Agilent Protection des alimentations contre les surtensions Note d
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Agilent Protection des alimentations contre les surtensions Note d’application (ES) Equipements Scientifiques SA - Département Tests Energie Mesures - 127 rue de Buzenval BP 26 - 92380 Garches Tél. 01 47 95 99 45 - Fax. 01 47 01 16 22 - e-mail: [email protected] - Site Web: www.es-france.com Introduction Circuit de protection contre les surtensions La fonction de protection contre les surtensions (OVP) est un élément de sécurité important pour les alimen­ tations, car elle permet de protéger le dispositif sous test (DUT) contre une tension supérieure à celle pour laquelle il a été conçu. L’OVP est utile pour toutes sortes d’applications, que ce soit en fabrication électronique ou sur le marché de l’enseignement. Une erreur de l’opérateur ou la panne d’un composant dans la boucle de régulation peut entraîner dans la tension de sortie d’une alimentation un accroissement plusieurs fois supérieur à sa valeur prédéfinie. Le circuit crowbar a donc pour fonction de protéger la charge contre cette éventualité et d’empêcher que la tension d’alimentation dans la charge dépasse une limite prédéfinie. C’est une fonction inestimable, à cause de l’extrême sensibilité à la tension des semi-conducteurs actuels. La protection contre les surtensions est également disponible en cas d’utilisation en courant constant. Les circuits de croisement automatique tension constante/courant constant (CV/CC) et tension constante/limite de courant (CV/CL) correspondent parfaitement à ces usages, car vous pouvez alors sélectionner un niveau de tension ou de courant maximum qui ne mette pas en danger votre dispositif de charge spécifique. La nouvelle alimentation Agilent série U8000, exempte de court-circuit, peut fonctionner indéfiniment dans toutes les conditions de surcharge de courant, sans risque de dommage interne. Elle fait appel à un circuit de protection contre les surtensions, ou crowbar, qui est connecté aux bornes de sortie. Il permet d’obtenir ainsi une protection contre toutes les conditions de surtension en sortie, susceptibles de résulter d’une erreur de l’opérateur ou d’une panne interne à l’alimentation ou à la charge. Cette note d’application explique l’architecture du système OVP et en décrit les applications. Elle indique les facteurs à examiner lorsque vous utilisez cette fonction. Les composants de base formant la plupart des circuits crowbar sont un élément de détection de la tension de sortie, un thyristor (redresseur commandé au silicium – SCR) qui mettra la sortie en court-circuit ainsi qu’un circuit qui déclenchera à coup sûr le SCR dans une période de temps suffisamment brève pour éviter que la charge ne soit endommagée. Le circuit de détection peut être un simple pont ou un réseau diviseur de tension qui compare la tension de sortie à la tension de référence interne du crowbar. Le meilleur circuit de déclenchement est celui qui active le SCR au plus vite. Pour ce faire, il convient d’utiliser un circuit dont les impulsions ont un temps de montée rapide tel qu’un oscillateur bloqué ou une bascule de Schmitt. Rm Régulateur série Désactivation prérégulateur +V SCR Oscillateur bloqué Référence CR1 Surtension Surtension +V Amplificateur comparateur DC NON REG. CR2 Déclenchement d’impulsions Déclenchement d’impulsions auxiliaires Circuit de protection (crowbar) Figure 1. Circuit crowbar pour la protection générale contre les surtensions La Figure 1 montre le circuit crowbar pour la protection générale contre les surtensions. Le circuit compare la tension de sortie à une tension de référence + V. Le potentiomètre de surtension ajuste la tension de référence sur l’amplificateur du comparateur et règle le niveau de tension auquel le crowbar sera activé. Normalement, la commande de surtension est située sur le panneau avant et elle peut être réglée à un niveau allant d’environ 20 % à 120 % de la tension de sortie nominale maximum de l’alimentation. Lorsque la tension de sortie est supérieure au niveau de référence, l’amplificateur du comparateur déclenche l’oscillateur bloqué qui envoie alors des impulsions de déclenchement au SCR. Lorsque ce dernier se déclenche, il introduit une très faible impédance dans la sortie, ramenant à la tension à un niveau proche de zéro. 2 Les circuits de protection crowbar offrent plusieurs fonctions intéressantes : Application OVP • L’une des applications OVP concerne le branchement en série d’alimentations