วงจรชะแลง

ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ ขึ้นอยู่กับว่าวงจรป้องกันฮาร์ดแวร์ได้รับการออกแบบมาดีเพียงใด ผู้ใช้ปลายทาง (ผู้บริโภค) มีแนวโน้มที่จะทำผิดพลาดและเป็นความรับผิดชอบของผู้ออกแบบฮาร์ดแวร์ที่ดีในการปกป้องฮาร์ดแวร์ของเขาจากความผิดพลาดใด ๆ มีวงจรป้องกันหลายประเภทซึ่งแต่ละประเภทมีการใช้งานเฉพาะของตัวเอง วงจรป้องกันประเภทที่พบมากที่สุด ได้แก่ วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน, วงจรป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ, วงจรป้องกันไฟกระชากและวงจรป้องกันเสียงรบกวน ในบทช่วยสอนนี้เราจะพูดถึงCrowbar Circuit ซึ่งเป็นวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชนิดหนึ่งและมักใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เราจะสร้างวงจรนี้และตรวจสอบว่ามันทำงานอย่างไรในชีวิตจริง

วัสดุที่จำเป็น

• ฟิวส์
• ซีเนอร์ไดโอด
• ไทริสเตอร์
• คาปาซิเตอร์
• ตัวต้านทาน
• ชอตกี้ไดโอด

แผนผังวงจร Crowbar

แผนผังวงจรของวงจรชะแลงนั้นง่ายมากและง่ายต่อการสร้างและใช้งานทำให้เป็นโซลูชันที่คุ้มค่าและรวดเร็ว แผนผังวงจรชะแลงทั้งหมดแสดงไว้ด้านล่าง

ที่นี่แรงดันไฟฟ้าขาเข้า (หัววัดสีน้ำเงิน) คือแรงดันไฟฟ้าที่ต้องตรวจสอบและวงจรถูกออกแบบมาเพื่อตัดแหล่งจ่ายเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกิน 9.1V เราจะพูดถึงการทำงานของทุกองค์ประกอบในส่วนการทำงานด้านล่าง

การทำงานของ Crowbar Circuit

ชะแลงจอภาพวงจรแรงดันไฟฟ้าอินพุตและเมื่อมันเกินขีด จำกัดที่จะสร้างการลัดวงจรข้ามสายไฟและพัดขึ้นฟิวส์เมื่อฟิวส์เป่าแล้วแหล่งจ่ายไฟจะถูกตัดการเชื่อมต่อจากโหลดและป้องกันไม่ให้ไฟฟ้าแรงสูง วงจรทำงานโดยการสร้างไฟฟ้าลัดวงจรโดยตรงบนสายไฟราวกับว่าชะแลงหลุดระหว่างสายไฟของวงจร ดังนั้นจึงได้รับชื่อวงจรชะแลงอันเป็นสัญลักษณ์

แรงดันไฟฟ้าที่วงจรควรจะสั้นขึ้นอยู่กับแรงดันซีเนอร์ วงจรประกอบด้วยSCRซึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตและกราวด์ของวงจร แต่โดยค่าเริ่มต้น SCR นี้จะถูกเก็บไว้ในสถานะปิดโดยการต่อสายดินขาเกตของ SCR เมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงกว่าแรงดันซีเนอร์ไดโอดซีเนอร์จะเริ่มทำงานและด้วยเหตุนี้แรงดันไฟฟ้าจะถูกจ่ายไปยังขาเกตของ SCR ทำให้มันปิดการเชื่อมต่อระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและกราวด์ซึ่งจะทำให้เกิดการลัดวงจร การลัดวงจรนี้จะดึงกระแสไฟฟ้าสูงสุดจากแหล่งจ่ายไฟและระเบิดฟิวส์ที่แยกแหล่งจ่ายไฟออกจากโหลด การทำงานที่สมบูรณ์สามารถเข้าใจได้ง่ายโดยดูที่ภาพ GIF ด้านบน คุณยังสามารถดูวิดีโอสาธิต ในตอนท้ายของบทช่วยสอนนี้

ภาพด้านบนแสดงให้เห็นว่าวงจรชะแลงตอบสนองอย่างไรเมื่อเกิดสภาวะแรงดันไฟฟ้าเกิน ดังที่คุณเห็นZener Diode ที่นี่ได้รับการจัดอันดับเป็น 9.1Vแต่แรงดันไฟฟ้าเข้าเกินค่าและปัจจุบันอยู่ที่ 9.75V ดังนั้นซีเนอร์ไดโอดจึงเปิดขึ้นและเริ่มทำงานโดยการจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปที่ขาเกตของ SCR จากนั้น SCR จะเริ่มดำเนินการโดยการลัดวงจรของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและกราวด์และทำให้ฟิวส์ระเบิดเนื่องจากการดึงกระแสสูงสุดดังที่แสดงใน GIF ด้านบน การทำงานของส่วนประกอบในวงจรนี้แต่ละคนจะอธิบายไว้ด้านล่าง

ฟิวส์: ฟิวส์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในวงจรนี้ พิกัดของฟิวส์ควรน้อยกว่าพิกัดกระแสสูงสุดของ SCR และมากกว่ากระแสที่โหลดโดยโหลด นอกจากนี้เราควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอที่จะทำให้ฟิวส์ขาดในกรณีที่เกิดความล้มเหลว

