Zaščitna tehnologija enosmernega stikalnega reguliranega napajalnika
Stikalne naprave visoke moči, ki se uporabljajo v trenutnem stikalnem regulatorju, so dražje, krmilno vezje pa je bolj zapleteno. Poleg tega je obremenitev stikalnega regulatorja na splošno elektronski sistem, nameščen z velikim številom visoko integriranih naprav. Tranzistorji in integrirane naprave so slabo odporni na električne in toplotne udarce.
Zato mora zaščita stikalnega regulatorja upoštevati varnost samega regulatorja in obremenitve. Obstaja veliko vrst zaščitnih vezij, tu so zaščita proti polariteti, programska zaščita, prenapetostna zaščita, prenapetostna zaščita, prenizka napetost in zaščita pred pregrevanjem ter druga vezja. Običajno se izbere več načinov zaščite, ki se kombinirajo v celoten sistem zaščite.
Zaščitno vezje preklopnega napajanja
Vhod v stikalni regulator DC je na splošno nereguliran napajalnik DC. Zaradi napačnega delovanja ali nenamerne povezave bo polarnost stikala poškodovana, kar bo poškodovalo stikalno napajanje.
Namen zaščite pred polarnostjo je, da preklopni regulator deluje le, če je priključen na nereguliran vir enosmernega toka s pravilno polarnostjo. Zaščito polarnosti napajanja je mogoče doseči z uporabo enosmernih prevodnih naprav. Najenostavnejše vezje za zaščito polarnosti je prikazano na sliki. Ker mora dioda D teči skozi skupni vhodni tok stikalnega regulatorja, je to vezje bolj primerno za stikalne regulatorje majhne moči. V primeru velike moči se zaščitno vezje proti polariteti uporablja kot povezava v programski zaščiti, ki lahko prihrani močno diodo, potrebno za zaščito proti polariteti, zmanjša pa se tudi poraba energije.
Programska zaščita
Vezje stikalno reguliranega napajalnika je bolj zapleteno in ga v osnovi lahko razdelimo na krmilni del nizke moči in stikalni del visoke moči. Preklopni tranzistorji so močni. Da bi zaščitili varnost preklopnih tranzistorjev pri vklopu ali izklopu napajanja, morajo najprej delovati krmilna vezja z nizko porabo energije, kot so modulatorji in ojačevalniki. V ta namen je treba zagotoviti pravilen postopek zagona.
Vhodni konec preklopnega regulatorja je običajno povezan z vhodnim filtrom z majhno induktivnostjo in veliko kapacitivnostjo. V trenutku vklopa bo skozi kondenzator filtra stekel velik udarni tok, ta udarni tok pa je lahko nekajkrat večji od običajnega vhodnega toka. Tako velik udarni tok lahko stopi kontakte navadnih močnostnih stikal ali relejev in pregori vhodno varovalko. Poleg tega lahko zagonski tok poškoduje kondenzatorje, skrajša njihovo življenjsko dobo in povzroči prezgodnjo odpoved. Zaradi tega je treba ob zagonu priključiti upor za omejevanje toka in kondenzator je treba napolniti prek tega upora za omejevanje toka. Da upor za omejevanje toka ne porabi preveč energije in vpliva na normalno delovanje preklopnega regulatorja, se uporabi rele za samodejni kratek stik po prehodnem procesu zagona, tako da napajalnik DC neposredno napaja preklopni regulator, kot prikazuje slika. To vezje se imenuje vezje "mehkega zagona" stikalnega regulatorja.
3. Prenapetostna zaščita
Ko pride do nepričakovanih situacij, kot so kratek stik obremenitve, preobremenitev ali okvara krmilnega vezja, bo tok, ki teče skozi preklopni tranzistor v napetostnem stabilizatorju, prevelik, kar bo povečalo porabo energije cevi in povzročilo toploto. Če ni naprave za zaščito pred prevelikim tokom, se lahko poškoduje stikalni tranzistor velike moči. Zato se v preklopnih regulatorjih pogosto uporablja zaščita pred prevelikim tokom. Najbolj ekonomičen in enostaven način je uporaba varovalke. Zaradi majhne toplotne kapacitete tranzistorja navadne varovalke na splošno ne morejo igrati zaščitne vloge, zato se običajno uporabljajo varovalke s hitrim izgorevanjem. Prednost te metode je enostavna zaščita, vendar je treba specifikacijo varovalke izbrati glede na zahteve varnega delovnega območja določenega stikalnega tranzistorja. Pomanjkljivost tega ukrepa za zaščito pred prevelikim tokom je neprijetnost pogoste menjave varovalke.
Zaščita za omejevanje toka in zaščita za izklop toka, ki se običajno uporabljata v linearnih regulatorjih, se lahko uporabita v stikalnih regulatorjih. Vendar glede na značilnosti stikalnega regulatorja izhod tega zaščitnega vezja ne more neposredno krmiliti stikalnega tranzistorja, ampak je treba izhod nadtokovne zaščite pretvoriti v impulzni ukaz za krmiljenje modulatorja za zaščito stikalnega tranzistorja. Za uresničitev nadtokovne zaščite je na splošno treba uporabiti vzorčni upor zaporedno v tokokrogu, kar bo vplivalo na učinkovitost napajanja, zato se večinoma uporablja v stikalnih regulatorjih majhne moči. Pri močnostnem stikalno reguliranem napajalniku se je treba glede na porabo energije čim bolj izogibati dostopu vzorčnega upora. Zato se prenapetostna zaščita običajno pretvori v prenapetostno in prenizko.
4. Prenapetostna zaščita
Prenapetostna zaščita stikalnih regulatorjev vključuje vhodno prenapetostno zaščito in izhodno prenapetostno zaščito. Če je napetost nereguliranega enosmernega napajanja, kot sta baterija in usmernik, ki ga uporablja stikalni regulator, previsoka, stikalni regulator ne more delovati normalno in celo poškoduje notranje naprave. Zato je treba uporabiti vhodno prenapetostno zaščitno vezje.
5. Podnapetostna zaščita
Ko je izhodna napetost nižja od navedene vrednosti, odraža nepravilnost v vhodnem enosmernem napajalniku, znotraj stikalnega regulatorja ali izhodni obremenitvi. Ko vhodna enosmerna napajalna napetost pade pod navedeno vrednost, bo izhodna napetost stikalnega regulatorja padla in vhodni tok se bo povečal, kar bo ogrozilo tako stikalni tranzistor kot vhodno napajanje. Zato je potrebno nastaviti prenizko napetostno zaščito
6. Zaščita pred pregrevanjem
Visoka integracija, majhna teža in majhna prostornina preklopnih regulatorjev močno povečajo gostoto moči na enoto prostornine, zato se ustrezno povečajo tudi zahteve komponent znotraj napajalne naprave glede temperature delovnega okolja. V nasprotnem primeru se bo delovanje vezja poslabšalo in komponente bodo prezgodaj odpovedale. Zato je treba v močnostnih stikalnih regulatorjih nastaviti zaščito pred pregrevanjem.
