Wat is Koevoet Circuit? Ontwerp en bediening

Crowbar-schakelschema voor overspanningsbeveiliging

Wat is Crowbar Circuit?

Het koevoetcircuit is in feite een elektrisch circuit dat wordt gebruikt om te voorkomen dat het circuit overspanning krijgt . Het werkt door een kortsluiting of een pad met lage weerstand over de spanningsuitgang te plaatsen, net zoals het laten vallen van een koevoet over de uitgangsklemmen van de voeding, vandaar de naam. Het koevoetcircuit is een soort overspanningsbeveiligingscircuit.

Een koevoetcircuit is anders dan andere veiligheids- of vergrendelingscircuits, bijvoorbeeld een klem bij het trekken. Eenmaal geactiveerd, daalt de spanning onder het triggerniveau, meestal dicht bij de grond. Een koevoet keert niet terug naar de normale werking wanneer de overspanningstoestand is verwijderd.

Op basis van de bewerking wordt een actieve koevoet gedefinieerd als een koevoet die de kortsluiting kan verwijderen wanneer de transiënt wordt verwijderd, waardoor het apparaat zijn normale werking hervat. Actieve koevoeten worden gebruikt wanneer de kans dat een transiënt optreedt hoog en frequent is, in circuits zoals het rotorcircuit van dubbel gevoede generatoren tegen hoge stroom- en spanningstransiënten die optreden door de spanningspiek in het stroomnetwerk. De generator kan dus door de storing rijden en snel blijven werken, zelfs tijdens de spanningsdip.

Het koevoetcircuit heeft een lage houdspanning waardoor het een hogere foutstroom kan voeren zonder veel vermogen te verliezen tijdens het proces. Het lagere vermogensverlies in het koevoetcircuit maakt het een meer geprefereerde optie in vergelijking met andere veiligheidsvoorzieningen.

• Verwante post: 12V naar 5V-convertercircuit

Vereiste componenten

1. Zekering
2. Zenerdiode
3. Schottky-diode
4. Thyristors
5. Weerstanden
6. condensatoren

Crowbar Circuit Diagram

Het bovenstaande schakelschema is het koevoetcircuit dat eenvoudig en gemakkelijk te implementeren is. Het circuit is ook kosteneffectief en een snelle oplossing voor overspanningsbeveiliging. Het complete koevoetdiagram samen met de berekende waarden van de gebruikte componenten.

• Gerelateerde post: Automatisch schakelschema en bediening van de badkamerlichtschakelaar

Zekering

Een zekering is een elektrisch veiligheidsapparaat dat wordt gebruikt om het circuit te beveiligen tegen overstroompieken. Het essentiële onderdeel is een metalen draad of strip die in serie met het circuit wordt gebruikt. Wanneer de stroom in het circuit te hoog is, smelt de metalen strip waardoor het circuit wordt verbroken. De waarden van de drempel van de stroom in een circuit zijn alleen afhankelijk van het smeltpunt van de metalen strip. Het is een opofferingsapparaat, wat betekent dat als het eenmaal in een circuit is gebruikt om het te verbreken, het moet worden vervangen of opnieuw moet worden bedraad op basis van het type.

Zekeringen worden al heel lang gebruikt en zijn in de loop van de tijd geëvolueerd om te werken op basis van zeer specifieke stroom- en spanningswaarden, onderbrekingscapaciteit en responstijden, afhankelijk van de toepassing.

Er zijn ook enkele andere apparaten beschikbaar voor dezelfde toepassing, circuitonderbrekers genoemd. Stroomonderbrekers kunnen worden gebruikt als alternatief voor de zekeringen, maar ze hebben aanzienlijk verschillende kenmerken. Over het algemeen is het element van de zekering van zink, koper, aluminium of legering om de voorspelbare en stabiele eigenschap te krijgen.

Een algemene schematische weergave van een zekering wordt hieronder gegeven.

Het symbool van de zekering kan verschillen op basis van verschillende representaties. In het bovenstaande circuit zijn er vier representaties, de eerste is IEC-representatie en de overige twee zijn gebaseerd op IEEE-representatie.

