دارة المخل

تعتمد موثوقية أي جهاز إلكتروني على مدى جودة تصميم دوائر حماية الأجهزة. إن المستخدم النهائي (المستهلك) عرضة لارتكاب الأخطاء وتقع على عاتق مصمم الأجهزة الجيد مسؤولية حماية أجهزته من أي سوء تشكيل. هناك أنواع كثيرة من دوائر الحماية لكل منها تطبيقاتها الخاصة. أكثر أنواع دوائر الحماية شيوعًا هي دائرة حماية الجهد الزائد ، ودائرة حماية القطبية العكسية ، وحماية التيار الزائد ودوائر الحماية من الضوضاء. في هذا البرنامج التعليمي سوف نناقش حول Crowbar Circuit وهو نوع من دوائر حماية الجهد الزائد ويستخدم بشكل شائع في الأجهزة الإلكترونية. سننشئ هذه الدائرة عمليًا ونتحقق من كيفية عملها في الحياة الواقعية.

المواد المطلوبة

• فتيل
• زينر ديود
• الثايرستور
• المكثفات
• المقاومات
• شوتكي الصمام الثنائي

مخطط حلبة Crowbar

يعد الرسم التخطيطي لدائرة المخل بسيط للغاية وسهل الإنشاء والتنفيذ مما يجعله حلاً سريعًا وفعالاً من حيث التكلفة. يظهر الرسم التخطيطي الكامل لدائرة المخل أدناه.

هنا جهد الدخل (المسبار الأزرق) هو الجهد الذي يجب مراقبته والدائرة مصممة لقطع الإمداد عندما يتجاوز جهد التغذية 9.1 فولت. سنناقش وظيفة كل مكون في قسم العمل أدناه.

عمل حلبة Crowbar

تراقب دائرة Crowbar جهد الدخل وعندما تتجاوز الحد فإنها تخلق دائرة كهربائية قصيرة عبر خطوط الطاقة وتفجر المصهر. بمجرد تفجير المصهر ، سيتم فصل مصدر الطاقة عن الحمل وبالتالي منعه من الجهد العالي. تعمل الدائرة عن طريق إنشاء دائرة قصر مباشرة عبر خطوط الطاقة ، كما لو تم إسقاط المخل بين خطوط الطاقة في الدائرة. ومن ثم تحصل على اسمها الشهير دارة المخل.

يعتمد الجهد الذي يجب أن تخلق فيه الدائرة قصرًا على جهد Zener. تتكون الدائرة من SCR الذي يتم توصيله مباشرة عبر جهد الإدخال وأرض الدائرة ، ولكن يتم الاحتفاظ بـ SCR هذا افتراضيًا في حالة إيقاف التشغيل عن طريق تأريض دبوس البوابة الخاص بـ SCR. عندما يتجاوز جهد الإدخال جهد Zener ، يبدأ الصمام الثنائي Zener في التوصيل ، وبالتالي يتم توفير جهد لدبوس البوابة في SCR مما يجعله يغلق الاتصال بين جهد الإدخال والأرض وبالتالي إنشاء دائرة كهربائية قصيرة. ستسحب هذه الدائرة القصيرة الحد الأقصى من التيار من مصدر الطاقة وتفجر المصهر الذي يعزل مصدر الطاقة عن الحمل. يمكن أيضًا فهم العمل الكامل بسهولة من خلال النظر إلى صورة GIF أعلاه. يمكنك أيضًا العثور على فيديو توضيحي في نهاية هذا البرنامج التعليمي.

تمثل الصورة أعلاه كيف تستجيب دائرة المخل بالضبط عند حدوث حالة الجهد الزائد. كما ترون ، تم تصنيف Zener Diode هنا على 9.1V لكن جهد الدخل تجاوز القيمة وهو حاليًا 9.75V. لذلك يفتح Zener Diode ويبدأ في التوصيل من خلال توفير جهد لدبوس بوابة SCR. يبدأ SCR بعد ذلك في إجراء تقصير جهد الإدخال والأرضي وبالتالي يفجر المصهر بسبب السحب الحالي الأقصى كما هو موضح في GIF أعلاه. و يتم شرح وظيفة كل عنصر في هذه الدائرة أدناه.

المصهر: المصهر هو المكون الحيوي في هذه الدائرة. يجب أن يكون تصنيف المصهر دائمًا أقل من الحد الأقصى لتصنيف SCR وأكثر من التيار الذي يستهلكه الحمل. يجب أن نتأكد أيضًا من أن مزود الطاقة يمكنه أن يوفر تيارًا كافيًا لكسر الصمامات في حالة حدوث عطل.

