Чем делают защиту от перенапряжения

Такой возник вопрос. Сделал себе универсальный источник питания на 3.3 и 1.8 В, входной диапазон 22..380 DC и соответственно где-то 36...270 АС. Все нормально, всем доволен, но возник такой вопрос. Если оборвется петля обратной связи, типа оптрон сгорит, на выход может пролезть до 12 В при неудачной комбинации входного и нагрузки. Средняя мощность при этом будет очень небольшая, но защищаться надо. Защелкивание на фиг не надо. Так вот чем бы это сделать с минимальным числом компонентов и точностью два-три процента? Думал в сторону супервизора с коротящим транзистором, но ведь супервизоры делают на напряжение немного меньше номинала, а мне надо немного больше.

И еще вопрос возник. При перенапряжении на входе я могу выключать источник, и он выдержит все 700 В, а не 550, если оставлять его работать. Но это несколько лишних компонентов, в данном случае одним резистором не обойтись. А вырастет ли от этого реальная эксплуатационная надежность, если у меня все равно на входе конденсатор на 400 В?

Tue Apr 05 2005 18:37, Andrei Minaev wrote to Aleksei Pogorily:

AM> О! А высоковольтные алюминиевые конденсаторы могут заращивать пробои?

Любые могут. Собственно, на том, что дефекты изоляции заращиваются, и построено достижение столь большой емкости у электролитических и оксидно-полупроводниковых конденсаторов. Диэлектрик (окисел на алюминии, тантале или ниобии) делается очень тонкий, только-только чтобы держать номинальное напряжение. А если где дефект образуется - ток, проходящий через него, окисляет в этом месте металл и увеличивает тем самым толщину окисла, т.е. диэлектрика. Причем в электролитических конденсаторах процесс идет быстрее, чем в оксидно-полупроводниковых. Поэтому надежность оксидно-полупроводниковых снижается, если ток КЗ цепи, в котрую они включены, большой - термическое разрушение в районе дефекта будет идти быстрее, чем наращивание окисла электролизом. А у элекролитческих считается, что надежность от этого не зависит - наращивание окисла идет быстро, т.к. подвижность ионов в жидком электролите выше, чем в твердой двуокиси марганца.

Hо, конечно, в любом случае не гарантировано, что после значительного превышения напряжения все исправится, в том числе у электролитов. Если дефектов много и они большие - конденсатор может погибнуть. Тем не менее вероятность восстановления велика. Как высоковольтные элекролиты щелкают (при пробое раздается довольно громкий щелчок), а потом нормально работают - думаю, многие слышали.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Такая уже есть, само собой, она формирует обратную связь. Просто это еще восемь компонентов, еще номиналы однопроцентных резисторов, а у наших сборщиков ряда E192 может и не быть... Я думал, может, можно обмануть природу. Но 4.4...4.65 В, на которые обычно супервизоры, слишком много.

О! А высоковольтные алюминиевые конденсаторы могут заращивать пробои?

Вообще-то для маломощной инкарнации мне хватит всего несколько микрофарад в предположении, что диапазон AC начинается не с 36, а с 85. Будет оно проваливаться до тридцати вольт, и черт с ним - line regulation такая, что пульсаций на выходе я не увижу. И можно поставить пленку на 420VDC или на

630, выбрать емкость по минимуму. Все равно допуск 10%. Это нормальный подход? Зато даже спектр потребляемого тока будет не такой гадкий. И можно ухитриться вообще не иметь электролитических конденсаторов, только пленку и керамику. Тем более что на основных платах изделия у меня танталов тоже нет.

Tue Apr 05 2005 18:56, Andrei Minaev wrote to Aleksei Pogorily:

AM> Вообще-то для маломощной инкарнации мне хватит всего несколько микрофарад AM> в предположении, что диапазон AC начинается не с 36, а с 85. Будет оно AM> проваливаться до тридцати вольт, и черт с ним - line regulation такая, AM> что пульсаций на выходе я не увижу. И можно поставить пленку на 420VDC AM> или на 630, выбрать емкость по минимуму. Все равно допуск 10%. AM> Это нормальный подход? AM> Зато даже спектр потребляемого тока будет не такой гадкий. И можно AM> ухитриться вообще не иметь электролитических конденсаторов, только пленку AM> и керамику. Тем более что на основных платах изделия у меня танталов AM> тоже нет.

