Crowbar vezje

Zanesljivost katere koli elektronske naprave je odvisna od tega, kako dobro so zasnovana zaščitna vezja strojne opreme. Končni uporabnik (potrošnik) je nagnjen k napakam in odgovornost dobrega oblikovalca strojne opreme je, da svojo strojno opremo zaščiti pred kakršnimi koli napakami. Obstaja veliko vrst zaščitnih vezij, vsaka s svojimi posebnimi aplikacijami. Najpogostejši tipi zaščitnih tokokrogov so zaščitni tokokrog nad napetostjo, vezje za zaščito pred povratno polarnostjo, tokokrogi za zaščito pred prenapetostjo in zaščito pred hrupom. V tej vadnici bomo razpravljali o vezju Crowbar, ki je vrsta prenapetostnega zaščitnega vezja in se pogosto uporablja v elektronskih napravah. Prav tako bomo to vezje praktično ustvarili in preverili, kako deluje v resničnem življenju.

Potrebni materiali

• Varovalka
• Zenerjeva dioda
• Tiristor
• Kondenzatorji
• Upori
• Schottky dioda

Crowbar diagram vezja

Shema vezja vezja je zelo preprosta in enostavna za izdelavo in izvedbo, zaradi česar je stroškovno učinkovita in hitra rešitev. Popoln diagram vezja je prikazan spodaj.

Tu je vhodna napetost (modra sonda) napetost, ki jo je treba nadzorovati, vezje pa je zasnovano tako, da prekine napajanje, ko napajalna napetost preseže 9,1V. V spodnjem delovnem oddelku bomo obravnavali delovanje vseh komponent.

Delovanje vezja Crowbar

Crowbar vezje nadzira vhodno napetost in ko ta preseže mejo , ustvari kratek stik na daljnovodih in pregore varovalko. Ko je varovalka pregorela, se napajalnik odklopi od bremena in tako prepreči visoko napetost. Vezje deluje tako, da ustvari neposreden kratek stik na daljnovodih, kot da bi med električnimi vodi vezja padel lok. Zato dobi svoje ikonsko ime vezje.

Napetost, nad katero naj vezje ustvari kratek stik, je odvisna od Zenerjeve napetosti. Vezje je sestavljeno iz SCR, ki je neposredno povezan preko vhodne napetosti in ozemljitve vezja, vendar je ta SCR privzeto v izklopljenem stanju z ozemljitvijo zatiča vrat SCR. Ko vhodna napetost preseže Zenerjevo napetost, začne Zenerjeva dioda voditi in s tem napetost dovede do zatiča vhoda SCR, zaradi česar se prekine povezava med vhodno napetostjo in zemljo, s čimer se ustvari kratek stik. Ta kratek stik bo iz napajalnika izvlekel največji tok in razstrelil varovalko, ki ločuje napajalnik od bremena. Celotno delovanje lahko enostavno razumemo tudi s pogledom na sliko GIF zgoraj. Najdete lahko tudi predstavitveni video na koncu te vadnice.

Zgornja slika predstavlja, kako se vezje droga natančno odzove, ko pride do stanja prenapetosti. Kot lahko vidite, je Zener dioda tukaj ocenjena na 9,1V, vendar je vhodna napetost presegla vrednost in je trenutno na 9,75V. Torej se Zenerjeva dioda odpre in začne izvajati z zagotavljanjem napetosti na zatiču vrat SCR. Nato SCR začne izvajati tako, da skrajša vhodno napetost in ozemljitev in tako pregore varovalko zaradi največjega toka, kot je prikazano v zgornjem GIF. Funkcija vsakega sestavnega dela na tem vezju je opisan v nadaljevanju.

Varovalka: Varovalka je bistvena komponenta v tem vezju. Moč varovalke mora biti vedno manjša od največjega toka SCR in večja od toka, ki ga porabi obremenitev. Prepričati se moramo tudi, da lahko napajalnik napaja dovolj toka, da v primeru okvare prebije varovalko.

0,1uF kondenzator: to je filtrirni kondenzator; odstrani konice in druge šume, kot so harmoniki, iz napajalne napetosti, da prepreči lažno proženje vezja.

9.1V Zener dioda: Ta dioda določa vrednost prenapetosti, saj smo tukaj uporabili 9.1V Zener diodo, da se bo vezje odzvalo na napetost, ki je nad mejno vrednostjo 9.1V. Oblikovalec lahko izbere vrednost tega upora glede na svoje potrebe.

1K upor: to je samo spustni upor, ki drži zatič zatiča SCR na tleh in ga tako drži izklopljenega, dokler Zener ne začne voditi.

Kondenzator 47nF: Vsako stikalo za vklop, kot je SCR, zahteva snubber vezje, ki zavira napetostne konice med preklapljanjem in preprečuje, da bi SCR lažno sprožil. Tu smo za to delo ravno uporabili kondenzator. Vrednost kondenzatorja mora biti ravno dovolj za filtriranje šuma, ker bo velika vrednost kapacitivnosti povečala zakasnitev, pri kateri začne SCR izvajati po uporabi impulza Gate.

Tiristor (SCR): Tiristor je odgovoren za ustvarjanje kratkega stika na električnih vodilih. Paziti je treba, da SCR lahko prenaša tako visoko vrednost toka, da skozi njega pregori varovalko in se poškoduje. Napetost vhoda SCR mora biti manjša od napetosti Zenerjeve okvare. Več o tiristorju preberite tukaj.

Schottkyjeva dioda: Ta dioda ni obvezna in se uporablja samo za zaščito. Zagotavlja, da s strani obremenitve ne dobimo povratnega toka, ki bi lahko poškodoval zaščitno vezje. Namesto običajne diode se uporablja Schottkyjeva dioda, ker ima na njej manjši padec napetosti.

Strojna oprema

Zdaj, ko smo razumeli teorijo vezja Crowbar, je čas, da gremo v zabavni del. To dejansko gradi vezje na vrhu plošče za kruh in preveri, kako deluje v realnem času. Vezje, ki sem gradnjo je za 12V žarnico. Ta žarnica pri običajni obratovalni napetosti 12V porabi približno 650 mA. Načrtovali bomo vezje za preverjanje, ali napetost presega 12V, in če bo, bomo skrajšali SCR in tako izgoreli varovalko. Tu sem torej uporabil 12V Zener diodo in TYN612 Tiristor. Varovalka je nameščena znotraj držala varovalk, tu smo uporabili varovalko Cartridge z močjo 500 mA. Popolna nastavitev je prikazana na spodnji sliki

Za nadzor vhodne napetosti sem uporabil RPS, sprva je bila nastavitev preizkušena z 12 V in deluje dobro z vklopom žarnice. Kasneje se napetost zviša z gumbom RPS, s čimer se ustvari kratek stik skozi SCR in vžge varovalko, ki tudi izklopi žarnico in jo izolira iz napajalnika. Celotno delo lahko preverite tudi v videoposnetku na dnu te strani.

Omejitve vezja Crowbar

Čeprav se vezje pogosto uporablja, ima svoje omejitve, ki so navedene spodaj

• Vrednost prenapetosti vezja je povsem odvisna od vrednosti Zenerjeve napetosti in na voljo je le nekaj vrednosti Zener diode.
• Tudi vezje je izpostavljeno težavam s hrupom; ta hrup lahko pogosto povzroči napačen sprožilec in razstreli varovalko.
• V primeru prenapetosti vezje pregori varovalko in pozneje zahteva ročno pomoč za ponovni zagon tovora, ko napetost postane normalna.
• Varovalka je mehanska varovalka, ki jo je treba zamenjati in tako porabi napor, čas in denar.