Kazayağı devresi

Herhangi bir elektronik cihazın güvenilirliği, donanım koruma devrelerinin ne kadar iyi tasarlandığına bağlıdır. Son kullanıcı (tüketici) hata yapma eğilimindedir ve donanımını herhangi bir yanlışlıktan korumak iyi bir donanım tasarımcısının sorumluluğundadır. Her biri kendi özel uygulamalarına sahip çok sayıda koruma devresi türü vardır. En yaygın koruma devresi türleri, Aşırı Gerilim koruma devresi, Ters Polarite Koruma Devresi, Akım dalgalanma Koruması ve Gürültü koruma devreleridir. Bu eğitimde , bir tür aşırı gerilim koruma devresi olan ve elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılan Kazayağı Devresini tartışacağız. Ayrıca bu devreyi pratik olarak oluşturacağız ve gerçek hayatta nasıl çalıştığını doğrulayacağız.

Gerekli malzemeler

• Sigorta
• Zener Diyot
• Tristör
• Kapasitörler
• Dirençler
• Schottky diyot

Kazayağı Devre Şeması

Bir levye devresinin devre şeması çok basittir ve kurulumu ve uygulaması kolaydır, bu da onu uygun maliyetli ve hızlı bir çözüm haline getirir. Levye devre şemasının tamamı aşağıda gösterilmiştir.

Burada giriş voltajı (mavi prob) izlenmesi gereken voltajdır ve devre, besleme voltajı 9.1V'u aştığında beslemeyi kesecek şekilde tasarlanmıştır. Her bileşenin işlevini aşağıdaki çalışma bölümünde tartışacağız.

Kazayağı Devresinin Çalışması

Bir Kazayağı devresi, giriş voltajını izler ve sınırı aştığında , güç hatlarında kısa devre oluşturur ve sigortayı patlatır. Sigorta attığında, güç kaynağı yükten ayrılacak ve böylece yüksek voltajdan korunacaktır. Devre, sanki devrenin güç hatları arasına bir levye düşmüş gibi, elektrik hatları boyunca doğrudan bir kısa devre oluşturarak çalışır. Bu nedenle ikonik adı kazayağı devresini alır.

Devrenin üzerinde kısa devre oluşturması gereken voltaj, Zener voltajına bağlıdır. Devre, giriş voltajına ve devrenin topraklamasına doğrudan bağlanan bir SCR'den oluşur, ancak bu SCR, SCR'nin kapı pimini topraklayarak varsayılan olarak kapalı durumda tutulur. Giriş voltajı Zener voltajını aştığında, Zener diyotu iletmeye başlar ve dolayısıyla SCR'nin Geçit pimine bir voltaj verilir ve böylece Giriş Voltajı ile Toprak arasındaki bağlantıyı kapatarak kısa devre oluşturur. Bu kısa devre, güç kaynağından maksimum bir akım çekecek ve güç kaynağını yükten izole eden sigortayı patlatacaktır. Tam çalışma, yukarıdaki GIF resmine bakarak da kolayca anlaşılabilir. Ayrıca bir Tanıtım Videosu da bulabilirsiniz Bu eğitimin sonunda.

Yukarıdaki görüntü, kazayağı devresinin aşırı voltaj durumu oluştuğunda tam olarak nasıl tepki verdiğini gösterir. Gördüğünüz gibi burada Zener Diyot 9.1V olarak derecelendirilmiştir ancak giriş voltajı değeri aşmıştır ve şu anda 9.75V'de. Böylece Zener Diyot açılır ve SCR'nin Gate pinine bir voltaj sağlayarak hareket etmeye başlar. SCR daha sonra Giriş voltajını ve Topraklamayı kısa devre yaparak çalışmaya başlar ve böylece yukarıdaki GIF'te gösterildiği gibi maksimum akım çekişi nedeniyle sigortayı patlatır. Bu devrede, her bir bileşenin işlevi aşağıda açıklanacaktır.

Sigorta: Sigorta, bu devredeki hayati bileşendir. Sigortanın değeri her zaman SCR'nin maksimum akım değerinden düşük ve yük tarafından tüketilen akımdan daha fazla olmalıdır. Ayrıca, arıza durumunda Güç kaynağının sigortayı kırmak için yeterli akımı sağlayabildiğinden emin olmalıyız.

