Circuit du pied de biche

La fiabilité de tout appareil électronique dépend de la qualité de la conception des circuits de protection matérielle. L'utilisateur final (consommateur) est enclin à faire des erreurs et il est de la responsabilité d'un bon concepteur de matériel de protéger son matériel de toute erreur. Il existe de nombreux types de circuits de protection, chacun avec ses propres applications spécifiques. Les types les plus courants de circuits de protection sont les circuits de protection contre les surtensions, les circuits de protection contre l'inversion de polarité, les circuits de protection contre les surtensions et les circuits de protection contre le bruit. Dans ce didacticiel, nous discuterons du circuit Crowbar qui est un type de circuit de protection contre les surtensions et qui est couramment utilisé dans les appareils électroniques. Nous créerons également pratiquement ce circuit et vérifierons son fonctionnement dans la vie réelle.

Matériaux nécessaires

• Fusible
• Diode Zener
• Thyristor
• Condensateurs
• Résistances
• Diode Schottky

Schéma du circuit du pied de biche

Le schéma de circuit d'un circuit de pied de biche est très simple et facile à construire et à mettre en œuvre, ce qui en fait une solution économique et rapide. Le schéma complet du circuit du pied de biche est illustré ci-dessous.

Ici, la tension d'entrée (sonde bleue) est la tension qui doit être surveillée et le circuit est conçu pour couper l'alimentation lorsque la tension d'alimentation dépasse 9,1V. Nous discuterons de la fonction de chaque composant dans la section de travail ci-dessous.

Fonctionnement du circuit Crowbar

Un circuit Crowbar surveille la tension d'entrée et quand elle dépasse la limite, il crée un court-circuit entre les lignes électriques et fait sauter le fusible. Une fois le fusible grillé, l'alimentation électrique sera déconnectée de la charge et l'empêchera ainsi de subir une haute tension. Le circuit fonctionne en créant un court-circuit direct sur les lignes électriques, comme si un pied de biche tombait entre les lignes électriques du circuit. Par conséquent, il tire son nom emblématique du circuit de pied de biche.

La tension sur laquelle le circuit doit créer un court-circuit dépend de la tension Zener. Le circuit se compose d'un SCR qui est directement connecté entre la tension d'entrée et la masse du circuit, mais ce SCR est par défaut maintenu à l'état désactivé en mettant à la terre la broche de grille du SCR. Lorsque la tension d'entrée dépasse la tension Zener, la diode Zener commence à conduire et donc une tension est fournie à la broche Gate du SCR, ce qui lui permet de fermer la connexion entre la tension d'entrée et la terre, créant ainsi un court-circuit. Ce court-circuit va tirer un courant maximum de l'alimentation et faire sauter le fusible isolant l'alimentation de la charge. Le travail complet peut également être facilement compris en regardant l'image GIF ci-dessus. Vous pouvez également trouver une vidéo de démonstration à la fin de ce tutoriel.

L'image ci-dessus représente la façon dont le circuit de pied de biche répond exactement lorsque la condition de surtension se produit. Comme vous pouvez le voir, la diode Zener ici est évaluée à 9,1 V mais la tension d'entrée a dépassé la valeur et est actuellement à 9,75 V. Ainsi, la diode Zener s'ouvre et commence à conduire en fournissant une tension à la broche Gate du SCR. Le SCR commence alors à conduire en court-circuitant la tension d'entrée et la terre et fait donc sauter le fusible en raison de la consommation de courant maximale, comme indiqué dans le GIF ci-dessus. La fonction de chaque composant de ce circuit est expliquée ci-dessous.

Fusible: Le fusible est le composant essentiel de ce circuit. Le calibre du fusible doit toujours être inférieur au courant nominal maximal du SCR et supérieur au courant consommé par la charge. Nous devons également nous assurer que l'alimentation peut fournir suffisamment de courant pour rompre le fusible en cas de panne.

