Obvod páčidla

Spoľahlivosť ľubovoľného elektronického zariadenia závisí od toho, ako dobre boli navrhnuté hardvérové ​​ochranné obvody. Koncový užívateľ (spotrebiteľ) je náchylný robiť chyby a je v zodpovednosti dobrého dizajnéra hardvéru, aby ochránil svoj hardvér pred akýmikoľvek nehody. Existuje dostatok druhov ochranných obvodov, z ktorých každý má svoje vlastné špecifické aplikácie. Najbežnejším typom ochranných obvodov sú obvody na ochranu proti prepätiu, obvody na ochranu proti prepólovaniu, prúdové ochrany a obvody na ochranu proti hluku. V tomto výučbe sa budeme zaoberať obvodom Crowbar, ktorý je typom obvodu proti prepätiu a bežne sa používa v elektronických zariadeniach. Tento obvod tiež prakticky vytvoríme a overíme, ako funguje v reálnom živote.

Potrebné materiály

• Poistka
• Zenerova dióda
• Tyristor
• Kondenzátory
• Rezistory
• Schottkyho dióda

Schéma zapojenia páčidla

Schéma zapojenia obvodu s páčidlom je veľmi jednoduchá a ľahko sa zostavuje a implementuje, čo z neho robí nákladovo efektívne a rýchle riešenie. Kompletná schéma zapojenia páčidla je uvedená nižšie.

Tu je vstupné napätie (modrá sonda) napätie, ktoré sa musí monitorovať, a obvod je navrhnutý tak, aby prerušil napájanie, keď napájacie napätie presahuje 9,1V. V nasledujúcej pracovnej časti si povieme o funkcii každého komponentu.

Fungovanie obvodu páčidla

Obvod páčidla monitoruje vstupné napätie a pri prekročení limitu vytvorí skrat cez elektrické vedenie a vybuchne poistku. Po prepálení poistky sa napájací zdroj odpojí od záťaže a zabráni sa tak vysokému napätiu. Obvod funguje tak, že sa vytvorí priamy skrat cez elektrické vedenie, ako keby medzi elektrické vedenie obvodu spadol páčidlo. Preto získava svoj ikonický názov páčidlového okruhu.

Napätie, nad ktorým by obvod mal vytvoriť skrat, závisí od Zenerovho napätia. Obvod sa skladá z SCR, ktorý je priamo pripojený cez vstupné napätie a zem obvodu, ale tento SCR je štandardne udržiavaný vo vypnutom stave uzemnením hradlového kolíka SCR. Keď vstupné napätie prekročí Zenerovo napätie, Zenerova dióda začne viesť, a preto sa na kolík Gate SCR privádza napätie, čo umožňuje ukončiť spojenie medzi vstupným napätím a zemou, čím sa vytvorí skrat. Tento skrat odoberie maximálny prúd z napájacieho zdroja a vybuchne poistku oddeľujúcu napájací zdroj od záťaže. Celé fungovanie možno ľahko pochopiť aj pri pohľade na obrázok GIF vyššie. Môžete tiež nájsť ukážkové video na konci tohto tutoriálu.

Vyššie uvedený obrázok predstavuje to, ako obvod páčidla reaguje presne, keď dôjde k stavu prepätia. Ako vidíte, Zenerova dióda je dimenzovaná na 9,1 V, ale vstupné napätie presahuje hodnotu a momentálne je na 9,75 V. Zenerova dióda sa teda otvorí a začne viesť dodaním napätia do hradlového kolíka SCR. SCR potom začne viesť skratom vstupného napätia a uzemnenia, a tak vyhodí poistku do vzduchu kvôli maximálnemu odberu prúdu, ako je znázornené vyššie v GIF. Ďalej je vysvetlená funkcia každého komponentu v tomto obvode.

Poistka: Poistka je dôležitou súčasťou v tomto obvode. Menovitý výkon poistky by mal byť vždy nižší ako maximálny prúdový prúd SCR a viac ako prúd spotrebovaný záťažou. Mali by sme sa tiež ubezpečiť, že napájací zdroj môže dodávať dostatok prúdu na to, aby sa poistka v prípade zlyhania pretrhla.

