1. Existem muitos símbolos de diagrama esquemático para o fusível; estes são alguns deles. (Fonte: Slideplayer.com)

Proteção para a fonte de alimentação e sua carga

cupom com desconto - o melhor site de cupom de desconto cupomcomdesconto.com.br


A proteção de energia é como um seguro: você paga por ela, mas espera que não precise. Mas não é uma simples “compra”. A primeira pergunta de proteção é: “O que estou procurando proteger e contra quais eventos?” A resposta é dupla: o suprimento e seus componentes precisam de proteção contra falhas de carga, enquanto a carga precisa de proteção contra falhas de suprimento.

A segunda pergunta é: “Que tipos de falhas?” Elas podem ser corrente ou tensão excessiva, variando de um curto-circuito e as altas correntes associadas, a transientes e picos de tensão devido a ESD (descarga eletrostática) ou mesmo a raios. Algumas falhas são devidas a falhas de componentes, enquanto outras podem ocorrer devido a um erro de fiação. Finalmente, em alguns casos, o modo de falha pode até ser uma tensão de alimentação muito baixa.

Os componentes que devem ser adicionados a um circuito ou sistema para fornecer proteção de circuito recebem pouca apreciação. Eles não aprimoram a funcionalidade nem aumentam o glamour, o apelo ou o desempenho do produto. Eles ocupam espaço, aumentam custos, complicam a lista de materiais (BOM) e geralmente ficam quietos sem fazer nada. Essa é a situação até que sejam necessários, quando se espera que eles reajam rapidamente e protejam outros componentes no circuito de mau funcionamento ou até destruição.

Proteger contra todo e qualquer possível problema de energia é complexo, caro e geralmente desnecessário. É papel do engenheiro de projeto avaliar se a proteção contra falhas é necessária; afinal, há poucas razões para proteger um smartphone contra picos de trilho de força causados ​​por raios.

Existem muitos componentes e técnicas relacionados à proteção para você escolher. A maioria é passiva, mas algumas são ativas. Este artigo focará apenas nos tipos passivos ou principalmente passivos.

Como na maioria dos problemas de design, existem perspectivas sobrepostas no mesmo tópico básico. Para proteção de energia, você pode analisá-lo primeiro em termos de possíveis condições de falha e, em seguida, nas opções para lidar com elas, ou em termos de vários componentes de proteção e, em seguida, as falhas para as quais eles são usados. Um circuito ou sistema pode usar um ou vários níveis e tipos de proteção. Muitos desses recursos de proteção estão embutidos na fonte de alimentação, seja um IC conversor CC-CC ou uma unidade CA-CC maior. Em outros casos, como quando um engenheiro está projetando um suprimento a partir de componentes individuais, alguns deles podem precisar ser adicionados.

Começa com sobrecorrente e fusíveis

Seja um resultado de um curto-circuito externo à fonte ou dentro dela, a sobrecorrente é uma grande preocupação. Ele pode iniciar uma cascata de falhas adicionais, colocar os usuários em risco e até iniciar um incêndio. A solução mais antiga é um fusível (também chamado de link fusível) (Figura 1) com operação aparentemente simples: quando o fluxo atual excede o limite de corrente do fusível, a corrente faz com que o fio especial dentro do fusível superaqueça (I2R aquecimento), derreta e abra, cortando assim a corrente para zero.

1. Existem muitos símbolos de diagrama esquemático para o fusível; estes são alguns deles. (Fonte: Slideplayer.com) 1. Existem muitos símbolos de diagrama esquemático para o fusível; estes são alguns deles. (Fonte: Slideplayer.com)

Depois que o fusível se abre, o fluxo atual é completamente cortado e pode ser restaurado apenas substituindo o próprio fusível, o que é um benefício ou negativo, dependendo da aplicação. O disjuntor mais complexo é uma alternativa ao fusível que não precisa de substituição após a ativação. Alguns disjuntores são ativados termicamente, outros são ativados magneticamente; de qualquer maneira, como o fusível, o disjuntor é um dispositivo acionado por corrente.

Embora o fusível seja “antigo”, é barato, confiável, fácil de projetar e eficaz. Os fusíveis básicos estão disponíveis com classificações abaixo de 1 A a centenas de amperes (Figura 2). Embora os fusíveis possuam uma classificação de tensão, principalmente para classificação de contato e espaçamento físico, pois o próprio fusível é acionado apenas pela corrente através dele e não pela tensão.

