Die Sicherung ist ein wichtiges Schutzgerät für viele elektronische Geräte. Sie überwachen einfach den vom Stromkreis / der Last verbrauchten Strom. Im Falle eines unsicheren Stroms, der durch den Stromkreis fließt, löst sich die Sicherung von selbst und verhindert so, dass die Last / Stromkreisform durch diesen hohen Strom beschädigt wird. Diese Art von Sicherung wird als mechanische Sicherung bezeichnet, und es gibt viele Arten von Sicherungen, wie z. B. schnelles, langsames Durchbrennen usw., aber sie leiden unter einem gemeinsamen Nachteil. Wenn eine Sicherung durchgebrannt ist, muss sie vom Verbraucher / Bediener ausgetauscht werden, damit das Gerät wieder normal funktioniert. Dies ist der Grund, warum viele alte elektronische Geräte wie Toaster oder Wasserkocher eine Ersatzsicherung zusammen mit dem Produkt hatten.
Um diesen Nachteil zu überwinden, verwenden die meisten modernen elektronischen Geräte eine elektronische Sicherung. Eine elektronische Sicherung dient dem gleichen Zweck wie eine mechanische Sicherung, muss jedoch nicht ausgetauscht werden. Im Inneren befindet sich ein leistungselektronischer Schalter, der den Stromkreis nach Bedarf schließt und öffnet. Im unwahrscheinlichen Fall eines Fehlers öffnet der Schalter den Stromkreis und trennt ihn von der Stromversorgung. Sobald der günstige Zustand wieder hergestellt ist, kann die Sicherung durch einfaches Klicken auf eine Taste zurückgesetzt werden. Es ist kein Problem, einen geeigneten Sicherungswert zu kaufen und durch den alten zu ersetzen. Interessant, oder? !! In diesem Tutorial erfahren Sie, wie Sie eine elektronische Sicherungsschaltung aufbauen, wie sie funktioniert und wie Sie eine in Ihren Entwürfen verwenden können.
Schaltplan der elektronischen Sicherung:
Das vollständige Schaltbild für einen elektronischen Sicherungskreis ist unten dargestellt. Wie in der Schaltung gezeigt, sind nur wenige Schaltungen erforderlich, und daher ist es einfach, sie zu konstruieren und in unsere Entwürfe zu implementieren.
Hier ist die Schaltung so aufgebaut, dass sie den Betriebsstrom eines Motors (LOAD) überwacht, der mit 12 V arbeitet. Sie können die Last durch einen beliebigen Stromkreis ersetzen, dessen Strom Sie überwachen möchten. Der Widerstand R1 bestimmt, wie viel Strom durch die Schaltung zugelassen werden kann, bevor die Schaltung auf ein Überstromszenario reagiert. Wir werden die Funktionalität jeder Komponente besprechen und wie Sie die Werte basierend auf Ihren Anforderungen auswählen.
Arbeiten:
Die Funktionsweise des elektronischen Sicherungskreises kann leicht durch einen Blick auf die Funktionsweise des SCR verstanden werden. Unter normalen Bedingungen muss der Benutzer die Taste drücken, um die Last an die Stromversorgung anzuschließen. Wenn die Taste gedrückt wird, wird der Gate-Pin des SCR über einen 1K-Widerstand mit der Quellenspannung verbunden. Dadurch wird der SCR ausgelöst und die Verbindung zwischen der Kathode und dem Anodenstift wird geschlossen. Sobald die Verbindung geschlossen ist, beginnt der Strom von der Quelle (+12 V) zur Last durch den Anode-Kathode-Pin des SCR zu fließen.
Wenn die Taste losgelassen wird, bleibt der SCR eingeschaltet, da keine Kommutierungsschaltung zum Ausschalten vorhanden ist. Somit wird der SCR im EIN-Zustand zwischengespeichert und bleibt dort, bis der Strom fließt, obwohl er unter den Haltestrom des SCR fällt.
Was ist unter Kommutierung in Thyristoren (SCR) zu verstehen?
Ein Thyristor, der einmal durch ein Signal eingeschaltet wurde, schaltet sich nicht von selbst aus, wenn das Signal entfernt wird. Um einen Thyristor auszuschalten, benötigen wir eine externe Schaltung, die als Kommutierungsschaltung bezeichnet wird. Der Vorgang des Einschaltens eines Thyristors durch Bereitstellen eines Gate-Impulses wird als Auslösen und der Vorgang des Ausschaltens eines Thyristors als Kommutierung bezeichnet.
Was hält Strom in einem Thyristor (SCR)?
Der Haltestrom (nicht mit Verriegelungsstrom verwechseln) ist der Mindeststrom, der durch den Anoden- und Kathodenstift eines Thyristors fließen sollte, um ihn eingeschaltet zu halten. Wenn der Stromwert diesen Wert unterschreitet, schaltet sich der Thyristor ohne externe Kommutierung von selbst aus.
Der in unserer Schaltung verwendete SCR ist TYN612 mit einem maximalen Haltestrom von 30 mA (siehe Datenblatt, um den Wert zu erfahren). Wenn also der durch Anode und Kathode fließende Strom weniger als 30 mA beträgt, schaltet sich der SCR selbst aus. Dadurch wird die Leistung von der Last getrennt.
