Лекция 4 - Конспекты (1095372), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Кроме того, ихиспользуют в цепях фильтрации и в сглаживающих фильтрах. Ионисторымогут работать и в буфере с аккумуляторными батареями в целях защиты их отрезких скачков тока нагрузки: при низком токе нагрузки батарея подзаряжаетсуперконденсатор, и если ток резко возрастёт, суперконденсатор отдастзапасённую энергию, чем уменьшит нагрузку на батарею. При таком вариантеиспользования его размещают либо непосредственно возле аккумуляторнойбатареи, либо внутри её корпуса.59Электропитание РЭАГлава 4Преимущества ионисторов:- большой срок службы;- малое внутреннее сопротивление (обеспечивает сглаживание импульсов(бросков) тока нагрузки, если ионистор включен параллельно аккумуляторнойбатарее);- быстрый заряд – в течение нескольких секунд из-за низкого внутреннегосопротивления;- работа при любом напряжении, не превосходящем номинального;- неограниченное число циклов заряд/разряд;- отсутствие необходимости контроля за режимом зарядки;- использование простых методов заряда;- широкий диапазон рабочих температур: -25-70°С;- относительная дешевизна.Недостатки ионисторов:- не обеспечивают достаточного накопления электроэнергии;- маленькая энергетическая плотность;- низкое напряжение на некоторых типах ионисторов;- для получения требуемого напряжения необходимо последовательноеподключение не менее трёх ионисторов;- высокий саморазряд.Применение ионисторов:- телевизоры, СВЧ-печи: резервное электропитание таймера;- видеокамеры, платы памяти: резервное электропитание запоминающегоустройства во время смены батарей;- музыкальные центры: электропитание микросхем памяти установоктюнера;- телефоны: резервное электропитание микросхем памяти для храненияномеров абонентов;- электронные счётчики электрической энергии;60Электропитание РЭАГлава 4- охранная сигнализация;- электронные измерительные приборы и т.
д.4.5 Защитные компоненты4.5.1 Элементы для ограничения токовПолупроводниковые компоненты ИЭП могут выйти из строя либо попричине электрического пробоя, обусловленного высоким напряжением, либопо причине теплового пробоя из-за перегрева токами. При этом, как правило,пробой полупроводникового вентиля приводит к возникновению аварии ипротеканию больших токов в неповреждённых вентилях и других элементахИЭП.Режимы, характеризующиеся протеканием больших аварийных токов,можно разделить на две группы: внешние аварии, вызванные короткимизамыканиями в нагрузке или в распределительной сети, и внутренние аварии,обусловленные повреждением отдельных вентилей или других элементов ИЭП.При этом часто внешние аварии приводят к повреждениям вентилей и кразвитию внутренних аварий.ДлязащитыИЭПотаварийныхкомпоненты – быстродействующиетоковприменяютавтоматическиезащитныевыключатели,быстродействующие плавкие предохранители и самовосстанавливающиесяпредохранители.Быстродействующиеплавкиепредохранителиявляютсясамымипростыми защитными элементами.
Как правило, к ним предъявляют болеежёсткие требования, чем к общепромышленным плавким предохранителям.Эти требования сводятся к следующему:- полное или частичное согласование характеристик предохранителя схарактеристиками полупроводниковых вентилей;- высокая отключающая способность;- минимальные потери при номинальном токе;61Электропитание РЭАГлава 4- отсутствие изменений характеристик во времени при длительномпротекании номинального тока;- эффективное токоограничение;- минимальная энергия, выделяющаяся в полупроводниковых вентилях завремя протекания аварийного тока;- минимальное напряжение дуги, возникающее при срабатываниипредохранителя, которое не должно приводить к пробою неповреждённыхвентилей.Быстродействующиеплавкиепредохранители,какправило,обеспечивают защиту полупроводниковых вентилей лишь от токов короткогозамыкания и не защищают от перегрузки.Самовосстанавливающиеся предохранители(PolySwitch,позисторы,PTC-термисторы) изготавливают из тонкого листа проводящего пластика, накоторый напылены электроды.
Проводящий пластик состоит из непроводящегоэлектрический ток кристаллического полимера и распределённых в нёммельчайших частиц углерода, проводящих электрический ток. Электродыгарантируютравномерноераспределениеэнергииповсейплощадиповерхности, к ним крепятся выводы. Проводящий пластик имеет высокийнелинейный положительный температурный коэффициент сопротивления.Особенность материала самовосстанавливающегося предохранителя – этоочень сильная зависимость сопротивления от температуры и практическискачкообразное изменение сопротивления (рисунок 4.26а).
До определённой,так называемой "переходной" температуры, сопротивление практически невозрастает.Придостижении"переходной"температуры сопротивлениевозрастает на 6-7 порядков. Внешний вид типового позистора приведён нарисунке 4.26б.Прикомнатнойтемпературематериалсамовосстанавливающегопредохранителя имеет кристаллическую структуру. Проводящие частицыуглерода расположены в нём по границам кристаллов, образуя цепочки, по62Электропитание РЭАкоторымможетГлава 4идтиэлектрическийток.Когданачинаеттечьток,превышающий номинальный, температура полимера начинает расти, пока недостигнет так называемой температуры "фазовой трансформации", при которойпроисходит изменение фазового состояния полимера из кристаллического ваморфное, сопровождаемое небольшим расширением.
Проводящие частицыуглерода более не сжаты кристаллами полимера в плотные цепочки, онидвижутся относительно друг друга и больше не могут проводить электрическийток.Врезультатесопротивлениематериаларезковозрастает–исамовосстанавливающийся предохранитель выключается.