Leia Também  7 Melhores Brocas com Cordas - Guia e Compra 2020

2. Os fusíveis são fornecidos em uma ampla gama de fatores de forma e classificações de corrente / tensão (sem escala): Fusíveis maiores (50 A e superiores) geralmente são alojados em cilindros chamados cartuchos (a); fusíveis 2. Os fusíveis são fornecidos em uma ampla gama de fatores de forma e classificações de corrente / tensão (sem escala): Fusíveis maiores (50 A e superiores) geralmente são alojados em cilindros chamados cartuchos (a); fusíveis “3AG” de baixa corrente para até cerca de 250 V CA (b); Fusíveis tipo lâmina 15 e 20-A comumente usados ​​em circuitos de automóveis (12 V dc) (c); e fusíveis antiquados do tipo “S” e “T” classificados para 20 e 30 A usados ​​em linhas de energia CA de 120 V) (d). (Fontes da imagem: Sunstore / UK; Fonte: Electrical Wholesaler / Ireland; RONA Langdon Hardware Ltd / Canadá; e reviseOmatic.org)

Para alguns dispositivos, o fusível não é uma boa escolha (pense nos circuitos internos de energia limitada de um smartphone), enquanto é a melhor escolha em outros, e geralmente usado em conjunto com outras técnicas de proteção. O fusível é freqüentemente adicionado para ajudar um produto a atender aos requisitos de segurança regulamentares, devido à franqueza de sua funcionalidade.

Observe que, apesar de seu princípio simples, eles são oferecidos em muitas variações e sutilezas, como quanto tempo leva para reagir e abrir o circuito (que é uma função do tempo atual e do tempo decorrido). As folhas de dados dos fusíveis têm muitos gráficos mostrando o desempenho sob várias condições, e os fusíveis especializados estão disponíveis para situações únicas.

Bloqueio de subtensão (UVLO)

O UVLO garante que um conversor de fonte de alimentação (ou dc-dc) não tente operar quando sua própria tensão de entrada estiver muito baixa (Fig. 3). Isso é feito por dois motivos. Primeiro, os circuitos dentro da fonte ou do conversor podem funcionar mal ou agir de forma indeterminada se a tensão CC de entrada estiver muito baixa e alguns componentes de energia mais alta puderem realmente ser danificados. Segundo, evita que a fonte / conversor consuma energia primária se não puder produzir energia de saída válida.

3. Uma fonte de alimentação 3. Uma fonte de alimentação “instantaneamente” não atinge a potência máxima, mas possui intervalos e tempo de transição de ativação e desativação. O UVLO garante que o suprimento não tente fornecer uma saída completa quando a tensão de entrada estiver abaixo do mínimo necessário para a operação correta. (Fonte: Texas Instruments)

Para implementar o UVLO, um pequeno circuito de comparação de baixa potência dentro da fonte / conversor compara a tensão de entrada a um limite predefinido e coloca a unidade no modo de repouso até que o limite seja ultrapassado. Para garantir que o UVLO não “vibre” em torno do limite, uma pequena quantidade de histerese é adicionada.

Proteção contra sobretensão (OVP)

Embora um conversor de fonte ou alimentação seja projetado para produzir normalmente uma tensão de saída CC fixa, uma falha interna na fonte pode causar o aumento dessa tensão e possivelmente danificar a carga à qual a fonte está conectada. OVP é uma função que monitora a saída da fonte / conversor versus uma referência interna e os curto-circuitos que emitem se a tensão subir acima do limite. O OVP deve fazer várias coisas:

  • Obviamente, evite que qualquer voltagem excessiva apareça nos componentes protegidos.
  • Não interfira na operação normal, mas fique “invisível” para a fonte de alimentação.
  • Distinga entre flutuações transitórias normais de tensão e sobretensão excessiva.
  • Seja rápido e responda antes que a carga seja danificada quando ocorrer uma verdadeira situação de sobretensão.
  • Não possui falsos positivos (viagens falsas), que são um incômodo e não deixam de responder a condições reais de sobretensão.

O pé de cabra

cupom com desconto - o melhor site de cupom de desconto cupomcomdesconto.com.br

Uma função OVP amplamente usada é o “pé de cabra”, supostamente chamado, porque tem o mesmo efeito que colocar um pé de cabra de metal na saída e, assim, reduzir a tensão de saída. Existem dois tipos de pé-de-cabra: um em que o pé-de-cabra, uma vez acionado, somente será redefinido se a energia for desligada; e um onde ele se redefinirá assim que a falha for resolvida. O segundo é útil quando a condição que tropeçou no pé de cabra se deve a algum tipo de transitório, em vez de uma falha grave no suprimento. Enquanto a maioria dos suprimentos agora vem com um pé de cabra integrado, muitos fornecedores oferecem um pequeno circuito de pé de cabra separado que pode ser adicionado a um suprimento existente, se necessário.

