Надежность любого электронного устройства зависит от того, насколько хорошо спроектированы схемы аппаратной защиты. Конечный пользователь (потребитель) склонен к ошибкам, и хороший разработчик оборудования несет ответственность за защиту своего оборудования от любых сбоев. Существует множество типов схем защиты, каждая из которых имеет свои специфические области применения. Наиболее распространенными типами схем защиты являются схема защиты от перенапряжения, схема защиты от обратной полярности, защита от перенапряжения и схемы защиты от шума. В этом уроке мы обсудим схему лома, которая представляет собой тип схемы защиты от перенапряжения и обычно используется в электронных устройствах. Мы также практически создадим эту схему и проверим, как она работает в реальной жизни.
Необходимые материалы
- Предохранитель
- Стабилитрон
- Тиристор
- Конденсаторы
- Резисторы
- Диод Шоттки
Принципиальная схема лома
Принципиальная схема цепи лома очень проста, ее легко построить и реализовать, что делает ее экономически эффективным и быстрым решением. Полная принципиальная схема лома показана ниже.
Здесь входное напряжение (синий зонд) - это напряжение, которое необходимо контролировать, и схема предназначена для отключения питания, когда напряжение питания превышает 9,1 В. Мы обсудим функции каждого компонента в рабочем разделе ниже.
Работа цепи лома
Схема лома контролирует входное напряжение и, когда оно превышает предел, создает короткое замыкание на линиях электропередач и взрывает предохранитель. Как только предохранитель перегорел, источник питания отключился от нагрузки, что предотвратило высокое напряжение. Схема работает, создавая прямое короткое замыкание на линиях электропередач, как если бы лом был брошен между линиями электропередач цепи. Отсюда и свое культовое название схема лома.
Напряжение, при превышении которого цепь должна создать короткое замыкание, зависит от напряжения стабилитрона. Схема состоит из SCR, который напрямую подключен к входному напряжению и заземлению схемы, но этот SCR по умолчанию находится в выключенном состоянии, заземляя вывод затвора SCR. Когда входное напряжение превышает напряжение стабилитрона, стабилитрон начинает проводить и, следовательно, напряжение подается на вывод затвора тринистора, заставляя его замкнуть соединение между входным напряжением и землей, создавая короткое замыкание. Это короткое замыкание потребляет максимальный ток от источника питания и взрывает предохранитель, изолирующий источник питания от нагрузки. Полную работу также можно легко понять, посмотрев на изображение в формате GIF выше. Вы также можете найти демонстрационное видео в конце этого урока.
На изображении выше показано, как цепь лома точно реагирует при возникновении состояния перенапряжения. Как вы можете видеть, стабилитрон здесь рассчитан на 9,1 В, но входное напряжение превышает это значение и в настоящее время составляет 9,75 В. Таким образом, стабилитрон открывается и начинает проводить ток, подавая напряжение на вывод затвора SCR. Затем SCR начинает проводить, замыкая входное напряжение и землю и, таким образом, взрывает предохранитель из-за максимального потребления тока, как показано на GIF выше. Функция каждого компонента в этой схеме поясняется ниже.
Предохранитель: Предохранитель - жизненно важный компонент в этой цепи. Номинал предохранителя всегда должен быть меньше максимального номинального тока SCR и больше тока, потребляемого нагрузкой. Мы также должны убедиться, что источник питания может обеспечивать достаточный ток, чтобы сломать предохранитель в случае отказа.
Конденсатор 0,1 мкФ: это фильтрующий конденсатор; он удаляет пики и другие помехи, подобные гармоникам, из напряжения питания, чтобы предотвратить ложное срабатывание схемы.
Стабилитрон 9,1 В: этот диод определяет значение перенапряжения, поскольку здесь мы использовали стабилитрон 9,1 В, схема будет реагировать на любое напряжение, превышающее пороговое значение 9,1 В. Конструктор может выбрать номинал этого резистора в соответствии со своими потребностями.
Резистор 1 кОм: это просто понижающий резистор, который удерживает вывод затвора SCR на земле и, таким образом, удерживает его выключенным, пока стабилитрон не начнет проводить.
Конденсатор 47 нФ: для каждого переключателя питания, такого как SCR, требуется демпферная цепь для подавления скачков напряжения во время переключения и предотвращения ложного срабатывания SCR. Здесь мы только что использовали конденсатор для работы. Емкость конденсатора должна быть достаточной для фильтрации шума, потому что высокое значение емкости увеличит задержку, при которой тиристор начинает проводить после подачи импульса затвора.
Тиристор (SCR): Тиристор отвечает за создание короткого замыкания на шинах питания. Следует позаботиться о том, чтобы тиристор мог выдерживать такое большое значение тока, проходящего через него, чтобы перегореть предохранитель и повредить себя. Напряжение затвора тринистора должно быть меньше напряжения пробоя стабилитрона. Узнайте больше о тиристоре здесь.
Диод Шоттки: этот диод не является обязательным и используется только в целях защиты. Это гарантирует, что мы не получим обратный ток со стороны нагрузки, который может повредить схему защиты. Вместо обычного диода используется диод Шоттки, потому что на нем меньше падение напряжения.
Оборудование
Теперь, когда мы поняли теорию, лежащую в основе схемы лома, пора перейти к самой интересной части. Это фактически создание схемы на макетной плате и проверка ее работы в реальном времени. Схема, что я строю для лампочки 12V. Эта лампа потребляет около 650 мА при нормальном рабочем напряжении 12 В. Мы разработаем схему лома, чтобы проверить, превышает ли напряжение 12 В, и если это так, мы закоротим SCR и, таким образом, перегорим предохранитель. Итак, здесь я использовал стабилитрон 12 В и тиристор TYN612. Предохранитель установлен внутри держателя предохранителя, здесь мы использовали предохранитель с картриджем номиналом 500 мА. Полная настройка показана на картинке ниже.
Я использовал RPS для управления входным напряжением, изначально установка тестировалась с напряжением 12 В, и она отлично работает при включении лампы. Позже напряжение повышается с помощью ручки RPS, тем самым создавая короткое замыкание через SCR и перегорая предохранитель, который также выключает лампочку и изолирует ее от источника питания. Полную работу также можно увидеть на видео внизу этой страницы.
Ограничения цепи лома
Хотя схема широко используется, она имеет свои ограничения, перечисленные ниже.
- Значение перенапряжения в цепи зависит исключительно от значения напряжения стабилитрона, и доступны лишь некоторые значения стабилитрона.
- Схема также подвержена проблемам с шумом; этот шум часто может вызвать ложное срабатывание и взорвать предохранитель.
- В случае перенапряжения в цепи перегорает предохранитель, и позже требуется ручная помощь, чтобы снова запустить нагрузку, когда напряжение станет нормальным.
- Предохранитель представляет собой механический предохранитель, который необходимо заменять и, следовательно, требует усилий, времени и денег.