خانه » مفاهیم پایه الکترونیک » الکترونیک قدرت » قطعات حذف کننده حالت گذرا

قطعات حذف کننده حالت گذرا

بازدید: 843

Transient-Voltage-Suppresison-TVS-Diode
  1. Home
  2. »
  3. مفاهیم پایه الکترونیک
  4. »
  5. الکترونیک قدرت
  6. »
  7. قطعات حذف کننده حالت گذرا

قطعات حذف کننده حالت گذرا

بازدید: 843

قطعات حذف­‌کننده حالت گذرا می‌­توانند مقدار انرژی آزاد شده در نتیجه افزایش ولتاژ و نوسانات را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.

ایده­‌آل این است که منابع تغذیه AC یا DC که برای تغذیه مدارهای خود استفاده می­‌کنیم، هر دو منبع تغذیه تنظیم‌­شده به صورت دقیق هستند. با این حال، سوئیچینگ بارهای القایی AC یا سوئیچینگ کنتاکت‌­های رله DC و موتورهای DC به عنوان بخشی از سیستم میکروکنترلر، همگی با هم ترکیب می‌­شوند تا کیفیتی از منبع تغذیه تولید کنند که حفظ آن دشوار است.

حالت‌­های گذرای سوئیچینگ القایی زمانی اتفاق می‌افتند که نوعی از بار القایی یا راکتیو، مانند یک موتور، یک سیم پیچ برقی یا یک سیم پیچ رله، به طور ناگهانی خاموش می‌شود. افت سریع میدان مغناطیسی یک ولتاژ گذرا را القا می­‌کند که به روی منبع تغذیه حالت پایدار تحمیل می‌­شود. این ولتاژهای گذرای سوئیچینگ القایی می‌­تواند به 1000 ولت برسد.

حالت‌­های گذرا، ولتاژهای بسیار شیب­‌دار هستند که در مدارهای الکتریکی به دلیل آزاد شدن ناگهانی انرژی ذخیره شده قبلی، اعم از القایی یا خازنی، رخ می­‌دهند که منجر به ایجاد یک ولتاژ گذرا یا نوسان می­‌شوند. این آزاد شدن ناگهانی انرژی به مدار به دلیل برخی از عملکردهای سوئیچینگ، یک ولتاژ گذرا به شکل یک ضربه (impulse) انرژی ایجاد می­‌کند که در تئوری می‌­تواند دارای مقدار بی­‌نهایت باشد.

1. قطعات حذف‌کننده حالت گذرا

این dv/dt بالای سوئیچینگ گذرا می‌­تواند برای مدت زمان بسیار کوتاهی (میلی ثانیه یا میکرو ثانیه) وجود داشته باشد، یا می­‌تواند هر چند وقت یکبار در بازه‌­های زمانی کوتاه رخ دهد، برای مثال به طور تصادفی دو یا سه بار در روز.

همچنین باید متوجه کنیم که حالات گذرای ولتاژ همیشه با ولتاژ صفر یا در ابتدای یک چرخه شروع نمی‌شوند، بلکه می‌توانند به سطح ولتاژ دیگری اضافه شوند. در هر صورت، حالت‌­های گذرا بد هستند زیرا می‌­توانند به تجهیزات الکترونیکی آسیب برسانند و بنابراین باید حذف و کنترل شوند.

قطعه‌های حذف­‌کننده حالت گذرا می‌­توانند شکل‌­های مختلفی از کنتاکت­‌های قوسی گرفته (arc contacts) تا فیلترها و المان‌های نیمه هادی حالت جامد داشته باشند. قطعات حذف‌­کننده حالت گذرا نیمه‌هادی گسسته مانند وریستور اکسید فلزی (Metal-oxide Varistor) یا MOV، رایج‌­ترین آن­ها هستند، زیرا در انواع مختلف جذب انرژی و آستانه ولتاژ موجود بوده که امکان اعمال کنترل دقیق بر روی حالات گذر ناخواسته و بالقوه مخرب یا افزایش ولتاژ بیش از حد را فراهم می‌­کند.

