Κύκλωμα λοστό

Η αξιοπιστία οποιασδήποτε ηλεκτρονικής συσκευής εξαρτάται από το πόσο καλά έχουν σχεδιαστεί τα κυκλώματα προστασίας υλικού. Ο τελικός χρήστης (καταναλωτής) είναι επιρρεπής σε λάθη και είναι ευθύνη ενός καλού σχεδιαστή υλικού να προστατεύει το υλικό του από τυχόν ατυχήματα. Υπάρχουν άφθονοι τύποι κυκλωμάτων προστασίας το καθένα με τις δικές του συγκεκριμένες εφαρμογές. Ο πιο συνηθισμένος τύπος κυκλωμάτων προστασίας είναι κύκλωμα προστασίας υπέρτασης, κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας, κυκλώματα προστασίας από υπέρταση και θορύβου. Σε αυτό το σεμινάριο θα συζητήσουμε για το Crowbar Circuit που είναι ένας τύπος κυκλώματος προστασίας από υπέρταση και χρησιμοποιείται συνήθως σε ηλεκτρονικές συσκευές. Θα δημιουργήσουμε επίσης πρακτικά αυτό το κύκλωμα και θα επαληθεύσουμε πώς λειτουργεί στην πραγματική ζωή.

Απαιτούμενα υλικά

• Ασφάλεια ηλεκτρική
• Δίοδος Ζένερ
• Θυριστόρ
• Πυκνωτές
• Αντιστάσεις
• Schottky Diode

Διάγραμμα κυκλώματος γραμμής

Το διάγραμμα κυκλώματος ενός κυκλώματος λοστό είναι πολύ απλό και εύκολο στην κατασκευή και υλοποίηση, καθιστώντας το μια οικονομική και γρήγορη λύση. Το πλήρες διάγραμμα κυκλώματος λοστό εμφανίζεται παρακάτω.

Εδώ η τάση εισόδου (μπλε αισθητήρας) είναι η τάση που πρέπει να παρακολουθείται και το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί για να διακόπτει την παροχή όταν η τάση τροφοδοσίας υπερβαίνει τα 9.1V. Θα συζητήσουμε τη λειτουργία κάθε στοιχείου στην ενότητα εργασίας παρακάτω.

Εργασία του κυκλώματος λοστό

Ένα κύκλωμα Crowbar παρακολουθεί την τάση εισόδου και όταν υπερβαίνει το όριο δημιουργεί βραχυκύκλωμα στις γραμμές ισχύος και ανατινάξει την ασφάλεια. Μόλις ανατινάξει η ασφάλεια, η παροχή ρεύματος θα αποσυνδεθεί από το φορτίο και, επομένως, θα αποτρέψει την υψηλή τάση. Το κύκλωμα λειτουργεί δημιουργώντας ένα άμεσο βραχυκύκλωμα στις γραμμές ισχύος, σαν να πέφτει ένας λοστό μεταξύ των γραμμών ισχύος του κυκλώματος. Ως εκ τούτου, παίρνει το εικονικό κύκλωμα λοστό του ονόματος.

Η τάση πάνω από την οποία πρέπει να δημιουργήσει βραχυκύκλωμα το κύκλωμα εξαρτάται από την τάση Zener. Το κύκλωμα αποτελείται από ένα SCR το οποίο συνδέεται απευθείας κατά μήκος της τάσης εισόδου και της γείωσης του κυκλώματος, αλλά αυτό το SCR διατηρείται από προεπιλογή σε κατάσταση απενεργοποίησης γειώνοντας τον πείρο πύλης του SCR. Όταν η τάση εισόδου υπερβαίνει την τάση Zener, η δίοδος Zener αρχίζει να διεξάγει και ως εκ τούτου παρέχεται τάση στον πείρο πύλης του SCR καθιστώντας το για να κλείσει τη σύνδεση μεταξύ της τάσης εισόδου και της γείωσης δημιουργώντας έτσι βραχυκύκλωμα. Αυτό το βραχυκύκλωμα θα αντλήσει ένα μέγιστο ρεύμα από το τροφοδοτικό και θα ανατινάξει την ασφάλεια, απομονώνοντας το τροφοδοτικό από το φορτίο. Η πλήρης εργασία μπορεί επίσης να γίνει εύκολα κατανοητή κοιτάζοντας την παραπάνω εικόνα GIF Μπορείτε επίσης να βρείτε ένα βίντεο επίδειξης στο τέλος αυτού του σεμιναρίου.

