Ochrana vstupu napájení pomocí varistorů a termistorů

Kvalitní napájecí zdroje zajišťují dlouhodobý spolehlivý a bezproblémový provoz výpočetní techniky a dalšího vybavení.

Vzhledem k tomu, že těžba využívá výkonné spínané zdroje, které napájejí drahá zařízení, jejich porucha s sebou nese velmi nepříjemné následky.

V tomto ohledu stojí za to porozumět některým funkcím jejich provozu, což pomůže vyhnout se poruchám způsobeným nedostatečným pochopením procesů probíhajících uvnitř spínaných zdrojů.

Přechodné procesy v elektronických zařízeních a výpočetní technice

Při provozu jakýchkoli elektrických zařízení v okamžiku spínání dochází k nelineárním přechodovým procesům, které jsou v některých případech nepostřehnutelné a někdy vedou k tomu, že zařízení opustí konstrukční režim provozu, což je doprovázeno zvýšeným zatížením jeho prvků a může vést k jejich selhání.

Přechodové procesy nastávají vždy v okamžiku spínání obvodů se zátěží, která je indukční a/nebo kapacitní povahy. Ve většině případů jsou škodlivé pro provoz zařízení, takže návrháři hardwaru obvykle přijímají opatření k jejich snížení na minimum.

Vzhledem k tomu, že jakákoliv část obvodu má v té či oné míře parametry LC, v jakékoli elektronice se vždy vyskytují nelineární procesy. Výkonné napájecí zdroje používané pro těžbu obsahují kondenzátory a velké kapacitní/indukční cívky, takže přechodové jevy v nich mohou být velmi významné.

Krátký výbuch střídavého napětí výrazně překračující normální hodnotu:

Při zapnutí vysokovýkonného zdroje proudí jeho obvody proudové impulsy obrovské velikosti. Napěťové rázy způsobené přechodnými jevy mohou být mnohonásobně vyšší než jmenovité napětí tekoucí v síti.

Napěťové špičky objevující se na sinusovém grafu střídavého napětí v důsledku přechodných jevů:

Pro boj proti přepětím při zapnutí napájecích zdrojů jsou v nich instalovány speciální ochranné prvky. Obvykle se vyrovnají se svou rolí, ale někdy v nouzových situacích nezvládají své úkoly. Abyste jejich vzniku předešli (nebo je alespoň omezili na minimum), musíte znát principy činnosti, účel a složení ochranných prvků na vstupu spínaného zdroje.

Proč jsou na vstupu spínaných zdrojů potřeba ochranné obvody?

Vysoce kvalitní spínané zdroje obvykle instalují vstupní obvody, které řeší řadu problémů, včetně:

K ochraně vstupních obvodů napájecího zdroje před napěťovými a proudovými rázy se používají varistory a termistory, dále pojistky, varistory a svodiče přepětí.

Varistor a termistory MOV s kladným a záporným odporovým koeficientem:

Jak je zajištěna ochrana proti rázům napětí a proudu na vstupu napájecího zdroje?

Za ochranu před napěťovými rázy na vstupu pulzního zdroje v provozním režimu jsou obvykle zodpovědné varistory a svodiče. K ochraně proti proudovým rázům jsou na vstupu použity pojistky a termistory.

Nejjednodušší obvod pro připojení ochranného varistoru v napájecím zdroji:

Schéma připojení ochranných prvků na vstupu pulzního zdroje proudu pomocí varistorů a svodičů:

Varistor – co to je?

Varistor je rezistor, jehož odpor se mění v závislosti na použitém napětí. Za normálních podmínek je velmi velký (megaOhm) a při paralelním zapojení nemá velký vliv na chod elektrického obvodu.

Voltampérová charakteristika varistoru:

Při výrazném zvýšení napětí na varistoru odpor klesá, což vede k absorpci rázové energie a jejímu uvolnění ve formě tepla.

Varistory jsou potřebné k ochraně elektronických zařízení před vysokonapěťovými rázy, protože jejich odpor prudce klesá s rostoucím napětím, které je na ně aplikováno:

To šetří ostatní součástky před selháním, i když to někdy vede k vyhoření samotného varistoru, který svým heroickým chováním zachraňuje dražší elektronické prvky. Varistory jsou instalovány na vstupu napájecího zdroje před diodovým usměrňovačem, protože navíc plní funkci filtrování – potlačení rušení, ke kterému dochází při vypnutí diodového můstku.

