Crowbar krets

Påliteligheten til elektroniske enheter avhenger av hvor godt maskinvarebeskyttelseskretsene er designet. Sluttbrukeren (forbrukeren) er tilbøyelig til å gjøre feil, og det er en god maskinvaredesigners ansvar å beskytte maskinvaren mot feil. Det er mange typer beskyttelseskretser, hver med sine egne spesifikke applikasjoner. Den vanligste typen beskyttelseskretser er overspenningsbeskyttelseskrets, omvendt polaritetsbeskyttelse, strømoverspenningsvern og støybeskyttelseskretser. I denne opplæringen vil vi diskutere om Crowbar Circuit, som er en type overspenningsbeskyttelseskrets og som ofte brukes i elektroniske enheter. Vi vil også praktisk talt lage denne kretsen og verifisere hvordan den fungerer i det virkelige liv.

Nødvendig materiale

• Lunte
• Zener-diode
• Tyristor
• Kondensatorer
• Motstander
• Schottky-diode

Crowbar Circuit Diagram

Kretsskjemaet til en brekkjernekrets er veldig enkelt og enkelt å bygge og implementere, noe som gjør det til en kostnadseffektiv og rask løsning. Det komplette koblingsskjemaet er vist nedenfor.

Her er inngangsspenningen (blå sonde) den spenningen som må overvåkes, og kretsen er designet for å kutte forsyningen når forsyningsspenningen overstiger 9,1V. Vi vil diskutere funksjonen til hver komponent i arbeidsdelen nedenfor.

Arbeid av Crowbar Circuit

En Crowbar-krets overvåker inngangsspenningen, og når den overskrider grensen , skaper den kortslutning over kraftlinjene og sprenger sikringen. Når sikringen er sprengt, vil strømforsyningen bli koblet fra lasten og dermed hindre den fra høyspenning. Kretsen fungerer ved å skape en direkte kortslutning på tvers av kraftlinjene, som om et brekkstang faller mellom kraftledningene i kretsen. Derfor får det sitt ikoniske navn brekkjernekrets.

Spenningen som kretsen skal lage en kort, avhenger av Zener-spenningen. Kretsen består av en SCR som er direkte koblet over inngangsspenningen og jorda til kretsen, men denne SCR holdes som standard i avslått tilstand ved å jorde porten til SCR. Når inngangsspenningen overstiger Zener-spenningen, begynner Zener-dioden å lede, og det tilføres derfor en spenning til porten på SCR, noe som gjør det til å lukke forbindelsen mellom inngangsspenningen og bakken og dermed skape en kortslutning. Denne kortslutningen vil trekke maksimal strøm fra strømforsyningen og sprenge sikringen som isolerer strømforsyningen fra lasten. Komplett arbeid kan også lett forstås ved å se på GIF-bildet ovenfor. Du kan også finne en demonstrasjonsvideo på slutten av denne opplæringen.

Ovenstående bilde representerer hvordan brekkekretsen reagerer nøyaktig når overspenningstilstanden oppstår. Som du kan se, er Zener Diode her vurdert til 9,1V, men inngangsspenningen overstiger verdien og er for øyeblikket på 9,75V. Så Zener-dioden åpnes og begynner å lede ved å gi en spenning til SCR-porten. SCR begynner deretter å lede ved å kortslutte inngangsspenningen og bakken og sprenger dermed sikringen på grunn av maksimal strømforbruk som vist i GIF ovenfor. Den funksjon av hver av komponentene i denne krets er forklart nedenfor.

Sikring: Sikringen er den viktige komponenten i denne kretsen. Sikringen skal alltid være mindre enn maksimal strømstyrke for SCR og mer enn strømmen som lasten bruker. Vi bør også sørge for at strømforsyningen kan skaffe nok strøm til å bryte sikringen i tilfelle feil.

0.1uF kondensator: Dette er en filtreringskondensator; det fjerner pigger og annen støy som harmoniske fra forsyningsspenningen for å forhindre at kretsen danner falsk utløsning.

9.1V Zener Diode: Denne dioden bestemmer overspenningsverdien, siden vi her har brukt en 9.1V Zener-diode, vil kretsen svare på enhver spenning som er over terskelverdien på 9.1V. Designeren kan velge verdien på denne motstanden i henhold til hans behov.

1K motstand: Dette er bare en nedtrekkbar motstand som holder porten på SCR til bakken og dermed holder den slått av til Zener begynner å lede.

47nF kondensator: Hver strømbryter som SCR krever en snubberkrets for å undertrykke spenningsspissene under bytte og forhindre at SCR falsk utløser. Her har vi nettopp brukt en kondensator til å gjøre jobben. Verdien på kondensatoren skal være akkurat nok til å filtrere støyen, fordi høy kapasitansverdi vil øke forsinkelsen som SCR begynner å lede etter påføring av Gate-pulsen.

Thyristor (SCR): Thyristor er ansvarlig for å skape kortslutning over strømskinnene. Forsiktighet bør utvises slik at SCR kan håndtere så høy strømverdi gjennom den for å blåse sikringen og skade seg selv. Gate-spenningen til SCR skal være mindre enn Zener-spenningen. Lær mer om Thyristor her.

Schottky-diode: Denne dioden er ikke obligatorisk og brukes kun for beskyttelsesformål. Det sørger for at vi ikke får noen motstrøm fra lastesiden som muligens kan skade beskyttelseskretsen. En Schottky-diode brukes i stedet for en vanlig diode fordi den har mindre spenningsfall over den.

Maskinvare

Nå som vi har forstått teorien bak Crowbar-kretsen, er det på tide å komme inn på den morsomme delen. Det er faktisk å bygge kretsen på toppen av et brødbrett og sjekk hvordan det fungerer i sanntid. Den krets som jeg bygger er for en 12V pære. Denne pæren bruker omtrent 650mA under normal driftsspenning på 12V. Vi vil designe brekkjernekretsen for å sjekke om spenningen overstiger 12V, og hvis den gjør det, vil vi kortslutte SCR og dermed blåse ut sikringen. Så her har jeg brukt en 12V Zener-diode og TYN612-tyristor. Sikringen er montert inne i en sikringsholder, her har vi brukt Cartridge Fuse på 500mA. Hele oppsettet vises på bildet nedenfor

Jeg har brukt en RPS for å kontrollere inngangsspenningen, først ble installasjonen testet med 12V og den fungerer fint ved å slå på pæren. Senere økes spenningen ved hjelp av RPS-knappen, og skaper kortslutning gjennom SCR og blåser sikringen som også slår av pæren og isolerer den fra strømforsyningen. Komplett arbeid kan også sjekkes i videoen nederst på denne siden.

Begrensninger for Crowbar Circuit

Selv om kretsen er mye brukt, kommer den med sine egne begrensninger som er oppført nedenfor

• Overspenningsverdien til kretsen avhenger rent av Zener-spenningsverdien, og bare noen få verdier av Zener-diode er tilgjengelige.
• Kretsen er også utsatt for støyproblemer; denne støyen kan ofte skape en falsk utløser og sprenge sikringen.
• Ved overspenning blåser kretsen sikringen og krever senere manuell hjelp til å kjøre lasten igjen når spenningen blir normal.
• Sikringen er en mekanisk sikring som må byttes ut og bruker derfor krefter, tid og penger.