Tryb Hiccup (Hiccup mode)

Jest to zabezpieczenie stosowane bardzo często (z ang. hiccup – czkawka), którego zaletą są małe straty mocy w zasilaczach w przypadku przeciążenia lub zwarcia oraz automatyczny powrót do normalnej pracy po ustąpieniu przyczyny zwarcia lub przeciążenia.

Wykres poniżej pokazuje zasadę działania trybu hiccup.

U_out - napięcie wyjściowe

I_out - prąd wyjściowy

t - czas

A – zwarcie (przeciążenie)

B – ustanie przyczyny zwarcia

W czasie A pojawia się przeciążenie lub zwarcie. Następuje odłączenie zasilania. Na wyjściu pojawia się impuls prądowy o bardzo krótkim czasie trwania (np. 100 ms) i wartości do 150% prądu maksymalnego. Zasilacz co kilka sekund wysyła ten impuls, aż do czasu ustąpienia przyczyny przeciążenia lub zwarcia (B), następnie przechodzi do trybu normalnej pracy. Próg zadziałania tego zabezpieczenia (wyłączenie zasilacza) ustawiony jest w większości przypadków na 110–150% prądu znamionowego (Iout). Najczęściej ten tryb jest zintegrowany z zabezpieczeniem termicznym. Jeżeli obciążenie pobiera prąd większy od znamionowego, ale mniejszy od progu zadziałania zabezpieczenia, to po krótkim czasie włączy się zabezpieczenie termiczne, odłączając zasilanie i zasilacz przechodzi do trybu hiccup aż do momentu ustąpienia przyczyny przeciążenia.

Inne rodzaje zabezpieczeń stosowane przed zbyt wysokim poborem prądu pokazano na poniższym wykresie (trzy krzywe: A, B i C).

U_out - napięcie wyjściowe

I_out - prąd wyjściowy

Krzywa A – ograniczenie prądu (Foldback Current Limiting)
Ten rodzaj zabezpieczenia stosuje się również w zasilaczach liniowych. Po przekroczeniu maksymalnego prądu (zmniejszeniu oporności obciążenia) następuje jego redukcja (zmniejszenie). Inaczej mówiąc, jeżeli rezystancja obciążenia zmniejsza się, to następuje redukcja prądu. Zaletą tego rozwiązania są małe straty mocy w zasilaczach w przypadku przeciążenia lub zwarcia. Jednak przy tym rozwiązaniu zasilacz nie wystartuje przy obciążeniu o dużym prądzie rozruchowym (np. duża pojemność).

Krzywa B – stabilizacja prądu (Constant Current Limiting)
Po przekroczeniu maksymalnego prądu (zmniejszeniu oporności obciążenia) zasilacz utrzymuje stały prąd wyjściowy niezależnie od wartości przeciążenia, podczas gdy napięcie wyjściowe zmniejsza się. Często też stosuje się drugie zabezpieczenie, które wyłącza zasilacz, kiedy napięcie spadnie do kilku voltów. Dużą wadą tej metody są duże straty mocy w samym zasilaczu oraz duży prąd płynący przez obciążenie, co może skutkować uszkodzeniami. Ten rodzaj zabezpieczenia pozwala na start zasilacza przy obciążeniach o charakterystyce nieliniowej.

Krzywa C – ograniczenie mocy (Over Power Limiting)
Po przekroczeniu maksymalnego prądu (zmniejszeniu oporności obciążenia) moc wyjściowa zasilacza pozostaje na stałym poziomie. Wraz ze wzrostem obciążenia napięcie i prąd wyjściowy spadają zgodnie z charakterystyką C. Ten rodzaj zabezpieczenia pozwala na start zasilacza przy obciążeniach o charakterystyce nieliniowej.

Temperatura pracy (Working Temperature, Surrounding Air Temperature)

W zależności od sprawności zasilacza część energii dostarczonej do zasilacza tracona jest na ciepło, temperatura wewnątrz zasilacza rośnie w stosunku do temperatury zewnętrznej. Wysokiej jakości zasilacze, pracując w temperaturze 25°C, mogą rozgrzać się do 50–70°C. W temperaturze otoczenia 50°C mogą rozgrzać się do 75–95°C.

Bardzo ważne jest uświadomienie sobie, iż temperatura pracy wpływa bezpośrednio na czas życia i niezawodność urządzenia. Zasilacze impulsowe mają skomplikowaną konstrukcję i składają się z dużej liczby elementów elektronicznych, które mogą być rozmieszczone blisko siebie wewnątrz obudowy zasilacza. Zbyt wysoka temperatura wewnętrzna może doprowadzić do uszkodzenia zasilacza oraz znacząco skraca jego żywotność. Należy pamiętać, że istnieje silna zależność mocy wyjściowej od temperatury. Należy bezwzględnie unikać pracy zasilacza w temperaturach wyższych niż 50°C, mimo że producenci często podają temperaturę pracy powyżej tej wartości. W takim przypadku należy dokładnie przeczytać dokumentację techniczną.

Przykładowo, zasilacz 150 W 12 V – podana temperatura pracy wynosi -10°C do 70°C. Jednak w dokumentacji producent zamieścił wykres obciążenia procentowego w funkcji temperatury pracy.

L - Obciążenie procentowe

T - Temperatura pracy

Jak widać na rysunku, zasilacz może dostarczać do obciążenia pełną moc, ale tylko do temperatury 50°C. Przy pracy w temperaturze 70°C urządzenie można obciążyć w 50%, czyli połową prądu maksymalnego.

Elementami najbardziej wrażliwymi na wzrost temperatury są kondensatory elektrolityczne. Praktycznie każdy zasilacz zawiera ich kilka sztuk. Producenci kondensatorów podają istotny parametr, czyli tzw. czas życia, dla maksymalnej temperatury pracy. Zmniejszenie temperatury o 10°C powoduje dwukrotny wzrost czasu życia kondensatora elektrolitycznego. Np. standardowe kondensatory elektrolityczne mają czas życia 1 000 godzin w temperaturze 105°C.

Czyli:

• 105°C – 1 000 godzin (41 dni)
• 95°C – 2 000 godzin (83 dni)
• 85°C – 4 000 godzin (166 dni)
• 75°C – 8 000 godzin (333 dni)
• 65°C – 16 000 godzin (1,8 lat)
• 55°C – 32 000 godzin (3,6 lat)
• 45°C – 64 000 godzin (7,3 lat)

Te czasy nie oznaczają końca życia kondensatora, tylko czas, po którym nastąpi znaczna degradacja jego parametrów (pojemności, rezystancji szeregowej itp.), co najczęściej prowadzi do awarii.

Jak widać na powyższym przykładzie niższa temperatura = dłuższe życie. Są kondensatory o czasie życia kilkakrotnie dłuższym, jednak przekłada się to na wyższą cenę. To od producenta zależy, jakie podzespoły zastosuje. W tanich zasilaczach nie stosuje się części droższych, o dłuższym czasie życia.