Varistor TVR 14471 na vstupu zdroje Be Quiet Dark Power Pro 1200 wattů s platinovým certifikátem:

Proč se v napájecím zdroji používají termistory?

Termistor je rezistor, který mění svůj odpor vlivem teploty.

Napájecí zdroje obvykle používají termistory se záporným teplotním koeficientem (NTC) zapojené do série se zátěží. Za studena mají odpor 6-12 Ohmů, takže při zapnutí napájení se zahřejí. Vlivem zahřívání klesá odpor NTC termistorů na 0.5-1 Ohm a na chod zařízení již nemají zásadní vliv.

U drahých zdrojů se po úspěšném spuštění napájení termistory vypnou, vodičem s nulovým odporem začne procházet proud, což zajistí studený stav termistoru (neustálá připravenost k opětovnému zapnutí napájení ), a také šetří elektřinu, která se plýtvá při provozu napájecího zdroje v normálním režimu.

Vzhledem k tomu, že termistor přebírá „část rázu“ v okamžiku sepnutí, zbývající komponenty nejsou ovlivněny.

Nejjednodušší obvod pro připojení ochranného termistoru na vstupu napájecího zdroje:

Varistory zajišťují ochranu vysokonapěťové části zdroje před napěťovými rázy a termistory chrání před vysokým proudem.

Varistor VZ1 a termistor TR101 na schématu zdroje Chieftec APS-550S o výkonu 550W:

K čemu může vést úspora varistorů a termistorů v napájecím zdroji?

V rozpočtových zdrojích šetří výrobci na základně prvků a neinstalují varistory. Pro ochranu takových zdrojů se vyplatí použít přepěťové ochrany nebo UPS s varistory. Náklady na takovou ochranu jsou odůvodněny výrazným snížením možných škod, ke kterým může dojít v případě vyhoření zdroje napájení drahého počítače.

V některých případech nefunguje ochrana proti přepětí/proudu, kterou zajišťují varistory a termistory. To se může stát, pokud je varistor/termistor vadný, nebo pokud je takový prvek zahřátý a je zapnutý na základě jeho stavu při normální teplotě. Při příliš rychlém zapnutí funkčního zdroje může nastat situace s pomalým chlazením ochranných varistorů (termistorů).

Pokud termistor po vypnutí napájení nestihne vychladnout, pak v okamžiku opětovného přivedení vysokého napětí není zajištěna ochrana poskytovaná zhášením energie při jeho vysokém odporu. To může vést ke katastrofálním následkům.

Vyhřívaný varistor neabsorbuje energii impulsu, který se objeví v okamžiku sepnutí v důsledku nabíjení kondenzátorů elektrolytických kondenzátorů a akumulace energie v indukčnostech, což obvykle vede k rozpadu tranzistorů ve vysokonapěťové části. napájecího zdroje.

Díky tomu je vysokonapěťový impuls přicházející do chráněného zařízení potlačen varistorem. Pokud je varistor přehřátý, může v něm dojít k nevratným změnám vedoucím k poruše nebo rozbití.

Příklad desky pro levný zdroj Green Vision GV-PS S400:

Jak zjistit stav varistorů a termistorů?

Na schématech napájení mají varistory a termistory podobné symboly ve formě odporu s tělem přeškrtnutým „tyčinkou“. Varistory jsou obvykle umístěny paralelně ke zdroji proudu a jsou označeny označením VR:

Termistory jsou označeny podobně:

Termistory jsou obvykle zapojeny do série se zátěží, jejich odpor je mnohem menší než u varistorů.

Kontrola provozuschopnosti varistoru/termistoru se skládá ze dvou kroků:

• vizuální kontrola poškození, spálenin, otoků a jiných nešvarů;
• kontrola odporu ohmmetrem – pracovní varistor by měl mít při pokojové teplotě vysoký odpor (několik megaohmů) v obou směrech, termistor na vstupu zdroje pár ohmů. Při testování varistoru byste měli věnovat pozornost místu jeho instalace. Pokud jsou s ním paralelně zapojeny další elektronické prvky, musíte po odpájení varistoru z desky zkontrolovat odpor.