0.1 فائق التوهج مكثف: هذا مكثف ترشيح ؛ إنه يزيل التموجات والضوضاء الأخرى مثل التوافقيات من جهد الإمداد لمنع الدائرة من إحداث زائف.

9.1V Zener Diode: يقرر هذا الصمام الثنائي قيمة الجهد الزائد ، نظرًا لأننا استخدمنا هنا الصمام الثنائي 9.1V Zener ، فإن الدائرة ستستجيب لأي جهد أعلى من قيمة عتبة 9.1V. يمكن للمصمم اختيار قيمة هذا المقاوم وفقًا لاحتياجاته.

1K المقاوم: هذا هو مجرد المقاوم المنسدل الذي يحمل دبوس البوابة الخاص بـ SCR على الأرض وبالتالي يبقيه مغلقًا حتى يبدأ Zener في التوصيل.

47nF Capacitor: يتطلب كل مفتاح طاقة مثل SCR دائرة snubber لقمع طفرات الجهد أثناء التبديل ومنع SCR من التشغيل الخاطئ. لقد استخدمنا للتو مكثفًا للقيام بهذه المهمة. يجب أن تكون قيمة المكثف كافية لتصفية الضوضاء ، لأن القيمة العالية للسعة ستزيد من التأخير الذي يبدأ عنده SCR في التصرف بعد تطبيق نبضة البوابة.

الثايرستور (SCR): الثايرستور مسؤول عن إنشاء دائرة كهربائية قصيرة عبر قضبان الطاقة. يجب توخي الحذر حتى يتمكن SCR من التعامل مع هذه القيمة العالية للتيار من خلاله لتفجير المصهر وإتلاف نفسه. يجب أن يكون جهد بوابة SCR أقل من جهد انهيار Zener. تعرف على المزيد حول الثايرستور هنا.

شوتكي ديود: هذا الصمام الثنائي غير إلزامي ويستخدم فقط لأغراض الحماية. إنه يتأكد من أننا لا نحصل على أي تيار عكسي من جانب الحمل قد يؤدي إلى إتلاف دائرة الحماية. يتم استخدام الصمام الثنائي Schottky بدلاً من الصمام الثنائي العادي لأنه يحتوي على انخفاض أقل في الجهد عبره.

المعدات

الآن وقد فهمنا النظرية الكامنة وراء دائرة Crowbar ، فقد حان الوقت للدخول في الجزء الممتع. هذا هو في الواقع بناء الدائرة أعلى لوح الخبز والتحقق من كيفية عملها في الوقت الفعلي. في الدائرة التي أقوم ببناء هي لمبة 12V. تستهلك هذه اللمبة حوالي 650 مللي أمبير تحت جهد التشغيل العادي 12 فولت. سنقوم بتصميم دائرة المخل للتحقق مما إذا كان الجهد يتجاوز الجهد 12 فولت وإذا حدث ذلك ، فسنقصّر SCR وبالتالي نفجر المصهر. لذلك استخدمت هنا الصمام الثنائي زينر 12 فولت والثايرستور TYN612. يتم تثبيت المصهر داخل حامل المصهر ، وهنا استخدمنا خرطوشة فيوز بمعدل 500 مللي أمبير. الإعداد الكامل موضح في الصورة أدناه

لقد استخدمت RPS للتحكم في جهد الإدخال ، في البداية يتم اختبار الإعداد باستخدام 12V ويعمل بشكل جيد عن طريق تشغيل المصباح. في وقت لاحق ، يتم رفع الجهد باستخدام مفتاح RPS مما يؤدي إلى إنشاء دائرة كهربائية قصيرة من خلال SCR ونفخ المصهر الذي يؤدي أيضًا إلى إيقاف تشغيل المصباح وعزله من مصدر الطاقة. يمكن أيضًا التحقق من العمل الكامل في الفيديو أسفل هذه الصفحة.

حدود دائرة Crowbar

على الرغم من استخدام الدائرة على نطاق واسع ، إلا أنها تأتي مع قيودها الخاصة المدرجة أدناه

• تعتمد قيمة الجهد الزائد للدائرة بشكل كامل على قيمة جهد Zener ، ولا تتوفر سوى قيم قليلة من الصمام الثنائي Zener.
• تتعرض الدائرة أيضًا لمشاكل الضوضاء ؛ يمكن أن تؤدي هذه الضوضاء في كثير من الأحيان إلى زناد زائف وتفجير المصهر.
• في حالة الجهد الزائد ، تقوم الدائرة بنفخ المصهر وتتطلب فيما بعد مساعدة يدوية لتشغيل الحمل مرة أخرى عندما يصبح الجهد طبيعيًا.
• المصهر هو فتيل ميكانيكي يجب استبداله وبالتالي يستهلك الجهد والوقت والمال.