모든 전자 장치의 신뢰성은 하드웨어 보호 회로가 얼마나 잘 설계되었는지에 달려 있습니다. 최종 사용자 (소비자)는 실수를 저지르기 쉽고 좋은 하드웨어 설계자는 자신의 하드웨어를 잘못된 것으로부터 보호해야합니다. 각각 고유 한 애플리케이션을 가진 다양한 유형의 보호 회로가 있습니다. 가장 일반적인 보호 회로 유형은 과전압 보호 회로, 역 극성 보호 회로, 전류 서지 보호 및 노이즈 보호 회로입니다. 이 튜토리얼에서는 과전압 보호 회로의 일종이며 전자 장치에서 일반적으로 사용되는 크로우 바 회로에 대해 설명합니다. 우리는 또한 실제로이 회로를 만들고 실제 생활에서 어떻게 작동하는지 확인할 것입니다.
필요한 재료
- 퓨즈
- 제너 다이오드
- 사이리스터
- 커패시터
- 저항기
- 쇼트 키 다이오드
크로우 바 회로도
a의 회로도 지렛대 회로는 빌드로 매우 간단하고 용이하고 비용 효율적이고 빠른 해결책하게 구현합니다. 전체 지렛대 회로도가 아래에 나와 있습니다.
여기서 입력 전압 (파란색 프로브)은 모니터링해야하는 전압이며 회로는 공급 전압이 9.1V를 초과 할 때 공급을 차단하도록 설계되었습니다. 아래 작업 섹션에서 모든 구성 요소의 기능에 대해 설명합니다.
크로우 바 회로의 작동
Crowbar 회로는 입력 전압을 모니터링하고 한계를 초과 하면 전원 라인에 단락을 생성하고 퓨즈를 끊어 줍니다. 퓨즈가 끊어지면 전원 공급 장치가 부하에서 분리되어 고전압으로부터 차단됩니다. 회로는 마치 지렛대가 회로의 전력선 사이에 떨어지는 것처럼 전력선에 직접 단락을 생성하여 작동합니다. 따라서 아이코닉 한 이름 인 크로바 서킷을 얻게됩니다.
회로가 단락을 생성하는 전압은 제너 전압에 따라 다릅니다. 회로는 입력 전압과 회로 접지에 직접 연결된 SCR 로 구성 되지만이 SCR은 기본적으로 SCR의 게이트 핀을 접지하여 꺼진 상태로 유지됩니다. 입력 전압이 제너 전압을 초과하면 제너 다이오드가 전도되기 시작하므로 SCR의 게이트 핀에 전압이 공급되어 입력 전압과 접지 사이의 연결을 닫아 단락을 생성합니다. 이 단락은 전원 공급 장치에서 최대 전류를 끌어와 부하에서 전원 공급 장치를 분리하는 퓨즈를 끊습니다. 위의 GIF 이미지를 보면 전체 작업을 쉽게 이해할 수 있습니다. 데모 비디오를 찾을 수도 있습니다. 이 튜토리얼의 끝에서.
위의 이미지는 과전압 상태가 발생할 때 크로우 바 회로가 정확히 어떻게 반응 하는지를 나타냅니다. 보시다시피 제너 다이오드의 정격은 9.1V 이지만 입력 전압은 값을 초과하고 현재 9.75V입니다. 따라서 제너 다이오드가 열리고 SCR의 게이트 핀에 전압을 제공하여 전도를 시작합니다. 그런 다음 SCR은 입력 전압과 접지를 단락시켜 전도를 시작하므로 위의 GIF와 같이 최대 전류 소모로 인해 퓨즈가 끊어집니다. 이 회로의 각 구성 요소 의 기능은 아래에 설명되어 있습니다.
퓨즈: 퓨즈는이 회로의 핵심 구성 요소입니다. 퓨즈의 정격은 항상 SCR의 최대 정격 전류보다 낮아야하며 부하에서 소비하는 전류보다 커야합니다. 또한 전원 공급 장치가 고장 발생시 퓨즈를 차단할 수있는 충분한 전류를 공급할 수 있는지 확인해야합니다.
