Верига за лопатка

Надеждността на всяко електронно устройство зависи от това колко добре са проектирани схемите за хардуерна защита. Крайният потребител (потребител) е склонен да прави грешки и отговорността на добрия хардуерен дизайнер е да защити своя хардуер от всякакви злополуки. Има достатъчно видове защитни вериги, всяка със свои специфични приложения. Най-често срещаният тип защитни вериги са верига за защита от пренапрежение, верига за защита от обратна полярност, вериги за защита от пренапрежение и защита от шум. В този урок ще обсъдим веригата Crowbar, която е вид схема за защита от пренапрежение и се използва често в електронните устройства. Също така на практика ще създадем тази верига и ще проверим как тя работи в реалния живот.

Необходими материали

• Предпазител
• Ценеров диод
• Тиристор
• Кондензатори
• Резистори
• Диод на Шотки

Схема на кръгова лента

Схемата на веригата на лома е много проста и лесна за изграждане и внедряване, което я прави рентабилно и бързо решение. Пълната схема на веригата е показана по-долу.

Тук входното напрежение (синя сонда) е напрежението, което трябва да се следи и веригата е проектирана да прекъсне захранването, когато захранващото напрежение надвиши 9,1V. Ще обсъдим функцията на всеки компонент в работния раздел по-долу.

Работа на Crowbar Circuit

Crowbar верига следи входното напрежение и когато то надвишава границата , създава късо съединение през електропроводите и взривява предпазителя. След изгарянето на предпазителя захранването ще бъде изключено от товара и по този начин ще го предпази от високо напрежение. Веригата работи, като създава директно късо съединение през електропроводите, сякаш лост е пуснат между електропроводи на веригата. Следователно той получава своето емблематично име верига лост.

Напрежението, над което веригата трябва да създава късо съединение, зависи от ценеровото напрежение. Веригата се състои от SCR, който е директно свързан през входното напрежение и земята на веригата, но този SCR по подразбиране се поддържа в изключено състояние чрез заземяване на щифта на вратата на SCR. Когато входното напрежение надвишава ценеровото напрежение, ценеровият диод започва да провежда и по този начин към захранващия щифт на SCR се подава напрежение, което го прави да затвори връзката между входното напрежение и земята, като по този начин създава късо съединение. Това късо съединение ще изтегли максимален ток от захранването и ще взриви предпазителя, изолиращ захранването от товара. Пълната работа също може лесно да се разбере, като се погледне изображението GIF по-горе. Можете също така да намерите демонстрационно видео в края на този урок.

Горното изображение представя как веригата на лома реагира точно, когато възникне състояние на пренапрежение. Както можете да видите, ценеровият диод тук е оценен за 9.1V, но входното напрежение надвишава стойността и в момента е на 9.75V. Така че ценеровият диод се отваря и започва да провежда, като осигурява напрежение към щифта на порта на SCR. След това SCR започва да провежда чрез късо съединение на входното напрежение и земя и по този начин взривява предпазителя поради максималното изтегляне на ток, както е показано в GIF по-горе. На функцията на всеки компонент в тази схема е обяснено по-долу.

Предпазител: Предпазителят е жизненоважният компонент в тази верига. Номиналът на предпазителя винаги трябва да бъде по-малък от максималния ток на SCR и по-голям от тока, консумиран от товара. Трябва също така да се уверим, че захранването може да произведе достатъчно ток, за да прекъсне предпазителя в случай на повреда.

0.1uF кондензатор: Това е филтриращ кондензатор; той премахва пиковете и други шумове като хармоници от захранващото напрежение, за да предотврати фалшивото задействане на веригата.

9.1V Zener Diode: Този диод решава стойността на свръхнапрежение, тъй като тук сме използвали 9.1V Zener диод, веригата ще реагира на всяко напрежение, което е над праговата стойност от 9.1V. Дизайнерът може да избере стойността на този резистор според своите нужди.

1K резистор: Това е просто падащ резистор, който държи щифта на вратата на SCR към земята и по този начин го държи изключен, докато Zener започне да провежда.

Кондензатор 47nF: Всеки превключвател на захранването, като SCR, изисква снубер верига, за да потисне скоковете на напрежението по време на превключване и да предотврати фалшивото задействане на SCR. Тук току-що използвахме кондензатор, за да свършим работата. Стойността на кондензатора трябва да бъде достатъчно, за да филтрира шума, защото високата стойност на капацитета ще увеличи закъснението, при което SCR започва да провежда след прилагане на импулса на портата.

Тиристор (SCR): Тиристорът е отговорен за създаването на късо съединение между силовите релси. Трябва да се внимава SCR да може да се справи с толкова висока стойност на тока през него, за да изгори предпазителя и да се повреди. Напрежението на затвора на SCR трябва да бъде по-малко от напрежението на пробив на ценеровите. Научете повече за тиристора тук.

Диод на Шотки: Този диод не е задължителен и се използва само с цел защита. Той гарантира, че няма да получим обратен ток от страната на товара, който може да повреди веригата за защита. Използва се диод на Шотки вместо обикновен диод, тъй като има по-малко падане на напрежението.

Хардуер

След като разбрахме теорията зад веригата Crowbar, е време да влезем в забавната част. Това всъщност изгражда веригата в горната част на дъска за хляб и проверява как работи в реално време. На веригата, че аз съм сграда е за крушка 12V. Тази крушка консумира около 650mA при нормално работно напрежение от 12V. Ще проектираме веригата на лопатката, за да проверим дали напрежението надвишава 12V и ако го направи ще скъсим SCR и по този начин ще изгорим предпазителя. Така че тук съм използвал 12V Zener диод и TYN612 тиристор. Предпазителят е монтиран вътре в държач за предпазители, тук сме използвали Cartridge Fuse от 500 mA. Пълната настройка е показана на снимката по-долу

Използвал съм RPS за контрол на входното напрежение, първоначално настройката е тествана с 12V и работи добре, като включите крушката. По-късно напрежението се повишава с помощта на копчето RPS, като по този начин се създава късо съединение през SCR и духа предпазителят, който също изключва крушката и я изолира от захранването. Пълната работа може да се провери и във видеото в долната част на тази страница.

Ограничения на Crowbar Circuit

Въпреки че веригата е широко използвана, тя идва със свои собствени ограничения, които са изброени по-долу

• Стойността на пренапрежение на веригата зависи чисто от стойността на ценеровото напрежение и са налични само няколко стойности на ценеровия диод.
• Веригата също е подложена на проблеми с шума; този шум често може да създаде фалшив спусък и да взриви предпазителя.
• В случай на пренапрежение веригата изгаря предпазителя и по-късно се нуждае от ръчна помощ за повторно пускане на товара, когато напрежението стане нормално.
• Предпазителят е механичен предпазител, който трябва да бъде заменен и по този начин отнема усилия, време и пари.