直流スイッチング安定化電源の保護技術
電流スイッチングレギュレータで使用される高出力スイッチングデバイスはより高価であり、制御回路はより複雑です。 また、スイッチングレギュレータの負荷は、一般に、高度に集積化された多数のデバイスが搭載された電子システムです。 トランジスタと集積デバイスは、電気的衝撃と熱衝撃に対する耐性が低いです。
したがって、スイッチングレギュレータの保護では、レギュレータ自体と負荷の安全性を考慮する必要があります。 保護回路には多くの種類があります。極性保護、プログラム保護、過電流保護、過電圧保護、低電圧保護、過熱保護などの回路があります。 通常、いくつかの保護方法を選択して組み合わせて、完全な保護システムを形成します。
スイッチング電源保護回路
DC スイッチング レギュレータへの入力は、通常、安定化されていない DC 電源です。 誤った操作や誤った接続により、スイッチの極性が破損し、スイッチング電源が破損します。
極性保護の目的は、スイッチング レギュレータを正しい極性の安定化されていない DC 電源に接続した場合にのみ機能させることです。 電源の極性保護は、一方向伝導デバイスを使用することで実現できます。 最も簡単な極性保護回路を図に示します。 ダイオード D はスイッチング レギュレータの全入力電流を流れる必要があるため、この回路は低電力スイッチング レギュレータにより適しています。 高電力の場合、極性保護回路はプログラム保護のリンクとして使用され、極性保護に必要な高電力ダイオードを節約でき、消費電力も削減されます。
プログラム保護
スイッチング安定化電源の回路はより複雑で、基本的に低電力制御部分と高電力スイッチング部分に分けることができます。 スイッチングトランジスタはハイパワーです。 電源のオン/オフ時にスイッチングトランジスタの安全性を保護するために、変調器や増幅器などの低電力制御回路が最初に動作する必要があります。 そのためには、正しい起動手順を確保する必要があります。
スイッチングレギュレータの入力端には、一般にインダクタンスが小さくキャパシタンスが大きい入力フィルタが接続されます。 電源投入の瞬間、フィルタコンデンサには大きなサージ電流が流れますが、このサージ電流は通常の入力電流の数倍になることがあります。 このような大きなサージ電流は、通常の電源スイッチまたはリレーの接点を溶かし、入力ヒューズを飛ばす可能性があります。 さらに、突入電流によってコンデンサが損傷し、コンデンサの寿命が短くなり、早期故障が発生する可能性があります。 このため、起動時に電流制限抵抗を接続し、この電流制限抵抗を通してコンデンサを充電する必要があります。 電流制限抵抗が過大な電力を消費し、スイッチングレギュレータの正常な動作に影響を与えないようにするために、リレーを使用して起動過渡プロセス後に自動的に短絡し、DC 電源から直接電力を供給します。写真が示すように、スイッチングレギュレータ。 この回路は、スイッチングレギュレータの「ソフトスタート」回路と呼ばれます。
3.過電流保護
負荷の短絡、過負荷、制御回路の故障などの予期しない状況が発生した場合、電圧安定器のスイッチングトランジスタに流れる電流が大きくなりすぎて、真空管の消費電力が増加し、熱が発生します。 過電流保護デバイスがない場合、ハイパワー スイッチング トランジスタが損傷する可能性があります。 そのため、過電流保護はスイッチング レギュレータで一般的に使用されます。 最も経済的で簡単な方法は、ヒューズを使用することです。 トランジスタの熱容量が小さいため、通常のヒューズは一般に保護の役割を果たせず、速断ヒューズが一般的に使用されます。 この方法には保護が容易であるという利点がありますが、ヒューズの仕様は、特定のスイッチ トランジスタの安全な動作領域の要件に従って選択する必要があります。 この過電流保護手段の欠点は、ヒューズを頻繁に交換する不便さです。
リニアレギュレータで一般的に使用される電流制限保護と電流遮断保護は、スイッチングレギュレータに適用できます。 ただし、スイッチングレギュレータの特性上、この保護回路の出力でスイッチングトランジスタを直接制御することはできず、過電流保護の出力をパルス指令に変換して変調器を制御し、スイッチングトランジスタを保護する必要があります。 過電流保護を実現するためには、一般的に回路内に直列にサンプリング抵抗を使用する必要があり、これは電源の効率に影響を与えるため、主に低電力スイッチング レギュレータで使用されます。 大電力スイッチング電源では、消費電力を考慮すると、サンプリング抵抗へのアクセスは極力避けるべきです。 したがって、過電流保護は通常、過電圧および低電圧保護に変換されます。
4.過電圧保護
スイッチング レギュレータの過電圧保護には、入力過電圧保護と出力過電圧保護が含まれます。 スイッチングレギュレータが使用するバッテリや整流器などの安定化されていない直流電源の電圧が高すぎると、スイッチングレギュレータが正常に動作しなくなり、内部デバイスを損傷することさえあります。 したがって、入力過電圧保護回路を使用する必要があります。
5.低電圧保護
出力電圧が規定値より低い場合は、入力 DC 電源、スイッチングレギュレータ内部、または出力負荷の異常が考えられます。 入力DC電源電圧が規定値を下回ると、スイッチングレギュレータの出力電圧が低下し、入力電流が増加し、スイッチングトランジスタと入力電源の両方が危険にさらされます。 したがって、低電圧保護を設定する必要があります。
6.過熱保護
スイッチング レギュレータの高集積化、軽量化、小型化により、単位体積あたりの電力密度が大幅に向上し、電源装置内のコンポーネントの動作環境温度に対する要件もそれに応じて増加します。 そうしないと、回路のパフォーマンスが低下し、コンポーネントが早期に故障します。 したがって、大電力のスイッチングレギュレータには過熱保護を設定する必要があります。
