Rangkaian Crowbar: Cara Melindungi dari Tegangan Berlebih

Diagram Sirkuit Crowbar untuk Perlindungan Tegangan Berlebih

Apa itu Rangkaian Crowbar?

Rangkaian crowbar pada dasarnya adalah sirkuit listrik yang digunakan untuk mencegah sirkuit dari kondisi tegangan berlebih. Ini bekerja dengan membuat sirkuit pendek atau jalur resistensi rendah di seluruh output tegangan, sangat mirip dengan menjatuhkan crowbar di seluruh terminal output sumber daya, dari namanya. Rangkaian crowbar adalah jenis rangkaian perlindungan tegangan berlebih.

Rangkaian crowbar berbeda dari rangkaian keselamatan atau pengunci lainnya misalnya, klamp dalam tarikan. Setelah terpicu, tegangan jatuh di bawah tingkat pemicu, biasanya dekat ground. Rangkaian crowbar tidak kembali ke operasi normal ketika kondisi tegangan berlebih dihilangkan.

Berdasarkan operasi, crowbar aktif didefinisikan sebagai crowbar yang dapat menghapus sirkuit pendek ketika transient dihilangkan membuat perangkat untuk melanjutkan operasi normalnya. Crowbar aktif digunakan ketika kemungkinan terjadinya transient tinggi dan sering, dalam sirkuit seperti sirkuit rotor generator doubly-fed terhadap transient arus dan tegangan tinggi yang terjadi oleh lonjakan tegangan di jaringan listrik. Dengan cara ini, generator dapat melampaui gangguan dan segera melanjutkan operasi bahkan selama penurunan tegangan.

Rangkaian crowbar memiliki tegangan tahan rendah yang memungkinkan ia membawa arus gangguan yang lebih tinggi tanpa kehilangan banyak daya selama prosesnya. Kerugian daya yang lebih rendah dalam rangkaian crowbar membuatnya menjadi opsi yang lebih disukai dibandingkan perangkat keselamatan lainnya.

• Tulisan Terkait: Sirkuit Konverter 12V ke 5V

Komponen yang Diperlukan

1. Fuse
2. Dioda Zener
3. Dioda Schottky
4. Thyristor
5. Resistor
6. Kapasitor

Diagram Sirkuit Crowbar

Diagram sirkuit di atas adalah rangkaian crowbar yang sederhana dan mudah diimplementasikan. Sirkuit ini juga hemat biaya dan solusi cepat untuk perlindungan tegangan berlebih. Diagram crowbar lengkap bersama dengan nilai yang dihitung dari komponen yang digunakan.

• Tulisan Terkait: Diagram Sirkuit Saklar Lampu Kamar Mandi Otomatis dan Operasi

Fuse

Fuse adalah perangkat keselamatan listrik yang digunakan untuk memberikan keselamatan ke sirkuit dari lonjakan arus berlebih. Komponen utamanya adalah kawat atau lapisan logam yang digunakan secara seri pada sirkuit. Ketika arus dalam sirkuit terlalu tinggi, lapisan logam meleleh memutus sirkuit. Nilai ambang arus dalam sirkuit hanya tergantung pada titik leleh lapisan logam. Ini adalah perangkat pengorbanan yang berarti, setelah beroperasi dalam sirkuit untuk memutusnya, ia harus diganti atau dihubungkan ulang berdasarkan jenisnya.

Fuse telah digunakan selama waktu yang sangat lama dan seiring waktu telah berevolusi untuk bekerja berdasarkan rating arus dan tegangan yang sangat spesifik, kapasitas pemutusan dan waktu respons, tergantung pada aplikasi.

Ada beberapa perangkat lain juga yang tersedia untuk aplikasi yang sama, disebut saklar sirkuit. Saklar sirkuit dapat digunakan sebagai alternatif untuk fuse, tetapi mereka memiliki karakteristik yang sangat berbeda. Secara umum elemen fuse adalah seng, tembaga, aluminium atau aloi untuk mendapatkan karakteristik yang dapat diramalkan dan stabil.

Representasi skematis umum dari fuse diberikan di bawah.

