Bezpiecznik jest podstawowym urządzeniem ochronnym wielu urządzeń elektronicznych. Po prostu monitorują prąd pobierany przez obwód / obciążenie, aw przypadku niebezpiecznego prądu płynącego przez obwód bezpiecznik sam się przepali, zapobiegając w ten sposób uszkodzeniu obciążenia / obwodu przez ten wysoki prąd. Ten typ bezpiecznika nazywany jest bezpiecznikiem mechanicznym i istnieje wiele typów bezpieczników, takich jak szybki, powolny itp., Ale mają one jedną wspólną wadę. Kiedy bezpiecznik jest spalony, musi zostać wymieniony przez konsumenta / operatora, aby urządzenie znów działało normalnie. Z tego powodu wiele starych urządzeń elektronicznych, takich jak toster czy czajnik elektryczny, miało w zestawie zapasowy bezpiecznik.
Aby przezwyciężyć tę wadę, większość nowoczesnych urządzeń elektronicznych wykorzystuje bezpiecznik elektroniczny. Bezpiecznik elektroniczny służy do tego samego celu co bezpiecznik mechaniczny, ale nie wymaga wymiany. Wewnątrz znajduje się elektroniczny wyłącznik mocy, który w razie potrzeby zamyka i otwiera obwód. W mało prawdopodobnym przypadku awarii wyłącznik otwiera obwód i odłącza go od zasilania, po przywróceniu korzystnego stanu bezpiecznik można zresetować, klikając przycisk. Nie ma kłopotu z zakupem bezpiecznika o odpowiedniej wartości i wymianą go na stary. Ciekawe prawda? !! Dlatego w tym samouczku nauczymy się, jak zbudować obwód bezpiecznika elektronicznego, jak to działa i jak można go użyć w swoich projektach.
Schemat obwodu bezpiecznika elektronicznego:
Pełny schemat obwodu elektronicznego obwodu bezpiecznika przedstawiono poniżej. Jak pokazano na schemacie, obejmuje tylko kilka obwodów, dzięki czemu jest łatwy do skonstruowania i wdrożenia w naszych projektach.
Tutaj obwód jest skonstruowany w celu monitorowania prądu roboczego silnika (LOAD), który działa przy napięciu 12V. Możesz zastąpić obciążenie dowolnym obwodem, którego prąd próbujesz monitorować. Rezystor R1 określa, ile prądu może przepuścić obwód, zanim obwód zareaguje na scenariusz przetężenia. Omówimy funkcjonalność każdego komponentu i sposób doboru wartości w oparciu o Twoje wymagania.
Pracujący:
Działanie elektronicznego obwodu bezpiecznika można łatwo zrozumieć, przyglądając się, jak działa SCR. W normalnych warunkach użytkownik musi nacisnąć przycisk, aby podłączyć obciążenie do zasilania. Po naciśnięciu przycisku styk bramki tyrystora SCR jest podłączony do źródła napięcia przez rezystor 1K. Spowoduje to wyzwolenie SCR, a tym samym spowoduje zamknięcie połączenia między katodą a pinem anody. Po zamknięciu połączenia prąd zaczyna płynąć ze źródła (+ 12V) do obciążenia przez pin anodowy do katody tyrystora.
Po zwolnieniu przycisku tyrystor pozostanie włączony, ponieważ nie ma obwodu komutacyjnego, który mógłby go wyłączyć. W ten sposób SCR zostaje zablokowany w stanie WŁĄCZENIA i pozostaje tam, dopóki prąd nie będzie płynął, chociaż spadnie poniżej prądu podtrzymania tyrystora.
Co oznacza komutacja w tyrystorach (SCR)?
Tyrystor raz włączony przez sygnał nie wyłączy się samoczynnie po usunięciu sygnału. Tak więc, aby wyłączyć tyrystor, potrzebujemy jakiegoś zewnętrznego obwodu, który nazywa się obwodem komutacyjnym. Proces włączania tyrystora poprzez dostarczenie impulsu bramki nazywany jest wyzwalaniem, a proces wyłączania tyrystora nazywany jest komutacją.
Co to jest prąd podtrzymujący w tyrystorze (SCR)?
Prąd podtrzymania (nie mylić tego z prądem zatrzasku) to minimalna wartość prądu, który powinien przepływać przez pin anodowy i katodowy tyrystora, aby był włączony. Jeśli wartość prądu spadnie poniżej tej wartości, tyrystor wyłącza się samoczynnie bez jakiejkolwiek zewnętrznej komutacji.
SCR używany w naszym obwodzie to TYN612, który ma maksymalny prąd trzymania 30 mA (zapoznaj się z arkuszem danych, aby poznać wartość), więc jeśli prąd przepływający przez anodę i katodę spadnie poniżej 30 mA, SCR wyłączy się. W ten sposób izoluje moc od obciążenia.