قطعات حذف­ کننده حالت گذرا را می‌توان به‌صورت سری با بار (Load) برای حذف یا کاهش مقدار انرژی حالت گذرا استفاده کرد که از انتشار آن در مدار جلوگیری می‌کند، یا می‌توان آن­ها را به موازات بار برای منحرف کردن حالت گذرا به مسیرهای دیگر، معمولاً به زمین، استفاده کرد که در نتیجه، ولتاژ باقیمانده را محدود می‌­کند.

حذف یک ولتاژ گذرا معمولاً با استفاده از فیلترهای پایین­‌گذر که به صورت سری به مدار بار متصل هستند، انجام می­‌شود. هنگامی که یک ولتاژ گذرا رخ می­‌دهد، معمولاً به صورت یک ضربه با سرعت بالا و با فرکانس بالا است، بنابراین فیلتر این گذر فرکانس بالا را حذف یا مسدود می‌­کند در حالی که همچنان به توان فرکانس پایین یا مؤلفه سیگنال اجازه می‌­دهد بدون مزاحمت ادامه دهد. یک مثال خوب از حذف­‌کننده­­‌های گذرا، کابل‌­های داخلی فیلتر­شده شبکه برق هستند.

منحرف کردن حالت گذرا معمولاً با استفاده از یک دستگاه نوع ولتاژ نگه­‌دارنده (voltage-clamping) یا با استفاده از چیزی که معمولاً به آن دستگاه نوع اهرمی (crowbar) گفته می­‌شود، انجام می­‌شود. این دستگاه‌های متصل موازی یک مشخصه امپدانس غیرخطی را نشان می‌دهند، زیرا جریانی که از آن‌ها می‌گذرد با ولتاژی که در ترمینال‌های آن‌ها ارائه می‌شود به مانند قانون اهم نبوده و خطی نیست.

المان ولتاژ کلمپینگ مانند MOV، امپدانس متغیری بسته به جریان عبوری از قطعه یا ولتاژ در ترمینال آن دارد. در شرایط عملیاتی حالت پایدار معمولی، دستگاه امپدانس بالایی ارائه می‌­دهد و بنابراین هیچ تاثیری بر مدار متصل ندارد.

با این حال، هنگامی که یک ولتاژ گذرا رخ می‌­دهد، امپدانس دستگاه تغییر کرده و جریان کشیده شده از طریق دستگاه را با افزایش ولتاژ در آن افزایش می‌­دهد. نتیجه آن به طور واضح حذف ولتاژ گذرا است. مشخصه ولت-آمپر یک دستگاه کلمپینگ معمولاً وابسته به زمان است زیرا افزایش زیاد جریان منجر به اتلاف انرژی زیادی توسط دستگاه می­‌شود.

2.قطعه های حذف‌کننده حالت گذرا

ادوات اهرمی (Crowbar devices) نوع دیگری از ادوات حذف­‌کننده حالت گذرا هستند که در نتیجه یک عمل روشن کردن نوع سوئیچینگ، ضربه‌­های ولتاژ را از مدار حذف می‌کند. دستگاه­‌های اهرمی از نظر عملکرد مشابه دیود زنر هستند زیرا در شرایط عادی حالت پایدار هیچ تأثیری بر مدار ندارند. هنگامی که یک حالت گذر تشخیص داده می­‌شود، آن­ها به سرعت بر روی “روشن” سوییچ می­‌کنند که یک مسیر امپدانس بسیار کم را ارائه می‌­دهد که  حالت گذرا را از بار متصل موازی دور می­‌کند.

بنابراین، قطعات حذف­‌کننده حالت گذرا گسسته را می‌­توان بسته به نوع اتصال و عملکرد آن­ها به سه دسته اصلی تقسیم کرد.