Kondenzátor 0,1 uF: Toto je filtračný kondenzátor; odstraňuje hroty a iný šum ako harmonické z napájacieho napätia, aby sa zabránilo nesprávnemu spusteniu obvodu.

Zenerova dióda 9,1 V: Táto dióda rozhoduje o hodnote prepätia, pretože tu sme použili zenerovu diódu 9,1 V, obvod bude reagovať na akékoľvek napätie, ktoré je nad jeho prahovou hodnotou 9,1 V. Návrhár si môže zvoliť hodnotu tohto odporu podľa svojich potrieb.

1K rezistor: Toto je iba sťahovací rezistor, ktorý drží pin hradla SCR na zemi a tým ho udržuje vypnutý, kým nezačne Zenerov viesť.

47nF kondenzátor: Každý prepínač napájania, ako napríklad SCR, vyžaduje tlmiaci obvod na potlačenie napäťových špičiek počas spínania a na zabránenie nesprávnemu spusteniu SCR. Tu sme na vykonanie práce práve použili kondenzátor. Hodnota kondenzátora by mala byť dostatočná na filtrovanie šumu, pretože vysoká hodnota kapacity zvýši oneskorenie, s ktorým začne SCR vykonávať po použití impulzu brány.

Tyristor (SCR): Tyristor je zodpovedný za vytvorenie skratu cez napájacie koľajnice. Je potrebné dbať na to, aby SCR cez ňu zvládol takú vysokú hodnotu prúdu, aby prepálil poistku a poškodil sa. Gateové napätie SCR by malo byť menšie ako Zenerovo prierazné napätie. Viac informácií o tyristore sa dozviete tu.

Schottkyho dióda: Táto dióda nie je povinná a slúži iba na ochranné účely. Zaisťuje, aby sme zo strany záťaže nedostali spätný prúd, ktorý by mohol poškodiť ochranný obvod. Namiesto bežnej diódy sa používa Schottkyho dióda, pretože má na nej menší pokles napätia.

Hardware

Teraz, keď sme pochopili teóriu za obvodom Páčidlo, je čas sa pustiť do zábavnej časti. To je vlastne budovanie okruhu na vrchole chleba a kontrola jeho fungovania v reálnom čase. Obvod, ktorý staviam je pre 12V žiarovky. Táto žiarovka spotrebuje pri bežnom prevádzkovom napätí 12 V asi 650 mA. Navrhneme obvod páčidla, aby sme skontrolovali, či napätie presahuje 12V a ak to urobíme, skratujeme SCR a tým vypálime poistku. Takže tu som použil 12V Zenerovu diódu a tyristor TYN612. Poistka je namontovaná vo vnútri držiaka poistky, tu sme použili kazetovú poistku s hodnotou 500 mA. Kompletné nastavenie je zobrazené na obrázku nižšie

Na riadenie vstupného napätia som použil RPS, pôvodne je nastavenie testované na 12V a po zapnutí žiarovky to funguje dobre. Neskôr sa napätie zvýši pomocou ovládača RPS, čím sa vytvorí skrat cez SCR a prepálenie poistky, ktorá tiež vypne žiarovku a izoluje ju od napájacieho zdroja. Celú prácu je možné skontrolovať aj vo videu v dolnej časti tejto stránky.

Obmedzenia obvodu páčidla

Aj keď je obvod široko používaný, prichádza s vlastnými obmedzeniami, ktoré sú uvedené nižšie

• Hodnota prepätia obvodu závisí čisto od hodnoty Zenerovho napätia a je k dispozícii iba niekoľko hodnôt Zenerovej diódy.
• Obvod je tiež vystavený problémom s hlukom; tento hluk môže často spôsobiť falošný spúšťač a vyhodiť poistku do vzduchu.
• V prípade prepätia obvod prepáli poistku a neskôr vyžaduje manuálnu pomoc, aby sa záťaž znovu rozbehla, keď sa napätie vráti do normálu.
• Poistka je mechanická poistka, ktorú treba vymeniť, a preto vyžaduje veľa času, času a peňazí.