Η παραπάνω εικόνα αντιπροσωπεύει τον τρόπο με τον οποίο το κύκλωμα λοστό αποκρίνεται ακριβώς όταν συμβαίνει η κατάσταση υπερβολικής τάσης. Όπως μπορείτε να δείτε, η δίοδος Zener εδώ έχει βαθμολογία 9,1V, αλλά η τάση εισόδου έχει υπερβεί την τιμή και αυτή τη στιγμή είναι 9,75V. Έτσι, η δίοδος Zener ανοίγει και αρχίζει να διεξάγεται παρέχοντας τάση στον πείρο πύλης του SCR. Στη συνέχεια, το SCR αρχίζει να λειτουργεί με βραχυκύκλωμα της τάσης εισόδου και της γείωσης και συνεπώς ανατινάξει την ασφάλεια λόγω του μέγιστου ρεύματος όπως φαίνεται στο GIF παραπάνω. Η λειτουργία κάθε εξαρτήματος σε αυτό το κύκλωμα εξηγείται παρακάτω.

Ασφάλεια: Η ασφάλεια είναι το ζωτικό στοιχείο σε αυτό το κύκλωμα. Η βαθμολογία της ασφάλειας πρέπει πάντα να είναι μικρότερη από τη μέγιστη ένταση ρεύματος του SCR και μεγαλύτερη από την τρέχουσα κατανάλωση από το φορτίο. Πρέπει επίσης να βεβαιωθούμε ότι το τροφοδοτικό μπορεί να παρέχει αρκετό ρεύμα για να σπάσει την ασφάλεια σε περίπτωση βλάβης.

Πυκνωτής 0.1uF: Αυτός είναι ένας πυκνωτής φιλτραρίσματος. αφαιρεί τις αιχμές και άλλους θορύβους όπως αρμονικές από την τάση τροφοδοσίας για να αποφευχθεί η εσφαλμένη ενεργοποίηση του κυκλώματος.

Δίοδος Zener 9.1V: Αυτή η δίοδος αποφασίζει την τιμή υπέρτασης, καθώς εδώ έχουμε χρησιμοποιήσει μια δίοδο Zener 9.1V, το κύκλωμα θα ανταποκρίνεται σε οποιαδήποτε τάση που υπερβαίνει την τιμή κατωφλίου της 9.1V. Ο Σχεδιαστής μπορεί να επιλέξει την τιμή αυτής της αντίστασης ανάλογα με τις ανάγκες του.

1K Resistor: Πρόκειται για μια αντίσταση προς τα κάτω που κρατά τον πείρο πύλης του SCR στη γείωση και διατηρώντας έτσι απενεργοποιημένο έως ότου το Zener αρχίσει να λειτουργεί.

Πυκνωτής 47nF: Κάθε διακόπτης ισχύος όπως το SCR απαιτεί ένα κύκλωμα snubber για να καταστέλλει τις αιχμές τάσης κατά τη διάρκεια της αλλαγής και να αποτρέπει το SCR από εσφαλμένη ενεργοποίηση. Εδώ μόλις χρησιμοποιήσαμε έναν πυκνωτή για να κάνουμε τη δουλειά. Η τιμή του πυκνωτή θα πρέπει να είναι αρκετή για να φιλτράρει τον θόρυβο, διότι η υψηλή τιμή της χωρητικότητας θα αυξήσει την καθυστέρηση στην οποία το SCR αρχίζει να διεξάγεται μετά την εφαρμογή του παλμού πύλης.