 

  • فیلترهای پایین گذر متصل سری (مسدود­کننده).
  • کلیپرها (Clipper) و کلمپرهای (Clamper) ولتاژ متصل موازی (شنت).
  • ادوات اهرمی متصل موازی (شنت).

 

و این را می‌­توان به صورت زیر نشان داد:

قطعات حذف‌کننده حالت گذرا

3. قطعات حذف کننده حالت گذرا

فیلترهای حذف‌کننده حالت گذرای سری

حالات گذرا در یک خط برق AC می­‌تواند از چند ولت تا بیش از چندین کیلو ولت بالاتر از ولتاژ اصلی شبکه باشد. ادوات حذف­‌کننده که این حالات گذرا را ضعیف یا مسدود می‌کنند، از مدارهای فیلتر استفاده می‌کنند تا با قرار دادن یک فیلتر 100 هرتز به صورت سری با بار متصل، این حالات گذرا را به طور موثر حذف کنند.

مولفه فرکانس یک ولتاژ گذرای سوئیچینگ سریع می‌­تواند بسیار بیشتر از فرکانس پایه با حرکت آهسته منبع AC باشد. بنابراین، یک انتخاب واضح برای تضعیف و کنترل این گذارهای ناخواسته استفاده از فیلتر پایین­‌گذر بین منبع و بار است.

فیلترهای پایین گذر، مانند فیلتر LC، می­‌توانند برای تضعیف هرگونه گذر فرکانس بالا استفاده شوند و اجازه می­‌دهند که توان یا سیگنال فرکانس پایین بدون مزاحمت عبور کند. ساده‌­ترین شکل فیلتر حذف­‌کننده حالت گذرا، فیلتر RC مقاومتی-خازنی است که مستقیماً در خط برق قرار می­‌گیرد تا هرگونه گذر فرکانس­‌های بالا را کاهش دهد.

فیلترهای در نظر گرفته شده برای کاربردهای برق AC عموماً از اندوکتانس‌­ها و خازن­‌هایی تشکیل شده­اند که فیلترهای LC چند مرحله­‌ای (multistage) را تشکیل می‌­دهند که درجه تضعیف آن­ها به تعداد مراحل LC در فیلتر بستگی دارد. فیلتر حذف­‌کننده حالت گذرا برق AC متصل سری، در زیر نشان داده شده است.

فیلتر حذف‌کننده حالت گذرای معمولی

4. فیلتر حذف‌کننده حالت گذرای معمولی

این فیلتر AC دو مرحله­ای پایه پایین گذر، تلفات عبوری (insertion loss) زیادی را بین خط به خط و خط به زمین در سراسر محدوده فرکانس فراهم می­‌کند و با جلوگیری از رسیدن هرنوع ولتاژ گذرا و نویز فرکانس بالا به بار متصل، حفاظت موثر ولتاژ گذرا از تجهیزات را ارائه می‌­دهد. همچنین این فیلترهای برق شبکه علاوه بر کاهش نوسانات ولتاژ و حالات گذرا، می‌توانند هرگونه تداخل فرکانس رادیویی یا انتشاری ناشی از منبع تغذیه را از بین ببرند.

حذف‌کننده‌های حالت گذرای کلمپینگ ولتاژ

کلمپرهای ولتاژ برای محدود کردن دامنه حالت گذرا در مدار استفاده می­‌شوند. یک دستگاه کلمپینگ ولتاژ زمانی که از ولتاژ آستانه از پیش تعیین شده فراتر رفت، شروع به هدایت می­‌کند، سپس زمانی که اضافه ولتاژ به زیر سطح آستانه خود می‌­رسد به حالت غیررسانا باز می‌­گردد. بنابراین، ضربه­‌های اضافه ولتاژ توسط دستگاه کلمپینگ به سطح ایمن کاهش می­‌یابد.

