Como funciona a prote莽茫o Crowbar

An谩lise de circuitos integrados e circuitos com componentes discretos (transistores, diodos, tiristores, etc).
edufer
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Como funciona a prote莽茫o Crowbar

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Um dos circuitos de prote莽茫o que o leitor deve aprender como funciona, pela sua import芒ncia em muitos equipamentos industriais e de laborat贸rio 茅 o crowbar, ou "p茅-de-cabra" pela sua analogia com a ferramenta em forma de alavanca. For莽ando a queima de um fusivel de forma r谩pida ele corta a alimenta莽茫o de uma carga antes que o excesso de corrente possa lhe causar danos. Veja neste artigo como funciona o circuito de prote莽茫o crowbar e como projet谩-lo.

Um problema que pode ocorrer num equipamento com problemas, 茅 que, quando a anormalidade de funcionamento se manifesta, a subida da intensidade da corrente at茅 o ponto em que o fusivel queima 茅 lenta. No intervalor que ocorre desde a manifesta莽茫o do problema at茅 o ponto em que o fus铆vel queima podem ocorrer s茅rios danos no equipamento alimentado.

Para se evitar este problema, acelerando a queima do fus铆vel quando o problema se manifesta existem os circuitos crowbar.

Conforme mostra o gr谩fico da figura 1, quando a anormalidade se manifesta, um circuito sensor acelera o crescimento da corrente no circuito, praticamente colocando-o em curto, de modo que o fus铆vel queima rapidamente evitando maiores problemas para os componentes.

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A a莽茫o do circuito crowbar reduz o tempo com excesso de corrente.

Podemos comparar o efeito deste circuito a uma alavanca ou "p茅 de cabra" que interrompe rapidamente o circuito em caso de excesso de corrente, mesmo que este excesso seja apenas um pouco maior que o limite previsto e que por isso faria com que o fus铆vel n茫o tivesse uma a莽茫o suficientemente r谩pida. O nome "crowbar" que em ingl锚s designa a ferramenta que conhecemos como p茅 de cabra.


Como Funciona


O circuito crowbar b谩sico consiste numa chave que 茅 acionada por um circuito sensor de corrente conforme mostra a figura 2.

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Princ铆pio de funcionamento do circuito crowbar.

A chave 茅 ligada de tal forma que ao ser acionada coloca em curto o circuito de modo a provocar a r谩pida queima do fus铆vel.

Desta forma, o circuito sensor que aciona a chave pode ser programado para ter uma a莽茫o muito r谩pida quando a corrente no circuito ultrapassa um valor programado.

A chave tanto pode ser mec芒nica, como por exemplo os contactos de um rel锚, como de estado s贸lido como um SCR ou mesmo um Triac.

Como a a莽茫o de colocar em curto e provocar a queima do fus铆vel 茅 muito r谩pida at茅 mesmo SCRs de correntes relativamente baixas podem ser usados na prote莽茫o de circuitos de correntes mais elevadas.

Os circuitos crowbar s茫o 煤teis na prote莽茫o de m谩quinas industriais, fontes de alimenta莽茫o, e diversos outros equipamentos que possam ser sens铆veis a eleva莽茫o da corrente.

Circuitos Pr谩ticos

1. Circuito com Tansistor

Na figura 3 temos um primeiro circuito crowbar simples que faz uso de um transistor e de um rel锚.

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Crowbar com transistor e rel茅

O resistor R 茅 calculado para que, com a corrente programada, leve o transistor a condu莽茫o e com isso o fechamento dos contactos do rel锚. Nestas condi莽玫es, o rel锚 coloca momentaneamente em curto o circuito que alimenta a carga provocando a queima do fus铆vel F.

O rel锚 deve ter uma bobina de acordo com a tens茫o de alimenta莽茫o do circuito e uma bobina de at茅 100 mA para o transistor indicado. Os contactos do rel锚 devem ser capazes de suportar a corrente elevada instant芒nea que vai circular pelo circuito na condi莽茫o de curto-circuito.

R 茅 calculado para provocar uma queda de tens茫o da ordem de 0,7 V com a corrente de disparo do sistema de prote莽茫o. A f贸rmula ser谩:

R = 0,7/I

Onde: R 茅 a resist锚ncia em ?

I 茅 a corrente em amperes.

Por exemplo, para uma corrente de 2 amperes temos:

R = 0,7/2 = 0,35 ?