Der Widerstand R1 (0,2 Ohm) und der Transistor (2N2222A) spielen eine wichtige Rolle beim Ausschalten des SCR. Unter normalen Bedingungen zieht die Last (Motor) Strom durch den Widerstand R1. Nach dem Ohmschen Gesetz kann der Spannungsabfall am Widerstand berechnet werden durch
Spannung am Widerstand = Strom durch die Schaltung x Widerstandswert
Entsprechend den Formeln ist der Spannungsabfall über dem Widerstand direkt proportional zum Strom, der durch die Schaltkreise fließt. Mit zunehmendem Strom steigt auch der Spannungsabfall am Widerstand an, wenn dieser Spannungsabfall den Wert von 0,7 V überschreitet. Der Transistor wird eingeschaltet, da der Widerstand direkt über den Basis- und Emitter-Pin des Transistors geschaltet ist. Wenn der Transistor schließt, fließt kurzzeitig der gesamte Strom, der für die Schaltung erforderlich ist, durch den Transistor, während dessen der SCR ausgeschaltet wird, da der durch ihn fließende Strom unter den Haltestrom gesunken ist und der Spannungsabfall über dem Widerstand ebenfalls 0 V beträgt, da kein Strom durch ihn fließt. Schließlich werden der Transistor und der SCR ausgeschaltet und die Last (Motor) ebenfalls von der Stromversorgung getrennt.Die gesamte Arbeitsweise wird auch anhand des folgenden GIF-Bildes veranschaulicht.
Ein Amperemeter wird durch den Widerstand geführt, um den Strom zu überwachen, der durch den Anodenkathodenanschluss des SCR fließt. Dieser Strom sollte den Haltestrom des SCR nicht unterschreiten (der Haltestrom für den SCR in der Simulation beträgt 5 mA). Wenn er diesen Wert unterschreitet, wird der SCR ausgeschaltet. Außerdem wird ein Voltmeter über dem Widerstand mit 150 Ohm angeordnet, um die Spannung über ihm zu überwachen und zu prüfen, ob der NPN-Transistor ausgelöst wird, bevor der SCR schließt.
Hardware:
Wie bereits erwähnt, weist diese Schaltung eine minimale Anzahl von Komponenten auf. Sie umfasst einen SCR, einen Transistor und ein paar Widerstände. Daher kann es leicht analysiert werden, indem es auf einem Steckbrett aufgebaut wird. Auch dies hängt von Ihrer Anwendung ab. Wenn Sie etwas planen, das mehr als 2A beträgt, wird ein Steckbrett nicht empfohlen. Ich baue den elektronischen Sicherungskreis auf ein Brotbrett und es sah ungefähr so aus.
Wie Sie auf dem Bild sehen können, habe ich einen LED-Streifen als Last verwendet. Sie können eine andere Last verwenden oder sogar Ihren Stromkreis anschließen, der geschützt werden muss. Um die Last an die Stromversorgung anzuschließen, müssen wir die Taste drücken, die den SCR einschaltet. Beachten Sie auch, dass ich als R2 einen 2W 0,2 Ohm Widerstand verwendet habe, da wir einen großen Stromwert zulassen müssen. Es ist immer wichtig, die Nennleistung dieses Widerstands zu berücksichtigen.
Da ich durch Erhöhen der Nennstromstärke keinen Fehlerzustand erzeugen konnte, reduzierte ich die Spannung, um einen Fehler zu erzeugen, und reduzierte somit den Strom durch den SCR. Alternativ können Sie auch den Kollektor-Emitter-Pin des Transistors mit einem Draht kurzschließen, damit der Strom durch den Draht und nicht durch den SCR fließt und der SCR somit ausgeschaltet wird. Nachdem der Fehler behoben und behoben wurde, kann der Stromkreis durch einfaches Drücken der Taste wie zuvor wieder eingeschaltet werden. Die vollständige Funktionsweise der Schaltung ist auch im folgenden Video dargestellt. Ich hoffe, Sie haben die Schaltung verstanden und es genossen, sie zu lernen. Wenn Sie Zweifel haben, können Sie diese gerne im Kommentarbereich unten posten oder die Foren für technische Hilfe nutzen.
Einschränkungen:
Wie jede Schaltung hat auch diese gewisse Einschränkungen. Wenn Sie der Meinung sind, dass sich dies auf Ihr Design auswirkt, sollten Sie eine Alternative finden
- Der gesamte Laststrom fließt durch den Widerstand R2, daher entsteht ein Leistungsverlust. Daher ist diese Schaltung nicht für batteriebetriebene Anwendungen geeignet
- Die Nennstromstärke, für die die Sicherung ausgelegt ist, ist nicht genau, da sich jeder Widerstand geringfügig ändert und sich mit zunehmendem Alter auch die Eigenschaften des Widerstands ändern.
- Diese Schaltung reagiert nicht auf plötzliche Spitzenströme, da der Transistor einige Zeit benötigt, um auf die Änderungen zu reagieren.