ادوات کلمپینگ ولتاژ معمولاً در راستای منبع تغذیه و به موازات بار قرار می‌­گیرند تا از آن در برابر هر گونه ولتاژ گذرای ناخواسته dv/dt بالا محافظت کنند. کلمپر ولتاژ می­‌تواند به سادگی یک دیود زنر در یک منبع DC باشد، اما برای منابع AC دو طرفه باید از وریستور اکسید فلزی (MOV)، دیودهای حذف‌­کننده یا مقاومت وابسته به ولتاژ (VDR) برای محافظت در برابر ولتاژ اضافی استفاده کنیم.

توجه داشته باشید که ادوات کلمپینگ ولتاژ، جریان­‌های نوسانی را منحرف می‌­کنند، آن­ها را مانند فیلتر جذب نمی­‌کنند، بنابراین باید مراقب بود که مسیری که برای انحراف حالت گذرا استفاده می‌­شود، مشکلات خاص خود را برای مدار تولید یا ایجاد نکند.

حذف‌کننده‌های حالت گذرای دیود زنر

دیودهای زنر برای حفاظت از منابع DC (یک جهته) استفاده می‌شوند، زیرا در جهت بایاس مستقیم مانند دیودهای معمولی رفتار می‌کنند، اما در جهت بایاس معکوس خود شکسته می‌شوند و هدایت می‌کنند. بنابراین، ولتاژ شکست معکوس دیود زنر، VZ می­‌تواند به عنوان سطح ولتاژ مرجع یا کلمپینگ استفاده شود.

در جهت معکوس و زیر ولتاژ شکست زنر VZ، دیودهای زنر امپدانس بالایی به منبع تغذیه نشان می‌دهند و جریان نشتی بسیار کمی را هدایت می‌کنند. با این حال، زمانی که ولتاژ در دو سوی زنر از ولتاژ زنر آن بیشتر باشد، با افزایش ولتاژ به تدریج هدایت آن بیشتر شده و شروع به شکسته شدن می‌کند و یک مسیر امپدانس بسیار کم به ولتاژ گذرا نشان می‌دهد.

حذف‌کننده حالت گذرای زنری

هنگامی که ادر راستای منبع تغذیه یا در بین اجزای محافظت شده متصل می­‌شود، دیود زنر عملاً تا زمانی که یک ولتاژ گذرا ظاهر شود، “نامرئی” است، زیرا دارای امپدانس بالا در زیر ولتاژ شکست معکوس و امپدانس پایین در بالای ولتاژ شکست معکوسش است.

هنگامی که زنر در حالت شکست کار می‌­کند، یعنی زمانی که یک حالت گذرا را تضعیف می‌کند، دیود فوراً ولتاژ اضافه را می‌بندد تا ضربه‌­ها را به سطح ایمن محدود کند و پس از اینکه ولتاژ گذرا به زیر ولتاژ زنر رسید، به حالت عادی برمی‌گردد. بنابراین، ولتاژ کلمپینگ، VC برابر با ولتاژ شکست معکوس زنر است. به دلیل این ویژگی­‌های کلمپینگ، دیود زنر برای حذف جریان­‌های گذرا استفاده می‌­شود زیرا جریان­های آسیب رسان احتمالی را از بار محافظت شده، دور می‌­کند.

5. حذف‌کننده حالت گذرای زنری

جریان و توان دیود زنر تقریباً متناسب با مساحت اتصال آن است. اکثر دیودهای زنر برای کار در سطوح توان و ولتاژ پایین طراحی شده‌­اند. دیودهای زنر که برای عملکرد در سطوح ولتاژ بالاتر و جذب جریان­‌های ضرب‌ه­ای بدون آسیب طراحی شده‌­اند، به عنوان دیودهای بهمنی شناخته می‌­شوند.

قبلاً گفتیم که یک دیود زنر تنها می‌­تواند برای حذف حالت گذرا در منابع DC حالت پایدار به دلیل مشخصه‌­های بایاس مستقیم آن­ها استفاده شود. اما با اتصال دو دیود زنر “پشت به پشت” می‌توانیم از ویژگی‌های کلمپینگ آن­ها در یک منبع AC دو طرفه استفاده کنیم.

