Circuit bară

Fiabilitatea oricărui dispozitiv electronic depinde de cât de bine au fost proiectate circuitele de protecție hardware. Utilizatorul final (consumatorul) este predispus să facă greșeli și este responsabilitatea unui bun proiectant de hardware să își protejeze hardware-ul de orice neîmplinire. Există numeroase tipuri de circuite de protecție, fiecare cu propriile sale aplicații specifice. Cel mai frecvent tip de circuite de protecție sunt circuitul de protecție la supratensiune, circuitul de protecție împotriva polarității inverse, circuitul de protecție la supratensiune și circuitele de protecție împotriva zgomotului. În acest tutorial vom discuta despre circuitul Crowbar Circuit, care este un tip de circuit de protecție la supratensiune și este utilizat în mod obișnuit în dispozitivele electronice. De asemenea, vom crea practic acest circuit și vom verifica cum funcționează în viața reală.

Materiale necesare

• Siguranță
• Diodă Zener
• Tiristor
• Condensatoare
• Rezistențe
• Dioda Schottky

Diagrama circuitului Crowbar

Diagrama circuitului unui circuit cu guler este foarte simplă și ușor de construit și implementat, făcându-l o soluție rentabilă și rapidă. Diagrama completă a circuitului paletei este prezentată mai jos.

Aici tensiunea de intrare (sonda albastră) este tensiunea care trebuie monitorizată, iar circuitul este conceput pentru a întrerupe alimentarea atunci când tensiunea de alimentare depășește 9,1V. Vom discuta despre funcția fiecărei componente în secțiunea de lucru de mai jos.

Funcționarea circuitului Crowbar

Un circuit Crowbar monitorizează tensiunea de intrare și atunci când depășește limita creează un scurtcircuit pe liniile de alimentare și aruncă siguranța. Odată ce siguranța este suflată, sursa de alimentare va fi deconectată de la sarcină și prevenind astfel tensiunea ridicată. Circuitul funcționează prin crearea unui scurtcircuit direct între liniile de alimentare, ca și cum ar fi aruncată o bară între liniile de alimentare ale circuitului. Prin urmare, își primește numele iconic circuit de pală.

Tensiunea peste care circuitul ar trebui să creeze un scurtcircuit depinde de tensiunea Zener. Circuitul constă dintr-un SCR care este conectat direct la tensiunea de intrare și la masă a circuitului, dar acest SCR este menținut în mod implicit în starea oprită prin împământarea pinului de poartă al SCR. Când tensiunea de intrare depășește tensiunea Zener, dioda Zener începe să conducă și, prin urmare, o tensiune este furnizată pinului de poartă al SCR, ceea ce îl face să închidă conexiunea dintre tensiunea de intrare și masă, creând astfel un scurtcircuit. Acest scurtcircuit va extrage un curent maxim de la sursa de alimentare și va arde siguranța izolând sursa de alimentare din sarcină. Funcționarea completă poate fi, de asemenea, ușor de înțeles uitându-vă la imaginea GIF de mai sus. De asemenea, puteți găsi un videoclip demonstrativ la sfârșitul acestui tutorial.

Imaginea de mai sus reprezintă modul în care circuitul barei de rotație răspunde exact atunci când apare starea de supratensiune. După cum puteți vedea, dioda Zener este evaluată la 9,1V, dar tensiunea de intrare depășește valoarea și este în prezent la 9,75V. Deci, dioda Zener se deschide și începe să conducă furnizând o tensiune la pinul de poartă al SCR. SCR începe apoi să conducă prin scurtcircuitarea tensiunii de intrare și a împământării și, astfel, aruncă siguranța datorită consumului maxim de curent, așa cum se arată în GIF de mai sus. Funcția fiecărei componente în acest circuit este explicat mai jos.

Siguranță: Siguranța este componenta vitală în acest circuit. Valoarea siguranței trebuie să fie întotdeauna mai mică decât curentul maxim nominal al SCR și mai mare decât curentul consumat de sarcină. De asemenea, ar trebui să ne asigurăm că sursa de alimentare poate furniza suficient curent pentru a sparge siguranța în caz de defecțiune.

