クロウバー回路とは何ですか？設計と運用
過電圧保護のためのクローバー回路図
クローバー回路とは何ですか？
クローバー回路は基本的に、回路が過電圧状態になるのを防ぐために使用される電気回路です 。これは、電源の出力端子間にバールを落とすのと非常によく似た、電圧出力に短絡または低抵抗パスを配置することによって動作します。クローバー回路は、過電圧保護回路の一種です。
クローバー回路は、他の安全回路やラッチ回路とは異なります。たとえば、引っ張るクランプなどです。トリガーされると、電圧はトリガーレベルを下回り、通常はグランドに近くなります。過電圧状態が解消されると、クローバーは通常の動作に戻りません。
操作に基づいて、アクティブクローバーは、トランジェントが除去されたときに短絡を除去してデバイスを通常の操作に戻すことができるクローバーとして定義されます。アクティブクローバーは、電力ネットワークの電圧サージによって発生する高電流および電圧過渡に対して、二重給電発電機のローター回路などの回路で、過渡が発生する可能性が高く頻繁に発生する場合に使用されます。したがって、発電機は障害を乗り越え、電圧降下中も迅速に動作し続けることができます。
クローバー回路は保持電圧が低いため、プロセス中に多くの電力を失うことなく、より高い障害電流を流すことができます。クローバー回路の電力損失が低いため、他の安全装置と比較した場合、より好ましいオプションになります。
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必要なコンポーネント
- ヒューズ
- ツェナーダイオード
- ショットキーダイオード
- サイリスタ
- 抵抗器
- コンデンサ
クローバー回路図
上記の回路図は、シンプルで実装が簡単なクローバー回路です。この回路は費用効果が高く、過電圧保護のための迅速なソリューションでもあります。使用されたコンポーネントの計算値とともに完全なクローバー図。
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ヒューズ
ヒューズは、過電流スパイクから回路に安全性を提供するために使用される電気安全装置です。その重要なコンポーネントは、回路に直列に使用される金属ワイヤまたはストリップです。回路の電流が高すぎると、金属ストリップが溶けて回路が壊れます。回路内の電流のしきい値の値は、金属ストリップの融点にのみ依存します。これは犠牲装置であり、回路内で動作して破壊した後は、タイプに応じて交換または再配線する必要があります。
ヒューズは非常に長い間使用されており、アプリケーションに応じて、非常に特定の電流および電圧定格、遮断容量、および応答時間に基づいて機能するように進化してきました。
同じアプリケーションで利用できるサーキットブレーカーと呼ばれる他のデバイスもいくつかあります。ヒューズの代わりにサーキットブレーカを使用することもできますが、特性が大きく異なります。一般に、ヒューズの要素は、予測可能で安定した特性を得るために、亜鉛、銅、アルミニウム、または合金で構成されています。
ヒューズの一般的な概略図を以下に示します。
ヒューズのシンボルは、表現によって異なる場合があります。上記の回路には4つの表現があり、最初の表現はIEC表現で、残りの2つはIEEE表現に基づいています。
ヒューズには独自の利点があるため、ヒューズは広く使用されています。それらのいくつかを以下に示します：
- ヒューズは、電気回路の保護に使用できる最も安価なデバイスです。
- ヒューズのメンテナンスは不要です。
- ヒューズの操作は簡単で、複雑さはありません。
- ヒューズには、ノイズ、炎、ガス、煙を発生させることなく、巨大な短絡電流を遮断する機能があります。
- ヒューズの動作時間は、回路ブレーカーの動作よりもはるかに短い場合があります。
もちろん、すべての利点に加えて、利点ほど多くはありませんが、欠点もあります。そのうちの2つを以下に示します：
- 短絡または過負荷時に、ヒューズが切れてからヒューズの交換には時間がかかります。この期間中、回路は電力を失います。
- ヒューズが直列に接続されている場合、ヒューズに大きなサイズの違いがない限り、ヒューズを区別することは困難です。
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ショットキーダイオード
このプロジェクトのショットキーダイオードは必須ではなく、保護目的でのみ使用されます。主に高周波低電圧インバータ、極性保護ダイオード、フリーホイーリングダイオードの整流器として使用されます。表面バリアダイオード、ホットエレクトロンダイオード、ホットキャリアダイオードとも呼ばれます。 P型半導体の代わりに白金やアルミニウムなどの金属を使用する通常のPN接合ダイオードとは少し異なります。
ショットキーダイオードでは、半導体と金属が接合され、半導体側がカソードとして機能し、金属側がアノードとして機能する金属半導体接合を形成します。金属と半導体の間に金属-半導体接合が形成されると、ショットキーバリアとも呼ばれる空乏層が発生します。
