ツェナーダイオードを使用したシンプルな過電圧保護回路
ツェナーダイオードを使用して過電圧保護回路を作成するにはどうすればよいですか？
最近使用されている電気回路とコンポーネントは、可能な限り安全にするために多くの好みと時間を与えています。最近の最新の電源装置は非常に信頼性がありますが、常に故障の可能性があります。電源はさまざまな方法で故障する可能性がありますが、特に心配な可能性の1つは、直列レギュレータ素子、つまりトランジスタまたはFETが故障して短絡する可能性があることです。この要素の短絡により、電力が供給されている回路に非常に大きな電圧が発生し、機器全体にひどい損傷を引き起こします。 過電圧保護の形で保護回路を提供することにより、コンポーネントおよび回路全体への損傷を最小限に抑えるか、完全に排除することができます。 。
短絡保護、逆極性保護、および過電圧/不足電圧保護は、電子機器または回路を突然の誤動作から保護するために使用される保護回路の一部です。通常、過電圧保護にはヒューズまたはMCBが使用されますが、このプロジェクトでは、ヒューズまたはMCBよりも優れた性能を発揮し、上記の最も主要な安全装置の制限を克服できる回路を作成することを目的としています。
過電圧保護は電源システムの特性であり、入力電圧が事前設定値を超えると、負荷側の電圧を何らかの形で処理します。入力電圧が予想よりも高い場合、常に過電圧保護またはクローバー保護回路を使用します。クローバー保護回路は、最も使用されている過電圧保護回路の1つです。
電源装置はさまざまな方法で故障する可能性があります。同様に、回路を過電圧から保護する方法はたくさんあります。最も簡単な方法は、入力電源側にヒューズを接続することです。ただし、ヒューズを使用することの欠点は、電圧が事前設定値を超えるとヒューズワイヤが焼損して回路が開くため、1回限りの保護であるということです。次に、回路を再び動作させる唯一の方法は、ヒューズを新しいものと交換し、ヒューズに関連するすべての回路を作り直すことです。
電源装置の障害のインスタンスは、通常、電源装置が機能を停止し、出力がない場合と見なされます。ただし、まれに故障の場合があり、短絡が発生し、出力に非常に高い電圧が発生する場合があります。リニアレギュレータの場合、非常に単純なツェナーダイオードベースのレギュレータを例に取ることができます。より洗練された回路を作成して、より良い結果を得ることができます。これらの回路は、トランジスタに電流を流すという同じ考え方を使用しています。
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主な違いは、トランジスタのベースにレギュレータ電圧を印加する方法です。通常、入力側の電圧は、直列レギュレータ要素の両端で数ボルトが降下するようなものです。したがって、これにより、直列パストランジスタが出力電圧を適切に調整することができます。通常、このようなトランジスタは開回路状態になりますが、状況によっては、トランジスタがコレクタとエミッタ間で短絡する場合があります。これが発生した場合、完全に調整されていない入力電圧が出力の両端に現れます。
全電圧が出力に現れた場合、回路内にあり、電力が供給されているICの多くに損傷を与える可能性があります。この場合、回路は経済的な修理をはるかに超えている可能性があります。スイッチングレギュレータの動作方法は大きく異なりますが、電源の出力に全出力が表示される場合があります。
ツェナーダイオードを使用して過電圧保護回路を作成できます および2つの方法でのバイポーラトランジスタ。
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ツェナー電圧レギュレータ回路 ：
この回路はツェナーダイオードを使用して安定化された出力を負荷側に提供し、回路を保護します。ただし、電圧が安全限界を超えても負荷側への電力の流れが遮断されないように接続されています。出力は常にツェナーダイオードの定格に依存する電圧を受け取ります。
ツェナーダイオードを使用した過電圧保護回路：
この方法はより簡単な方法であり、電圧が所定の設定値を超えたときに負荷側への電力を遮断するように回路が設計されています。
必要な資料
- 1N4740Aツェナーダイオード
- FMMT718PNPトランジスタ
- 抵抗器– 1k、2.2k、6k
- 2N2222NPNトランジスタ
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ツェナーダイオード
ツェナーダイオードは、アノードからカソードへの一方向にのみ電流を流す通常のダイオードとは異なり、電流を両方向に流すことができるダイオードの一種です。この反対方向の電流の流れは、端子間の電圧がツェナー電圧と呼ばれるしきい値電圧を超えた場合にのみ発生します。このツェナー電圧はデバイスの特性であり、ツェナー効果を制御し、次にダイオードの動作を制御します。
回路で一般的に使用されるツェナーダイオードの概略図を以下に示します。