Co by měli těžaři dělat, aby minimalizovali problémy způsobené přechodnými jevy v napájecích zdrojích?

Při nastavování počítačů, včetně těch, které slouží k těžbě, občas nastanou situace, kdy kvůli zamrznutí systému musíte často násilně vypínat a zapínat zdroj. V tomto případě se vyplatí dát si pár minut pauzu, než znovu zapnete napájení, aby stihlo vychladnout. To je stejně důležité pro drahé napájecí zdroje, které mají kompletní sadu ochranných prvků, včetně varistorů a termistorů. To je způsobeno skutečností, že nemají čas na zotavení, pokud je zařízení zapnuto velmi rychle s horkými vnitřními součástmi.

Při výběru napájecích zdrojů byste měli věnovat pozornost přítomnosti ochranných obvodů v nich. Přítomnost varistoru na vstupu napájecího zdroje obvykle naznačuje přání jeho výrobců zajistit vysokou kvalitu a spolehlivost produktu.

Pokud zdroj použitý na počítači nemá vstupní ochranné obvody obsahující varistory, blokovací kondenzátory a termistory, pak se vyplatí dodatečně nainstalovat kvalitní napájecí lištový filtr obsahující alespoň minimální sadu prvků včetně varistoru.

Foto kvalitní desky přepěťové ochrany s varistory:

Modrý varistor na vstupu středně kvalitní přepěťové ochrany:

Levná, prý přepěťová ochrana, což je vlastně jednoduchá prodlužovačka/rozbočovač s vypínačem (neobsahuje varistory ani jiné ochranné prvky):

Při nákupu vstupního filtru je třeba si uvědomit, že většina zařízení prodávaných v obchodních řetězcích pod tímto názvem jsou ve skutečnosti jednoduché prodlužovací kabely/rozbočovače zásuvek, v lepším případě obsahující jednotku ochrany proti zkratu. Pouze několik z nich obsahuje prvky přepěťové ochrany.

V případě přerušení provozu počítačů (nejen těch používaných k těžbě) se vyplatí nechat zařízení před opětovným zapnutím čas vychladnout. Jinak ochranné prvky, které ještě nestihly vychladnout, nebudou schopny plnit svou funkci, což s největší pravděpodobností povede k poruše.

Můžete se také líbit

Podpětí procesorů Intel Haswell a novějších v Linuxu

Recenze grafické karty NVIDIA GeForce RTX 4060 TI – vlastnosti

Existuje mnoho zařízení, která lze použít k ochraně citlivých elektronických obvodů a zařízení, která jsou součástí radioelektronického obvodu, před vysokonapěťovými přechodovými jevy a napěťovými rázy. Jedním z takových účinných prostředků je varistor, což je dvoupólová polovodičová součástka se symetrickou nelineární charakteristikou proudového napětí (VC).

Konstrukce, vlastnosti a princip činnosti varistoru

Tento rádiový prvek, používaný ve stejnosměrných a střídavých sítích, chrání elektroniku stabilizací napětí. Hlavním rysem je, že odpor zařízení zcela závisí na napětí v obvodu a automaticky se mění. To znamená, že pokud se napětí zvýší, varistor přejde z izolačního stavu do elektricky vodivého stavu. Tento princip činnosti varistoru umožňuje, aby byl charakterizován jako nelineární nebo proměnný rezistor.

Když dojde k přepětí, které ohrožuje citlivou elektroniku, varistor téměř okamžitě změní svůj odpor ze stovek megaohmů na desítky ohmů, čímž obvod dokončí. Vzhledem k tomu, že zařízení je prvek bez setrvačnosti, je schopen okamžitě obnovit své vlastnosti, což poskytuje účinnou ochranu proti impulsním emisím. Pojistka je zpravidla umístěna v páru s nelineárním rezistorem, který se při napěťovém rázu spálí a přeruší obvod.

