Crowbar áramkör

Bármely elektronikus eszköz megbízhatósága attól függ, hogy mennyire voltak megtervezve a hardvervédelmi áramkörök. A végfelhasználó (fogyasztó) hajlamos hibázni, és egy jó hardvertervező feladata, hogy megvédje hardverét az esetleges visszaeséstől. Rengeteg típusú védelmi áramkör létezik, mindegyiknek megvan a maga sajátos alkalmazása. A védelmi áramkörök leggyakoribb típusai a túlfeszültség-védelmi áramkör, a fordított polaritás-védelmi áramkör, az áramfeszültség-védelem és a zajvédelem. Ebben az oktatóanyagban a Crowbar áramkörről fogunk beszélni, amely egyfajta túlfeszültség-védelmi áramkör, és gyakran használják az elektronikus eszközökben. Gyakorlatilag létrehozzuk ezt az áramkört is, és ellenőrizni fogjuk, hogy működik a való életben.

Szükséges anyagok

• Biztosíték
• Zener dióda
• Tirisztor
• Kondenzátorok
• Ellenállások
• Schottky-dióda

Crowbar áramkör diagram

A feszítővas kapcsolási rajzának kapcsolási rajza nagyon egyszerű, könnyen felépíthető és megvalósítható, így költséghatékony és gyors megoldás. Az alábbi ábrán a teljes feszítővas kapcsolási rajz látható.

Itt a bemeneti feszültség (kék szonda) az a feszültség, amelyet ellenőrizni kell, és az áramkört úgy tervezték, hogy megszakítsa a tápfeszültséget, ha a tápfeszültség meghaladja a 9,1 V-ot. Az egyes alkatrészek működését az alábbi munka szakaszban tárgyaljuk.

A Crowbar áramkör működése

A Crowbar áramkör figyeli a bemeneti feszültséget, és amikor túllépi a határt , rövidzárlatot hoz létre az elektromos vezetéken és felrobbantja a biztosítékot. A biztosíték kiégése után az áramellátás lekapcsolódik a terhelésről, és ez megakadályozza a nagyfeszültséget. Az áramkör úgy működik, hogy közvetlen rövidzárlatot hoz létre az elektromos vezetékek között , mintha egy feszítővasat ejtene az áramkör vezetékei között. Ezért kapja meg ikonikus nevű feszítővas áramkört.

Az a feszültség, amely felett az áramkörnek rövidzárlatot kell létrehoznia, a Zener feszültségétől függ. Az áramkör egy SCR-ből áll, amely közvetlenül csatlakozik az áramkör bemeneti feszültségéhez és földjéhez, de ezt az SCR-t alapértelmezés szerint kikapcsolt állapotban tartja az SCR kapu-érintkezőjének földelésével. Amikor a bemeneti feszültség meghaladja a Zener feszültséget, a Zener dióda vezetni kezd, és ezért egy feszültséget táplálnak az SCR kapu tüskéjébe, ami lezárja a bemeneti feszültség és a föld közötti kapcsolatot, ezáltal rövidzárlatot hozva létre. Ez a rövidzárlat maximális áramot merít a tápegységből, és felrobbantja a terheléstől az áramellátást izoláló biztosítékot. A teljes munka a fenti GIF kép megtekintésével is könnyen érthető. Találhat egy bemutató videót is a bemutató végén.

A fenti kép azt ábrázolja, hogy a feszítővas áramkör pontosan hogyan reagál a túlfeszültség bekövetkezésekor. Amint láthatja, a Zener-dióda itt 9,1 V-ra van besorolva, de a bemeneti feszültség meghaladja az értéket és jelenleg 9,75 V. Tehát a Zener dióda kinyílik és elkezd vezetni azáltal, hogy feszültséget biztosít az SCR kapu tűjéhez. Az SCR ezután a bemeneti feszültség és a test rövidre zárásával kezd vezetni, és így a maximális áramfelvétel miatt felrobbantja a biztosítékot, amint azt a fenti GIF mutatja. Az áramkör egyes komponenseinek működését az alábbiakban ismertetjük.

Biztosíték: A biztosíték a létfontosságú elem ebben az áramkörben. A biztosíték névleges értékének mindig kisebbnek kell lennie, mint az SCR maximális áramértéke, és nagyobbnak kell lennie, mint a terhelés által fogyasztott áram. Arra is figyelnünk kell, hogy az áramellátás elegendő áramot tudjon biztosítani a biztosíték meghibásodásához.

