Kofotkrets

Tillförlitligheten hos alla elektroniska enheter beror på hur väl hårdvaruskyddskretsarna har utformats. Slutanvändaren (konsumenten) är benägen att göra misstag och det är en bra hårdvarudesigners ansvar att skydda sin hårdvara från något fel. Det finns gott om typer av skyddskretsar, var och en med sina egna specifika applikationer. Den vanligaste typen av skyddskretsar är överspänningsskyddskrets, omvänd polaritetsskyddskrets, strömöverspänningsskydd och bullerskyddskretsar. I den här handledningen kommer vi att diskutera Crowbar Circuit, som är en typ av överspänningsskyddskrets och som ofta används i elektroniska enheter. Vi kommer också att praktiskt skapa denna krets och verifiera hur den fungerar i verkliga livet.

Material som krävs

• Säkring
• Zener-diod
• Tyristor
• Kondensatorer
• Motstånd
• Schottky-diod

Crowbar Circuit Diagram

Kretsschemat för en kofotskrets är mycket enkelt och enkelt att bygga och implementera vilket gör det till en kostnadseffektiv och snabb lösning. Det kompletta kretsstångschemat visas nedan.

Här är ingångsspänningen (blå sond) den spänning som måste övervakas och kretsen är utformad för att stänga av matningen när matningsspänningen överstiger 9,1 V. Vi kommer att diskutera varje komponents funktion i arbetsavsnittet nedan.

Arbetar med Crowbar Circuit

En Crowbar-krets övervakar ingångsspänningen och när den överskrider gränsen skapas en kortslutning över kraftledningarna och spränger säkringen. När säkringen har sprungits kommer strömförsörjningen att kopplas bort från lasten och därmed förhindra hög spänning. Kretsen fungerar genom att skapa en direkt kortslutning över kraftledningarna, som om en kofot tappas mellan kraftledningarna i kretsen. Därför får det sitt ikoniska namn kofotkrets.

Spänningen över vilken kretsen ska skapa en kort beror på Zenerspänningen. Kretsen består av en SCR som är direkt ansluten över kretsens ingångsspänning och jord, men denna SCR hålls som standard i avstängt läge genom att jorda grindstiftet på SCR. När ingångsspänningen överstiger Zener-spänningen börjar Zener-dioden att leda och följaktligen tillförs en spänning till SCR: ns stift, vilket gör att anslutningen mellan ingångsspänningen och jord stängs och därmed skapar en kortslutning. Denna kortslutning kommer att dra en maximal ström från strömförsörjningen och spränga säkringen som isolerar strömförsörjningen från lasten. Hela arbetet kan också lätt förstås genom att titta på GIF-bilden ovan. Du kan också hitta en demonstrationsvideo i slutet av denna handledning.

Ovanstående bild representerar hur kofotkretsen reagerar exakt när överspänningstillståndet inträffar. Som du kan se är Zener-dioden här 9,1V men ingångsspänningen överstiger värdet och är för närvarande 9,75V. Så Zener-dioden öppnas och börjar leda genom att ge en spänning till SCR: s stift. SCR börjar sedan leda genom att kortsluta ingångsspänningen och jord och spränger därmed säkringen på grund av maximal strömförbrukning som visas i GIF ovan. Den funktionen hos varje komponent i denna krets förklaras nedan.

Säkring: Säkringen är den viktiga komponenten i denna krets. Säkringens betyg bör alltid vara mindre än SCR: s maximala strömvärde och mer än den ström som förbrukas av lasten. Vi bör också se till att strömförsörjningen kan få tillräckligt med ström för att bryta säkringen i händelse av fel.

0.1uF kondensator: Detta är en filtreringskondensator; det tar bort spikar och annat ljud som övertoner från matningsspänningen för att förhindra att kretsen bildar falsk utlösning.

9.1V Zener Diode: Denna diod bestämmer överspänningsvärdet, eftersom vi här har använt en 9.1V Zener-diod kommer kretsen att svara på alla spänningar som ligger över tröskelvärdet på 9.1V. Designern kan välja värdet på detta motstånd efter hans behov.

1K Motstånd: Detta är bara ett neddragbart motstånd som håller SCR: ns stift i mark och därmed håller den avstängd tills Zener börjar leda.

47nF kondensator: Varje strömbrytare som SCR kräver en snubber-krets för att undertrycka spänningsspikarna under omkopplingen och förhindra att SCR falsk utlöses. Här har vi precis använt en kondensator för att göra jobbet. Värdet på kondensatorn bör vara tillräckligt för att filtrera bruset, eftersom högt kapacitansvärde kommer att öka fördröjningen vid vilken SCR börjar leda efter applicering av Gate-pulsen.

Thyristor (SCR): Thyristor är ansvarig för att skapa en kortslutning över kraftskenorna. Försiktighet bör iakttas så att SCR kan hantera så högt strömvärde genom den för att blåsa säkringen och skada sig själv. Gate-spänningen för SCR bör vara mindre än Zener-nedbrytningsspänningen. Läs mer om Thyristor här.

Schottky-diod: Denna diod är inte obligatorisk och används endast för skyddsändamål. Det ser till att vi inte får någon backström från belastningssidan som kan skada skyddskretsen. En Schottky-diod används istället för en vanlig diod eftersom den har mindre spänningsfall över den.

Hårdvara

Nu när vi har förstått teorin bakom Crowbar-kretsen är det dags att komma in i den roliga delen. Det är faktiskt att bygga kretsen ovanpå en brödbräda och kontrollera hur den fungerar i realtid. Den krets som jag bygger är en 12V lampa. Denna lampa förbrukar cirka 650 mA under normal driftspänning på 12 V. Vi kommer att utforma kofotkretsen för att kontrollera om spänningen överstiger 12V och om den gör det kommer vi att kortsluta SCR och därmed blåsa ut säkringen. Så här har jag använt en 12V Zener-diod och TYN612-tyristor. Säkringen är monterad inuti en säkringshållare, här har vi använt Cartridge Fuse med 500mA-betyg. Hela installationen visas på bilden nedan

Jag har använt en RPS för att kontrollera ingångsspänningen, initialt testades installationen med 12V och den fungerar bra genom att sätta på lampan. Senare höjs spänningen med hjälp av RPS-ratten, vilket skapar en kortslutning genom SCR och blåser säkring som också stänger av lampan och isolerar den från strömförsörjningen. Hela arbetet kan också kontrolleras i videon längst ner på denna sida.

Begränsningar av Crowbar Circuit

Även om kretsen används i stor utsträckning kommer den med sina egna begränsningar som listas nedan

• Kretsens överspänningsvärde beror helt enkelt på Zener-spänningsvärdet, och endast få värden på Zener-dioder är tillgängliga.
• Kretsen utsätts också för bullerproblem; detta ljud kan ofta skapa en falsk utlösare och spränga säkringen.
• I händelse av överspänning blåser kretsen säkringen och kräver senare manuell hjälp för att köra lasten igen när spänningen blir normal.
• Säkringen är en mekanisk säkring som måste bytas ut och därmed förbrukar tid, pengar och pengar.