حذف‌کننده حالت گذر با زنر

با اتصال دو دیود زنر پشت سر هم، می‌توانیم نیم سیکل مثبت را با یک دیود زنر و نیم سیکل منفی را با دیگری از حالات گذرای اضافه ولتاژ محافظت کنیم.

اگر هر دو دیود زنر ولتاژ شکست معکوس یکسانی داشته باشند، آنگاه یک ولتاژ گذرا با هر دو قطبیت در همان سطح ولتاژ زنر حذف می‌­شود، زیرا یکی از دیودهای زنر به طور موثر در حالت بایاس معکوس خود قرار می­گیرد در حالی که دیگری در بایاس مستقیم خواهد بود.

6. حذف‌کننده حالت گذرای زنری

در حالی که می­‌توان از دو دیود زنر پشت سر هم برای حذف حالت گذرا منبع AC استفاده کرد، ادوات حذف‌­کننده ولتاژ گذرا (TVS) با اتصالات متضاد ساخته شده در یک دستگاه واحد در دسترس هستند که آن­ها را برای کاربردهای برق AC ایده‌­آل می­‌کند. دیودهای دو طرفه بهمنی در طیف وسیعی از سطوح ولتاژ و توان موجود هستند.

حذف‌کننده‌های حالت گذرای MOV

در حالی که دیودهای زنر و دیودهای بهمنی بازیابی (recovery avalanche diodes)، سریع عمل می­‌کنند و در بستن اضافه ولتاژها موثر هستند، رایج‌­ترین روش کلمپینگ برای حذف اضافه ولتاژ، استفاده از وریستورهای اکسید فلزی یا MOV است. وریستورهای اکسید فلزی، علاوه بر ولتاژ نامی بالا می­‌توانند جریان­‌های نوسانی بسیار بزرگ­تری را، با سرعت کمتر، مدیریت کنند و می‌­توانند در خطوط برق DC و AC برای محافظت در برابر ولتاژهای شدید مانند ولتاژهای گذرا استفاده شوند.

MOV یک مقاومت متغیر وابسته به ولتاژ نیمه هادی است که به صورت موازی (شنت) با بار یا قطعه محافظت شده قرار می‌­گیرد. MOV ها در ولتاژ پایین مقاومت بالایی دارند و در ولتاژ بالا مقاومت پایینی داشته و مشخصه­‌های ولتاژ-جریان غیر خطی، آن­ها را برای محافظت در برابر نوسانات خطوط برق و حالات گذرای اضافه ولتاژ مفید می­‌کند.

رفتار MOV­ ها مشابه دیودهای زنر پشت سر هم است، زیرا می‌­توان از آن­ها برای کلمپینگ ولتاژ دو طرفه استفاده کرد که هدایت حالت گذرا با افزایش ولتاژ در آن افزایش می­‌یابد. این نوع وریستورهای فلزی دیسکی شکل (disk-shaped metal-oxide) کوچک، ولتاژهای شکست بالایی را در هر دو جهت ارائه می­‌دهند و می­‌توانند مقادیر بالاتر انرژی را جذب کنند. آن­ها اغلب بر حسب ژول به جای وات رتبه­‌بندی می­‌شوند.

حذف‌کننده حالت گذرای MOV

وریستورهای اکسید فلزی به عنوان یک دستگاه کلمپینگ ولتاژ، زمانی که ولتاژ در پایانه‌های آن کمتر از مقدار شکست از پیش تعیین‌شده‌اش باشد، مقاومت بسیار بالایی ارائه می‌کنند و بیشتر شبیه یک مقاومت وابسته به ولتاژ (VDR) عمل می‌کنند. هنگامی که در معرض ولتاژ گذرای بالا از هر قطبیتی قرار می­‌گیرند، ویژگی­‌های الکتریکی دستگاه تغییر می‌­کند و مقاومت آن بسیار کوچک شده و ولتاژ را به سطح ایمن می­‌بندد.