Condensator 0.1uF: Acesta este un condensator de filtrare; elimină vârfurile și alte zgomote precum armonicele din tensiunea de alimentare pentru a preveni declanșarea falsă a circuitului.

9,1V Zener Diode: Această diodă decide valoarea de supratensiune, deoarece aici am folosit o diodă Zener de 9,1V circuitul va răspunde la orice tensiune care este peste valoarea pragului său de 9,1V. Proiectantul poate alege valoarea acestui rezistor în funcție de nevoile sale.

Rezistor 1K: Acesta este doar un rezistor de tragere care ține pinul de poartă al SCR la sol și astfel îl menține oprit până când Zener începe să conducă.

Condensator 47nF: Fiecare comutator de alimentare, cum ar fi SCR, necesită un circuit snubber pentru a suprima vârfurile de tensiune în timpul comutării și pentru a preveni declanșarea falsă a SCR. Aici tocmai am folosit un condensator pentru a face treaba. Valoarea condensatorului ar trebui să fie suficientă pentru a filtra zgomotul, deoarece valoarea mare a capacității va crește întârzierea la care SCR începe să conducă după aplicarea impulsului Gate.

Tiristor (SCR): Tiristorul este responsabil pentru crearea unui scurtcircuit peste șinele de alimentare. Ar trebui să aveți grijă ca SCR să poată gestiona o valoare atât de mare a curentului prin el pentru a arde siguranța și a se deteriora. Tensiunea de poartă a SCR ar trebui să fie mai mică decât tensiunea de rupere Zener. Aflați mai multe despre Tiristor aici.

Dioda Schottky: Această diodă nu este obligatorie și este utilizată numai în scop de protecție. Se asigură că nu primim curent invers din partea sarcinii care ar putea deteriora circuitul de protecție. O diodă Schottky este utilizată în locul unei diode obișnuite, deoarece are o cădere de tensiune mai mică peste ea.

Hardware

Acum că am înțeles teoria din spatele circuitului Crowbar, este timpul să intrăm în partea distractivă. Aceasta este de fapt construirea circuitului în partea de sus a unei plăci și verificați cum funcționează în timp real. Circuitul pe care eu sunt construirea este pentru un bec de 12V. Acest bec consumă aproximativ 650mA sub o tensiune normală de funcționare de 12V. Vom proiecta circuitul paletei pentru a verifica dacă tensiunea depășește 12V și dacă o face, vom scurtcircuita SCR-ul și arunca astfel siguranța. Așadar, aici am folosit o diodă Zener de 12V și tiristor TYN612. Siguranța este montată în interiorul unui suport pentru siguranțe, aici am folosit siguranțe cu cartuș de 500mA. Configurarea completă este prezentată în imaginea de mai jos

Am folosit un RPS pentru a controla tensiunea de intrare, inițial configurarea este testată cu 12V și funcționează bine pornind becul. Mai târziu, tensiunea este ridicată folosind butonul RPS, creând astfel un scurtcircuit prin SCR și suflând siguranța care oprește și becul și îl izolează din sursa de alimentare. Funcționarea completă poate fi verificată și în videoclipul din partea de jos a acestei pagini.

Limitările circuitului Crowbar

Deși circuitul este utilizat pe scară largă, acesta vine cu propriile limitări care sunt enumerate mai jos

• Valoarea supratensiunii circuitului depinde pur și simplu de valoarea tensiunii Zener și sunt disponibile doar câteva valori ale diodei Zener.
• Circuitul este, de asemenea, supus unor probleme de zgomot; acest zgomot poate crea adesea un declanșator fals și poate arde siguranța.
• În caz de supratensiune, circuitul suflă siguranța și ulterior necesită ajutor manual pentru a rula din nou sarcina atunci când tensiunea devine normală.
• Siguranța este o siguranță mecanică care trebuie înlocuită și, prin urmare, consumă efort, timp și bani.