Obwód łomu

Niezawodność każdego urządzenia elektronicznego zależy od tego, jak dobrze zostały zaprojektowane obwody zabezpieczające sprzęt. Użytkownik końcowy (konsument) jest podatny na błędy, a dobry projektant sprzętu jest odpowiedzialny za ochronę swojego sprzętu przed wszelkimi nieszczęściami. Istnieje wiele typów obwodów zabezpieczających, z których każdy ma swoje specyficzne zastosowania. Najpopularniejszym rodzajem obwodów zabezpieczających są obwód zabezpieczający przed przepięciem, obwód zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją, zabezpieczenie przeciwprzepięciowe i obwody zabezpieczające przed szumami. W tym samouczku omówimy obwód łomu, który jest rodzajem obwodu ochrony przeciwprzepięciowej i jest powszechnie stosowany w urządzeniach elektronicznych. Praktycznie też stworzymy ten obwód i sprawdzimy, jak działa w prawdziwym życiu.

Wymagane materiały

• Bezpiecznik
• Dioda Zenera
• Tyrystor
• Kondensatory
• Rezystory
• Dioda Schottky'ego

Schemat obwodu łomu

Schemat obwodu łomu jest bardzo prosty i łatwy do zbudowania i wdrożenia, co czyni go ekonomicznym i szybkim rozwiązaniem. Pełny schemat obwodu łomu pokazano poniżej.

Tutaj napięcie wejściowe (niebieska sonda) jest napięciem, które ma być monitorowane, a obwód jest zaprojektowany tak, aby odcinał zasilanie, gdy napięcie zasilania przekroczy 9,1V. Omówimy funkcję każdego komponentu w sekcji roboczej poniżej.

Działanie obwodu łomu

Obwód łomu monitoruje napięcie wejściowe, a gdy przekracza limit , powoduje zwarcie w liniach zasilających i przepala bezpiecznik. Po przepaleniu bezpiecznika zasilacz zostanie odłączony od obciążenia, chroniąc w ten sposób przed wysokim napięciem. Obwód działa poprzez tworzenie bezpośredniego zwarcia na liniach energetycznych, tak jakby łom został upuszczony między liniami energetycznymi obwodu. Stąd jego kultowa nazwa obwodu łomu.

Napięcie, przy którym obwód powinien spowodować zwarcie, zależy od napięcia Zenera. Obwód składa się z tyrystora, który jest bezpośrednio podłączony do napięcia wejściowego i masy obwodu, ale ten tyrystor jest domyślnie utrzymywany w stanie wyłączonym poprzez uziemienie styku bramki tyrystora tyrystora. Kiedy napięcie wejściowe przekracza napięcie Zenera, dioda Zenera zaczyna przewodzić, a zatem napięcie jest dostarczane do styku bramki tyrystora, powodując zamknięcie połączenia między napięciem wejściowym a masą, tworząc w ten sposób zwarcie. To zwarcie pociągnie maksymalny prąd z zasilacza i spowoduje przepalenie bezpiecznika izolującego zasilacz od obciążenia. Całość pracy można również łatwo zrozumieć, patrząc na powyższy obraz GIF. Możesz również znaleźć film demonstracyjny na końcu tego samouczka.

Powyższy obraz pokazuje, jak obwód łomu dokładnie reaguje, gdy wystąpi stan przepięcia. Jak widać, dioda Zenera ma tutaj napięcie znamionowe 9,1 V, ale napięcie wejściowe przekroczyło tę wartość i wynosi obecnie 9,75 V. Tak więc dioda Zenera otwiera się i zaczyna przewodzić, dostarczając napięcie do styku bramki SCR. SCR następnie zaczyna przewodzić, zwierając napięcie wejściowe i uziemienie, a tym samym przepala bezpiecznik z powodu maksymalnego poboru prądu, jak pokazano na GIF powyżej. Działanie każdego elementu w tym obwodzie jest wyjaśnione poniżej.

Bezpiecznik: Bezpiecznik jest istotnym elementem tego obwodu. Wartość znamionowa bezpiecznika powinna zawsze być mniejsza niż maksymalny prąd znamionowy tyrystora i większa niż prąd pobierany przez obciążenie. Powinniśmy również upewnić się, że zasilacz może dostarczyć wystarczającą ilość prądu, aby przerwać bezpiecznik w przypadku awarii.