7. حذف‌کننده حالت گذرای MOV

بنابراین، هدف اصلی وریستور اکسید فلزی هنگامی که به عنوان یک دستگاه حذف­‌کننده حالت گذرا استفاده می­‌شود، تبدیل ولتاژ ظاهر شده در سراسر آن به سطح ایمن است، زیرا در بیشتر کاربردها، دستگاه به موازات مدار یا دستگاهی که قرار است محافظت شود، قرار می‌­گیرد.

حذف‌کننده حالت گذرای اهرمی

نوع دیگری از قطعات حذف­‌کننده حالت گذرای متصل موازی (شنت) به عنوان حفاظت اهرمی شناخته می‌شود. ادوات اهرمی الکترونیکی، زمانی که به وسیله تحریک، ولتاژ آستانه از پیش تعیین‌شده به مقدار هدایت حالت روشن تجاوز می­‌کند، هدایت می‌کنند، که منجر به افت ولتاژ تنها چند ولت می‌شود، از این رو به آن اهرمی می‌گویند. .

دستگاه­‌ها و مدارهای اهرمی به طور موثر در هنگام رسیدن به ولتاژ تحریک، یک اتصال کوتاه ایجاد می‌­کنند و معمولاً در منابع تغذیه تثبیت­‌شده یافت می­‌شوند که برای تولید یک ولتاژ خروجی ثابت طراحی شده‌­اند، به عنوان مثال 12 ولت یا 5 ولت ثابت، اما می­‌توانند برای حفاظت از مدار یا بار در برابر ولتاژهای گذرا استفاده شوند.

مدارهای اهرمی فعال مبتنی بر نیمه هادی به صورت موازی (شنت) با بار قرار می­‌گیرند و می­‌توانند جریان‌­های نوسانی بسیار بزرگ را کاهش دهند. تریستورها عموماً در مدارهای اهرمی مورد استفاده قرار می­‌گیرند زیرا ولتاژ “روشن” پایینی دارند و می‌­توانند سطوح ولتاژ را بسیار کمتر از سطوح آسیب­‌رسان نگه دارند. پس از تحریک، می­‌توانند مقدار قابل توجه‌ی از انرژی گذرا را از طریق خود به زمین منحرف کنند زیرا به عنوان کلید امپدانس بسیار کم عمل می­‌کنند.

نقطه ضعف در اینجا این است که اگر مدار تبدیل اضافی برای خاموش کردن کلمپ اهرمی پس از سوییچ شدن بر روی “روشن” ارائه نشود، این اتصال کوتاه ممکن است باعث کارکرد فیوزهای مدار یا قطع­‌کننده‌­های مدار شود، به خصوص در سیستم DC، زیرا منبع تغذیه توسط دستگاه اهرمی اتصال کوتاه می­‌شود و ولتاژ خروجی بنابراین صفر خواهد بود. مدار کلمپینگ اهرمی ساده زیر را در نظر بگیرید.

مدار کلمپینگ اهرمی پایه

8. مدار کلمپینگ اهرمی پایه

در اینجا یک تریستور یا SCR در راستای منبع تغذیه قرار می‌­گیرد و بار با مدار تقسیم­‌کننده ولتاژ راه­‌اندازی شده که توسط مقاومت­‌های R1 و R2 تنظیم شده تا گیت تریستور را در سطحی به اندازه کافی پایین بیاورد که در حین کار عادی “روشن” نشود. بنابراین SCR قطع شده و نارسانا است.

با این حال، هنگامی که یک گذر ولتاژ بیش از حد رخ می­‌دهد و از یک سطح از پیش تعیین شده بالاتر می رود، افت ولتاژ در مقاومت R2 نیز افزایش می­‌یابد و برای تحریک گیت SCR به حالت هدایت کافی می‌­شود که به نوبه خود گذر ولتاژ را می­‌بندد و از بار محافظت می­‌کند. مشکل اینجاست که در حالی که بار از ولتاژ بیش از حد محافظت می­‌شود، از منبع تغذیه محافظت نمی­‌کند و در نتیجه فیوز منبع تغذیه را بالا می­‌زند. بنابراین، حفاظت بار در برابر حالت گذرای ایجاد شده توسط اتصال کوتاه منبع تغذیه ممکن است بیشتر از واقعه­‌ای باشد که باعث آن شده است.

