Предохранитель - жизненно важное защитное устройство для многих электронных устройств. Они просто контролируют ток, потребляемый цепью / нагрузкой, и в случае небезопасного тока, протекающего по цепи, предохранитель сгорит сам и, таким образом, предотвратит повреждение нагрузки / цепи этим высоким током. Этот тип предохранителя называется механическим предохранителем, и существует много типов предохранителей, таких как быстрый, медленный и т. Д., Но у них есть один общий недостаток. Если предохранитель перегорел, его должен заменить потребитель / оператор, чтобы устройство снова работало нормально. Это причина, по которой многие старые электронные устройства, такие как тостеры или электрические чайники, имели запасной предохранитель, поставляемый вместе с продуктом.
Чтобы преодолеть этот недостаток, в большинстве современных электронных устройств используются электронные предохранители. Электронный предохранитель служит той же цели, что и механический предохранитель, но не требует замены. Внутри него находится силовой электронный переключатель, который замыкает и размыкает цепь по мере необходимости. В маловероятном случае сбоя выключатель размыкает цепь и изолирует ее от источника питания, как только благоприятные условия вернутся, предохранитель можно сбросить, просто нажав кнопку. Нет проблем с покупкой предохранителя подходящего номинала и заменой его на старый. Интересно, правда? !! Итак, в этом уроке мы узнаем, как построить схему электронного предохранителя, как она работает и как вы можете использовать ее в своих проектах.
Схема электронного предохранителя:
Полная принципиальная схема цепи электронного предохранителя показана ниже. Как показано на схеме, в ней задействовано всего несколько схем, поэтому ее легко сконструировать и реализовать в наших проектах.
Здесь построена схема для контроля рабочего тока двигателя (НАГРУЗКА), который работает от 12 В. Вы можете заменить нагрузку любой цепью, ток которой вы пытаетесь контролировать. Резистор R1 определяет, какой ток может быть пропущен через цепь, прежде чем схема среагирует на сценарий перегрузки по току. Мы обсудим функциональность каждого компонента и способы выбора значений в соответствии с вашими требованиями.
За работой:
Рабочей электронной схемы предохранителей можно легко понять, если взглянуть на, как работает SCR. В нормальных условиях пользователь должен нажать кнопку, чтобы подключить нагрузку к источнику питания. Когда кнопка нажата, вывод затвора SCR подключается к источнику напряжения через резистор 1 кОм. Это запустит SCR и, таким образом, заставит его закрыть соединение между катодом и анодным выводом. Как только соединение закрывается, ток начинает течь от источника (+12 В) к нагрузке через контакт анод-катод SCR.
Когда кнопка будет отпущена, тиристор останется включенным, поскольку для его выключения нет цепи коммутации. Таким образом, SCR фиксируется в состоянии ON и остается там до тех пор, пока ток, хотя он не станет ниже, чем ток удержания SCR.
Что подразумевается под коммутацией в тиристорах (SCR)?
Тиристор, однажды включенный сигналом, не выключится сам по себе, когда сигнал будет удален. Итак, чтобы выключить тиристор, нам нужна внешняя схема, и эта схема называется схемой коммутации. Процесс включения тиристора путем подачи импульса затвора называется запуском, а процесс выключения тиристора называется коммутацией.
Что держит ток в тиристоре (SCR)?
Удерживающий ток (не путайте его с током фиксации) - это минимальное значение тока, которое должно протекать через анодный и катодный вывод тиристора, чтобы он оставался включенным. Если значение тока становится ниже этого значения, тиристор выключается сам по себе без какой-либо внешней коммутации.
В нашей схеме используется тиристор TYN612, который имеет максимальный ток удержания 30 мА (см. Техническое описание, чтобы узнать значение), поэтому, если ток, протекающий через анод и катод, становится меньше 30 мА, тиристор автоматически отключается. Таким образом изолируется питание от нагрузки.
