Защита сетевого оборудования от перегрузки

Защита от импульсных напряжений, возникаю­щих в сети питания, и перегрузок по току, представляющих опасность для электронной аппа­ратуры, в большинстве случаев осуществляется с использованием отдельных методов, что увеличи­вает число необходимых компонентов, габариты и стоимость аппаратуры. В статье предложен комп­лексный подход к вопросу проектирования систе­мы защиты оборудования, позволяющий повысить надежность его работы, уменьшить число компонен­тов и обеспечить выполнение требований стандартов.

А. Мельниченко

Электронная аппаратура может быть подвержена воздействию выбросов сетевого напряжения, возни­кающих, к примеру, при ударах молнии или при ком­мутации нагрузки на электростанциях. Требования к электронной аппаратуре в части ее защищенности от перенапряжений определяются стандартом IEC 61000-4-5. В соответствии с указанным стандартом для тестирования степени защищенности электрон­ной аппаратуры от перегрузки используется сигнал в виде импульса напряжения с длительностью фронта 1.2 мкс и спада — 50 мкс и импульса тока с длитель­ностью фронта 8 мкс и спада — 20 мкс.

На рис. 1 показана цепь защиты, состоящая из компонентов фирмы Raychem: варистора серии ROV и восстанавливаемого предохранителя PolySwitch серии LVR. Такая цепь позволяет повысить надеж­ность работы сетевой аппаратуры в условиях пере­напряжений и обеспечивает выполнение требований стандарта IEC 61000-4-5. Способность варистора вы­держивать большой импульсный ток и абсорбиро­вать значительные порции энергии, а также малое время реакции и низкая стоимость позволяют успеш­но использовать его для защиты от перенапряжений в источниках питания, сетевых колодках, трансфор­маторах устройств управления и электродвигателях. Восстанавливаемый предохранитель серии LVR, предназначенный для защиты от перегрузки по току, рассчитан на номинальное напряжение 240 В (макс. 265 В) и может быть использован совместно с варис­тором в цепях защиты. В отличие от плавкого предох­ранителя срабатывание восстанавливаемого пре­дохранителя может происходить и в тех случаях, ког­да в результате неисправности наряду с увеличением тока наблюдается повышение температуры компо­нентов. Для этого желательно расположить его в не­посредственной близости от тепловыделяющих ком­понентов, таких как мощные транзисторы, электро­магниты и др.

Повышение устойчивости схемы защиты к перегрузкам

При превышении мощности, рассеиваемой на ва­ристоре, он может выйти из строя, оставаясь при этом в проводящем состоянии. Располагая восста­навливаемый предохранитель рядом с варистором, можно повысить эффективность защиты, так как теп­ло, выделяемое варистором, нагревает предохрани­тель, ускоряя его переход в непроводящее состоя­ние. При этом схема оказывается более устойчивой к длительным перегрузкам. И хотя такой прием не ска­зывается на результатах тестирования в соответ­ствии со стандартом IEC61000-4-5, однако он повы­шает надежность защиты при длительном перена­пряжении, возникающем, например, при ошибочном подключении к сети или при обрыве нейтрального провода.

Рис. 1. Схема защиты цепи питания сетевой аппаратуры от перегрузки

Комплексный подход к проектированию схем защиты

Пример комплексного подхода к за­щите сигнальных цепей и цепей питания аппаратуры от перегрузки по напряже­нию и току приведен на рис. 2. Такая схема обеспечивает как выполнение тре­бований специализированной организа­ции UL (США) по защите аппаратуры класса 2, так и требований защиты от выбросов напряжения, включенных в стандарт IEC61000-4-5. Предложенная схема защиты отличается хорошей спо­собностью поглощения энергии, малым временем реакции и низкой стоимостью.