ツェナーダイオードには高濃度にドープされたp-n接合があり、逆電圧が印加されている場合でもデバイスが適切に機能します。ただし、多くのツェナーダイオードは、代わりにアバランシェ降伏に依存しています。両方のブレークダウンタイプがデバイスで発生します。唯一の違いは、ツェナー効果が低電圧で支配的であるのに対し、アバランシェブレークダウンは高電圧で発生することです。これらは、低電力で安定化された電源を生成するために使用されます。また、過電圧や静電放電から回路を保護するためにも使用されます。
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2N2222NPNトランジスタ
2N2222は、非常に一般的なバイポーラNPNトランジスタであり、主に汎用の低電力増幅またはスイッチングアプリケーションに使用されます。 2N222は、高速で適度に動作するように設計されています。これは非常に一般的なトランジスタであり、NPNトランジスタの例として使用されます。
トランジスタの概略図を以下に示します。
2N2222NPNトランジスタのピン配置を以下に示します。
| 2N2222 | |
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | コレクター、ケースに接続 |
低コストでサイズが小さいため、最も一般的に使用されているトランジスタです。その重要な機能の1つは、他の同様の小さなトランジスタと比較して高い値の電流を処理できることです。シリコンまたはゲルマニウム材料で構成され、正または負に帯電した材料がドープされています。増幅アプリケーションを実行している間、コレクターを介してアナログ信号を受信し、別の信号がそのベースに適用されます。アナログ信号は、ほぼ4kHzのアナログ周波数を持つ音声信号（人間の声）である可能性があります。
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FMMT718PNPトランジスタ
FMMT718はPNPトランジスタであるため、ベースピンがグランドに保持されている場合はコレクタとエミッタが閉じ（順方向バイアス）、信号がベースピンに提供されます。これが、PNPトランジスタがNPNトランジスタと異なる点です。論理ゲートは、接地信号電圧を切り替えるために使用されます。
PNPトランジスタの概略図を以下に示します。
FMMT718のピン配置は、以下の表形式で示されています。
| FMMT718 | ||
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
ツェナー電圧レギュレータ回路
これは、ツェナーダイオードを使用した過電圧保護回路の2つの構成のうちの1つです。この回路は、負荷側回路を保護するだけでなく、入力供給電圧を調整して安定した電圧を維持します。ツェナー電圧レギュレータ回路を使用した過電圧保護の回路図を以下に示します。
回路が負荷側への供給を切断するしきい値電圧は、回路のプリセット電圧値と呼ばれます。回路の設計は、回路のプリセット値がツェナーダイオードの定格になるようになっています。したがって、回路が導通しないしきい値は約5.1Vです。
トランジスタQ1の導通は、トランジスタのベースエミッタ電圧に依存します。回路の出力電圧が上昇し始めると、これによりトランジスタのVbeが増加し、導通が少なくなります。これにより、出力電圧が低下し、出力電圧がほぼ一定に保たれます。
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ツェナーダイオードを使用した過電圧保護の回路図
過電圧保護回路の回路図を以下に示します。
まず、電源が正常に動作しているときの回路の動作を検討します。適切な動作状態では、トランジスタQ2のベース端子が高く、そのトランジスタがオフになります。 Q2がOFFになると、トランジスタQ1のベース端子がローになり、導通を開始します。このようにして、電源電圧が設定されたしきい値電圧を下回ると、負荷が電源に接続されます。
これで、電圧供給がしきい値よりも高くなると、ツェナーブレークダウンが発生し、ツェナーダイオードD2が導通を開始します。これにより、以前は地上にあったQ2のベース端子が作成されます。 Q2のベース端子がアースに接続されたので、導通を開始します。これで、Q2の出力に接続されているトランジスタQ1のベースがハイになり、導通が停止します。これにより、負荷が電源から分離され、電圧サージが原因で発生する可能性のある潜在的な損傷から負荷が保護されます。
上記の回路の動作は、各トランジスタの電圧降下にも依存します。理想的には、回路がその理論上の対応物と一致するのは低くなければなりません。トランジスタの電圧降下を最小限に抑えるために、コレクタエミッタの飽和値が非常に低いFMMT718PNPトランジスタを使用しました。この低いVce値により、トランジスタ両端の電圧を低くすることができます。
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