Crowbar-piiri

Minkä tahansa elektronisen laitteen luotettavuus riippuu siitä, kuinka hyvin laitteiston suojapiirit on suunniteltu. Loppukäyttäjä (kuluttaja) on taipumus tekemään virheitä, ja hyvän laitteistosuunnittelijan vastuulla on suojata laitteistonsa vääriltä tapahtumilta. Suojapiirejä on runsaasti, joista jokaisella on omat erityiset sovelluksensa. Yleisimmät suojapiirityypit ovat ylijännitesuojapiiri, käänteisen napaisuuden suojapiiri, ylijännitesuoja- ja melusuojapiirit. Tässä opetusohjelmassa keskustellaan Crowbar-piiristä, joka on eräänlainen ylijännitesuojapiiri ja jota käytetään yleisesti elektronisissa laitteissa. Luomme myös käytännössä tämän piirin ja tarkistamme sen toiminnan tosielämässä.

Tarvittavat materiaalit

• Sulake
• Zener-diodi
• Tyristori
• Kondensaattorit
• Vastukset
• Schottky-diodi

Crowbar-piirikaavio

Piirikaavio, joka sorkkarauta piiri on erittäin yksinkertainen ja helppo rakentaa ja toteuttaa joten se on kustannustehokas ja nopea ratkaisu. Koko sorkkarauta-piirikaavio on esitetty alla.

Tässä tulojännite (sininen anturi) on jännite, jota on valvottava, ja piiri on suunniteltu katkaisemaan syöttö, kun syöttöjännite ylittää 9,1 V. Keskustelemme jokaisen komponentin toiminnasta alla olevassa työosassa.

Crowbar-piirin toiminta

Crowbar-piiri seuraa tulojännitettä ja ylittää rajan, jolloin se aiheuttaa oikosulun voimajohtojen yli ja räjäyttää sulakkeen. Kun sulake on palanut, virtalähde irrotetaan kuormasta ja estää siten korkea jännite. Piiri toimii luomalla suora oikosulku voimajohtojen yli, ikään kuin sorkkarauta pudotettaisiin piirin voimajohtojen väliin. Siksi se saa ikonisen nimensä sorkkarauta piiri.

Jännite, jonka yli piirin tulisi luoda oikosulku, riippuu Zenerin jännitteestä. Piiri koostuu SCR: stä, joka on kytketty suoraan piirin tulojännitteen ja maan yli, mutta tämä SCR pidetään oletusarvoisesti sammutetussa tilassa maadoittamalla SCR: n hilatappi. Kun syöttöjännite ylittää Zener-jännitteen, Zener-diodi alkaa johtaa ja siten jännite syötetään SCR: n Gate-tapiin, mikä saa sen sulkemaan tulojännitteen ja maan välisen yhteyden muodostaen oikosulun. Tämä oikosulku vetää maksimivirran virtalähteestä ja räjäyttää sulakkeen, joka eristää virtalähteen kuormasta. Koko työskentely voidaan helposti ymmärtää myös katsomalla yllä olevaa GIF-kuvaa. Löydät myös esittelyvideon tämän opetusohjelman lopussa.

Yllä oleva kuva kuvaa kuinka sorkkapiiripiiri reagoi tarkasti ylijännitetilanteen tapahtuessa. Kuten näette, Zener-diodi on luokiteltu 9,1 V: lle, mutta tulojännite ylittää arvon ja on tällä hetkellä 9,75 V. Joten Zener-diodi avautuu ja alkaa johtaa antamalla jännitteen SCR: n Gate-tapille. SCR alkaa sitten johtaa oikosululla tulojännitettä ja maata ja räjäyttää siten sulakkeen suurimman virrankulutuksen takia, kuten yllä olevassa GIF: ssä on esitetty. Kunkin komponentin toiminnasta tässä piiri on selitetty alla.

Sulake: Sulake on tämän piirin tärkeä osa. Sulakkeen nimellisarvon tulisi aina olla pienempi kuin SCR: n maksimivirta ja suurempi kuin kuorman kuluttama virta. Meidän on myös varmistettava, että virtalähde voi hankkia riittävästi virtaa sulakkeen rikkomiseksi vikatapauksissa.

