제너 다이오드를 사용한 간단한 과전압 보호 회로

제너 다이오드를 사용하여 과전압 보호 회로를 만드는 방법은 무엇입니까?

요즘 사용되는 전기 회로와 부품은 최대한 안전하게 만들기 위해 많은 선호도와 시간을 줍니다. 요즘 현대식 전원 공급 장치는 매우 안정적이지만 항상 고장의 가능성이 있습니다. 전원 공급 장치는 여러 가지 방식으로 고장날 수 있지만 특히 걱정되는 한 가지 가능성은 직렬 조정기 요소, 즉 트랜지스터 또는 FET가 고장나서 단락이 될 수 있다는 것입니다. 이러한 요소의 단락은 전원이 공급되는 회로에 매우 큰 전압이 나타나 전체 장비에 심각한 손상을 줍니다. 과전압 보호 형태의 보호 회로를 제공하여 구성요소 및 전체 회로의 손상을 최소화하거나 완전히 제거할 수 있습니다. .

단락 보호, 역 극성 보호 및 과전압/저전압 보호는 ​​갑작스러운 사고로부터 전자 제품이나 회로를 보호하는 데 사용되는 보호 회로의 일부입니다. 일반적으로 과전압 보호를 위해 퓨즈나 MCB를 사용하지만, 이 프로젝트에서는 퓨즈나 MCB보다 더 나은 성능을 낼 수 있는 회로를 만들고 위에서 언급한 대부분의 1차 안전 장치의 한계를 극복하는 것을 목표로 합니다.

과전압 보호는 ​​입력 전압이 미리 설정된 값을 초과할 때 부하 측 전압을 어떻게든 처리하는 전원 공급 시스템의 특성입니다. 입력 전압이 예상보다 높은 일부 상황에서는 항상 과전압 보호 또는 지렛대 보호 회로를 사용합니다. 지렛대 보호 회로는 가장 많이 사용되는 과전압 보호 회로 중 하나입니다.

전원 공급 장치는 여러 가지 방식으로 고장날 수 있습니다. 마찬가지로 과전압으로부터 회로를 보호하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있습니다. 가장 간단한 방법은 입력 공급 측에 퓨즈를 연결하는 것입니다. 그러나 퓨즈 사용의 단점은 전압이 미리 설정된 값을 초과하면 퓨즈 와이어가 타서 회로가 열리기 때문에 일회성 보호라는 것입니다. 그런 다음 회로가 다시 작동하기 시작하는 유일한 방법은 퓨즈를 새 것으로 교체하고 퓨즈와 관련된 모든 회로를 다시 만드는 것입니다.

전원 공급 장치 오류의 인스턴스는 일반적으로 전원 공급 장치가 작동을 멈추고 출력이 없을 때와 같이 표시됩니다. 그러나 단락이 있고 출력에 매우 높은 전압이 나타날 수 있는 드문 경우가 있습니다. 선형 레귤레이터의 경우 매우 간단한 제너 다이오드 기반 레귤레이터의 예를 들 수 있습니다. 더 나은 결과를 얻기 위해 더 정교한 회로를 만들 수 있습니다. 이러한 회로는 트랜지스터를 통해 전류를 전달한다는 동일한 아이디어를 사용합니다.

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주요 차이점은 레귤레이터 전압이 트랜지스터 베이스에 적용되는 방식입니다. 일반적으로 입력 측의 전압은 직렬 조정기 요소에 걸쳐 몇 볼트가 떨어집니다. 따라서 직렬 패스 트랜지스터가 출력 전압을 적절하게 조절할 수 있습니다. 일반적으로 이와 같은 트랜지스터는 개방 회로 상태가 되지만 어떤 경우에는 트랜지스터가 컬렉터와 에미터 사이에 단락이 발생할 수 있습니다. 이러한 상황이 발생하면 조정되지 않은 전체 입력 전압이 출력에 걸쳐 나타납니다.

출력에 전체 전압이 표시되면 회로에 있고 전원이 공급되는 많은 IC가 손상될 수 있습니다. 이 경우 회로는 경제적인 수리를 훨씬 넘어설 수 있습니다. 스위칭 레귤레이터가 작동하는 방식은 매우 다르지만 전원 공급 장치의 출력에 전체 출력이 나타날 수 있는 상황이 있습니다.

제너 다이오드를 사용하여 과전압 보호 회로를 만들 수 있습니다 및 바이폴라 트랜지스터의 두 가지 방법.

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제너 전압 조정기 회로 :

이 회로는 제너 다이오드를 사용하여 조정된 출력을 부하측에 제공하여 회로를 보호합니다. 그러나 전압이 안전 한계를 초과하더라도 부하 측으로의 전원 흐름이 차단되지 않도록 연결됩니다. 출력은 항상 제너 다이오드의 정격에 따라 전압을 받습니다.

제너 다이오드를 사용한 과전압 보호 회로:

이 방법은 전압이 주어진 설정값을 초과할 때 부하 측의 전력을 차단하도록 회로를 설계하는 보다 간단한 방법입니다.

필요한 자료

• 1N4740A 제너 다이오드
• FMMT718 PNP 트랜지스터
• 저항기 - 1k, 2.2k 및 6k
• 2N2222 NPN 트랜지스터

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제너 다이오드

제너 다이오드는 양극에서 음극으로 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하는 일반 다이오드와 달리 양방향으로 전류가 흐르도록 하는 다이오드 유형입니다. 이러한 반대 방향의 전류 흐름은 단자 양단의 전압이 제너 전압이라고 하는 임계 전압을 초과할 때만 발생합니다. 이 제너 전압은 장치의 특성으로, 제너 효과를 제어하여 차례로 다이오드의 작동을 제어합니다.