علاوه بر استفاده از تریستورها، برای حفاظت از ولتاژ بیش از حد منابع تغذیه متناوب، تریاک­‌ها می‌­توانند به عنوان یک دستگاه اهرمی استفاده شوند و به روشی مشابه وارد رسانایی شوند. مزیت استفاده از تریستورها یا تریاک­‌ها برای محافظت اهرمی از منابع AC این است که در هر نیم چرخه به طور خودکار خاموش می­‌شوند.

بنابراین، اگر یک حالت گذرای کوتاه مدت به اندازه کسری از میلی ثانیه، دستگاه اهرمی را راه‌­اندازی کند، عمل شنت تنها باعث اتصال کوتاه خط برق AC که به آن برای حداقل یک نیم چرخه وصل است و ممکن است برای فیوز خیلی سریع باشد، می‌­شود.

حذف‌کننده حالت گذرای اهرمی زنری

با استفاده از دیود زنر برای تشخیص وضعیت ولتاژ بیش از حد، می‌توانیم عملکرد و حساسیت مدار اهرمی پایه بالا را بهبود بخشیم. در اینجا مدار تقسیم­‌کننده ولتاژ مقاومتی با یک دیود زنر مطابق شکل جایگزین شده است.

مدار کلمپینگ اهرمی زنری

9. مدار کلمپینگ اهرمی زنری

ولتاژ منبع تغذیه DC، VS توسط دیود زنر که مانند یک قطعه تشخیص حالت گذرا عمل می­‌کند، نظارت می‌­شود و ولتاژ نامی زنر آن، VZ، سطح ولتاژی را که SCR در آن روشن می‌­شود را تعیین می­‌کند. وقتی ولتاژ تغذیه DC کمتر از ولتاژ آستانه بایاس معکوس دیود زنر باشد، دیود زنر هدایت نمی‌کند، بنابراین هیچ ولتاژ یا جریانی به گیت SCR اعمال نمی‌شود و خاموش شده و غیررسانا می‌ماند.

اگر ولتاژ منبع تغذیه بالاتر از حد مجاز ولتاژ زنر به عنوان یک اضافه ولتاژ گذرا افزایش یابد، دیود زنر شروع به هدایت می­‌کند و به جریان گیت اجازه می­‌دهد تا به SCR جریان یابد و آن را “روشن” کرده و ولتاژ منبع تغذیه را اتصال کوتاه کرده و فیوز را تحریک می­‌کند. بنابراین، بار از ولتاژهای گذرای بالاتر از ولتاژ زنر VZ محافظت می­‌شود، زیرا دیود زنر فقط جریان گیت را برای SCR حمل می­‌کند تا “روشن” شود و SCR خود بخش عمده­ای از جریان شنت را حمل می­‌کند.

در حالی که این مدار اهرمی زنر یک بهبود در شبکه تقسیم­‌کننده ولتاژ پایه است، اما از یک عمل روشن کردن نرم رنج می‌­برد زیرا خمش در ولتاژ شکست زنر به جای افزایش شدید، خمیده است. مدار اهرمی پایه می‌­تواند با افزودن مقداری بهره ولتاژ به مدار تشخیص و راه‌­اندازی به شکل یک مدار تقویت­‌کننده منفرد یا مدار تقویت‌­کننده عملیاتی، اصلاح و بهبود یابد.

برای این منظور، تریستورهایی با یک تحریک ولتاژ بیش از حد تعبیه شده است تا نوسانات حالت گذرای یک طرفه یا دو طرفه و نوسانات ولتاژ را مهار کنند. مانند اهرم­‌های آی­‌سی سری RCA SK9345 که برای محافظت از منابع تغذیه 15 ولت طراحی شده‌­اند، SK9346 که از ولتاژ 112 ولت محافظت می‌­کند و SK9347 که از منابع تغذیه 115 ولت محافظت می­‌کند.