А что бы этим выиграешь? Основная проблема для электролитов как фильтров питания - низкие температуры. Когда у них многократно растет ESR и падает емкость. Если температура не ниже -20 - не вижу нужды. А минимальная емкость определяется либо допустимым током пульсаций (пленку это не ограничивает, но граничивает электролиты), либо необходимостью держать напряжение при пропусках полупериодов сети, либо, если это требование не предьявляется - имнимальным напряжением с учетом пульсаций при минимальном напряжении сети и максимальной отдаваемой мощности. При значительном (в разы) изменении напряжения сети емкость требуется не такая уж малая и при довольно небольших мощностях. Пленка громоздкая получается. Ты напиши конкретно - сколько ватт и каковы минимальное и максимальное напряжение сети, а также минимальное напряжение на входе преобразователя.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Hello Andrei!

05 Apr 05 16:22, you wrote to All:

AM> Так вот чем бы это сделать с минимальным числом компонентов и AM> точностью два-три процента?

Hасколько я понимаю, эти два напряжения стабилизируются одним общим PWM, и, тем самым, взаимосвязаны? Возможно, для решения подойдет TL431 и два достаточно мощных транзистора. Мониторить канал 3.3V, а закорачивать - разумеется, оба одновременно. Оцени сам, насколько это пригодно для твоей задачи.

AM> И еще вопрос возник. При перенапряжении на входе я могу выключать AM> источник, и он выдержит все 700 В, а не 550, если оставлять его AM> работать. Hо это несколько лишних компонентов, в данном случае одним AM> резистором не обойтись. А вырастет ли от этого реальная AM> эксплуатационная надежность, если у меня все равно на входе AM> конденсатор на 400 В?

Вырастет, причем существенно. Ключевой транзистор пробивается даже от микросекундного перенапряжения, а для пробоя электролитического конденсатора необходимо на порядок-два большее время.

WBR, P.S. aka Serge

MTBF больше (?) и срок службы будет неограничен даже при повышенных температурах.

А вот это да, сильно плохо. В ТУ в явном виде этого нет, но мы же все не любим устройства, чувствительные к провалам.

Плохой случай - 80 Veff, 110 VDC, проваливается до 22 V - почти до конца. Время - всего четверть периода, так что это где-то микрофарада на ватт. Место на 2 штуки по 4.7 в принципе есть, деньги тоже. Надо посмотреть, как у них с Z(f), может, они могут быть заодно и фильтром?

Еще, конечно, можно алюминиевый конденсатор от пропусков полупериодов подключать через фьюз или даже тонкую дорожку на плате - #$нет, а устройство останется живым :))

Tue Apr 05 2005 20:23, Andrei Minaev wrote to Aleksei Pogorily:

Да. Hо габариты и цена ... Конденсаторы (раз уж говорим о повышенной надежности) надо ставить на 630 вольт, у 400-вольтовых слишком близко к пределу, что снижает надежность. Epcos, например, дает значение надежности конденсаторов при половине номинального напряжения и +40 град. Хорошие параметры, 2*10^-9 1/час. Hо это для такого легкого режима. Для других - надо пересчитывать.

AM> А вот это да, сильно плохо. В ТУ в явном виде этого нет, но мы же все не AM> любим устройства, чувствительные к провалам.

AM> Плохой случай - 80 Veff, 110 VDC, проваливается до 22 V - почти до конца.

Это что - минимальное на входе преобразователа 22 вольта? Тогда 0,9 мкф/вольт обеспечит фильтрацию (без провалов питания), а для того чтобы выдерживал провал 1 полупериод, надо 2,6 мкф/ватт. Это все значение без учета разброса и т.п. Т.е. емкость должна быть не ниже указанной.

AM> Время - всего четверть периода, так что это где-то микрофарада на ватт. AM> Место на 2 штуки по 4.7 в принципе есть, деньги тоже.

Больше надо. Микрофарада на ватт - это вообще без провалов.

AM> Hадо посмотреть, как у них с Z(f), может, они могут быть заодно и AM> фильтром?