Thyristor (SCR): Το Thyristor είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία βραχυκυκλώματος στις ράγες ισχύος. Πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε το SCR να μπορεί να χειριστεί τόσο υψηλή τιμή ρεύματος μέσω αυτού για να φυσήσει την ασφάλεια και να προκαλέσει ζημιά στην ίδια. Η τάση πύλης του SCR πρέπει να είναι μικρότερη από την τάση διακοπής του Zener. Μάθετε περισσότερα για το Thyristor εδώ.

Schottky Diode: Αυτή η δίοδος δεν είναι υποχρεωτική και χρησιμοποιείται μόνο για σκοπούς προστασίας. Διασφαλίζει ότι δεν λαμβάνουμε αντίστροφο ρεύμα από την πλευρά του φορτίου που θα μπορούσε ενδεχομένως να προκαλέσει ζημιά στο κύκλωμα προστασίας. Μια δίοδος Schottky χρησιμοποιείται αντί για μια κανονική δίοδο επειδή έχει λιγότερη πτώση τάσης σε αυτήν.

Σκεύη, εξαρτήματα

Τώρα που έχουμε κατανοήσει τη θεωρία πίσω από το κύκλωμα Crowbar, είναι καιρός να μπείτε στο διασκεδαστικό μέρος. Αυτό στην πραγματικότητα χτίζει το κύκλωμα πάνω από μια πλακέτα ψωμιού και ελέγξτε πώς λειτουργεί σε πραγματικό χρόνο. Το κύκλωμα που χτίζω είναι για λαμπτήρα 12V. Αυτός ο λαμπτήρας καταναλώνει περίπου 650mA υπό κανονική τάση λειτουργίας 12V. Θα σχεδιάσουμε το κύκλωμα λοστό για να ελέγξουμε εάν η τάση υπερβαίνει τα 12V και αν συμβαίνει, θα βραχυκυκλώσουμε το SCR και έτσι θα σβήσουμε την ασφάλεια. Εδώ έχω χρησιμοποιήσει μια δίοδο 12V Zener και TYN612 Thyristor. Η ασφάλεια είναι τοποθετημένη μέσα σε μια θήκη ασφαλειών, εδώ έχουμε χρησιμοποιήσει Cartridge Fuse με βαθμολογία 500mA. Η πλήρης ρύθμιση φαίνεται στην παρακάτω εικόνα

Έχω χρησιμοποιήσει ένα RPS για τον έλεγχο της τάσης εισόδου, αρχικά η ρύθμιση δοκιμάζεται με 12V και λειτουργεί καλά με την ενεργοποίηση του λαμπτήρα. Αργότερα η τάση αυξάνεται χρησιμοποιώντας το κουμπί RPS δημιουργώντας έτσι βραχυκύκλωμα μέσω του SCR και φυσώντας την ασφάλεια που επίσης σβήνει τη λάμπα και την απομόνωσή της από το τροφοδοτικό. Η πλήρης εργασία μπορεί επίσης να ελεγχθεί στο βίντεο στο κάτω μέρος αυτής της σελίδας.

Περιορισμοί του κυκλώματος λοστό

Αν και το κύκλωμα χρησιμοποιείται ευρέως, έρχεται με τους δικούς του περιορισμούς που παρατίθενται παρακάτω

• Η τιμή υπέρτασης του κυκλώματος εξαρτάται αποκλειστικά από την τιμή τάσης Zener και μόνο λίγες τιμές της διόδου Zener είναι διαθέσιμες.
• Το κύκλωμα υπόκειται επίσης σε προβλήματα θορύβου. Αυτός ο θόρυβος μπορεί συχνά να δημιουργήσει μια εσφαλμένη σκανδάλη και να ανατινάξει την ασφάλεια.
• Σε περίπτωση υπερβολικής τάσης, το κύκλωμα φυσά την ασφάλεια και αργότερα απαιτεί χειροκίνητη βοήθεια για να λειτουργήσει ξανά το φορτίο όταν η τάση γίνει κανονική.
• Η ασφάλεια είναι μια μηχανική ασφάλεια που πρέπει να αντικατασταθεί και ως εκ τούτου καταναλώνει προσπάθεια, χρόνο και χρήμα.