Apsauga nuo viršsrovės naudojant op

Apsaugos grandinės yra gyvybiškai svarbios, kad bet koks elektroninis dizainas būtų sėkmingas. Ankstesnėse apsaugos grandinės pamokose mes sukūrėme daugybę pagrindinių apsaugos grandinių, kurias galima pritaikyti jūsų grandinei, būtent apsaugą nuo viršįtampio, trumpojo jungimo apsaugą, apsaugą nuo atvirkštinio poliškumo ir kt. Pridėdami šį grandinių sąrašą, šiame straipsnyje išmoks suprojektuoti ir sukurti paprastą apsaugos nuo viršsrovės grandinę naudojant „Op-Amp“.

Apsauga nuo viršsrovės dažnai naudojama maitinimo grandinėse, siekiant apriboti PSU išėjimo srovę. Sąvoka „viršsrovė“ yra sąlyga, kai apkrova ima didelę srovę nei nurodytos maitinimo bloko galimybės. Tai gali būti pavojinga situacija, nes per didelė srovė gali sugadinti maitinimo šaltinį. Taigi inžinieriai tokiais gedimų atvejais paprastai naudoja apsaugos nuo viršįtampio grandinę, kad nutrauktų apkrovą nuo maitinimo šaltinio, taip apsaugodami apkrovą ir maitinimą.

Apsauga nuo viršsrovės naudojant darbinį stiprintuvą

Yra daugybė viršįtampių apsaugos grandinių tipų; grandinės sudėtingumas priklauso nuo to, kaip greitai apsaugos grandinė turėtų reaguoti esant per didelei srovei. Šiame projekte mes sukursime paprastą viršįtampio apsaugos grandinę naudodami op-amp, kuris yra labai dažnai naudojamas ir gali būti lengvai pritaikomas jūsų dizainui.

Grandinė, kurią ketiname projektuoti, turės reguliuojamą viršsrovės slenkstinę vertę ir taip pat turės automatinio perkrovimo gedimo funkciją. Kadangi tai yra op-amp pagrindu veikianti apsaugos nuo viršsrovės grandinė, ji turės varomąjį bloką kaip op-amp. Šiam projektui naudojamas bendrosios paskirties operacinis stiprintuvas LM358. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta LM358 kaiščių schema.

Kaip matyti aukščiau pateiktame paveikslėlyje, vieno IC paketo viduje turėsime du op-amp kanalus. Tačiau šiam projektui naudojamas tik vienas kanalas. Op-amp perjungs (atjungs) išėjimo apkrovą naudodamas MOSFET. Šiam projektui naudojamas N kanalo MOSFET IRF540N. Rekomenduojama naudoti tinkamą „MOSFET Heatsink“, jei apkrovos srovė yra didesnė nei 500mA. Tačiau šiam projektui MOSFET naudojamas be „Heatsink“. Žemiau pateiktame paveikslėlyje pavaizduota IRF540N kištuko diagrama.

Op-amp ir grandinės maitinimui naudojamas linijinis įtampos reguliatorius LM7809. Tai yra 9V 1A linijinis įtampos reguliatorius su plačia įėjimo įtampa. Pincetą galima pamatyti žemiau esančiame paveikslėlyje

Reikalingos medžiagos:

Komponentų, būtinų sąrašas su apsauga nuo viršsrovių grandinės yra išvardytos žemiau.

Bandomoji Lenta
Maitinimas reikalingas 12 V (mažiausiai) arba pagal įtampą.
LM358
100uF 25V
IRF540N
Radiatorius (pagal taikymą)
50 tūkst. Puodo.
1k rezistorius su 1% tolerancija
1Meg rezistorius
100k rezistorius su 1% tolerancija.
1 ohmo rezistorius, 2 W (2 W maksimali 1,25A apkrovos srovė)
Vielos duonos lentai