0.1uF Capacitor:นี่คือตัวเก็บประจุกรอง จะขจัดเสียงแหลมและเสียงรบกวนอื่น ๆ เช่นฮาร์มอนิกจากแรงดันไฟฟ้าเพื่อป้องกันไม่ให้วงจรเกิดการทริกเกอร์ที่ผิดพลาด

9.1V Zener Diode:ไดโอดนี้จะกำหนดค่าแรงดันไฟฟ้าเกินเนื่องจากที่นี่เราใช้ไดโอด 9.1V Zener วงจรจะตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่สูงกว่าค่าเกณฑ์ที่ 9.1V ผู้ออกแบบสามารถเลือกค่าของตัวต้านทานนี้ได้ตามความต้องการของเขา

ตัวต้านทาน 1K:นี่เป็นเพียงตัวต้านทานแบบดึงลงซึ่งยึดขาเกตของ SCR ไว้ที่พื้นและทำให้มันถูกปิดจนกว่าซีเนอร์จะเริ่มทำงาน

47nF Capacitor:สวิตช์ไฟทุกตัวเช่น SCR ต้องใช้วงจร snubber เพื่อยับยั้งแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นระหว่างการสลับและป้องกันไม่ให้ SCR ทริกเกอร์ผิดพลาด ที่นี่เราเพิ่งใช้ตัวเก็บประจุเพื่อทำงาน ค่าของตัวเก็บประจุควรเพียงพอที่จะกรองสัญญาณรบกวนเนื่องจากค่าความจุสูงจะเพิ่มความล่าช้าที่ SCR เริ่มทำงานหลังจากใช้เกตพัลส์

ไทริสเตอร์ (SCR):ไทริสเตอร์มีหน้าที่สร้างไฟฟ้าลัดวงจรข้ามรางไฟฟ้า ควรใช้ความระมัดระวังเพื่อให้ SCR สามารถจัดการกับกระแสไฟฟ้าที่มีมูลค่าสูงเช่นนี้เพื่อเป่าฟิวส์และสร้างความเสียหาย แรงดันไฟฟ้าประตูของ SCR ควรน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าแยกย่อยของซีเนอร์ เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับไทริสเตอร์ที่นี่

Schottky Diode:ไดโอดนี้ไม่บังคับและใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการป้องกันเท่านั้น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเราไม่ได้รับกระแสไฟฟ้าย้อนกลับจากด้านโหลดที่อาจทำให้วงจรป้องกันเสียหายได้ ไดโอด Schottky ใช้แทนไดโอดปกติเนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมน้อยกว่า

ฮาร์ดแวร์

เมื่อเราเข้าใจทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังวงจร Crowbar แล้วก็ถึงเวลาเข้าสู่ส่วนที่สนุกสนาน นั่นคือการสร้างวงจรที่ด้านบนของบอร์ดขนมปังและตรวจสอบว่ามันทำงานอย่างไรในแบบเรียลไทม์วงจรที่ฉันสร้างสำหรับหลอด 12Vหลอดนี้กินไฟประมาณ 650mA ภายใต้แรงดันไฟฟ้าปกติที่ 12V เราจะออกแบบวงจรชะแลงเพื่อตรวจสอบว่าแรงดันไฟฟ้าเกิน 12V หรือไม่และถ้าเป็นเช่นนั้นเราจะทำให้ SCR ชอร์ตและทำให้ฟิวส์ขาด ที่นี่ฉันใช้ไดโอดซีเนอร์ 12V และไทริสเตอร์ TYN612 ฟิวส์ติดตั้งอยู่ภายในตัวยึดฟิวส์ที่นี่เราใช้Cartridge Fuse ที่ระดับ 500mA การตั้งค่าทั้งหมดแสดงในภาพด้านล่าง

ฉันใช้RPS เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาเข้าในตอนแรกการตั้งค่าจะทดสอบด้วย 12V และทำงานได้ดีโดยการเปิดหลอดไฟ ต่อมาแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นโดยใช้ปุ่ม RPS จึงทำให้เกิดการลัดวงจรผ่าน SCR และเป่าฟิวส์ซึ่งจะปิดหลอดไฟและแยกออกจากแหล่งจ่ายไฟ คุณสามารถตรวจสอบการทำงานที่สมบูรณ์ได้ในวิดีโอที่ด้านล่างของหน้านี้

ข้อ จำกัด ของ Crowbar Circuit

แม้ว่าวงจรจะถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ก็มีข้อ จำกัด ของตัวเองซึ่งแสดงไว้ด้านล่าง

• ค่าแรงดันไฟฟ้าเกินของวงจรขึ้นอยู่กับค่าแรงดันซีเนอร์ล้วนๆและมีเพียงไม่กี่ค่าของซีเนอร์ไดโอดเท่านั้น
• วงจรยังมีปัญหาเรื่องเสียง เสียงนี้มักจะสร้างไกผิดและทำให้ฟิวส์ระเบิดได้
• ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าเกินวงจรจะเป่าฟิวส์และต่อมาต้องใช้ความช่วยเหลือด้วยตนเองเพื่อเรียกใช้โหลดอีกครั้งเมื่อแรงดันไฟฟ้าเป็นปกติ
• ฟิวส์เป็นฟิวส์เชิงกลซึ่งต้องเปลี่ยนใหม่จึงสิ้นเปลืองแรงเวลาและเงิน