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3D打印机电源、工控设备电源等开关电源三个保护的选型技巧

来源:   发布时间:2019-06-11   点击量:245

3D打印机电源工控设备电源等开关电源三个保护的选型技巧

3D打印机电源、工控设备电源等开关电源选择适当的电路保护器件是实现高效、可靠的电路保护设计之关键的第一步,那么,如何合理选择电路保护器件?不同的保护器件其保护原理也各有不同,选择的时候应结合其保护原理、工作条件和使用环境来考虑。

为了帮助工程师正确选择3D打印机电源、工控设备电源等开关电源电路保护器件,合理应用电路保护器件设计高效的电路保护解决方案,本文将主要介绍。

3D打印机电源、工控设备电源等开关电源的电路保护主要有三种形式:过压保护、过流保护和过温保护。

3D打印机电源、工控设备电源等开关电源的过压保护器件的选型要点
过压保护器件(OVP)用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏,常用的过压保护器件有压敏电阻、瞬态电压抑制器、静电抑制器和放电管等。过压保护器件选型应注意以下四个要点:1)关断电压Vrwm的选择。一般关断电压至少要比线路最高工作电压高10%
2)箝位电压VC的选择。VC是指在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它必须小于被保护电路的能承受的最大瞬态电压
3)浪涌功率Pppm的选择。不同功率,保护的时间不同,如600w(10/1000us);300W(8/20us)
4)极间电容的选择。被保护元器件的工作频率越高,要求TVS的电容要越小

3D打印机电源、工控设备电源等开关电源的过流保护器件的选型
过流保护器件主要有一次性熔断器、自恢复熔断器、熔断电阻和断路器等,其中,最重要的过流保护器件是熔断器,也叫保险丝。它一般串联在电路中,要求其电阻要小(功耗小),当电路正常工作时,它只相当于一根导线,能够长时间稳定的导通电路;由于电源或外部干扰而发生电流波动时,也应能承受一定范围的过载;只有当电路中出现较大的过载电流(故障或短路)时,熔断器才会动作,通过断开电流来保护电路的安全,以避免产品烧毁的危险。

在熔断器分断电路的过程中,由于电路电压的存在,在熔体断开的瞬间会发生电弧,高质量的熔断器应该尽量避免这种飞弧;在分断电路后,熔断器应能耐受加在两端的电路电压。熔断器受脉冲损伤会逐步降低承受脉冲的能力,选用时需要考虑必要的安全余量;这个安全余量是指熔断器的总熔断(动作)时间,它是预飞弧时间和飞弧时间之和。所以在选择的时候需要留意它的熔断特性和额定电流这个基本条件;另外安装时要考虑熔断器周边的环境,熔断器只有达到本身的熔化热能值的时候才会熔断,如果是在环境较冷的状况下,它的熔断时间会变化,这是使用时必须留意的。

总的来说,保险丝的选型应注意以下十个要素:
额定电流;额定电压;环境温度;电压降 / 冷电阻;熔断特性: 过载能力,时间 / 电流特性;
分断能力; 熔化热能值; 耐久性(寿命);结构特征: 外形 / 尺寸,安装形式;安全认证 

3D打印机电源、工控设备电源等开关电源的过温保护器件的选型
过温保护器件主要有热敏电阻、温度开关和温度熔断器等。在电源设计中经常使用NTC热敏电阻型浪涌抑制器作过温保护,因为其抑制浪涌电流的能力与普通电阻相当,但在电阻上的功耗则可降低几十到上百倍。

NTC热敏电阻,即负温度系数热敏电阻,其特性是电阻值随着温度的升高而呈非线性的下降。NTC热敏电阻的选型要考虑以下几个要点:
1)最大额定电压和滤波电容值
滤波电容的大小决定了应该选用多大尺寸的NTC。对于某个尺寸的NTC热敏电阻来说,允许接入的滤波电容的大小是有严格要求的,这个值也与最大额定电压有关。在电源应用中,开机浪涌是因为电容充电产生的,因此通常用给定电压值下的允许接入的电容量来评估NTC热敏电阻承受浪涌电流的能力。简单来说,就是输入电压越大,允许接入的最大电容值就越小,反之亦然。NTC热敏电阻产品的规范一般定义了在220Vac下允许接入的最大电容值。

2)3D打印机电源、工控设备电源等开关电源允许的最大启动电流值和长期加载在NTC热敏电阻上的工作电流;允许的最大启动电流值决定了NTC热敏电阻的阻值。产品正常工作时,长期加载在NTC热敏电阻上的电流应不大于规格书规定的电流。


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