Leia Também  Os 10 melhores fones de ouvido para jogos em 2020 - Ultimate Earbud Reviews & Guide do comprador Top10 melhores fones de ouvido para jogos 2020

O pé-de-cabra é um circuito normalmente de alta impedância na saída de alimentação (ou na entrada da carga a ser protegida) (Fig. 4). Ele se transforma em um circuito de baixa impedância quando ocorre uma situação de sobretensão e a aciona, e permanece no modo de baixa impedância até que a corrente diminua abaixo da “corrente de retenção”. Posteriormente, retorna ao estado de operação normal de alta impedância . O pé-de-cabra deve ser capaz de lidar com a corrente que flui através dele durante o tempo em que o suprimento estiver no estado de sobretensão.

4. Este circuito de alavanca opera a partir de uma fonte de 8 V. O diodo Zener define superproteção em 9,1 V nessa tensão; o diodo começa a funcionar, fazendo com que um sinal de gatilho ligue o tiristor Q1 (observe que o fusível é para proteção contra corrente excessiva).4. Este circuito de alavanca opera a partir de uma fonte de 8 V. O diodo Zener define superproteção em 9,1 V nessa tensão; o diodo começa a funcionar, fazendo com que um sinal de gatilho ligue o tiristor Q1 (observe que o fusível é para proteção contra corrente excessiva).

Outras barras de apoio comuns são baseadas em protetores contra surtos de tiristores (TSPs). Estes são dispositivos PNPN à base de silicone com uma tensão de ruptura que pode ser definida com precisão pelo fabricante. Os TSPs são oferecidos em muitos tipos de pacotes e podem dissipar vários níveis de surtos.

Há também o tubo de descarga de gás (GDT), que é uma centelha de centelha miniatura normalmente alojada em um gabinete de cerâmica e compatível com PCB. Quando acionado por uma alta tensão, o centelhador conduz e todo o fluxo de corrente é desviado. Os intervalos de ignição podem ser fabricados de modo a protegerem de tensões modestas (cerca de 100 V) a milhares de volts. Quando a situação de sobretensão desaparece, o TSP ou o GDT retornam ao modo normal de alta impedância.

The Clamp

Um complemento para o pé de cabra é o grampo, que impede que a tensão exceda um nível predefinido. Os grampos são geralmente chamados de supressores de tensão transitória (TVSs), pois podem estar protegendo contra um transiente de inicialização ou transitório indutivo, em vez de uma falha real (Fig. 5). Para a maioria dos grampos, a função do grampo é liberada quando a condição de sobretensão desaparece.

5. O TVS, que é simples de aplicar, é colocado entre a fonte de tensão e a carga, sem componentes interferentes que possam afetar seu desempenho ou impedir o caminho atual. (Fonte: Diagramas de fiação para entusiastas / http: //rasalibre.co/)5. O TVS, que é simples de aplicar, é colocado entre a fonte de tensão e a carga, sem componentes interferentes que possam afetar seu desempenho ou impedir o caminho atual. (Fonte: Diagramas de fiação para entusiastas / http: //rasalibre.co/)

Um grampo conduz corrente apenas o suficiente para manter a tensão através dele em um valor seguro e desejado quando o transiente está acima da tensão de condução do grampo. Ele deve ser classificado para a potência que terá que dissipar por um tempo específico, geralmente um evento transitório relativamente curto. O grampo TVS – um dispositivo de junção bipolar de silicone semelhante a um diodo retificador básico, mas projetado para sobreviver a situações de tensão de ruptura reversa – está disponível com tensões de ruptura de 4 a 500 V e em várias classificações de potência para fornecer diferentes recursos de proteção contra surtos. Um TVS é um dispositivo de junção bipolar.

Comparada a um grampo, a baixa tensão de retenção do pé de cabra permite que ele carregue uma corrente de falha mais alta sem dissipar muita energia, para que ele possa lidar com correntes mais altas e fazê-lo por períodos mais longos (Fig. 6). Também é mais fácil configurar o circuito para que o pé-de-cabra também cause um fusível (e, assim, interrompa completamente o fluxo de corrente), se desejado.

Leia Também  Considerações de projeto para a malha Bluetooth em ambientes domésticos industriais

6. A resposta básica de um pé de cabra e um grampo a uma oscilação de curta duração mostra como o pé de cabra fica quase em curto-circuito enquanto o grampo limita o aumento de tensão. (Fonte: Bourns)6. A resposta básica de um pé de cabra e um grampo a uma oscilação de curta duração mostra como o pé de cabra fica quase em curto-circuito enquanto o grampo limita o aumento de tensão. (Fonte: Bourns)

Um grampo também pode ser construído usando um varistor de óxido de metal (MOV), um dispositivo supressor transiente de tensão bidirecional semicondutor. Conduz (ou seja, comutadores) a uma voltagem relacionada ao tamanho e número de grãos especiais entre seus condutores. As tensões de quebra do MOV variam de cerca de 14 V a mais de 1.000 V, com as maiores destinadas a suportar vários quilovolt-ampères (kVA), como por exemplo, de um raio.