일반적으로 회로에 사용되는 제너 다이오드의 개략도는 다음과 같습니다.

제너 다이오드는 p-n 접합이 많이 도핑되어 있어 역 전압이 인가된 경우에도 장치가 제대로 작동할 수 있습니다. 그러나 많은 제너 다이오드는 대신 애벌랜치 항복에 의존합니다. 두 항복 유형 모두 장치에서 발생하는 유일한 차이점은 제너 효과가 더 낮은 전압에서 우세한 반면 애벌랜치 항복은 더 높은 전압에서 발생한다는 것입니다. 저전력 안정화 전원 공급 장치를 생성하는 데 사용됩니다. 또한 과전압 및 정전기 방전으로부터 회로를 보호하는 데 사용됩니다.

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2N2222 NPN 트랜지스터

2N2222는 범용 저전력 증폭 또는 스위칭 애플리케이션에 주로 사용되는 매우 일반적인 바이폴라 NPN 트랜지스터입니다. 2N222는 고속에서 적당히 작동하도록 설계되었습니다. 매우 일반적인 트랜지스터이며 NPN 트랜지스터의 예로 사용됩니다.

트랜지스터의 개략도는 아래와 같습니다.

2N2222 NPN 트랜지스터의 핀 배치는 아래와 같습니다.

2N2222
1	이미터
2	베이스
3	수집기, 케이스에 연결됨

저비용 및 작은 크기로 인해 가장 일반적으로 사용되는 트랜지스터입니다. 주요 특징 중 하나는 다른 유사한 소형 트랜지스터에 비해 높은 전류 값을 처리할 수 있다는 것입니다. 이것은 실리콘 또는 게르마늄 재료로 구성되며 양전하 또는 음전하를 띤 재료로 도핑됩니다. 증폭 애플리케이션을 수행하는 동안 수집기를 통해 아날로그 신호를 수신하고 다른 신호가 베이스에 적용됩니다. 아날로그 신호는 아날로그 주파수가 거의 4kHz(인간의 음성)인 음성 신호일 수 있습니다.

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FMMT718 PNP 트랜지스터

FMMT718은 PNP 트랜지스터이므로 베이스 핀이 접지에 있을 때 컬렉터와 이미터가 닫히고(순방향 바이어스) 신호가 연결되면 열립니다(역방향 바이어스). 베이스 핀에 제공됩니다. 이것이 PNP 트랜지스터가 NPN 트랜지스터와 다른 점입니다. 논리 게이트는 접지 신호 전압 사이를 전환하는 데 사용됩니다.

PNP 트랜지스터의 개략도는 다음과 같습니다.

FMMT718의 핀 배치는 아래 표 형식으로 제공됩니다.

FMMT718
1	수집가	수집기를 통해 유입되는 전류
2	베이스	트랜지스터 바이어싱 제어
3	이미터	전류는 이미터를 통해 배출됩니다.

  제너 전압 조정기 회로

제너 다이오드를 사용하는 과전압 보호 회로의 두 가지 구성 중 하나입니다. 이 회로는 부하 측 회로를 보호할 뿐만 아니라 입력 공급 전압을 조절하여 안정된 전압을 유지합니다. 제너 전압 조정 회로를 이용한 과전압 보호 회로도는 아래와 같습니다.

회로가 부하 측으로의 공급을 차단하는 임계 전압을 회로의 사전 설정 전압 값이라고 합니다. 회로의 설계는 회로의 사전 설정 값이 제너 다이오드의 정격이 되도록 하는 것입니다. 따라서 회로가 도통하지 않는 임계값은 약 5.1V입니다.

트랜지스터 Q1의 전도는 트랜지스터의 베이스 에미터 전압에 따라 달라집니다. 회로의 출력 전압이 상승하기 시작하면 트랜지스터의 Vbe가 증가하고 덜 전도됩니다. 이것은 차례로 출력 전압을 감소시켜 출력 전압을 거의 일정하게 유지합니다.

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제너 다이오드를 사용한 과전압 보호 회로도

과전압 보호 회로의 회로도는 아래와 같습니다.

먼저 전원 공급 장치가 제대로 작동할 때 회로의 작동을 고려합니다. 적절한 작동 상태에서 트랜지스터 Q2의 베이스 단자는 높기 때문에 해당 트랜지스터가 꺼집니다. Q2가 꺼지면 트랜지스터 Q1의 베이스 단자가 낮아지고 전도가 시작됩니다. 이러한 방식으로 공급 전압이 설정된 임계 전압보다 낮을 때 부하가 공급 장치에 연결됩니다.

이제 전압 공급이 임계값보다 높으면 제너 항복이 발생하고 제너 다이오드 D2가 전도를 시작합니다. 이것은 이전에 높았던 Q2의 베이스 단자를 접지로 만듭니다. 이제 Q2의 베이스 단자가 접지에 연결되었으므로 전도를 시작합니다. Q2의 출력에 연결된 트랜지스터 Q1의 베이스는 이제 높고 전도를 멈춥니다. 이는 전압 서지로 인해 발생할 수 있는 잠재적인 손상으로부터 부하를 보호하는 공급 장치에서 부하를 분리합니다.

위에 주어진 회로의 작동은 또한 각 트랜지스터의 전압 강하에 따라 다릅니다. 이상적으로는 회로가 이론적 대응물과 일치하도록 낮아야 합니다. 트랜지스터의 전압 강하를 최소화하기 위해 컬렉터 이미터 포화 값이 매우 낮은 FMMT718 PNP 트랜지스터를 사용했습니다. 이 낮은 Vce 값은 트랜지스터 양단의 전압 강하를 낮춥니다.