Circuits de protection contre les surtensions : types, fonctionnement et projets DIY pour alimentation fiable

Vous avez sans doute déjà rencontré ou entendu parler d'une condition de surtension due, par exemple, à des défauts d'alimentation. Vous avez peut-être vu les impacts : incendie, dysfonctionnements, dommages aux composants, etc.

Comment prévenir la surtension dans nos alimentations ?

En lisant cet article, vous découvrirez les types de circuits de protection contre les surtensions. Nous incluons les schémas pour une meilleure compréhension.

Commençons.

Qu'est-ce que la protection contre les surtensions ?

La protection contre les surtensions est une caractéristique d'alimentation qui clame la sortie ou coupe l'alimentation si la tension dépasse un niveau prédéfini.

Un circuit de protection contre les surtensions empêche principalement les dommages aux éléments électroniques de nombreux dispositifs d'alimentation. C'est pourquoi elle est populaire dans plusieurs applications, comme l'automobile.

(voitures)

Types de protection contre les surtensions

Les types dépendent du coût, performance, complexité. Tous assurent une protection efficace.

Les trois plus courants :

Crowbar SCR (Redresseur commandé au silicium)

Un circuit crowbar SCR crée un court-circuit à la sortie de l'alimentation pour prévenir la surtension.

Les thyristors SCR commutent de forts courants et restent actifs jusqu'à dispersion de la charge. On peut relier le SCR à un fusible qui fondra, isolant le régulateur de toute tension supplémentaire.

Circuit crowbar SCR

Dans le circuit, la diode Zener maintient une tension supérieure à la tension de fonctionnement de la sortie, et une tension basse pour éviter les dommages.

La diode Zener n'a pas de courant pendant la conduction car elle n'atteint pas sa tension de claquage. Aucun courant ne traverse le thyristor, qui reste bloqué. L'alimentation fonctionne normalement.

(diodes Zener)

La tension monte souvent quand le transistor de passage série dans l'alimentation DC tombe en panne. Le découplage de l'unité empêche la montée instantanée. La tension monte jusqu'au point où la diode Zener commence à conduire. Le courant traverse la grille du thyristor et le déclenche.

Après déclenchement, le thyristor court-circuite la sortie de l'alimentation à la masse, évitant les dommages. On peut utiliser le court-circuit pour faire fondre un fusible, détournant l'énergie du régulateur, évitant d'autres dommages.

(thyristors)

Parfois, on place un petit condensateur comme découplage de la grille du thyristor à la masse pour empêcher les RF ou transitoires aigus de provoquer un faux déclenchement. Évitez un gros découplage qui ralentirait la protection même en cas réel de panne.

Limitation de tension (Voltage clamping)

Deuxième forme de protection.

Circuit de limitation de tension

Nécessite une diode Zener aux bornes de la sortie d'une alimentation régulée. Comme la tension Zener est légèrement supérieure à la tension de rail max, elle ne conduit pas normalement. Mais elle conduit quand la tension devient trop haute, clampant la tension à une valeur supérieure à la tension de rail.

Ajoutez un tampon de transition sur la diode Zener pour une capacité de courant plus élevée. Cela augmente la capacité de courant de la Zener égale au gain du transistor. Avec un transistor de puissance, le gain tombe à 20-50.

Limitation de tension (Voltage limiting)

Type de protection dans les alimentations à découpage. Heureusement, les régulateurs à découpage ne fonctionnent pas en basse tension. Mais en cas de surtension, il est recommandé d'avoir des dispositifs de limitation.

Fonctionne en détectant la surtension, puis en arrêtant le convertisseur (ex: convertisseurs DC-DC).

Les convertisseurs DC-DC et régulateurs à découpage utilisent souvent une puce. Il faut une boucle de détection externe au régulateur IC car une puce endommagée causant la surtension pourrait aussi endommager le mécanisme de détection interne.

Note :

Un circuit spécifique à votre puce régulateur à découpage et circuit appliqué est nécessaire pour une performance efficace.

Régulateur à découpage / commuté

Projets de circuits de protection contre les surtensions

La durée et l'amplitude de la surtension déterminent la conception. Deux projets :

Circuit régulateur de tension Zener

Deux fonctions :

• Protection contre les surtensions.
• Régulation de la tension d'alimentation d'entrée.

Circuit régulateur de tension Zener

Le niveau prédéfini est la valeur nominale de la diode Zener. Le circuit ne conduit pas au seuil ~5,1 V.

Valeur prédéfinie : Seuil haute tension causant la déconnexion de l'alimentation côté charge.

La tension base-émetteur du transistor détermine la conduction de Q1. Quand la tension de sortie monte, Vbe du transistor augmente, conduction diminue. La tension de sortie baisse et se maintient à un niveau durable.

Circuit de protection contre les surtensions utilisant une diode Zener

Utilise un transistor PNP avec diode Zener.

Trouver une valeur Zener exacte peut être difficile, choisissez une valeur proche du seuil.

Liste composants

Plaque d'essai, transistor FMMT718 PNP, fils de connexion, résistances (1k, 2,2k, 6,8k), diode Zener 5,1 V (1N4740A).

Circuit de protection contre les surtensions utilisant une diode Zener

Principe de fonctionnement

Si le seuil est supérieur à la tension normale, la base de Q2 augmente. Q2 (PNP) s'éteint. Base de Q1 devient basse, courant passe.

Si le seuil est inférieur à la tension, la Zener conduit, allume Q2 (base à la masse). Q2 ON -> base Q1 haute -> Q1 s'allume comme interrupteur ouvert, limite le courant, empêche l'excès de tension d'endommager la charge.

La chute de tension dans les transistors doit être faible pour une lecture précise. Nous utilisons un FMMT718 PNP à faible VCE de saturation.

Inconvénient du circuit

Dissipation de puissance : dissipe de la chaleur, gaspille l'énergie à cause de la résistance série.

Résumé

Les alimentations modernes sont fiables, mais peuvent échouer à cause de surtensions. Une protection est nécessaire.

Avec ce guide complet, vos circuits sont en sécurité. En cas de question, contactez-nous.