" title="Написать письмо">Написать письмо
Много статей не имеет срока устаревания. Есть смысл смотреть и 2011, и даже 2008 год.
Политика сайта: написать статью, а потом обновлять ее много лет.
Теперь сайт отображается корректно и на мобильных аппаратах.

Рекламодателям! Перестаньте спамить мне на почту с предложениями о размещении рекламы на этом сайте. Я никогда спамером/рекламщиком не был и не буду!
Ваш IP: 54.227.126.69
Часто ли вы даете деньги на развитие бесплатных проектов?
 

Статистика

Пользователи : 1
Статьи : 977
Просмотры материалов : 2963323
 
Поведение уравнивающих резисторов при защите электронных компонентов (03.10.2017). Печать E-mail
2017 - Октябрь
03.10.2017 20:05
Save & Share
Ранее были сформулированы основные способы защиты элементов РЭА с помощью шунтов: резисторов, варисторов и иных пассивных элементов. Однако не были абсолютно точно описаны алгоритмы работы данных шунтов. С учетом того, что покупка шунтов стоит денег, и на их монтаж тратится время - нужно разобраться, как точно они работают - и работают ли вообще.

Примерная логика шунтирования одного компонента: при создании экстремальных условий для компонента создать следствие, уничтожающее экстремальные условия. В качестве примера можно рассмотреть защиту транзистора варистором: резкий всплеск напряжения на транзисторе погасится варистором, будь то резкое изменение напряжения питания или возникновение ЭДС самоиндукции какой-нибудь катушки после выключения питания.

Примерная логика шунтирования связки одинаковых компонентов: недопущение наступления экстремальных условий. Основы:
- компоненты одинаковой марки, модели, названия и партии неидеальны и не равнозначны по ТТХ, в результате чего перераспределение напряжения/тока на этих элементах происходит неравномерно. Это приводит к каскадному выходу из строя всей связки элементов. По аналогии с каскадным выгоранием трансформаторов на электростанциях Москвы в 2005 году: когда один вышедший из строя трансформатор убивал соседние - и метро юга красной ветки не работало часа 4. Возможно, руководство сэкономило на варисторах или не знало, как их правильно использовать;
- если нужно уравнять несколько последовательно подключенных компонентов, уравнивающие шунты устанавливаются параллельно. Пример: несколько диодов в плече диодного моста уравниваются параллельно подключенными резисторами, номинал которых равен деленному максимальному обратному напряжению диода на 5-10кратный максимальный обратный ток утечки;
- если нужно уравнять несколько параллельно подключенных компонентов, уравнивающие шунты устанавливаются последовательно. Пример: параллельное соединение транзисторов коллекторами и эмиттерами - защищаются последовательно малоомными шунтами в эмиттер.

Если с защитой единичного элемента более-менее все ясно, то с защитой связки элементов есть ну совсем не очевидные моменты. Собрал сам диодный мост из 32 диодов, по 8 диодов в колене - однако нарушений работы не было замечено ни без уравнивающих резисторов, ни с ними. Как выяснилось, нужно было создавать стрессовые ситуации: резкая подача максимального тока - и при этом без защиты мост быстро накроется (доли секунды), а с защитой появится некоторый запас по допустимому превышению напряжения. Но это страшно макетировать (и результаты без осциллографа с функцией заморозки не увидеть), поэтому стали искаться пути поиска алгоритма работы данных шунтов и моделирования.

При этом поиск правильных ответов представляет путь по кривой дорожке. Например, простой вопрос "диодный мост из диодов на 5А - будет 5А или 10А" - вызвал четкое разделение на 2 лагеря и срач на форуме. Причем ответов "10А" было больше, чем "5А"; при условии, что правильный ответ - 5А:
- в диодном мосте нет ни одной комбинации параллельно соединенных диодов - комбинации "одновременно 5А+5А" не существует;
- первая пара диодов якобы отдыхает, пока по второй идет полуволна, - однако ТТХ диодов не предусматривают импульсный ток со скважностью 2, а с гораздо большей;
- превышение максимального тока на диоде приводит к превышению падения напряжения на нем - в момент пика положительной полуволны его просто пробьет.

