Pouzdanost bilo kojeg elektroničkog uređaja ovisi o tome koliko su dobro dizajnirani sklopovi hardverske zaštite. Krajnji korisnik (potrošač) sklon je pogreškama i odgovornost dobrog dizajnera hardvera je da zaštiti svoj hardver od bilo kakvih nezgoda. Postoji dovoljno vrsta zaštitnih krugova, svaki sa svojim specifičnim primjenama. Najčešći tip zaštitnih krugova su zaštitni krugovi od prenaponskog napona, krugovi za zaštitu od obrnutog polariteta, krugovi za zaštitu od prenaponskih struja i zaštite od buke. U ovom uputstvu razgovarat ćemo o krugu Crowbar koji je vrsta sklopa za zaštitu od prenapona i koji se često koristi u elektroničkim uređajima. Također ćemo praktički stvoriti ovaj sklop i provjeriti kako on funkcionira u stvarnom životu.
Potrebni materijali
- Osigurač
- Zener dioda
- Tiristor
- Kondenzatori
- Otpornici
- Schottky dioda
Dijagram kruga lopata
Shema električnog kruga krunog kabela vrlo je jednostavna i laka za izgradnju i primjenu, što čini isplativo i brzo rješenje. Kompletni dijagram kruga je prikazan dolje.
Ovdje je ulazni napon (plava sonda) napon koji se mora nadzirati, a krug je dizajniran za prekid napajanja kada napon napajanja prelazi 9,1V. O funkciji svake komponente razgovarat ćemo u donjem radnom odjeljku.
Rad krugove krunice
Crowbar krug nadgleda ulazni napon i kada premaši ograničenje stvara kratki spoj na dalekovodima i pregorjeva osigurač. Jednom kad se osigurač pregori, napajanje će se odvojiti od tereta i tako spriječiti visoki napon. Krug djeluje stvaranjem izravnog kratkog spoja na dalekovodima, kao da je poluga ispuštena između vodova kruga. Otuda i dobiva svoje ikonično ime sklop gomile.
Napon preko kojeg bi krug trebao stvoriti kratki spoj ovisi o Zener-ovom naponu. Krug se sastoji od SCR-a koji je izravno povezan preko ulaznog napona i uzemljenja kruga, ali ovaj SCR se prema zadanim postavkama drži u isključenom stanju uzemljenjem zatiča na vratima SCR-a. Kada ulazni napon premaši Zener-ov napon, Zener-dioda počinje provoditi i stoga se napon dovodi na zaporni otvor SCR-a čime se zatvara veza između ulaznog napona i zemlje, stvarajući tako kratki spoj. Ovaj kratki spoj izvući će maksimalnu struju iz napajanja i pregorjeti osigurač koji izolira napajanje od tereta. Kompletni rad također se lako može razumjeti gledanjem gornje GIF slike. Također možete pronaći demonstracijski video na kraju ovog tutorijala.
Gornja slika predstavlja kako krug poluge točno reagira kada se dogodi stanje prenapona. Kao što vidite, Zener dioda je ovdje ocijenjena na 9,1V, ali ulazni napon premašuje vrijednost i trenutno iznosi 9,75V. Dakle, Zener dioda se otvara i počinje provoditi davanjem napona na izlaznom zavoju SCR-a. SCR se tada počinje provoditi kratkim spojem ulaznog napona i mase i tako pregorje osigurač zbog maksimalne struje struje kao što je prikazano u GIF-u gore. U nastavku je objašnjena funkcija svake komponente u ovom krugu.
Osigurač: Osigurač je vitalna komponenta u ovom krugu. Napon osigurača uvijek treba biti manji od maksimalne struje SCR i veći od struje koju troši opterećenje. Također bismo trebali biti sigurni da napajanje može proizvesti dovoljno struje za prekid osigurača u slučaju kvara.
Kondenzator od 0,1 uF: ovo je kondenzator za filtriranje; uklanja šiljke i ostale buke poput harmonika s napona napajanja kako bi se spriječilo lažno aktiviranje kruga.
9.1V Zener dioda: Ova dioda odlučuje o vrijednosti prenapona, budući da smo ovdje koristili 9.1V Zener diodu, krug će reagirati na bilo koji napon iznad vrijednosti praga od 9.1V. Dizajner može odabrati vrijednost ovog otpora prema svojim potrebama.
1K otpornik: Ovo je samo otporni otpor koji drži zaporni kabel SCR-a na zemlji i tako ga drži isključenim dok Zener ne počne voditi.
Kondenzator od 47 nF: Svaki prekidač za napajanje poput SCR-a zahtijeva prigušivački krug za suzbijanje skokova napona tijekom prebacivanja i sprječavanje lažnog aktiviranja SCR-a. Ovdje smo upravo koristili kondenzator za obavljanje posla. Vrijednost kondenzatora trebala bi biti taman dovoljna da filtrira šum, jer će velika vrijednost kapacitivnosti povećati kašnjenje u kojem SCR počinje provoditi nakon primjene Gate impulsa.
Tiristor (SCR): Tiristor je odgovoran za stvaranje kratkog spoja na tračnicama napajanja. Treba paziti da SCR može podnijeti tako visoku vrijednost struje kroz nju da pregori osigurač i ošteti se. Napon vrata SCR-a trebao bi biti manji od Zener-ovog napona proboja. Ovdje saznajte više o tiristoru.
Schottky dioda: Ova dioda nije obavezna i koristi se samo u svrhu zaštite. Osigurava da sa strane tereta ne dobijemo nikakvu reverznu struju koja bi mogla oštetiti zaštitni krug. Umjesto uobičajene diode koristi se Schottky dioda, jer ima manji pad napona na sebi.
Hardver
Sad kad smo shvatili teoriju iza kruga Crowbar, vrijeme je da prijeđemo na zabavni dio. To zapravo gradi krug na vrhu ploče za kruh i provjerava kako to radi u stvarnom vremenu. Krug da gradim je za 12V žarulja. Ova žarulja troši oko 650mA pod normalnim radnim naponom od 12V. Dizajnirat ćemo krug s polugom kako bismo provjerili je li napon veći od 12V, a ako to učini, kratit ćemo SCR i tako pregorjeti osigurač. Dakle, ovdje sam koristio 12V Zener diodu i TYN612 Tiristor. Osigurač je postavljen unutar držača osigurača, ovdje smo koristili osigurač od 500mA. Kompletna postavka prikazana je na donjoj slici
Upotrijebio sam RPS za kontrolu ulaznog napona, u početku je postavka testirana na 12 V i dobro funkcionira uključivanjem žarulje. Kasnije se napon podiže pomoću RPS gumba, stvarajući tako kratki spoj kroz SCR i pregarajući osigurač koji također isključuje žarulju i izolira je iz napajanja. Kompletni rad također možete provjeriti u videozapisu na dnu ove stranice.
Ograničenja krunog kruga
Iako se sklop široko koristi, on dolazi sa svojim ograničenjima koja su navedena u nastavku
- Vrijednost prenapona kruga ovisi isključivo o vrijednosti Zener-ovog napona, a dostupno je samo nekoliko vrijednosti Zener-diode.
- Krug je također izložen problemima s bukom; ovaj šum često može stvoriti lažni okidač i pregorjeti osigurač.
- U slučaju prenapona, krug pregori osigurač, a kasnije je potrebna ručna pomoć za ponovno pokretanje tereta kada napon postane normalan.
- Osigurač je mehanički osigurač koji se mora zamijeniti, a samim tim troši napor, vrijeme i novac.