Eenvoudig overspanningsbeveiligingscircuit met zenerdiode

Hoe maak je een overspanningsbeveiligingscircuit met zenerdiode?

De elektrische circuits en componenten die tegenwoordig worden gebruikt, geven veel voorkeur en tijd om het zo veilig mogelijk te maken. Moderne voedingen zijn tegenwoordig zeer betrouwbaar, maar er is altijd een kans op uitval. Een voeding kan op veel manieren falen, maar een bijzonder zorgwekkende mogelijkheid is dat het serieregelelement, d.w.z. transistor of FET, zodanig kan falen dat het een kortsluiting wordt. Deze kortsluiting van elementen zorgt ervoor dat er een zeer hoge spanning verschijnt op het circuit dat wordt gevoed, wat enorme schade aan de hele apparatuur veroorzaakt. De schade aan het onderdeel en aan het circuit als geheel kan worden geminimaliseerd of volledig worden geëlimineerd door een beveiligingscircuit te bieden in de vorm van overspanningsbeveiliging .

Beveiliging tegen kortsluiting, beveiliging tegen omgekeerde polariteit en over-/onderspanningsbeveiliging zijn enkele van de beveiligingscircuits die worden gebruikt om elk elektronisch apparaat of circuit te beschermen tegen plotselinge ongelukken. Over het algemeen wordt een zekering of MCB gebruikt voor overspanningsbeveiliging, maar in dit project is ons doel om een ​​circuit te maken dat beter kan presteren dan een zekering of MCB en de beperkingen van de meest primaire veiligheidsvoorzieningen die hierboven zijn genoemd te overwinnen.

Overspanningsbeveiliging is een kenmerk van een voedingssysteem, dat op de een of andere manier de spanning over de belastingszijde afhandelt wanneer de ingangsspanning de vooraf ingestelde waarde overschrijdt. In sommige situaties waar de ingangsspanning hoger is dan verwacht, gebruiken we altijd een overspanningsbeveiliging of koevoetbeveiligingsschakeling. Het koevoetbeveiligingscircuit is een van de meest gebruikte overspanningsbeveiligingscircuits.

Een voeding kan op veel manieren falen; op dezelfde manier kunnen er veel manieren zijn om een ​​circuit te beschermen tegen overspanning. De eenvoudigste manier is om een ​​zekering aan de ingangstoevoerzijde aan te sluiten. Maar het nadeel van het gebruik van een zekering is dat het een eenmalige bescherming is, omdat als de spanning de vooraf ingestelde waarde overschrijdt, de zekeringdraad doorbrandt, waardoor het circuit opengaat. De enige manier om het circuit weer te laten werken, is door de zekering te vervangen door een nieuwe en alle circuits met betrekking tot de zekering opnieuw te maken.

Gevallen van stroomuitval worden normaal gezien gezien als wanneer de stroomtoevoer stopt met werken en er geen output is. Er zijn echter enkele zeldzame gevallen van storing, waarbij er een kortsluiting is en er aan de uitgang zeer hoge spanningen kunnen verschijnen. Voor een lineaire regelaar kunnen we het voorbeeld nemen van een zeer eenvoudige op zenerdiode gebaseerde regelaar. We kunnen een meer geavanceerde schakeling maken om betere resultaten te bereiken, die schakelingen gebruiken hetzelfde idee om stroom door de transistor te laten gaan.

• Gerelateerde post:Zenerdiode &Zener-spanningsregelaarcalculator

Het belangrijkste verschil is de manier waarop de spanning van de regelaar op de basis van de transistor wordt aangelegd. Typisch is de spanning aan de ingangszijde zodanig dat meerdere volts over het serieregelelement vallen. Daarom stelt dit de seriedoorlaattransistor in staat om de uitgangsspanning op de juiste manier te regelen. Gewoonlijk zou een transistor als deze in een open circuit-toestand vallen, maar onder bepaalde omstandigheden kan de transistor kortsluiting ontwikkelen tussen de collector en de emitter. Als dit gebeurt, verschijnt de volledige ongereguleerde ingangsspanning over de uitgang.

Als de volledige spanning op de uitgang verschijnt, kan dit veel van de IC's in het circuit beschadigen en van stroom worden voorzien. In dit geval zou het circuit economisch niet meer te repareren zijn. De manier waarop schakelende regelaars werken is heel anders, maar er zijn situaties waarin de volledige output op de output van de voeding zou kunnen verschijnen.

We kunnen een overspanningsbeveiligingscircuit maken met behulp van een zenerdiode en bipolaire transistor op twee manieren.

• Gerelateerde post: 24V flitsercircuit

Zener-spanningsregelaarcircuit :

dit circuit maakt gebruik van een zenerdiode om een ​​gereguleerde uitvoer naar de belastingszijde te leveren, waardoor het circuit wordt beschermd. Maar de aansluitingen zijn zodanig dat de stroomtoevoer naar de belastingzijde niet wordt onderbroken, zelfs niet wanneer de spanning de veiligheidslimieten overschrijdt. De uitgang krijgt altijd een spanning die afhankelijk is van de nominale waarde van de zenerdiode.

Overspanningsbeveiligingscircuit met zenerdiode:

deze methode is eenvoudiger, waarbij het circuit is ontworpen om de stroom naar de belastingszijde af te sluiten wanneer de spanning de gegeven ingestelde waarden overschrijdt.