Existují 2 hlavní typy varistorů:

• nízkonapěťové – určené pro provozní napětí od 3 do 200 V (používá se k ochraně rádiových součástek v nízkonapěťových obvodech);
• vysokonapěťové – pracují v obvodech s proudovými hodnotami do 20 kV (používají se k ochraně elektrických sítí a instalací).

Konstrukce varistoru není složitá, protože zařízení je vyrobeno slinováním oxidu zinečnatého nebo karbidu křemíku s přídavkem pojiv. Po tepelném zpracování je povrch vzniklého základu potažen kovem (většinou ve formě dvou kotoučů), ke kterému jsou připájeny kovové vývody (pocínovaná měď). Na vršek konstrukce je naneseno dielektrikum ve formě keramického nebo epoxidového pláště.

Hlavní vlastnosti a parametry varistorů:

• maximální přípustné napětí je od několika voltů do několika desítek kilovoltů;
• doba odezvy – měřená v nanosekundách;
• maximální absorpční energie – měřeno v joulech;
• kapacita – závisí na použitém napětí;
• klasifikační napětí je obvykle 1 mA;
• maximální pulzní proud – měřeno v ampérech;
• přípustná odchylka – udává se v procentech.

Varistorové značení a aplikace

Na těle každého takového zařízení jsou aplikována čísla a písmena, která nesou informace o vlastnostech rádiového prvku: přípustná odchylka, tvarový faktor (disk nebo tyč), maximální přípustné napětí, průměr, typ zařízení (oxid kovu nebo oxid zinečnatý ). Je třeba zvážit možné rozdíly v úrovních napětí a proudu, protože každý výrobce má právo nastavit označení nezávisle.

Široké použití varistorů je způsobeno jejich účinností a dostupností, širokým rozsahem napětí, snadnou konstrukcí, dlouhou životností a schopností sledovat poklesy napětí. Mezi nevýhody patří nízkofrekvenční šum, ztráta vlastností v čase, velká kapacita a závislost proudově-napěťové charakteristiky na teplotě.

Tyto komponenty lze nalézt téměř v každém segmentu elektroniky:

• telekomunikační zařízení – modemy a routery, DECT telefony, účastnická zařízení a síťové karty;
• nízkonapěťová zařízení a jednodeskové přístroje – počítače, ovladače a měřicí přístroje, lékařská technika, dálkové senzory a rozhraní;
• elektrické sítě a přepěťové ochrany – spotřební elektronika, automaty a průmyslové zdroje, LED drivery, napájecí zdroje a UPS, dále přepěťové ochrany a elektroměry;
• automobilová elektronika – serva a ovladače, ABS, řídicí jednotky a datové sběrnice;
• vysoce výkonná průmyslová zařízení – čerpadla, kompresory a motory, solenoidy a výkonová relé, roboty, stejně jako ovladače a výkonné napájecí zdroje.

Kontrola prvku

Když víte, jak varistor funguje, můžete snadno zkontrolovat jeho provozuschopnost. Existují tři způsoby, jak zkontrolovat tuto součást. První z nich je nejjednodušší, protože se jedná o vizuální kontrolu (praskliny, stopy tání nebo bobtnání budou okamžitě patrné). Pokud je zařízení zaprášené, doporučuje se jej od prachu očistit. Druhá metoda bude vyžadovat přítomnost a zkušenost s prací s multimetrem, který by měl vykazovat odpor blíže k nekonečnu. Třetí metoda bude vyžadovat zazvonění obvodu, což bude vyžadovat odpájení jedné z nohou nelineárního odporu (pracovní varistor nepropustí proud). V případech, kdy jsou značky na tělese varistoru vymazány, pomůže megger.

Tipy pro výběr

Popis varistoru na webu vám pomůže vybrat optimální typ zařízení pro ochranu elektrického zařízení před přetížením. K tomu byste měli znát takové parametry, jako je výkon impulsů generovaných při přepínání, stejně jako hodnota odporu zdroje na vstupu. Pro účinnou ochranu se doporučuje zvolit zařízení s napětím, které má malou rezervu vůči jmenovitému.

Přestože je doba odezvy varistoru vynikající hodnotou, v některých případech je nedostatečná. Alternativně je zde SMD odporová technologie, jejíž doba odezvy se pohybuje od 0,5 nanosekundy a výše.