Os MOVs são de baixo custo, ação rápida, fácil de usar e oferecidos em muitas classificações de tensão, e seu próprio modo de falha é o de curto-circuito (o que é preferido na maioria dos projetos à prova de falhas). No entanto, eles só podem dissipar pequenas quantidades de energia; portanto, são adequados apenas para situações OVP transitórias e de curto prazo

Em geral, os pés-de-cabra são melhores para falhas de longo prazo, enquanto os grampos são mais adequados para eventos transitórios do que para falhas de fornecimento definitivas. Muitas fontes de alimentação comerciais incorporam um pé de cabra e um grampo. Se a preocupação for falha total e fluxo de alta corrente associado, o que em breve sobrecarregaria a taxa de dissipação do pé de cabra ou braçadeira, o design também deve incluir um fusível ou disjuntor. O fusível / disjuntor acabará queimando da sobrecorrente relacionada à tensão em excesso e, assim, fornecer proteção multifatorial.

Não se esqueça da proteção térmica

Finalmente, há a questão da proteção contra sobrecarga térmica. Por sua natureza, qualquer fonte de alimentação gera calor porque é menos que 100% eficiente e até uma fonte eficiente gera uma quantidade potencialmente problemática. Por exemplo, uma fonte de 100 W 90% eficiente ainda dissipa 10 W, o que é muito capaz de aquecer um pequeno gabinete selado. Por esse motivo, o suprimento deve ser projetado com resfriamento ativo suficiente (por exemplo, através de um ventilador) ou resfriamento passivo (obtido pelo fluxo de ar de convecção e pelos caminhos de resfriamento condutivo).

Mas o que acontece quando o ventilador falha, o caminho do fluxo de ar é bloqueado ou outra fonte de calor é introduzida no gabinete? O suprimento pode exceder sua classificação de temperatura, o que diminui sua vida útil e pode até causar mau funcionamento imediato. A solução é um sensor dentro da fonte (como um dispositivo discreto ou incorporado em um IC) que detecta a temperatura ambiente e coloca a fonte em um modo inativo se exceder um limite predefinido. Algumas implementações permitem que o suprimento retome a operação se a temperatura cair, enquanto outras não.

A proteção da fonte de alimentação é, sem surpresa, um tópico diferenciado. Existem problemas de manuseio de corrente, tensão e energia, dissipação pelo circuito ou componentes de proteção e duração da falha, bem como posicionamento, custo e presença de componentes de proteção. Mas a proteção também é uma boa prática de engenharia e muitas vezes é exigida por padrões regulatórios. Novamente, é como um seguro: ele vem de várias formas e abrange muitos tipos de eventos ruins. Você espera não precisar, mas há uma chance de que, por vários motivos possíveis.

Referências

Microsemi Corp., MicroNote 106, “Pé-de-cabra e braçadeira: quais são suas principais diferenças?”

Sunpower Electronics Ltd., “O que é proteção contra sobretensão?”

Bourns Inc., “Proteção contra sobretensão transitória

Texas Instruments SLVA769, “Entendendo o bloqueio de subtensão em dispositivos de energia de vídeo”

Gursimran Singh Chawla, Escola de Engenharia Chameli Devi, “Fusíveis e seu tipo no sistema de energia”

Posts que devem ser lidos também:

https://holidayservice-tn.com/saiba-como-melhorar-o-seu-escritorio-em-casa/

https://draincleaningdenverco.com/quais-sao-as-formas-mais-rentaveis-de-ganhar-dinheiro-na-internet-e-como-eu-aprendo/

https://clipstudio.com.br/poderoso-milhoes-de-dolares-licoes-que-aprendi-em-2015/

https://proverasfestas.com.br/novo-codigo-de-pratica-para-as-empresas-de-estacionamento-a-serem-introduzidas-mas-alguns-poderao-desvia-lo/

https://coniferinc.com/preparacao-da-campanha-de-marketing-the-marketing-mix/

https://weeventos.com.br/digistore24-catalogo-de-produtos-como-o-excel/

https://testmygeekstuff.com/como-criar-um-calendario-editorial-para-evitar-o-medo-da-pagina-em-branco-e-alinhar-o-seu-blog-com-o-seu-negocio/

https://responsibleradio.com/o-fotografo-e-o-marketing/

cupom com desconto - o melhor site de cupom de desconto cupomcomdesconto.com.br