afin d’obtenir une sortie de tension plus élevée. Réglez la tension de protection OVP de chaque unité de façon à ce qu’elle s’arrête à un niveau de tension supérieur à sa tension de sortie quand elle est utilisée en auto-poursuite. Quand l’unité maître s’arrête, elle programme une sortie nulle sur les unités esclaves. Lorsqu’une unité esclave s’arrête, elle n’arrête qu’elle-même et l’unité maître continue de délivrer la tension de sortie. • • • Un indicateur de surtension apparaît lorsque le SCR se déclenche ; cet indicateur conduit un courant de maintien qui empêche les oscillations du SCR. Le circuit de protection crée pour le courant un trajet supplémen­ taire pendant le fonctionnement normal de l’alimentation, ce qui a pour effet de modifier le courant qui passe par la résistance de surveillance du courant. La diode maintient ce courant supplémentaire à un niveau fixe permettant la compensation dans le circuit comparateur à courant constant. Dans les alimentations de pré­ régulation, le crowbar désactive le circuit prérégulateur lorsque le SCR se déclenche, ce qui réduit la chute de tension dans le régulateur en série et le courant traversant le SCR. Une bobine auxiliaire est intégrée au transformateur de l’oscillateur bloqué, ce qui permet de connecter un circuit crowbar supplémentaire, autorisant un fonctionnement en tandem qui autorise le déclen­ chement simultané de tous les crowbars d’un système. Connexion de l’alimentation en série Charge de la batterie Certaines alimentations comportent un circuit de protection contre les surtensions qui mettra en court-circuit la sortie de l’alimentation en cas d’apparition d’une condition de surtension. Le circuit OVP est typiquement un SCR à crowbar dont le fonctionnement est indépendant du circuit de régulation de l’alimentation. Lorsque vous chargez une batterie à partir d’une alimentation, vous pouvez le faire à un niveau de tension supérieur à la limite OVP. Sitôt que la limite OVP sera franchie, le SCR mettra la sortie en court-circuit et dissipera en continu tout courant élevé provenant de la source et susceptible d’endommager l’alimentation. Pour éviter d’endommager l’alimentation, connectez une diode en série avec l’alimentation afin d’éviter que le courant ne s’écoule hors de l’alimentation. Faux arrêts La tension au niveau de la borne de sortie peut augmenter de façon accidentelle et pour différentes raisons, par exemple suite à une action sur le panneau avant ou à cause d’un changement dans la charge. De faux arrêts OVP peuvent se produire si la tension d’arrêt OVP a été réglée à un niveau trop proche de la tension de fonctionnement de l’alimentation. Il faut donc régler cette tension d’arrêt à 4 %, ou au moins à + 2,0 V, au-dessus de la tension de sortie souhaitée pour éviter les faux arrêts résultant de transitoires induits par la charge. De faux arrêts OVP se produisent communément lorsque la limite OVP est réglée à un niveau trop proche de la tension de sortie en cas d’utilisation de la détection à distance, car celle-ci augmente la tension aux bornes de sortie pour compenser la chute de tension dans le câble raccordant l’alimentation au DUT. Si le câble est plus long, cela peut entraîner des chutes de tension significatives car le résistance sera faible. Une autre cause de faux arrêts OVP peut être une forte décharge électrostatique (ESD) appliquée à l’alimentation, susceptible de déclencher la limite OVP et de mettre la sortie en court-circuit pour protéger les charges de sortie du courant ESD dangereux. Conclusion La protection contre les surtensions est une fonction importante pour les alimentations. Elle permet de protéger votre DUT contre une tension supérieure à celle pour laquelle il a été conçu. Si vous connaissez l’architecture du circuit de protection contre les surtensions d’une alimentation, vous pouvez facilement appliquer cette fonction à de nombreuses applications. 3 Agilent Email Updates www.agilent.com/find/emailupdates Recevez toute l’actualité des produits et applications de votre choix. www.lxistandard.org LXI, basé sur une implémentation LAN, est le successeur de GPIB et procure une connectivité plus rapide et plus efficace. Agilent est un membre fondateur du consortium LXI. Partenaires de distribution Agilent www.agilent.com/find/ channelpartners Vous gagnez sur tous les plans. L’expertise de la mesure et la gamme étendue des produits Agilent, alliées à la commodité d’un partenaire de distribution. 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