Zekeringen worden veel gebruikt omdat ze hun eigen voordelen hebben. Sommigen van hen worden hieronder vermeld:

1. Fuse is het goedkoopste apparaat dat beschikbaar is voor de beveiliging van een elektrisch circuit.
2. Zekering heeft geen onderhoud nodig.
3. De werking van de zekering is eenvoudig en er is geen complexiteit bij betrokken.
4. Fuse kan enorme kortsluitstromen onderbreken zonder geluid, vlammen, gas of rook te produceren.
5. De werkingstijd voor een zekering kan veel korter zijn dan de werking van een stroomonderbreker.

Natuurlijk zijn er naast alle voordelen ook nadelen, maar niet zo veel als de voordelen. Twee ervan worden hieronder gegeven:

1. Tijdens kortsluiting of overbelasting kost het tijd om de zekering te vervangen als de zekering doorbrandt. Tijdens deze periode verliest het circuit stroom.
2. Als zekeringen in serie zijn geschakeld, is het moeilijk om de zekering te onderscheiden, tenzij de zekering een aanzienlijk verschil in grootte heeft.

Gerelateerde berichten: 

• Belangrijkste verschil tussen zekering en stroomonderbreker
• HRC-zekering (zekering met hoge breukcapaciteit) en zijn typen

Schottky-diode

Schottky-diode in dit project is niet verplicht en wordt alleen gebruikt voor beschermingsdoeleinden. Het wordt voornamelijk gebruikt als gelijkrichters in hoogfrequente laagspanningsomvormers, polariteitsbeveiligingsdiodes en vrijloopdiodes. Het wordt ook wel oppervlaktebarrièrediode, hete elektronendiode of hete dragerdiode genoemd. Het is een beetje anders dan normale PN-junctiediodes waarbij metaal zoals platina of aluminium wordt gebruikt in plaats van P-type halfgeleider.

In Schottky-diode, halfgeleider en metaal samengevoegd, vormen ze een metalen halfgeleiderovergang waarbij de halfgeleiderzijde als kathode fungeert en de metalen zijde als anode. Wanneer een metaal-halfgeleiderovergang wordt gevormd tussen metaal en halfgeleider, resulteert dit in een uitputtingslaag die ook wel Schottky-barrière wordt genoemd.

Schottky wordt geleverd met een lage opgeslagen lading en vertoont een lager stroomverlies en mechanische eigenschappen met een hoger rendement. Het is zo vervaardigd dat alle externe oppervlakken corrosiebestendig zijn en dat de terminals gemakkelijk te solderen zijn als de stroom maar in één richting vloeit en de stroom in de andere richting stopt. De vermogensdaling die in deze diode optreedt, is lager dan bij PN-junctiediodes. Wanneer er spanning over de diodeklemmen wordt aangelegd, begint er stroom te vloeien, wat resulteert in een kleine spanningsval over de klemmen. De lagere spanningsdalingen resulteren in een hoger rendement en een hogere schakelsnelheid.

• Gerelateerde post: Een diode testen met een digitale en analoge multimeter – op 4 manieren.

Zenerdiode

Zenerdiode is een type diode dat stroom er in beide richtingen doorheen laat stromen, in tegenstelling tot een normale diode die de stroom slechts in één richting laat stromen, namelijk van anode naar kathode. Deze stroom van stroom in de tegenovergestelde richting gebeurt alleen wanneer de spanning over de klemmen de drempelspanning overschrijdt die de Zener-spanning wordt genoemd. Deze Zener-spanning is een kenmerk van het apparaat, dat het Zener-effect regelt, dat op zijn beurt de werking van de diode regelt.

Zenerdiodes hebben een sterk gedoteerde p-n-overgang, waardoor het apparaat goed kan functioneren, zelfs als er sperspanning doorheen wordt toegepast. Veel Zener-diodes vertrouwen in plaats daarvan op lawinedoorslag. Beide doorslagtypes komen voor in het apparaat, het enige verschil is dat het Zener-effect overheerst bij lagere spanningen, terwijl de lawinedoorslag plaatsvindt bij hogere spanningen. Ze worden gebruikt om gestabiliseerde voedingen met een laag vermogen te genereren. Ze worden ook gebruikt om circuits te beschermen tegen overspanning en elektrostatische ontlading.