Rezystor R1 (0,2 oma) i tranzystor (2N2222A) odgrywają istotną rolę w wyłączaniu SCR. W normalnych warunkach, gdy obciążenie (silnik) pracuje, pobiera prąd przez rezystor R1. Zgodnie z prawem Ohma spadek napięcia na rezystorze można obliczyć według wzoru
Napięcie na rezystorze = prąd przepływający przez obwód x wartość rezystora
Zatem zgodnie ze wzorami spadek napięcia na rezystorze jest wprost proporcjonalny do prądu przepływającego przez obwody. Wraz ze wzrostem prądu spadek napięcia na rezystorze również wzrośnie, gdy ten spadek napięcia przekroczy wartość 0,7V. Tranzystor zostaje włączony, ponieważ rezystor jest podłączony bezpośrednio między stykami bazy i emitera tranzystora. Kiedy tranzystor zamyka się, cały prąd wymagany dla obwodu przepływa przez tranzystor na chwilę, podczas którego tyrystor jest wyłączany, ponieważ prąd przez niego spada poniżej prądu podtrzymania, a spadek napięcia na rezystorze również osiąga 0 V, ponieważ nie przepływa przez niego prąd. Wreszcie tranzystor i SCR są wyłączane, a obciążenie (silnik) jest również izolowane od zasilania.Cała praca jest również zilustrowana za pomocą poniższego obrazu GIF.
Amperomierz jest umieszczany przez rezystor w celu monitorowania prądu przepływającego przez zacisk anodowo-katodowy tyrystora. Ten prąd nie powinien spaść poniżej prądu trzymania tyrystora (prąd trzymania tyrystora w symulacji wynosi 5 mA), jeśli spadnie poniżej tej wartości tyrystor wyłączy się. Woltomierz jest również umieszczony na rezystorze 150 omów w celu monitorowania napięcia na nim i sprawdzenia, czy tranzystor NPN jest wyzwalany przed zamknięciem tyrystora.
Sprzęt komputerowy:
Jak wspomniano wcześniej, obwód ten ma minimalną liczbę elementów, zawiera jeden SCR, jeden tranzystor i kilka rezystorów. Dlatego można go łatwo przeanalizować, budując go na płytce stykowej. Ponownie, zależy to od aplikacji. Jeśli planujesz cokolwiek, co jest większe niż 2A, nie zaleca się stosowania płytki prototypowej. Układam bezpiecznik elektroniczny buduję na płytce chleba i poniżej wyglądało to mniej więcej tak.
Jak widać na obrazku, użyłem paska LED jako mojego obciążenia, możesz użyć innego obciążenia lub nawet podłączyć obwód, który ma być chroniony. Aby podłączyć obciążenie do zasilania, musimy wcisnąć przycisk, który włączy SCR. Zwróć również uwagę, że użyłem rezystora 2W 0,2 Ohm jako mojego R2, ponieważ musimy pozwolić na dużą wartość prądu, zawsze ważne jest, aby wziąć pod uwagę moc znamionową tego rezystora.
Ponieważ nie byłem w stanie stworzyć stanu zwarcia poprzez zwiększenie prądu znamionowego, zmniejszyłem napięcie, aby wywołać uszkodzenie, a tym samym zmniejszyć prąd płynący przez SCR. Alternatywnie można również zewrzeć drutem styk kolektora emiterowego tranzystora, co spowoduje przepływ prądu przez przewód, a nie przez tyrystor, w wyniku czego tyrystor wyłączy się. Po wystąpieniu i usunięciu usterki obwód można ponownie włączyć, po prostu naciskając przycisk, jak wcześniej. Pełne działanie obwodu pokazano również na poniższym filmie. Mam nadzieję, że rozumiesz ten obwód i dobrze się go uczysz. Jeśli masz jakiekolwiek wątpliwości, możesz je opublikować w sekcji komentarzy poniżej lub skorzystać z forów, aby uzyskać pomoc techniczną.
Ograniczenia:
Jak każdy obwód, ten również ma pewne ograniczenia. Jeśli uważasz, że wpłyną one na Twój projekt, powinieneś znaleźć alternatywę
- Cały prąd obciążenia przepływa przez rezystor R2, dlatego występuje na nim utrata mocy. Stąd ten obwód nie nadaje się do zastosowań zasilanych bateryjnie
- Prąd znamionowy, dla którego zaprojektowano bezpiecznik, nie będzie dokładny, ponieważ każdy rezystor będzie się nieco różnić, a wraz ze starzeniem się zmieni się również właściwość rezystora.
- Obwód ten nie zareaguje na nagłe prądy szczytowe, ponieważ tranzystor potrzebuje trochę czasu, aby zareagować na zmiany.