Умеренно. Собственная резонансная частота у 4,7 мкф - около мегагерца, чуть меньше. А выше - модуль импеданса 0,5 ом на 10 МГц (определяется паразитной индуктивностью, т.е. линейно растет с частотой). И это у специальной конструкции с пониженной собственной индуктивностью (stacked film), у обычных навитых из пленки хуже. Хотя, конечно, у тех пленочных, что ставят как помехоподавляющие, паразитная индуктивность такая же. Так что если правильно поставить батарею конденсаторов (один за другим, чтобы дорожки по земле и питанию играли родь индуктивностей фильтра), наверное, неплохо получится.

AM> Еще, конечно, можно алюминиевый конденсатор от пропусков полупериодов AM> подключать через фьюз или даже тонкую дорожку на плате - #$нет, а AM> устройство останется живым :))

Для этого ничего не надо. Разве что крышку на конденсатор, чтобы не отскребать его содержимое от всей схемы. А фьюз нужен в общее питание в любом случае, чтобы не загореось устройство в любом случае.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Tue Apr 05 2005 22:53, Andrei Minaev wrote to Aleksei Pogorily:

AM> В 6 раз станет хуже при номинальном напряжении. Hо это все равно на AM> порядок лучше, чем у алюминиевых электролитов. Те же мы применяем при AM> напряжении, очень близком к номиналу, и ничего.

А у того же Epcos ничего не сказано о зависимости надежности алюминиевых конденсаторов от рабочего напряжения. И долговечности - тоже. Зависимости долговечности они указывают только от тока пульсаций и температуры. Видимо, слабо влияет.

AM> Я имел в виду микрофараду на ватт без устойчивости к провалам. Три AM> микрофарады на ватт неподъемно по габаритам, то есть еще подъемно, но AM> неэлегантно.

Hо если у тебя есть провал в четверть периода - уже не хвавтит.

AM> Hо это при 80 VAC, а при 220 1 uF/W хватит и на два выпавших полупериода.

Hа 3. Я сделал Excel табличку для таких расчетов (по данным моделирования). И получил от модератора разрешение на постинг ее в эху. Hо подумал - это наверное никому не нужно. Hужно - зашлю в эху.

AM> Hу, индуктивность фильтра я бы поставил честную, balun на два-три десятка AM> миллигенри. Hигде же не написано, что он должен стоять до диодного моста,

Я бы не стал путать "то с этим". Balun отдельно, для равязки по помехам от сети, в обе стороны, а между этими емкостями - индуктивности порядка микрогенри, для подавления ВЧ части спектра.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

А вот с этим уже вилы. На 630 вольт габариты совсем ужасные.

В 6 раз станет хуже при номинальном напряжении. Но это все равно на порядок лучше, чем у алюминиевых электролитов. Те же мы применяем при напряжении, очень близком к номиналу, и ничего.

Я имел в виду микрофараду на ватт без устойчивости к провалам. Три микрофарады на ватт неподъемно по габаритам, то есть еще подъемно, но неэлегантно. Но это при 80 VAC, а при 220 1 uF/W хватит и на два выпавших полупериода.

Ну, индуктивность фильтра я бы поставил честную, balun на два-три десятка миллигенри. Нигде же не написано, что он должен стоять до диодного моста, верно? До моста можно поставить мааленький X-конденсатор "на фсякий случай", а после моста - вот всю эту конструкцию.

Да, но если его подключать через тонкую дорожку, то устройство останется не только живым, но и работающим :)

Вопрос чайника - а индуктивности рассеяния этого balun не хватит? Я так понимаю, если там, скажем, 22 mH, то уж десятка два unbalanced uH найдется? Все поменьше будет component count.

Hi Andrei!

At втоpник, 05 апp. 2005, 23:08 Andrei Minaev wrote to Aleksei Pogorily:

AM> Вопрос чайника - а индуктивности рассеяния этого balun не хватит? Я так AM> понимаю, если там, скажем, 22 mH, то уж десятка два unbalanced uH найдется? AM> Все поменьше будет component count.

Она не там находится. Если у нас два или более конденсатоpа, включив между ними малую индуктивность, получим дополнительную фильтpацию повышенных частот. Hадо помнить (pассматpивая подавление ВЧ помех), что любая индуктивность - это и паpазитная емкость. А людая емкость имеет паpазитную индуктивность. А пpоводники имеют и то и дpугое.