همه این­ها از یک مدار مجتمع با دیود زنر داخلی، ترانزیستورها و SCR استفاده می­‌‌کنند. مدار سنجش ولتاژ بالا MC3423 یک آی­‌سی منفرد است که برای استفاده با SCR اهرمی خارجی طراحی شده است.

خلاص قطعات حذف کننده حالت گذرا

همانطور که ما از وسایل الکترونیکی بیشتری در زندگی روزمره خود استفاده می­‌کنیم، به دلیل نقش دستگاه‌­های محافظ ولتاژ بیش از حد در محافظت از تجهیزات در برابر افزایش ولتاژ و نوسانات، بیشتر به آن­ها وابسته می‌­شویم. ولتاژ بیش از حد حالت گذرا معمولاً توسط مدارهای سوئیچینگ القایی یا خازنی ایجاد می‌­شود که باعث افزایش ناگهانی ولتاژ می­‌شوند.

این افزایش‌ها و نوسانات ولتاژ می‌توانند شامل انرژی بالا برای مدت زمان کوتاه یا به صورت متناوب برای دوره‌های زمانی کوتاه باشند و بر روی یک مقدار حالت ثابت مانند شکل موج شبکه AC قرار می‌گیرند.

مدارهای حفاظتی در برابر اضافه ولتاژ می­‌توانند اشکال مختلفی داشته باشند، از فیلترهای متصل سری که برای عبور ولتاژ و جریان فرکانس خطوط برق طراحی شده‌­اند و در عین حال هارمونیک­‌ها و نویزهای فرکانس بالا را رد می­‌کنند، تا مدارهای کلمپینگ و اهرمی متصل موازی که ولتاژ اضافی را به زمین پراکنده می­‌کنند.

ساده‌­ترین نوع فیلتر خط برق متناوب، خازنی است که در راستای منبع ولتاژ قرار می‌­گیرد. امپدانس خازن تغییر می‌­کند که منجر به تضعیف حالات گذرای فرکانس بالا می‌­شود. در بیشتر کاربردها، دستگاه حذف‌­کننده حالت گذرا به موازات بار محافظت‌­شده یا به موازات برخی از قطعات مورد محافظت قرار می­‌گیرد.

هدف اصلی یک مدار حذف­‌کننده حالت گذرا، نگه داشتن ولتاژ در سطح ایمن است. رایج‌­ترین شکل دستگاه‌­های کلمپینگ ولتاژ، وریستورهای اکسید فلزی، MOV و دیودهای زنر هستند. MOV ها برای حفاظت از منابع تغذیه AC دو جهته مناسب هستند، در حالی که دیودهای زنر برای منابع DC کوچک­تر با انرژی کمتر مناسب هستند.

مدارهای اهرمی حالت جامد که از SCR یا ترایاک به عنوان “اهرم” استفاده می‌‌کنند، به سرعت ولتاژ گذرا را در راستای منبع تغذیه اتصال کوتاه می­‌کنند تا فیوز را برای محافظت در برابر ولتاژ اضافی تحریک کنند. محافظ‌های گذرا/نوسانی دوگانه، یک اهرم را با یک نگه­دارنده یا یک نگه­دارنده/اهرم با یک فیلتر، در یک ماژول ترکیب می‌کنند و ترکیب‌های مختلفی ممکن است وجود داشته باشد.

نظرتان را درباره این مقاله بگویید 6 نظر

قطعات حذف کننده حالت گذرا

با ثبت نظر و نوشتن کامنت، تیم ما را در راستای بهبود و افزایش کیفیت محتوا یاری خواهید کرد :)

فهرست مطالب

مقالات مرتبط

مشاهده محصولات

بروزترین مقالات

این مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نه − چهار =

فروشگاه