0,1uF-kondensaattori: Tämä on suodatuskondensaattori; se poistaa piikit ja muut kohinan kaltaiset harmoniset syöttöjännitteestä estääkseen piirin muodon väärän laukaisun.

9,1 V: n Zener-diodi: Tämä diodi päättää ylijännitteen arvon, koska tässä olemme käyttäneet 9,1 V: n Zener-diodia, piiri vastaa mihin tahansa jännitteeseen, joka ylittää 9,1 V: n kynnysarvon. Suunnittelija voi valita tämän vastuksen arvon tarpeidensa mukaan.

1K-vastus: Tämä on vain alasvetovastus, joka pitää SCR-portin tapin maadoitettuna ja pitää siten sen sammutettuna, kunnes Zener alkaa johtaa.

47nF-kondensaattori: Jokainen virtakytkin, kuten SCR, vaatii kytkentäpiirin tukahduttamaan jännitepiikit kytkennän aikana ja estämään SCR: n väärän laukaisun. Tässä olemme juuri käyttäneet kondensaattoria työn tekemiseen. Kondensaattorin arvon tulisi olla juuri tarpeeksi kohinan suodattamiseksi, koska kapasitanssin suuri arvo lisää viivettä, jolla SCR alkaa toimia Gate-pulssin käyttämisen jälkeen.

Tyristori (SCR): Tyristori on vastuussa oikosulun luomisesta voimakiskojen yli. Varovaisuutta on noudatettava, jotta SCR pystyy käsittelemään sen läpi niin suurta virran arvoa palamaan sulake ja vahingoittamaan itseään. SCR-portin jännitteen tulisi olla pienempi kuin Zenerin rikkoutumisjännite. Lisätietoja tyristorista on täällä.

Schottky-diodi: Tämä diodi ei ole pakollinen, ja sitä käytetään vain suojaustarkoituksiin. Se varmistaa, ettemme saa kuorman puolelta mitään vastavirtaa, joka voisi vahingoittaa suojapiiriä. Schottky-diodia käytetään tavallisen diodin sijaan, koska sen jännitehäviö on pienempi.

Laitteisto

Nyt kun olemme ymmärtäneet Crowbar-piirin taustalla olevan teorian, on aika päästä hauskaan osaan. Se itse asiassa rakentaa piirin leipälautan päälle ja tarkista, miten se toimii reaaliajassa. Piiri Olen rakennuksen on 12V lamppu. Tämä polttimo kuluttaa noin 650 mA normaalissa 12 V: n käyttöjännitteessä. Suunnittelemme sorkkarivipiirin tarkistamaan, ylittääkö jännite 12 V: n, ja jos se ylittää, oikosuljemme SCR: n ja räjäytämme siten sulakkeen. Joten tässä olen käyttänyt 12 V: n Zener-diodia ja TYN612-tyristoria. Sulake on asennettu sulakepidikkeen sisään, tässä olemme käyttäneet patruunasulaketta, jonka luokitus on 500 mA. Koko asennus näkyy alla olevassa kuvassa

Olen käyttänyt RPS: ää tulojännitteen säätämiseen, aluksi asetukset testataan 12 V: lla ja se toimii hyvin kytkemällä lamppu päälle. Myöhemmin jännite nostetaan RPS-nupilla, mikä aiheuttaa oikosulun SCR: n läpi ja puhaltaa sulakkeen, joka sammuttaa myös polttimon ja eristää sen virtalähteestä. Koko työ voidaan tarkistaa myös tämän sivun alaosassa olevasta videosta.

Crowbar-piirin rajoitukset

Vaikka piiriä käytetään laajalti, sillä on omat rajoituksensa, jotka on lueteltu alla

• Piirin ylijännitearvo riippuu puhtaasti Zener-jännitteen arvosta, ja vain vähän Zener-diodin arvoja on käytettävissä.
• Piiri on myös alttiina meluongelmille; tämä melu voi usein aiheuttaa väärän laukaisun ja räjähtää sulakkeen.
• Ylijännitteen sattuessa piiri sytyttää sulakkeen ja vaatii myöhemmin manuaalista apua kuorman käyttämiseksi uudelleen, kun jännite normalisoituu.
• Sulake on mekaaninen sulake, joka on vaihdettava ja kuluttaa siten vaivaa, aikaa ja rahaa.