Crowbar Devresi Nedir & Nasıl Çalışır?
Crowbar Devresi, güç kaynağının sağladığı yükte aşırı gerilim olması durumunda devrelerin hasar görmesini engelleyen bir devre çeşididir.
Güç kaynakları, elektrik ve elektronik devrelerde bulunması gereken önemli elemanlardandır. Genellikle çok sağlam ve güvenilirlerdir. Devreye iyi ve temiz güç sağlarlar. Bir elektronik sistemin güvenirliliği ve ömrü, kullanılan güç kaynağıyla oldukça ilgilidir. Güç kaynağı ne kadar iyi ve sağlamsa sistem o kadar sağlıklı çalışır.
Bir güç kaynağı herhangi bir nedenle arızalanırsa, bazen güç kaynağının beslediği devre onarılmayacak ölçüde hasar görür. Crowbar Devresi, güç kaynağının sağladığı yükte aşırı gerilim olması durumunda devrelerin hasar görmesini, güç kaynağının sisteme verdiği yükü azaltarak önleyen basit bir elektrik devresidir. Crowbar Devresi, aşırı gerilim tespit edildiğinde güç kaynağının çıkış terminallerinin kısa devre olmasını sağlayarak yükü azaltır. Güç kaynağının çıkış terminalleri kısa devre olduğunda, büyük akım akışı sigortanın atmasını sağlar ve böylece güç kaynağını devrenin geri kalanından ayırır. Yani Crowbar devresi, aşırı voltajı tespit eder ve sigortanın atmasını sağlar.
Bir örnek ile somutlaştırmak için doğrusal güç kaynakları ile ilgili yaygın sorunlardan biri olan seri geçiş transistörünün arızalanmasını inceleyelim. Geçiş transistörünün toplayıcı ve verici terminalleri arasında bir kısa devre olduğunda, transistör arızalanır ve çıkışta çok yüksek ve düzensiz bir voltaj oluşur. Bu yüksek voltaj ana sisteme verilirse, entegre devreler (IC) gibi hassas bileşenler aşırı voltaj nedeniyle önemli hasar görür. Bu durumun yaşanmaması için genelde güç kaynağının çıkışına basit bir aşırı gerilim koruma devresi koyulur. Böylece voltajda beklenmedik bir artış olması durumunda ana devre veya yük hasar almaz. İşte bu aşırı gerilim korumda devrelerinden bir tanesi Crowbar devresidir.
Genellikle Crowbar Devreleri, ana kısa devre cihazı olarak Tristör (SCR) veya TRIAC kullanılarak tasarlanmıştır. Crowbar devresi hakkında temel bilgiye sahip olduğumuza göre, Tristör içeren tasarımı ve TRIAC içeren tasarımı inceleyelim.Tristör Kullanan Crowbar Devresi
Aşağıdaki görüntü, bir Tristör kullanan bir Crowbar devresi tasarımını göstermektedir. Bu devreyi kurmak için gereken tüm bileşenler aşağıda belirtilmiştir.
Q1 → Tristör
ZD1 → Zener Diyot SD1 → Schottky Diyot
C1 → Filtre Kondansatörü
C2 → Snubber Kondansatör
R1 → Düşürücü Direnç
F1 → Sigorta
Zener Diyot (ZD1) aşırı voltajı tespit eden elemandır. Genellikle, Zener Diyotunun eşik voltajı, güç kaynağının çıkış voltajından 1V fazla seçilir. Aşırı voltaj oluştuğunda ve voltaj Zener Diyotunun eşik voltajına ulaştığında, iletim başlar. Voltaj artmaya devam ettikçe, direnç (R1) ve SCR’nin (Q1) geçit terminalindeki voltaj düşüşü artar.
Başlangıçta direnç (R1), Tristörün geçit terminalindeki voltajı düşük tutmak için düşürücü direnç olarak davranır. Ancak Zener Diyot iletime başladığında düşürücü direncin voltajı artacağından geçit terminalindeki voltaj artar.
Geçit terminalindeki voltaj eşik voltajından daha fazla olduğunda (genellikle 0.6V ve 1V arasında), Tristör çalışmaya başlar ve güç kaynağının çıkış terminalleri arasında kısa devre sağlar. Bu kısa devrenin sonucunda sigorta atar. Burada hatırlanması gereken önemli bir nokta, Tristörün mevcut gücünün sigortanınkinden daha fazla olması gerektiğidir. Ayrıca, toplam tetikleyici gerilimi Zener Diyot eşik gerilimi ile Tristör eşik geriliminin toplamıdır.
Kondansatör (C1), gürültüyü ve küçük voltaj yükselmelerini azaltmak için kullanılan ve devrelerin gereksiz tetiklenmesini önleyen bir filtre kapasitörüdür. Kondansatör (C2) bir Snubber Kondansatördür ve devrelerin açılması sırasında Tristörün yanlışlıkla tetiklenmesini önler. Schottky Diyot, ana devrenin Crowbar Devresini tetiklemesini önlemek için ters koruma diyotu görevi görür.
TRIAC Kullanan Crowbar Devresi
Aşağıdaki görüntü, bir TRIAC kullanan bir Crowbar devresi tasarımını göstermektedir.
R1 ve R2 dirençleri bir voltaj bölücü oluşturur ve referans voltajı LM431 Ayarlanabilir Zener Regülatörüne ayarlarlar. Normal çalışma koşulları altında, R2 direncindeki voltaj LM431’in Referans Voltajından (VREF) biraz daha düşüktür.
Katot direnci RC’yi uygun şekilde seçmek, TRIAC’ın geçit voltajının çok düşük olmasını sağlar. Aşırı voltaj durumu nedeniyle voltaj arttığında, R2 direnci üzerindeki voltaj düşüş hızı VREF’ten daha hızlı artar ve LM431 Zener Regülatörü iletime başlar. Sonuç olarak, LM431’in katodu TRIAC’ın geçit voltajını artıran akım çekmeye başlar.
Geçit voltajı eşik voltajını aşar aşmaz, TRIAC güç kaynağının çıkış terminallerini kilitler ve kısa devre yaptırır. Bu sayede sigorta atar.
Basit bir Crowbar Devresi aşırı gerilim korumasında çok faydalıdır ve bu nedenle güç kaynaklarının önemli bir parçasıdır. Bu devre çok faydalı olsa da, dikkat etmemiz gereken bazı sınırlamalar vardır.
Tristör tabanlı tasarımda, tetikleme voltajı Zener Diyot tarafından ayarlanır ve genellikle kullanıcı tarafından ayarlanamaz. Bu nedenle, doğru Zener Diyotunu seçmek çok önemlidir. Devrenin tetikleme voltajı, güç kaynağının çıkış voltajının biraz üzerinde olmalıdır, böylece ani yükselmeler ve parazitler oluşturacağı yanlış tetiklemeler engellenir.
Güç kaynağı bir RF Vericisi gibi çeşitli RF tasarımlarında kullanıldığında, verici öncesinde ve sonrasında güç hatlarının uygun şekilde filtrelenmesi gerekir.
Aşırı gerilim durumunda devre, sigortayı tetikler ve atar. Bu nedenle, aşırı gerilim her oluştuğunda sigortalar değiştirilmelidir.