Benodigde materialen

• 1N4740A Zenerdiode
• FMMT718 PNP-transistor
• Weerstanden – 1k, 2.2k en 6k
• 2N2222 NPN-transistor

Gerelateerde post:Automatische deurbel met objectdetectie door Arduino

Zenerdiode

Zenerdiode is een type diode dat stroom doorlaat in beide richtingen, 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.

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

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.

• Verwante post:12V naar 5V convertercircuit

2N2222 NPN-transistor

2N2222 is een veel voorkomende bipolaire NPN-transistor, die voornamelijk wordt gebruikt voor algemene toepassingen met laag vermogen om te versterken of te schakelen. 2N222 is ontworpen om matig op hoge snelheid te werken. Het is een veel voorkomende transistor en wordt gebruikt als een voorbeeld van een NPN-transistor.

Het schematische diagram van de transistor wordt hieronder gegeven.

De pinout voor 2N2222 NPN-transistor wordt hieronder gegeven.

Vanwege de lage kosten en het kleine formaat is dit de meest gebruikte transistor. Een van de belangrijkste kenmerken is het vermogen om de hoge stroomwaarden aan te kunnen in vergelijking met de andere vergelijkbare kleine transistors. Het is ofwel gemaakt van silicium of germanium materiaal en gedoteerd met positief of negatief geladen materiaal. Tijdens het uitvoeren van versterkingstoepassingen ontvangt het een analoog signaal via collectoren en wordt een ander signaal naar de basis gestuurd. Analoog signaal kan het spraaksignaal zijn met de analoge frequentie van bijna 4 kHz (menselijke stem).

• Gerelateerde post: Een transistor controleren met een multimeter (DMM+AVO) – NPN en PNP – 4 manieren

FMMT718 PNP-transistor

FMMT718 is een PNP-transistor, vandaar dat de collector en emitter gesloten zijn (voorwaarts gericht) wanneer de basispin op de grond wordt gehouden en worden geopend (omgekeerd voorgespannen) wanneer een signaal wordt geleverd aan de basispin. Dit is waar PNP-transistor verschilt van een NPN-transistor; een logische poort wordt gebruikt om te schakelen tussen grondsignaalspanningen.

Een schematisch diagram van de PNP-transistor wordt hieronder gegeven.

De pin-out voor een FMMT718 wordt hieronder in tabelvorm weergegeven.

  Zener-spanningsregelaarcircuit

Dit is een van de twee configuraties van overspanningsbeveiligingscircuits die zenerdiode gebruiken. Dit circuit beschermt niet alleen het circuit aan de belastingszijde, maar regelt ook de ingangsvoedingsspanning om een ​​constante spanning te behouden. Schakelschema voor overspanningsbeveiliging met behulp van het Zener-spanningsregelaarcircuit wordt hieronder gegeven.

De drempelspanning waarboven het circuit de voeding naar de belastingszijde loskoppelt, wordt de vooraf ingestelde spanningswaarde van het circuit genoemd. Het ontwerp van het circuit is zodanig dat de vooraf ingestelde waarde van het circuit de classificatie van de Zenerdiode is. De drempelwaarde waarover de schakeling niet geleidt is dus ongeveer 5,1 V.

De geleiding van de transistor Q1 is afhankelijk van de basisemitterspanning van de transistor. Wanneer de uitgangsspanning van het circuit begint te stijgen, verhoogt dit de Vbe van de transistor en geleidt deze minder. Dit verlaagt op zijn beurt de uitgangsspanning, waardoor de uitgangsspanning vrijwel constant blijft.

• Gerelateerde post: Eenvoudig aanraakgevoelig schakelcircuit met 555 Timer en BC547-transistor

Circuitdiagram van overspanningsbeveiliging met zenerdiode

Het schakelschema voor het overspanningsbeveiligingscircuit wordt hieronder gegeven.

Eerst beschouwen we de werking van het circuit wanneer de voeding goed werkt. In de juiste werkende staat is de basisterminal van transistor Q2 hoog, waardoor die transistor UIT gaat. Wanneer Q2 is uitgeschakeld, is de basisterminal van de transistor Q1 laag en begint deze te geleiden. Op deze manier wordt de belasting aangesloten op de voeding wanneer de voedingsspanning onder de ingestelde drempelspanning komt.

Als de voedingsspanning hoger is dan de drempelwaarde, treedt zener-doorslag op en begint de zenerdiode D2 te geleiden. Dit maakt de basisterminal van Q2 die eerder hoog bij de grond was. Nu de basisterminal van Q2 is verbonden met aarde, begint deze te geleiden. De basis van de transistor Q1 die is aangesloten op de uitgang van de Q2 is nu hoog en stopt met geleiden. Dit isoleert de belasting van de voeding, waardoor deze wordt beschermd tegen mogelijke schade die zou kunnen zijn veroorzaakt door de spanningspiek.

De werking van de bovenstaande circuits is ook afhankelijk van de spanningsval van elke transistor. Idealiter zou het laag moeten zijn voor een circuit dat overeenkomt met zijn theoretische tegenhanger. Om de spanningsval voor de transistor tot een minimum te beperken, hebben we FMMT718 PNP-transistor gebruikt die een zeer lage collector-emitterverzadigingswaarde heeft. Deze lage waarde van Vce zorgt ervoor dat de spanningsval over de transistors laag is.