0.1 uF Kapasitör: Bu bir filtreleme kapasitörüdür; devrenin yanlış tetikleme oluşturmasını önlemek için besleme geriliminden ani yükselmeleri ve harmonikler gibi diğer gürültüleri giderir.

9.1V Zener Diyot: Bu diyot aşırı voltaj değerine karar verir, burada 9.1V Zener diyot kullandığımız için devre 9.1V eşik değerinin üzerindeki herhangi bir voltaja yanıt verecektir. Tasarımcı, ihtiyacına göre bu direncin değerini seçebilir.

1K Direnç: Bu, sadece SCR'nin Geçit pimini toprağa tutan ve böylece Zener çalışmaya başlayana kadar kapalı tutan aşağı çekme direncidir.

47nF Kapasitör: SCR gibi her Güç anahtarı, anahtarlama sırasında voltaj yükselmelerini bastırmak ve SCR'nin yanlış tetiklemesini önlemek için bir söndürücü devresine ihtiyaç duyar. Burada işi yapmak için bir kapasitör kullandık. Kapasitörün değeri, gürültüyü filtrelemek için yeterli olmalıdır, çünkü yüksek kapasitans değeri, Geçit darbesini uyguladıktan sonra SCR'nin iletmeye başladığı gecikmeyi artıracaktır.

Tristör (SCR): Tristör, güç raylarında kısa devre oluşturmaktan sorumludur. SCR'nin sigortayı patlatmak ve kendine zarar vermek için bu kadar yüksek akım değeriyle başa çıkabilmesi için dikkatli olunmalıdır. SCR'nin Geçit voltajı, Zener arıza voltajından daha düşük olmalıdır. Tristör hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz.

Schottky Diyot: Bu diyot zorunlu değildir ve sadece koruma amacıyla kullanılır. Yük tarafından koruma devresine zarar verebilecek herhangi bir ters akım almadığımızdan emin olur. Normal bir diyot yerine Schottky diyot kullanılır çünkü üzerinde daha az voltaj düşüşü vardır.

Donanım

Crowbar devresinin arkasındaki teoriyi anladığımıza göre, şimdi eğlenceli kısma geçme zamanı. Bu aslında devreyi bir ekmek panosunun üzerine inşa ediyor ve gerçek zamanlı olarak nasıl çalıştığını kontrol ediyor. Ben inşa ediyorum o devre 12V ampul içindir. Bu ampul, 12V normal çalışma voltajı altında yaklaşık 650mA tüketir. Kazayağı devresini voltajın 12V'yi aşıp aşmadığını kontrol etmek için tasarlayacağız ve geçerse SCR'yi kısa devre ettireceğiz ve böylece sigortayı atacağız. Bu yüzden burada 12V Zener diyot ve TYN612 Tristör kullandım. Sigorta bir sigorta yuvasının içine monte edilmiştir, burada 500mA dereceli Kartuş Sigortası kullandık. Tam kurulum aşağıdaki resimde gösterilmektedir

Giriş voltajını kontrol etmek için bir RPS kullandım, başlangıçta kurulum 12V ile test edildi ve ampulü açarak iyi çalışıyor. Daha sonra voltaj RPS düğmesi kullanılarak yükseltilir, böylece SCR'de bir kısa devre oluşturulur ve sigortayı üfler, bu da ampulü kapatır ve güç kaynağından izole eder. Tam çalışma, bu sayfanın altındaki videoda da kontrol edilebilir.

Kazayağı Devresinin Sınırlamaları

Devre yaygın olarak kullanılmasına rağmen, aşağıda listelenen kendi sınırlamaları ile gelir.

• Devrenin aşırı gerilim değeri tamamen Zener gerilim değerine bağlıdır ve sadece birkaç Zener diyot değeri mevcuttur.
• Devre ayrıca gürültü sorunlarına da maruz kalır; bu ses genellikle yanlış bir tetikleyici oluşturabilir ve sigortayı patlatabilir.
• Aşırı gerilim durumunda devre sigortayı atar ve daha sonra gerilim normale döndüğünde yükü tekrar çalıştırmak için manuel yardım gerektirir.
• Sigorta, değiştirilmesi gereken mekanik bir sigortadır ve bu nedenle çaba, zaman ve para tüketir.