• Gerelateerde post:Zenerdiode en Zener-spanningsregelaarcalculator

Een schematisch diagram van een zenerdiode die over het algemeen in circuits wordt gebruikt, wordt hieronder gegeven.

Thyristor

Thyristor is in feite een apparaat met vier lagen, het bestaat afwisselend uit twee P-type en twee N-type halfgeleiders. De samenstelling van een thyristor kan worden weergegeven als P-N-P-N. In zijn meest elementaire vorm heeft een thyristor drie aansluitingen:anode, kathode en poort. De poort regelt de stroomstroom tussen anode en kathode. De primaire functie van Thyristor is het regelen van elektrische stroom en stroom door als schakelaar te fungeren.

Het wordt voornamelijk gebruikt als gelijkrichter omdat het snel kan overschakelen van een geleidende toestand naar een niet-geleidende toestand. Bovendien zijn de onderhoudskosten laag en werken ze onder de juiste omstandigheden en blijven ze op lange termijn functioneren zonder een storing te ontwikkelen. Thyristoren worden op grote schaal en in een breed scala aan elektrische circuits gebruikt, van eenvoudigere inbraakalarmen tot hoogspanningsleidingen.

De werking van een thyristor is in de loop der jaren uitgebreid bestudeerd en er zijn vrij nauwkeurige gegevens over de werking ervan bekend. Voor het meest basale type thyristor met vier lagen (P-N-P-N) en drie knooppunten (PN, NP, PN). Als de anode een positieve klem is ten opzichte van de kathode, zijn de knooppunten PN en PN voorwaarts voorgespannen, terwijl de middelste NP-overgang in tegengestelde richting is voorgespannen. Daarom blokkeert de NP-overgang de stroom van positieve stroom van de anode naar de kathode. Er wordt gezegd dat de thyristor zich in de voorwaartse blokkerende staat bevindt. Evenzo wordt de stroom van negatieve stroom geblokkeerd door de buitenste PN-overgangen. De thyristor bevindt zich in een omgekeerde blokkeringstoestand. Een andere toestand waarin een thyristor kan bestaan, is in de voorwaartse geleidende toestand. In deze toestand ontvangt het voldoende signaal om AAN te schakelen en begint het te geleiden.

• Gerelateerde post:automatische deurbel met objectdetectie door Arduino

Een typisch Thyristor-diagram wordt getoond in de bovenstaande afbeelding.

Werking van het koevoetcircuit

Bevestig alle componenten van de huidige waarden zoals aangegeven in het circuit op de juiste manier. Een koevoetcircuit houdt de ingangsspanning bij en werkt alleen wanneer deze de limiet overschrijdt. Wanneer de limiet wordt overschreden, veroorzaakt het circuit een kortsluiting over de hoogspanningslijnen en de aangesloten zekering, gemaakt van een metaal met een laag smeltpunt, smelt en verbreekt het circuit. De waarde van de spanning waarbij de kortsluiting optreedt, is afhankelijk van de zenerspanning. De SCR in het circuit is direct verbonden over de ingangsspanning en de aarde van het circuit. Deze SCR wordt echter uitgeschakeld gehouden door de poortaansluiting van de SCR te aarden. Wanneer de Zener-spanning wordt overschreden, begint de Zener-diode te geleiden en wordt de spanning toegevoerd aan de gate-aansluiting van de SCR. De spanning die wordt aangelegd aan de gate-aansluiting van de SCR zorgt ervoor dat deze geleidt en er is kortsluiting tussen de ingangsspanning en de aarde. Deze kortsluiting trekt de maximaal mogelijke stroom uit het circuit en blaast de zekering door die de voeding van de belasting scheidt.

Deze opstelling van de schakeling bespaart de componenten en de schakeling zelf vormt een overschrijding van spanningen, door een opofferingszekering op te blazen die heel gemakkelijk kan worden vervangen.