Condensateur 0.1uF: Il s'agit d'un condensateur de filtrage; il supprime les pointes et autres bruits comme les harmoniques de la tension d'alimentation pour éviter que le circuit ne forme un faux déclenchement.

Diode Zener 9,1 V: Cette diode décide de la valeur de surtension, car ici nous avons utilisé une diode Zener 9,1 V, le circuit répondra à toute tension supérieure à sa valeur seuil de 9,1 V. Le concepteur peut choisir la valeur de cette résistance en fonction de ses besoins.

Résistance 1K: Il s'agit simplement d'une résistance de rappel qui maintient la broche Gate du SCR à la terre et la maintient ainsi éteinte jusqu'à ce que le Zener commence à conduire.

Condensateur 47nF: Chaque interrupteur d'alimentation comme le SCR nécessite un circuit d'amortissement pour supprimer les pointes de tension pendant la commutation et empêcher le SCR de faux déclenchement. Ici, nous venons d'utiliser un condensateur pour faire le travail. La valeur du condensateur doit être juste suffisante pour filtrer le bruit, car une valeur élevée de capacité augmentera le délai auquel le SCR commence à conduire après l'application de l'impulsion de porte.

Thyristor (SCR): Le thyristor est responsable de la création d'un court-circuit entre les rails d'alimentation. Des précautions doivent être prises pour que le SCR puisse gérer une telle valeur de courant à travers lui pour faire sauter le fusible et s'endommager. La tension de porte du SCR doit être inférieure à la tension de claquage Zener. En savoir plus sur Thyristor ici.

Diode Schottky: Cette diode n'est pas obligatoire et est utilisée uniquement à des fins de protection. Il garantit que nous n'obtenons aucun courant inverse du côté charge qui pourrait éventuellement endommager le circuit de protection. Une diode Schottky est utilisée à la place d'une diode ordinaire car elle a moins de chute de tension à travers elle.

Matériel

Maintenant que nous avons compris la théorie derrière le circuit Crowbar, il est temps d'entrer dans la partie amusante. Cela consiste en fait à construire le circuit au-dessus d'une planche à pain et à vérifier son fonctionnement en temps réel. Le circuit que je construis est pour une ampoule 12V. Cette ampoule consomme environ 650mA sous une tension de fonctionnement normale de 12V. Nous concevrons le circuit du pied de biche pour vérifier si la tension dépasse le 12V et si c'est le cas, nous allons court-circuiter le SCR et ainsi faire sauter le fusible. J'ai donc utilisé ici une diode Zener 12V et un thyristor TYN612. Le fusible est monté à l'intérieur d'un porte-fusible, ici nous avons utilisé un fusible à cartouche de 500 mA. La configuration complète est illustrée dans l'image ci-dessous

J'ai utilisé un RPS pour contrôler la tension d'entrée, initialement la configuration est testée avec 12V et cela fonctionne bien en allumant l'ampoule. Plus tard, la tension est augmentée à l'aide du bouton RPS créant ainsi un court-circuit à travers le SCR et faisant sauter le fusible qui éteint également l'ampoule et l'isole de l'alimentation électrique. Le travail complet peut également être vérifié dans la vidéo au bas de cette page.

Limitations du circuit Crowbar

Bien que le circuit soit largement utilisé, il a ses propres limitations qui sont énumérées ci-dessous

• La valeur de surtension du circuit dépend uniquement de la valeur de tension Zener, et seules quelques valeurs de diode Zener sont disponibles.
• Le circuit est également soumis à des problèmes de bruit; ce bruit peut souvent créer un faux déclencheur et faire sauter le fusible.
• En cas de surtension, le circuit fait sauter le fusible et nécessite plus tard une aide manuelle pour faire fonctionner à nouveau la charge lorsque la tension redevient normale.
• Le fusible est un fusible mécanique qui doit être remplacé et consomme donc des efforts, du temps et de l'argent.