0.1uF kondenzátor: Ez egy szűrőkondenzátor; eltávolítja a tüskéket és más zajokat, mint a harmonikusok a tápfeszültségből, hogy megakadályozza az áramkör hamis kiváltását.

9,1 V Zener dióda: Ez a dióda határozza meg a túlfeszültség értékét, mivel itt egy 9,1 V Zener diódát használtunk, az áramkör reagál minden feszültségre, amely meghaladja a 9,1 V küszöbértéket. A Tervező igényeinek megfelelően kiválaszthatja ennek az ellenállásnak az értékét.

1K ellenállás: Ez csak egy lehúzható ellenállás, amely az SCR kapu tüskéjét a földhöz tartja, és így kikapcsolva tartja, amíg a Zener vezetni kezd.

47nF kondenzátor: Minden tápkapcsolóhoz, például az SCR-hez, szükség van egy áramkörre, hogy elnyomja a feszültség-csúcsokat a kapcsolás során, és megakadályozza az SCR hamis indítását. Itt most kondenzátort használtunk a munka elvégzéséhez. A kondenzátor értékének éppen elégnek kell lennie a zaj kiszűrésére, mert a kapacitás nagy értéke megnöveli azt a késleltetést, amelyen az SCR elkezdődik a Gate impulzus alkalmazása után.

Tirisztor (SCR): A tirisztor felelős a rövidzárlat létrehozásáért az elektromos síneken. Vigyázni kell arra, hogy az SCR ilyen magas áramerősségű áramot tudjon átvinni a biztosíték kiégetéséhez és önmagának károsodásához. Az SCR kapufeszültségének kisebbnek kell lennie, mint a Zener megszakítási feszültsége. Tudjon meg többet a tirisztorról itt.

Schottky dióda: Ez a dióda nem kötelező, és csak védelmi célokra használható. Gondoskodik arról, hogy a terhelés oldaláról ne kapjunk olyan visszirányú áramot, amely károsíthatja a védelmi áramkört. Schottky-diódát használnak a szokásos dióda helyett, mert kevesebb feszültségesés van rajta.

Hardver

Most, hogy megértettük a Crowbar áramkör mögött meghúzódó elméletet, itt az ideje belemenni a szórakoztató részbe. Ez valójában az áramkört építi egy kenyérlemez tetejére, és valós időben ellenőrzi, hogyan működik. Az általam épített áramkör egy 12 V-os izzóra vonatkozik. Ez az izzó körülbelül 650 mA-t fogyaszt 12V normál üzemi feszültség mellett. Megtervezzük a feszítővas áramkört annak ellenőrzésére, hogy a feszültség meghaladja-e a 12 V-ot, és ha igen, akkor rövidre zárjuk az SCR-t és így kiolvadunk a biztosítékból. Tehát itt egy 12 V-os Zener diódát és TYN612 tirisztort használtam. A biztosíték egy biztosítéktartóba van szerelve, itt 500mA névleges patron biztosítékot használtunk. A teljes beállítás az alábbi képen látható

RPS-t használtam a bemeneti feszültség szabályozására, kezdetben a beállítást 12 V-tal tesztelték, és az izzó bekapcsolásával jól működik. Később az RPS gomb segítségével megemelik a feszültséget, ezáltal rövidzárlatot hozva létre az SCR-en keresztül, és kifújva a biztosítékot, amely szintén kikapcsolja az izzót és leválasztja az áramforrásról. A teljes működés az oldal alján található videóban is ellenőrizhető.

A Crowbar áramkör korlátai

Bár az áramkört széles körben használják, a saját korlátozásai vannak, amelyeket az alábbiakban sorolunk fel

• Az áramkör túlfeszültségének értéke pusztán a Zener feszültség értékétől függ, és csak kevés Zener dióda áll rendelkezésre.
• Az áramkör zajproblémáknak is kitett; ez a zaj gyakran hamis ravaszt okozhat, és felrobbanthatja a biztosítékot.
• Túlfeszültség esetén az áramkör megszakítja a biztosítékot, és később kézi segítségre van szüksége a terhelés újbóli működtetéséhez, amikor a feszültség normalizálódik.
• A biztosíték egy mechanikus biztosíték, amelyet ki kell cserélni, ezért erőfeszítést, időt és pénzt emészt fel.