que des alimentations plus compliquées donnent de meilleures performances, elles reposent également sur un transistor en série pour faire passer le courant de sortie. La principale différence réside dans la manière dont la tension du régulateur est appliquée à la base du transistor.

Typiquement, la tension d'entrée est telle que plusieurs volts tombent aux bornes de l'élément régulateur de tension en série. Cela permet au transistor passe-série de réguler correctement la tension de sortie. Souvent, la chute de tension aux bornes du transistor de passage en série est relativement élevée - pour une alimentation de 12 volts, l'entrée peut être de 18 volts voire plus pour donner la régulation requise et la réjection des ondulations, etc.

Cela signifie qu'il peut y avoir un niveau important de chaleur dissipée dans l'élément régulateur de tension et combiné à des pointes transitoires qui pourraient apparaître à l'entrée, cela signifie qu'il y a toujours une possibilité de panne.

Le dispositif de passage en série du transistor échouerait plus généralement dans une condition de circuit ouvert, mais dans certaines circonstances, le transistor peut développer un court-circuit entre le collecteur et l'émetteur. Si cela se produit, la pleine tension d'entrée non régulée apparaîtra à la sortie du régulateur de tension.

Si la pleine tension apparaît sur la sortie, cela pourrait endommager de nombreux circuits intégrés du circuit alimenté. Dans ce cas, le circuit pourrait bien être au-delà de la réparation économique.

Le mode de fonctionnement des régulateurs à découpage est très différent, mais il existe des circonstances dans lesquelles la sortie complète peut apparaître sur la sortie de l'alimentation.

Pour les alimentations à régulation linéaire et les alimentations à découpage, une certaine forme de protection contre les surtensions est toujours conseillée.

Types de protection contre les surtensions

Comme pour de nombreuses techniques électroniques, il existe plusieurs manières de mettre en œuvre une capacité particulière. Ceci est vrai pour la protection contre les surtensions.

Il existe plusieurs techniques différentes qui peuvent être utilisées, chacune avec ses propres caractéristiques. Les performances, le coût, la complexité et le mode de fonctionnement doivent tous être pris en compte lors de la détermination de la méthode à utiliser lors de la phase de conception du circuit électronique.

• SCR Crowbar : Comme son nom l'indique, le circuit du pied de biche place un court-circuit sur la sortie de l'alimentation en cas de surtension. Typiquement, des thyristors, c'est-à-dire des SCR sont utilisés pour cela car ils peuvent commuter des courants importants et rester allumés jusqu'à ce que toute charge se soit dispersée. Le thyristor peut être relié à un fusible qui saute et isole le régulateur de toute autre tension qui lui est appliquée.

  Circuit de protection contre les surtensions du pied de biche à thyristor

  Dans ce circuit, la diode Zener est choisie de sorte que sa tension soit supérieure à la tension de fonctionnement normale de la sortie, mais inférieure à la tension où des dommages se produiraient. Dans cette conduction, aucun courant ne traverse la diode Zener car sa tension de claquage n'a pas été atteinte et aucun courant ne circule dans la gâchette du thyristor et elle reste bloquée. L'alimentation fonctionnera normalement.

  Si le transistor de passage en série de l'alimentation tombe en panne, la tension commencera à augmenter - le découplage dans l'unité garantira qu'elle n'augmente pas instantanément. Au fur et à mesure qu'il s'élève, il s'élèvera au-dessus du point où la diode Zener commence à conduire et le courant s'écoulera dans la gâchette du thyristor, provoquant son déclenchement.

  Lorsque le thyristor se déclenche, il court-circuitera la sortie de l'alimentation à la terre, évitant ainsi d'endommager les circuits qu'il alimente. Ce court-circuit peut également être utilisé pour faire sauter un fusible ou un autre élément, coupant ainsi le régulateur de tension et isolant l'unité de tout dommage supplémentaire.

  Souvent, un découplage sous la forme d'un petit condensateur est placé de la grille du thyristor à la terre pour empêcher les transitoires brusques ou RF de l'unité alimentée d'atteindre la connexion de grille et de provoquer un déclenchement parasite. Cependant, cela ne doit pas être trop grand car cela peut ralentir le déclenchement du circuit en cas de panne réelle et la protection peut être mise en place trop lentement.

  Remarque sur la protection contre les surtensions du pied de biche à thyristor :

  Le thyristor ou SCR, redresseur contrôlé au silicium peut être utilisé pour fournir une protection contre les surtensions dans un circuit d'alimentation. En détectant la haute tension, le circuit peut déclencher le thyristor pour placer un court-circuit ou un pied de biche à travers le rail de tension pour s'assurer qu'il n'augmente pas en haute tension.

  Découvrez notre article sur  Circuit de protection contre les surtensions du pied de biche à thyristor.

• Blocage de tension : Une autre forme très simple de protection contre les surtensions utilise une approche appelée blocage de tension. Dans sa forme la plus simple, il peut être fourni en utilisant une diode Zener placée à travers la sortie de l'alimentation régulée. Avec la tension de la diode Zener choisie pour être légèrement supérieure à la tension maximale du rail, dans des conditions normales, elle ne sera pas conductrice. Si la tension monte trop haut, il commencera à conduire, fixant la tension à une valeur légèrement supérieure à la tension du rail.

  Si une capacité de courant plus élevée est nécessaire pour l'alimentation régulée, une diode Zener avec un tampon de transistor peut être utilisée. Cela augmentera la capacité de courant par rapport au circuit à diode Zener simple, d'un facteur égal au gain de courant du transistor. Comme un transistor de puissance est requis pour ce circuit, les niveaux de gain de courant probables seront faibles - peut-être de 20 à 50.

  Pince de surtension à diode Zener
  (a) - diode Zener simple, (b) - courant plus élevé avec transistor buffer

• Limitation de tension : lorsqu'une protection contre les surtensions est requise pour les alimentations à découpage, les techniques de pince et de pince SMPS sont moins largement utilisées en raison des exigences de dissipation de puissance et de la taille et du coût possibles des composants.

  Heureusement, la plupart des régulateurs à découpage tombent en panne dans des conditions de basse tension. Cependant, il est souvent prudent de mettre en place des capacités de limitation de tension en cas de conditions de surtension.
  
  Souvent, cela peut être réalisé en détectant la condition de surtension et en arrêtant le convertisseur. Ceci est particulièrement applicable dans le cas des convertisseurs DC-DC. Lors de la mise en œuvre de cela, il est nécessaire d'incorporer une boucle de détection qui se trouve à l'extérieur du régulateur IC principal - de nombreux régulateurs à découpage et convertisseurs DC-DC utilisent une puce pour réaliser la majorité du circuit. Il est très important d'utiliser une boucle de détection externe car si la puce du régulateur de mode de commutation est endommagée, provoquant une condition de surtension, le mécanisme de détection peut également être endommagé.

  Il est évident que cette forme de protection contre les surtensions nécessite des circuits spécifiques au circuit particulier et des puces d'alimentation à découpage utilisées.

Les trois techniques sont utilisées et peuvent fournir une protection efficace contre les surtensions de l'alimentation. Chacune a ses avantages et ses inconvénients et le choix de la technique doit dépendre de la situation donnée.

Laisser un message 

Liste des messages