ショットキーは、蓄積電荷が少なく、電力損失が少なく、機械的特性が高い効率を示します。すべての外面が耐食性であり、端子が簡単にはんだ付けできるように製造されており、電流は一方向にのみ流れ、電流は他の方向に流れなくなります。このダイオードで発生する電力低下は、PN接合ダイオードよりも低くなります。ダイオード端子間に電圧が印加されると、電流が流れ始め、端子間の電圧降下が小さくなります。電圧降下が小さいほど、効率が高くなり、スイッチング速度が速くなります。
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ツェナーダイオード
ツェナーダイオードは、アノードからカソードへの一方向にのみ電流を流す通常のダイオードとは異なり、電流を両方向に流すことができるダイオードの一種です。この反対方向の電流の流れは、端子間の電圧がツェナー電圧と呼ばれるしきい値電圧を超えた場合にのみ発生します。このツェナー電圧はデバイスの特性であり、ツェナー効果を制御し、次にダイオードの動作を制御します。
ツェナーダイオードには高濃度にドープされたp-n接合があり、逆電圧が印加されている場合でもデバイスが適切に機能します。ただし、多くのツェナーダイオードは、代わりにアバランシェ降伏に依存しています。両方のブレークダウンタイプがデバイスで発生しますが、唯一の違いは、ツェナー効果が低電圧で支配的であるのに対し、アバランシェブレークダウンは高電圧で発生することです。これらは、低電力で安定化された電源を生成するために使用されます。また、過電圧や静電放電から回路を保護するためにも使用されます。
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回路で一般的に使用されるツェナーダイオードの概略図を以下に示します。
サイリスタ
サイリスタは基本的に4層のデバイスであり、2つのP型半導体と2つのN型半導体で構成されています。サイリスタの構成は、P-N-P-Nとして表すことができます。最も基本的な形式では、サイリスタにはアノード、カソード、ゲートの3つの端子があります。ゲートは、アノードとカソード間の電流の流れを制御します。サイリスタの主な機能は、スイッチとして機能することにより、電力と電流を制御することです。
電流が流れる状態から非導通状態にすばやく切り替わるため、主に整流器として使用されます。さらに、メンテナンスのコストが低く、適切な条件下で動作し、障害を発生させることなく長期的に機能し続けます。サイリスタは、単純な防犯装置から送電線まで、広範囲に渡って幅広い電気回路で使用されています。
サイリスタの動作は長年にわたって広く研究されており、かなり正確な動作に関するデータが知られています。 4つの層（P-N-P-N）と3つの接合部（PN、NP、PN）を持つ最も基本的なタイプのサイリスタ用。アノードがカソードに対して正の端子である場合、接合PNとPNは順方向にバイアスされますが、中央のNP接合は逆方向にバイアスされます。したがって、NP接合は、アノードからカソードへの正の電流の流れをブロックします。サイリスタは順方向ブロッキング状態にあると言われています。同様に、負の電流の流れは外側のPN接合によってブロックされます。サイリスタは逆ブロッキング状態です。サイリスタが存在できる別の状態は、順方向導通状態です。この状態で、スイッチを入れるのに十分な信号を受信し、導通を開始します。
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典型的なサイリスタ図を上の図に示します。
クローバー回路の動作
回路で指定されているように、現在の値のすべてのコンポーネントを適切に接続します。クローバー回路は入力電圧を追跡し、制限を超えた場合にのみ動作します。制限を超えると、回路によって電力線間で短絡が発生し、低融点金属で接続されたヒューズが溶けて回路が切断されます。短絡が発生する電圧の値は、ツェナー電圧に依存します。回路内のSCRは、入力電圧と回路のグランドの間に直接接続されています。ただし、このSCRは、SCRのゲート端子を接地することによってオフのままになります。ツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオードが導通を開始し、SCRのゲート端子に電圧が印加されます。 SCRのゲート端子に印加される電圧により、SCRが導通し、入力電圧とグランドの間に短絡が発生します。この短絡により、回路から可能な限り最大の電流が流れ、ヒューズが爆発して電源が負荷から遮断されます。
この回路の配置は、非常に簡単に交換できる犠牲ヒューズを爆破することにより、コンポーネントと回路自体が電圧のオーバーシュートを形成するのを防ぎます。
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