Simbol fuse dapat berbeda berdasarkan representasi yang berbeda. Dalam sirkuit di atas, ada empat representasi, yang pertama adalah representasi IEC dan dua sisanya berdasarkan representasi IEEE.

Fuse banyak digunakan karena datang dengan sejumlah keuntungan. Beberapa di antaranya tercantum di bawah:

1. Fuse adalah perangkat termurah yang tersedia untuk perlindungan sirkuit listrik.
2. Fuse tidak memerlukan pemeliharaan.
3. Operasi fuse sederhana dan tidak ada kompleksitas yang terlibat.
4. Fuse memiliki kemampuan untuk memutus arus sirkuit pendek yang besar tanpa menghasilkan kebisingan, nyala, gas atau asap.
5. Waktu operasi untuk fuse dapat jauh lebih kecil dari operasi saklar sirkuit.

Tentu bersama dengan semua keuntungan, ada juga kekurangan meskipun tidak sebanyak keuntungan. Dua di antaranya diberikan di bawah:

1. Selama sirkuit pendek atau beban berlebih, setelah fuse meledak mengganti fuse membutuhkan waktu. Selama periode ini sirkuit kehilangan daya.
2. Ketika fuse dihubungkan secara seri sulit untuk membedakan fuse kecuali fuse memiliki perbedaan ukuran yang signifikan.

Tulisan Terkait:

• Perbedaan Utama antara Fuse dan Saklar Sirkuit
• Fuse HRC (Fuse Kapasitas Pemutusan Tinggi) dan Jenis-jenisnya

Dioda Schottky

Dioda Schottky dalam proyek ini tidak wajib dan digunakan hanya untuk tujuan perlindungan. Utama digunakan sebagai rectifier dalam inverter tegangan rendah frekuensi tinggi, dioda perlindungan polaritas dan dioda roda bebas. Ini juga disebut sebagai dioda barrier permukaan, dioda elektron panas atau dioda pembawa muatan panas. Ini sedikit berbeda dari dioda PN junction normal di mana logam seperti platinum atau aluminium digunakan sebagai pengganti semiconductor tipe P.

Dalam dioda Schottky, semiconductor dan logam bergabung, membentuk juncsi logam-semiconductor di mana sisi semiconductor bertindak sebagai katoda dan sisi logam bertindak sebagai anoda. Ketika juncsi logam-semiconductor terbentuk antara logam dan semiconductor, mereka menghasilkan lapisan depleksi juga dikenal sebagai barrier Schottky.

Schottky datang dengan muatan tersimpan yang rendah dan menunjukkan kerugian daya yang lebih rendah serta karakteristik mekanis efisiensi yang lebih tinggi. Ini diproduksi dengan cara sehingga semua permukaan eksternal tahan karat dan terminal mudah dipelekat di mana arus mengalir hanya dalam satu arah dan ia menghentikan arus mengalir dalam arah lain. Penurunan daya yang terjadi di dalam dioda ini lebih rendah dari dioda PN junction. Ketika tegangan diterapkan di seluruh terminal dioda, arus mulai mengalir yang menghasilkan penurunan tegangan kecil di seluruh terminal. Penurunan tegangan yang lebih rendah menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dan kecepatan switching yang lebih tinggi.

• Tulisan Terkait: Cara Menguji Dioda menggunakan Multimeter Digital & Analog – 4 Cara.

Dioda Zener

Dioda Zener adalah jenis dioda yang memungkinkan arus mengalir melalui dioda dalam kedua arah berbeda dengan dioda normal yang memungkinkan arus mengalir hanya dalam satu arah yaitu dari anoda ke katoda. Aliran arus dalam arah yang berlawanan terjadi hanya ketika tegangan di seluruh terminal melebihi tegangan ambang yang disebut tegangan Zener. Tegangan Zener ini adalah karakteristik perangkat, yang mengatur efek Zener yang berurut mengatur kerja dioda.