Резистор R1 (0,2 Ом) и транзистор (2N2222A) играют жизненно важную роль в отключении SCR. В нормальных условиях, когда нагрузка (двигатель) работает, он пропускает ток через резистор R1. Согласно закону Ома падение напряжения на резисторе можно рассчитать по формуле
Напряжение на резисторе = Ток в цепи x Значение резистора
Таким образом, согласно формулам падение напряжения на резисторе прямо пропорционально току, протекающему по цепям. По мере увеличения тока падение напряжения на резисторе также будет увеличиваться, когда это падение напряжения превышает значение 0,7 В. Транзистор включается, потому что резистор подключен непосредственно к выводам базы и эмиттера транзистора. Когда транзистор закрывается, полный ток, необходимый для схемы, протекает через транзистор на мгновение, в течение которого SCR выключается, поскольку ток через него упал ниже удерживающего тока, а падение напряжения на резисторе также достигает 0 В, поскольку через него не протекает ток.. Наконец, транзистор и SCR отключаются, а нагрузка (двигатель) также изолирована от источника питания.Полная работа также проиллюстрирована с помощью изображения в формате GIF ниже.
Амперметр помещается через резистор, чтобы контролировать ток, протекающий через вывод анода-катода SCR. Этот ток не должен опускаться ниже удерживающего тока SCR (удерживающий ток для SCR в моделировании составляет 5 мА), если он упадет ниже этого значения, SCR выключится. Кроме того, на резисторе 150 Ом помещается вольтметр, чтобы контролировать напряжение на нем и проверять, срабатывает ли транзистор NPN перед закрытием тринистора.
Оборудование:
Как было сказано ранее, эта схема имеет минимальное количество компонентов, в нее входят один тиристор, один транзистор и пара резисторов. Следовательно, его можно легко проанализировать, построив его на макете. Опять же, это зависит от вашего приложения. Если вы планируете что-то более 2А, то макетная плата не рекомендуется. Я построил схему электронного предохранителя на макетной плате, и она выглядела примерно так, как показано ниже.
Как вы можете видеть на изображении, я использовал светодиодную ленту в качестве нагрузки, вы можете использовать другую нагрузку или даже подключить свою схему, которая должна быть защищена. Чтобы подключить нагрузку к источнику питания, мы должны нажать кнопку, которая включит SCR. Также обратите внимание, что я использовал резистор 2 Вт 0,2 Ом в качестве моего R2, так как мы должны допускать большое значение тока, всегда важно учитывать номинальную мощность этого резистора.
Поскольку я не смог создать состояние неисправности, увеличив номинальный ток, я уменьшил напряжение, чтобы создать неисправность и, таким образом, уменьшить ток через тиристор. В качестве альтернативы вы также можете замкнуть контакт коллектор-эмиттер транзистора с помощью провода, чтобы ток протекал через провод, а не через SCR, и, таким образом, SCR отключится. После того, как неисправность будет устранена, цепь можно снова включить, просто нажав кнопку, как раньше. Полная работа схемы также показана на видео ниже. Надеюсь, вы поняли схему и получили удовольствие от ее изучения. Если у вас есть какие-либо сомнения, пожалуйста, не стесняйтесь размещать их в разделе комментариев ниже или использовать форумы для технической помощи.
Ограничения:
Как и все схемы, у этого есть определенные ограничения. Если вы думаете, что это повлияет на ваш дизайн, вам следует найти альтернативу.
- Весь ток нагрузки протекает через резистор R2, следовательно, на нем происходит потеря мощности. Следовательно, эта схема не подходит для приложений с батарейным питанием.
- Номинальный ток, на который рассчитан предохранитель, не будет точным, поскольку каждый резистор будет немного отличаться, и по мере старения свойства резистора также изменятся.
- Эта схема не будет реагировать на внезапные выбросы тока, поскольку транзистору требуется некоторое время, чтобы отреагировать на изменения.