SCR Tiristor Crowbar: Circuito de Proteção Contra Sobretensão
O tiristor ou SCR pode fornecer um meio fácil de fornecer proteção contra sobretensão para fontes de alimentação usando um circuito Crowbar.
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Nosso tutorial sobre projeto do circuito do tiristor inclui:
Cartilha de design de circuito tiristor | Funcionamento do circuito | Projeto de circuito de disparo | SCR Tiristor Crowbar | Circuitos TRIAC
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As fontes de alimentação são normalmente confiáveis, mas se falharem, podem causar danos significativos aos circuitos que fornecem, embora improvável, isso pode acontecer e acontece.
O principal medo é que o circuito da fonte de alimentação possa falhar de tal forma que uma tensão muito maior possa ser colocada no trilho de alimentação para os circuitos eletrônicos dentro do item específico. Esta tensão muito maior do que o normal pode significar a destruição instantânea de muitos dos dispositivos dentro do circuito.
O tiristor ou SCR pode oferecer um método muito fácil, mas eficaz, de fornecer um circuito de pé-de-cabra para proteger contra essa eventualidade e fornecer segurança adicional e tranquilidade para qualquer pessoa que use o equipamento.
Modos de falha da fonte de alimentação analógica
Um modo de falha para muitos suprimentos regulados analógicos é que o transistor de passagem em série pode falhar com um curto-circuito aparecendo entre o coletor e o emissor.
Se isso acontecer, a tensão total não regulada pode aparecer na saída e, como muitos reguladores analógicos em série, exigem uma tensão de entrada de pelo menos 1,5 a duas vezes a tensão de saída.
Se isso acontecesse, colocaria uma tensão intoleravelmente alta em todo o sistema, causando a falha de muitos CIs e outros componentes.
Observando as tensões envolvidas, é muito fácil ver por que a inclusão da proteção contra sobretensão é tão importante. Uma fonte típica pode fornecer 5 volts estabilizados para circuitos lógicos. Para fornecer tensão de entrada suficiente para proporcionar estabilização adequada, rejeição de ondulação e similares, a entrada para o regulador da fonte de alimentação pode estar na região de 10 a 15 volts.
Mesmo 10 volts seriam suficientes para destruir muitos chips usados hoje, principalmente os mais caros e complicados. Portanto, prevenir isso é de grande importância.
Circuito de alavanca de sobretensão do tiristor / SCR
O circuito do pé de cabra do tiristor mostrado é muito simples, usando apenas alguns componentes. Ele pode ser usado em muitas fontes de alimentação e pode até ser adaptado em situações onde nenhuma proteção contra sobretensão pode ser incorporada.
Ele usa apenas quatro componentes: um retificador controlado de silício ou SCR, um diodo zener, um resistor e um capacitor.
O pé de cabra ou circuito de proteção de sobretensão SCR é conectado entre a saída da fonte de alimentação e o terra. A tensão do diodo Zener é escolhida para ficar ligeiramente acima da tensão do trilho de saída.
Normalmente, um trilho de 5 volts pode funcionar com um diodo Zener de 6,2 volts. Quando a tensão do diodo Zener for atingida, a corrente fluirá através do Zener e acionará o retificador ou tiristor controlado por silício.
Isso fornecerá um curto-circuito ao terra, protegendo assim o circuito que está sendo fornecido de qualquer dano e também queimando o fusível que removerá a tensão do regulador em série.
Como um retificador controlado por silício, SCR ou tiristor é capaz de transportar uma corrente relativamente alta – mesmo dispositivos bastante comuns podem conduzir cinco amperes e picos de corrente curtos podem ser de 50 ou mais amperes, dispositivos baratos podem fornecer um nível muito bom de proteção para pequeno custo.
Além disso, a tensão no SCR será baixa, normalmente apenas um volt quando ele disparar e, como resultado, a dissipação de calor não é um problema.
O pequeno resistor, geralmente em torno de 100 ohms da porta do tiristor ou SCR para o terra, é necessário para que o Zener possa fornecer uma corrente razoável quando for ligado.
Esse resistor também fixa a tensão do portão no potencial de terra até que o Zener seja ligado. O capacitor C1 está presente para garantir que curtos picos não acionem o circuito.
Alguma otimização pode ser necessária na escolha do valor correto, embora 0,1 microfarads seja um bom ponto de partida.
Se a fonte de alimentação for usada com transmissores de rádio, a filtragem na entrada para o portão pode precisar ser um pouco mais sofisticada, caso contrário, a RF do transmissor pode entrar no portão e causar disparos falsos. O capacitor C1 precisará estar presente, mas uma pequena quantidade de indutância também pode ajudar. Um cordão de ferrite pode até ser suficiente.
Experimentação para garantir que o tempo de atraso para o disparo do tiristor não seja muito longo contra a remoção do RF. A filtragem na linha de alimentação de/para o transmissor também pode ajudar.
Limitações do circuito Crowbar
Embora este circuito de proteção contra sobretensão da fonte de alimentação seja amplamente utilizado, ele possui algumas limitações.
- Tensão de disparo do pé de cabra: A tensão de disparo do circuito do pé de cabra do tiristor é definida pelo diodo Zener. É necessário escolher um diodo Zener com a tensão certa. Os diodos Zener não são ajustáveis e vêm com, no máximo, uma tolerância de 5%. A tensão de disparo deve estar suficientemente acima da tensão nominal de saída da fonte de alimentação para garantir que quaisquer picos que possam aparecer na linha não disparem o circuito.
- Suscetibilidade a RF: Se a fonte de alimentação for usada para alimentar um transmissor, é necessário filtrar a linha de/para o transmissor junto com um projeto cuidadoso da proteção contra picos no portão.
- Limiar do circuito: Levando em consideração todas as tolerâncias e margens, a tensão garantida na qual o circuito pode disparar pode ser de 20 a 40% acima da nominal, dependendo da tensão da fonte de alimentação. Quanto menor a tensão, maiores as margens necessárias. Freqüentemente, em uma fonte de 5 volts, pode haver dificuldade em projetá-la para que o pé de cabra de sobretensão dispare abaixo de 7 volts, onde danos podem ser causados aos circuitos protegidos.
Este simples circuito de alavanca de tiristor pode ser muito eficaz. É simples, embora um pouco grosseiro, mas pode proteger um equipamento caro de uma possível falha do elemento regulador em série.
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