Dioda Zener memiliki juncsi p-n yang sangat terdope, yang memungkinkan perangkat untuk berfungsi dengan baik bahkan ketika ada tegangan balik yang diterapkan melalui dioda. Namun, banyak dioda Zener mengandalkan breakdown avalanche sebagai gantinya. Keduanya terjadi di dalam perangkat, perbedaannya adalah, efek Zener mendominasi pada tegangan rendah sementara breakdown avalanche terjadi pada tegangan tinggi. Mereka digunakan untuk menghasilkan pasokan daya terstabil daya rendah. Mereka juga digunakan untuk melindungi sirkuit dari tegangan berlebih dan pengasupan elektrostatis.

• Tulisan Terkait: Kalkulator Dioda Zener & Pengatur Tegangan Zener

Diagram skematis dari dioda Zener yang umumnya digunakan dalam sirkuit diberikan di bawah.

Thyristor

Thyristor pada dasarnya adalah perangkat empat lapisan, terdiri dari dua tipe P dan dua tipe N secara bergantian. Konstitusi Thyristor dapat ditunjukkan sebagai P-N-P-N. Dalam bentuk paling dasarnya, Thyristor memiliki tiga terminal: anoda, katoda dan gate. Gate mengontrol aliran arus antara anoda dan katoda. Fungsi utama Thyristor adalah mengontrol daya listrik dan arus dengan bertindak sebagai saklar.

Utama digunakan sebagai rectifier karena ia dapat beralih dengan cepat dari keadaan mengkonduksi arus ke keadaan non-mengkonduksi. Selain itu, biaya pemeliharaannya rendah dan di bawah kondisi yang tepat, tetap berfungsi pada waktu yang lama tanpa mengalami gangguan. Thyristor digunakan secara luas dan dalam berbagai rentang sirkuit listrik, dari alarm pencuri sederhana hingga garis transmisi daya.

Kerja Thyristor telah dipelajari secara luas selama bertahun-tahun dan data tentang kerjanya yang cukup akurat diketahui. Untuk tipe dasar Thyristor yang memiliki empat lapisan (P-N-P-N) dan tiga juncsi(PN, NP, PN). Jika anoda adalah terminal positif dengan relatif terhadap katoda, juncsi PN dan PN bias maju, sementara juncsi NP di tengah bias mundur. Oleh karena itu, juncsi NP memblokir aliran arus positif dari anoda ke katoda. Thyristor dikatakan berada dalam keadaan pemblokiran maju. Demikian pula, aliran arus negatif diblokir oleh juncsi PN di luar. Thyristor berada dalam keadaan pemblokiran balik. Keadaan lain yang dapat dimiliki Thyristor adalah dalam keadaan konduksi maju. Dalam keadaan ini, ia menerima sinyal yang cukup untuk menyala ON, dan mulai mengkonduksi.

• Tulisan Terkait: Lonceng Pintu Otomatis dengan Deteksi Benda oleh Arduino

Diagram Thyristor tipikal ditunjukkan pada gambar di atas.

Kerja Rangkaian Crowbar

Pasang semua komponen dengan nilai arus yang diberikan dalam sirkuit dengan benar. Rangkaian crowbar melacak tegangan input dan hanya bertindak ketika melebihi batas. Ketika batas terlewati, sirkuit menyebabkan sirkuit pendek di seluruh garis daya dan fuse yang terhubung terbuat dari logam titik leleh rendah, meleleh memutus sirkuit. Nilai tegangan di mana sirkuit pendek terjadi tergantung pada Tegangan Zener. SCR dalam sirkuit terhubung langsung di seluruh tegangan input dan ground sirkuit. Namun, SCR ini dipertahankan dalam keadaan mati dengan ground terminal gate SCR. Ketika Tegangan Zener terlewati, dioda Zener mulai mengkonduksi dan tegangan diterapkan ke terminal gate SCR. Tegangan yang diterapkan pada terminal gate SCR membuatnya mengkonduksi dan ada sirkuit pendek di antara tegangan input dan ground. Sirkuit pendek ini menarik arus maksimum yang mungkin dari sirkuit dan meledakkan fuse memisolasi pasokan daya dari beban.

Pengaturan sirkuit ini menyelamatkan komponen dan sirkuit itu sendiri dari overshoot tegangan, dengan meledakkan fuse pengorbanan yang dapat dengan mudah diganti.