Kondensator 0,1 uF: jest to kondensator filtrujący; usuwa skoki i inne szumy, takie jak harmoniczne z napięcia zasilania, aby zapobiec fałszywemu wyzwalaniu obwodu.

Dioda Zenera 9,1 V: Ta dioda decyduje o wartości przepięcia, ponieważ tutaj użyliśmy diody Zenera 9,1 V, obwód będzie reagował na każde napięcie, które przekracza jego wartość progową 9,1 V. Projektant może dobrać wartość tego rezystora do swoich potrzeb.

Rezystor 1K: Jest to po prostu rezystor obniżający, który utrzymuje styk bramki SCR do masy, a tym samym utrzymuje go w stanie wyłączonym, dopóki Zener nie zacznie przewodzić.

Kondensator 47nF: Każdy przełącznik zasilania, taki jak SCR, wymaga obwodu tłumiącego, aby tłumić skoki napięcia podczas przełączania i zapobiegać fałszywemu wyzwalaniu SCR. Tutaj właśnie użyliśmy kondensatora do wykonania tej pracy. Wartość kondensatora powinna wystarczyć do odfiltrowania szumu, ponieważ wysoka wartość pojemności zwiększy opóźnienie, z jakim SCR zacznie przewodzić po zastosowaniu impulsu Gate.

Tyrystor (SCR): Tyrystor jest odpowiedzialny za tworzenie zwarcia na szynach zasilających. Należy uważać, aby tyrystor był w stanie obsłużyć tak wysoką wartość prądu przez niego, aby przepalić bezpiecznik i sam się uszkodzić. Napięcie bramki tyrystora powinno być mniejsze niż napięcie przebicia Zenera. Dowiedz się więcej o tyrystorze tutaj.

Dioda Schottky'ego: Ta dioda nie jest obowiązkowa i służy wyłącznie do celów ochronnych. Daje to pewność, że od strony obciążenia nie dostaniemy prądu wstecznego, który mógłby spowodować uszkodzenie obwodu zabezpieczającego. Dioda Schottky'ego jest używana zamiast zwykłej diody, ponieważ ma mniejszy spadek napięcia na niej.

Sprzęt komputerowy

Teraz, gdy zrozumieliśmy teorię związaną z obwodem łomu, czas przejść do części zabawnej. To właściwie jest budowanie obwodu na szczycie deski do chleba i sprawdzanie, jak działa w czasie rzeczywistym. Obwód, który buduję dla żarówki 12V. Ta żarówka zużywa około 650 mA przy normalnym napięciu roboczym 12 V. Zaprojektujemy obwód łomu, aby sprawdzić, czy napięcie przekracza 12 V, a jeśli tak, to zwieramy SCR i przepalamy bezpiecznik. Tutaj użyłem diody Zenera 12V i tyrystora TYN612. Bezpiecznik jest zamontowany wewnątrz uchwytu bezpiecznika, tutaj użyliśmy bezpiecznika kasetowego o wartości 500 mA. Pełną konfigurację pokazano na poniższym obrazku

Użyłem RPS do kontroli napięcia wejściowego, początkowo konfiguracja jest testowana z napięciem 12V i działa dobrze po włączeniu żarówki. Później napięcie jest podnoszone za pomocą pokrętła RPS, powodując zwarcie przez tyrystor i przepalenie bezpiecznika, który również wyłącza żarówkę i izoluje ją od zasilania. Cała praca może być również sprawdzona w filmie na dole tej strony.

Ograniczenia obwodu łomu

Chociaż obwód jest szeroko stosowany, ma swoje własne ograniczenia, które wymieniono poniżej

• Wartość przepięcia obwodu zależy wyłącznie od wartości napięcia Zenera, a dostępnych jest tylko kilka wartości diody Zenera.
• Obwód jest również narażony na problemy z hałasem; hałas ten często może wywołać fałszywy spust i przepalić bezpiecznik.
• W przypadku przepięcia obwód przepala bezpiecznik, a później wymaga ręcznej pomocy, aby ponownie uruchomić obciążenie, gdy napięcie wróci do normy.
• Bezpiecznik to bezpiecznik mechaniczny, który należy wymienić, a tym samym pochłania wysiłek, czas i pieniądze.