Итак, поведение защитных резисторов при последовательном подключении диодов:
- пока не наступила критическая ситуация (приближение к максимальному Uобр на диоде), резисторы являются паразитами в цепи;
- в случае, если через диоды ток всегда течет без запирания (прямое подключение) - в уравнивающих резисторах смысла нет. Диоды будут отбирать напряжение своими Uпр, в соответствии с ВАХ в ТТХ, в зависимости от протекающего тока. Превышение прямого тока приведет к его пробитию и нагреву - но самой цепи существенного вреда нанесено не будет;
- в случае, если через диоды пытается прорваться обратный ток (обратное подключение) - диоды запирают его именно своим высоким внутренним сопротивлением. Для идеального диода - VR/IRM (указан синоним обозначений Uобр/Iобр). И тут проблема: без шунтов имеется последовательное подключение диодов, перераспределение напряжений на них неравномерно - и при приближении к максимальному Uобр пробьет диод с наибольшим внутренним сопротивлением. Диод перестанет сдерживать напряжение, его сопротивление упадет почти до 0; оставшиеся диоды перераспределят его падение напряжения на себя - и они пробьются все. Отрицательный ток хлынет в иные части схемы и все разрушит;
- с шунтом из резистора все меняется. Шунт получает приоритет перед диодом по вопросу падения напряжения. Получается связка последовательно подключенных резисторов - и напряжение на них падает одинаковое. В итоге Uобр не превышает указанного в ТТХ диодов (или совсем незначительно) - и процесс их самоуничтожения просто не начинается. То есть, уравнивающие резисторы дают возможность использования потенциала диодов по обратному напряжению близко к 100%;
- главный вопрос: какого хрена резистор получает приоритет перед диодом при параллельном соединении в вопросе падения напряжения? Пока по аналогии не объяснили - не понял. Если взять резистор и отдельно включить его в цепь, он получает приоритет перед огромным сопротивлением воздуха в вопросе падения напряжения. То есть, чем меньше номинал сопротивления в параллельной связке - тем большее влияние оно оказывает на падение напряжения на всей связке. Вот и ответ, почему номинал резистора рассчитывается по току утечки диода, причем именно большему в 5-10 раз: получается сопротивление в 5-10 раз меньшее. И эти сопротивления, будучи последовательно соединенными друг с другом, начинают выполнять свою функцию: приоритетно перераспределять напряжение между собой - равномерно;
- из этого следует, что такие резисторы должны быть подобраны максимально точно из множества имеющихся или иметь точность 0.5-1% при изготовлении.

Моделирование:
- расчет внутреннего сопротивления 2Д202В: 70В/0.001А = 70кОм;
- расчет шунта: 14кОм. Паразитный ток при 70В - 5мА, тепловыделение 0.35Вт;
- имитация диода его внутренним сопротивлением в Multisim с уравнивающим резистором и без;
- создание обратного напряжения путем инвертированного источника питания DC.







Видно, что пятикратного уменьшения сопротивления шунта относительно диода хватает для улучшения ситуации: превышения максимального Uобр не на 4.8В, а на 0.8В. Стоит также учесть, что неидентичность внутреннего сопротивления диодов указана здесь достаточно большая (~8%). 10-кратное уменьшение дает незначительное преимущество перед пятикратным;
- зная реальное сопротивление диодов, можно подобрать им резисторы так, чтобы напряжение распределялось совсем равномерно;
- вывод: чем больше Uобр или меньше Iобр у разных диодов - тем меньше ток утечки в целом. Диод на 2000В будет иметь меньший ток утечки при подаче 100В, нежели диод на 200В при подаче тех же 100В - при условии, что ток утечки при максимальном Uобр этих диодов одинаков номиналом.

Остался главным вопрос: что сейчас актуально шунтировать, а что нет. Если биполярные транзисторы еще могут иметь смысл шунтирования при параллельном соединении, то мосфеты уже не имеют, т.к. открываются очень быстро. И наоборот: мосфеты чувствительны к превышению падения напряжения - их нужно шунтировать от ЭДС самоиндукции. Или диоды Шоттки, например, очень чувствительны к превышению напряжения на них - их нужно обезопасить обязательно.
Обновлено ( 15.10.2017 12:57 )
 
 

Последние новости

©2008-2017. All Rights Reserved. Разработчик - " title="Сергей Белов">Сергей Белов. Материалы сайта предоставляются по принципу "как есть". Автор не несет никакой ответственности и не гарантирует отсутствие неправильных сведений и ошибок. Вся ответственность за использование материалов лежит полностью на читателях. Размещение материалов данного сайта на иных сайтах запрещено без указания активной ссылки на данный сайт-первоисточник (ГК РФ: ст.1259 п.1 + ст.1274 п.1-3).