В высокоомномсостоянии внутренняя температура элемента достигает 120°С и за счётпротеканияостаточноготока(десятые-сотыедолимиллиампер)поддерживается довольно высокой для предотвращения восстановлениятокопроводящих цепей.а)б)Рисунок 4.26 – Кривая сопротивления позистора (а) и его внешний вид (б)Когда приложенное к цепи напряжение снимается, предохранительбыстроостывает,происходитвосстановлениетокопроводящихцепей.Сопротивление элемента уменьшается до исходной величины.Самовосстанавливающийсяпредохранительэлектропитания последовательно с нагрузкой.63включаютвцепьЭлектропитание РЭАГлава 44.5.2 Элементы для ограничения перенапряженийДля защиты силовых полупроводниковых ключей от перенапряжений прикоммутации цепей с индуктивностями и атмосферных перенапряженийиспользуют газовые разрядники, варисторы и супрессоры (рисунок 4.27).Рисунок 4.27 – Элементы для ограничения перенапряженийГазовые разрядники применяют, в первую очередь, для защиты отатмосферных перенапряжений.
Работа их основана на пробое промежуткамежду электродами, находящимися в среде инертного газа. Газовый разрядниксодержит трубку, заполненную аргоном или неоном и имеющую электроды,сделанные из специального сплава. Всё это помещено в стеклянный иликерамический корпус.Когда к такому устройству прикладывается высокое импульсноенапряжение, нарастающее со скоростью около 1 кВ/мкс, в трубке возникаетразряд.
Чем меньше скорость нарастания фронта, тем выше должно бытьнапряжение, "зажигающее" разряд. Они могут многократно выдерживатьзначительные импульсы тока (25кА и более). Длительность атмосферныхперенапряжений обычно не превышает 1 мс.Газовые разрядники обладают продолжительным сроком службы, низкойёмкостью (1-2 пФ) и малыми вносимыми потерями.
Они выпускаются нанапряжения пробоя 50-1000 В.Несмотря на отличную способность снижать напряжение, газовыйразрядник имеет скорость срабатывания 0,1-1 мкс. Надо отметить, что уразрядника в момент "пробоя" сопротивление снижается практически до нуля.64Электропитание РЭАГлава 4При этом мощность, выделяемая в разряднике в момент пробоя, весьманевелика. Иными словами, газовый разрядник, защищая от перенапряжений,создаёт короткое замыкание, которое должно быть отключено автоматом илипредохранителем.Варисторами называют полупроводниковые резисторы, электрическоесопротивление которых существенно зависит от приложенного напряжения.Как правило, их изготовляют из карбида кремния.
Нелинейность появляется изза явлений, наблюдаемых на поверхностях зёрен кристалла, из которогоспрессован варистор.В нормальном режиме работы сопротивление варистора велико – и он неоказывает никакого влияния на схему. При резком увеличении напряжениявыше заданного уровня происходит срабатывание элемента – и егосопротивление на несколько порядков уменьшается, тем самым импульсперенапряжения поглощается внутри прибора. Включают его параллельно цепиэлектропитания.Супрессоры–этозащитныедиодыпопринципудействияихарактеристикам аналогичные стабилитронам.
Их полное название – TransientVoltage Supressor (подавитель напряжений переходных процессов).Супрессорыизготавливаюткакводнонаправленном,такивдвунаправленном исполнениях. Однонаправленное исполнение применяют дляподавления перенапряжений только одной полярности. Двунаправленныедиоды предназначены для подавления перенапряжений обеих полярностей.Супрессор, по сути, представляет собой мощный, быстродействующийстабилитрон.
С момента пробоя и до конца действия перенапряжениянапряжение на его выводах ограничивается на уровне напряжения пробоя. Приэтом мощность, рассеивающаяся на супрессоре, в десятки раз выше, чем наразряднике. Поэтому супрессор справляется прекрасно с кратковременнымиперенапряжениями не очень большой мощности. А вот мощность пробоя,вызванногостатическимэлектричеством,65накопившимсяналинии,наЭлектропитание РЭАГлава 4несколько порядков выше. Супрессор при этом работает в нехарактерном длянего режиме (поддерживая на своих выводах напряжение не ниже напряжениястабилизации при очень большом импульсном токе), что может вызвать выходего из строя.Супрессоры обладают высоким быстродействием в отличие от газовыхразрядников, которые из-за значительного времени срабатывания (более0,15 мкс) не решают проблемы защиты многих полупроводниковых приборов имикросхем, для которых недопустимы начальные выбросы напряжения,пропускаемые разрядниками.Супрессорыбыстреесрабатываютиболеенадежнофиксируютнапряжение срабатывания, чем варисторы.
Время срабатывания супрессоровсоставляет десятки пикосекунд. Собственная ёмкость у них ниже, чем уваристоров.Супрессоры обладают низким уровнем напряжения ограничения пришироком его диапазоне, высокой долговечностью и надёжностью, легковстраиваются в печатные платы. Однако имеют низкое значение максимальногоимпульсного тока.На практике часто применяют комбинированные системы защиты, когдана входе стоят сначала газовые разрядники, срабатывающие только приатмосферных перенапряжениях, затем варисторы, воспринимающие на себяосновную энергию перенапряжений, а затем супрессоры, обеспечивающиеточное ограничение перенапряжений (рисунок 4.28).Рисунок 4.28 – Комбинированная система защиты66Электропитание РЭАГлава 4Контрольные вопросы1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