0.1uF 커패시터: 필터링 커패시터입니다. 회로가 잘못된 트리거링을 형성하는 것을 방지하기 위해 공급 전압에서 고조파와 같은 스파이크 및 기타 노이즈를 제거합니다.
9.1V 제너 다이오드: 이 다이오드는 과전압 값을 결정합니다. 여기서 9.1V 제너 다이오드를 사용했기 때문에 회로가 임계 값 9.1V를 초과하는 모든 전압에 응답합니다. 설계자는 필요에 따라이 저항의 값을 선택할 수 있습니다.
1K 저항기: 이것은 SCR의 게이트 핀을 접지에 고정하여 제너가 전도되기 시작할 때까지 꺼진 상태로 유지하는 풀다운 저항입니다.
47nF 커패시터: SCR과 같은 모든 전원 스위치에는 스위칭 중에 전압 스파이크를 억제하고 SCR이 잘못된 트리거링을 방지하기 위해 스 너버 회로가 필요합니다. 여기서 우리는 작업을 수행하기 위해 커패시터를 사용했습니다. 커패시턴스 값이 높으면 게이트 펄스를 적용한 후 SCR이 전도를 시작하는 지연이 증가하기 때문에 커패시터 값은 노이즈를 필터링하기에 충분해야합니다.
사이리스터 (SCR): 사이리스터는 전력 레일에 단락을 생성하는 역할을합니다. SCR이이를 통해 높은 전류 값을 처리하여 퓨즈가 끊어지고 자체적으로 손상 될 수 있도록주의해야합니다. SCR의 게이트 전압은 제너 항복 전압보다 낮아야합니다. 여기에서 사이리스터에 대해 자세히 알아보십시오.
쇼트 키 다이오드: 이 다이오드는 필수가 아니며 보호 목적으로 만 사용됩니다. 보호 회로를 손상시킬 수있는 부하 측에서 역전 류가 발생하지 않도록합니다. 쇼트 키 다이오드는 전압 강하가 적기 때문에 일반 다이오드 대신 사용됩니다.
하드웨어
이제 우리는 크로우 바 회로의 이론을 이해 했으므로 이제 재미있는 부분에 들어갈 차례입니다. 그것은 실제로 브레드 보드 위에 회로를 구축하고 실시간으로 어떻게 작동하는지 확인하는 것입니다. 제가 만들고 있는 회로는 12V 전구용 입니다. 이 전구는 12V의 정상 작동 전압에서 약 650mA를 소비합니다. 우리는 전압이 12V를 초과하는지 확인하기 위해 크로바 회로를 설계하고 만약 그렇다면 SCR을 단락시켜 퓨즈를 끊을 것입니다. 그래서 여기에서는 12V 제너 다이오드와 TYN612 사이리스터를 사용했습니다. 퓨즈는 퓨즈 홀더 내부에 장착되며 여기 에서는 500mA 정격의 카트리지 퓨즈 를 사용했습니다. 전체 설정은 아래 그림에 나와 있습니다.
나는 사용하고 입력 전압을 제어하는 RPS를 초기 설정이 12V로 테스트를하고이에 전구를 돌려 잘 작동합니다. 나중에 RPS 노브를 사용하여 전압을 올리면 SCR을 통해 단락이 발생하고 퓨즈가 끊어져 전구가 꺼지고 전원 공급 장치를 형성합니다. 이 페이지 하단의 비디오 에서 전체 작업을 확인할 수도 있습니다.
크로우 바 회로의 한계
회로가 널리 사용되지만 아래에 나열된 자체 제한 사항이 있습니다.
- 회로의 과전압 값은 순전히 제너 전압 값에 따라 달라지며 제너 다이오드의 값은 거의 없습니다.
- 회로는 또한 노이즈 문제를 겪습니다. 이 소음은 종종 잘못된 트리거를 생성하고 퓨즈를 끊을 수 있습니다.
- 과전압이 발생하면 회로가 퓨즈를 끊고 나중에 전압이 정상이되면 부하를 다시 실행하기 위해 수동 도움이 필요합니다.
- 퓨즈는 교체해야하는 기계식 퓨즈이므로 노력, 시간 및 비용이 소모됩니다.