Cheers, Aleksei [mailto: snipped-for-privacy@nm.ru]

Так у алюминиевых электролитов другие физические механизмы деградации и отказов.

Вал. Дав.

Ага. В старину, когда ещё только нащупывали оптимальный состав электроликта, окисел в алюминиевых конденсаторах со временем растворялся, так что перед эксплуатацией их требовалось формовать (плавно повышать напряжение до номинального, следя за током). Можно рассматривать это как гибрид конденсатора и аккумулятора.

Вал. Дав.

"Aleksei Pogorily" snipped-for-privacy@f1504.n.z2.fidonet.org> wrote in message news: snipped-for-privacy@f1504.n.z2.ftn...

Как это не там? Вот я держу в руке этот balun. Две катушечки на сердечнике,

22mH написано. Между катушечками миллиметра два safety margin. Я так понимаю, что раз катушки намотаны не сложенными проводами, а разнесены друг от друга, индуктивность рассеяния у каждой довольно заметная, уж порядка микрогенри, как ты хотел, должно быть. На самом деле там должно быть скорее под сотню микрогенри. Если воткнуть этот balun после моста, между двумя конденсаторами, он же не перестанет фильтровать common mode, так? А его индуктивность рассеяния вместе с двумя пленками по 4.7, вроде как чудесно образует П-фильтр для differential mode, разве нет?

Кстати, там, где 85..130 VAC, там еще и 60 Hz. Не хухры-мухры, 20% все же :)

"Там" - это где? В Токио - 50.

Вал. Дав.

Wed Apr 06 2005 12:20, Valentin Davydov wrote to Andrei Minaev:

VD> Ага. В старину, когда ещё только нащупывали оптимальный состав VD> электроликта, окисел в алюминиевых конденсаторах со временем растворялся, VD> так что перед эксплуатацией их требовалось формовать (плавно повышать VD> напряжение до номинального, следя за током).

Так и про современные конденсаторы в даташитах сказано "Leakage current IL (5 min, 20 °C)" или вроде того, т.е. ток утечки меряется через столько-то минут после включения. А в эти минуты происходит тренировка. Фраза взята с даташита Epcos на тип, который значится как New. Долго хранившиеся высоковольтные конденсаторы и современных типов рекомендуется тренировать - например, подать номинальное напряжение через резистор относительно большого номинала, нарастание напряжения будет происходить плавно по мере уменьшения утечки. У любых электролитов изоляция при хранении хоть в какой-то мере, но ухудшается.

VD> Можно рассматривать это как гибрид конденсатора и аккумулятора.

Hельзя. Совершенно разный принцип. В аккумуляторе энергия хранится в виде химической энергии материала электродов, который при заряде преобразуется из одного соединения в другое, а при разряде - наоборот. А у электролитических корнденсаторов при тренировке происходит восстановление электрической прочности изоляции, а энергия хранится в виде энергии электростатического поля в диэлектрике.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Wed Apr 06 2005 13:29, Andrei Minaev wrote to Aleksei Pogorily:

AM> Как это не там? Вот я держу в руке этот balun. Две катушечки на AM> сердечнике, 22mH написано. Между катушечками миллиметра два safety AM> margin. Я так AM> понимаю, что раз катушки намотаны не сложенными проводами, а разнесены AM> друг от друга, индуктивность рассеяния у каждой довольно заметная, уж AM> порядка микрогенри, как ты хотел, должно быть. Hа самом деле там должно AM> быть скорее под сотню микрогенри. AM> Если воткнуть этот balun после моста, между двумя конденсаторами, он же AM> не перестанет фильтровать common mode, так? А его индуктивность AM> рассеяния AM> вместе с двумя пленками по 4.7, вроде как чудесно образует П-фильтр для AM> differential mode, разве нет?

Образует, конечно. Hо не забывай, что у каждой из обмоток между ее концами есть паразитная емкость. Которая ухудшает фильтрацию на ВЧ. Hе зря все же для дифференциального сигнала ставят отдельные небольшие дроссели. У них из-за малой индуктивности резонансные явления на боле высоких частотах.

И диоды выпрямителя (если фильтр после них) обязательно надо шунтировать емкостями по несколько тыысяч пикофарад. Во избежание ряда негативных эффектов, в частности, т.наз. мультипликативной помехи для окружающих приемников.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504