A dissipa莽茫o ser谩 dada por:

P = R x I2

Para 2 amp猫res temos:

P = 0,35 x 2 x 2

P = 1,4 W

Na pr谩tica usamos um resistor com pelo menos o dobro desta capacidade de dissipa莽茫o.

Observamos que os valores indicados n茫o s茫o exatos, pois os transistores na verdade come莽am a conduzir entre 0,6 e 0,7 V o que significa que o ideal 茅 preajustar este circuito fazendo testes e escolhendo o melhor valor de R nas proximidades do valor calculado.


2. Circuito com SCR

Na figura 4 mostramos um outro circuito em que usamos um SCR para colocar diretamente em curto a linha de alimenta莽茫o da carga.


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Crowbar usando SCR

Quando a corrente atinge o valor que provoca sobre R o aparecimento da tens茫o de disparo do SCR ele conduz colocando em curto a linha de alimenta莽茫o e com isso provocando a queima r谩pida do fus铆vel.

O valor do resistor R 茅 calculado da mesma forma que no caso do transistor com a diferen莽a de que em lugar dos 0,7 V da tens茫o de disparo, nos SCRs comuns ela pode variar entre 0,7 e 1,2 V conforme o tipo.

Tamb茅m recomendamos eu, neste caso, o projetista fa莽a antes os testes de determina莽茫o de valores para o SCR usado especificamente no seu caso.

O SCR deve ser capaz de suportar a tens茫o de alimenta莽茫o do circuito na aplica莽茫o e ter uma corrente de pico maior do que a necess谩ria 脿 queima do fus铆vel.

Veja que n茫o ser谩 preciso montar o SCR num dissipador de calor, j谩 que a corrente vai circular atrav茅s dele por um intervalo muito pequeno de tempo.

3. Circuito com SCR e Rel锚

Podemos usar um SCR de corrente relativamente pequena para disparar um rel锚 que tenha corrente de contactos mais elevadas num circuito de prote莽茫o crowbar.Na figura 5 mostramos como isso pode ser feito.

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Crowbar com SCR e rel茅


O resistor R deve ser calculado da mesma forma que nos casos anteriores.

Devemos ainda considerar que num SCR em condu莽茫o ocorre uma queda de tens茫o no sentido direto da ordem de 2 V o que deve ser compensado na escolha do rel锚 usado na aplica莽茫o, principalmente se ela for inferior a 12 V.

A bobina do rel锚 usado pode ter correntes entre 50 mA e 500 mA.

4. Circuito Para Corrente Alternada

Na figura 6 temos um circuito de prote莽茫o usando SCR para opera莽茫o numa rede de corrente alternada com tens玫es a partir de 12 V.


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Crowbar para circuito de corrente alternada.

O resistor R 茅 calculado da mesma forma que nos casos anteriores. Tamb茅m devemos considerar que al茅m dos 0,7 V a 1,2 V de disparo do SCR temos ainda que vencer a polariza莽茫o direta do diodo 1N4004.

Deve ser somado ao valor entre 0,7 e 1,2 V mais 0,7 V da condu莽茫o do diodo para o c谩lculo de R.

Tipicamente teremos:

R = 1,4/I

Onde: R 茅 a resistencia em ?

I 茅 a corrente desejada para o disparo em amperes

Dada a condu莽茫o muito r谩pida do SCR ele n茫o precisar谩 ser dotado de radiador de calor.

5. Circuito com Desligamento Autom谩tico


O circuito mostrado na figura 7 tem a vantagem de desligar automaticamente a fonte de alimenta莽茫o com a corrente programada e al茅m disso fazer acender um LED de aviso.


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Desligamento autom谩tico

Quando a corrente supera o valor programado por R o rel锚 fecha seus contactos desligando a carga e assim permanecendo. Uma vez que o problema da carga seja sanado, basta pressionar S por um momento para que o circuito seja rearmado.

Em lugar do LED indicador podemos usar algum tipo de alarme sonoro.

O rel锚 deve ter bobina de 50 mA a 500 mA e uma tens茫o de acordo com a alimenta莽茫o. Deve ser compensada a queda de tens茫o de 2 V no SCR quando ele dispara.

A corrente dos contactos deve ser compat铆vel com a carga controlada.


Conclus茫o:


Os circuitos de prote莽茫o Crowbar s茫o extremamente eficientes em muitos tipos de aplica莽茫o podendo evitar s茅rios problemas de queimas de componente caros nos equipamentos.

A sua a莽茫o muito r谩pida evita que os problemas de um equipamento se agravem com a queima de componentes caros.

Fonte: https://www.newtoncbraga.com.br/index.p ... 095-art559
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