Apsaugos nuo viršsrovės grandinė

Paprasta apsaugos nuo viršsrovės grandinė gali būti suprojektuota naudojant „Op-Amp“, kad suprastų viršįtampį, ir pagal rezultatą galime valdyti „Mosfet“, kad atjungtume / sujungtume apkrovą su maitinimo šaltiniu. To paties schema yra paprasta ir ją galima pamatyti žemiau esančiame paveikslėlyje

Apsaugos nuo viršsrovės grandinė veikia

Kaip galite pastebėti iš grandinės schemos, MOSFET IRF540N naudojamas valdyti apkrovą kaip ĮJUNGTĄ arba IŠJUNGTĄ įprastomis ir perkrovos sąlygomis. Tačiau prieš išjungiant apkrovą būtina nustatyti apkrovos srovę. Tai atliekama naudojant šunto rezistorių R1, kuris yra 1 omų šunto rezistorius su 2 vatų reitingu. Šis srovės matavimo metodas vadinamas „ Shunt Resistor Current Sensing“. Taip pat galite patikrinti kitus srovės jutimo metodus, kurie taip pat gali būti naudojami aptikti per didelę srovę.

Įjungus MOSFET būseną, apkrovos srovė teka per MOSFET kanalizaciją, kad gautų šaltinį ir galų gale per šunto rezistorių į GND. Priklausomai nuo apkrovos srovės, šunto rezistorius sukuria įtampos kritimą, kurį galima apskaičiuoti pagal Ohmo įstatymą. Taigi, tarkime, kad 1A srovės srautui (apkrovos srovei) įtampos kritimas per šunto rezistorių yra 1 V, kai V = I x R (V = 1A x 1 Ohm). Taigi, jei ši kritimo įtampa bus lyginama su iš anksto nustatyta įtampa naudojant „Op-Amp“, galime aptikti viršįtampį ir pakeisti MOSFET būseną, kad sumažintume apkrovą.

Operacinis stiprintuvas paprastai naudojamas matematinėms operacijoms atlikti, pavyzdžiui, sudedant, atimant, dauginant ir pan. Todėl šioje grandinėje operacinis stiprintuvas LM358 sukonfigūruotas kaip lyginamasis. Pagal schemą palyginamasis palygina dvi vertes. Pirmasis yra kritimo įtampa per šunto rezistorių, o kita - iš anksto nustatyta įtampa (etaloninė įtampa), naudojant kintamą rezistorių arba potenciometrą RV1. RV1 veikia kaip įtampos daliklis. Šuntinio rezistoriaus kritimo įtampa jaučiama invertuojančiu lygintuvo gnybtu ir ji lyginama su įtampos atskaita, kuri yra prijungta prie neinvertuojančio operacinio stiprintuvo gnybto.

Dėl šios priežasties, jei užfiksuota įtampa yra mažesnė už etaloninę įtampą, palyginamasis įrenginys sukuria teigiamą įtampą išėjime, kuris yra artimas komparatoriaus VCC. Bet jei užfiksuota įtampa yra didesnė už etaloninę įtampą, palyginamasis generuos neigiamą maitinimo įtampą visoje išvestyje (neigiamas maitinimas yra prijungtas per GND, taigi šiuo atveju 0 V). Šios įtampos pakanka įjungti arba išjungti MOSFET.

Laikinos reakcijos / stabilumo problemos sprendimas

Bet kai didelė apkrova bus atjungta nuo maitinimo, pereinantys pokyčiai sukurs tiesinį regioną visame lygintuve ir tai sukurs kilpą, kur lyginamasis negalės tinkamai įjungti arba išjungti apkrovos, o op-amp taps nestabilus. Pavyzdžiui, tarkime, kad 1A nustatomas naudojant potenciometrą, kad MOSFET būtų įjungta į išjungimo būseną. Todėl kintamasis rezistorius nustatytas 1 V išėjimui. Esant situacijai, kai palygintuvas nustato įtampos kritimą per šunto rezistorių yra 1,01 V (ši įtampa priklauso nuo op-amp arba komparatoriaus tikslumo ir kitų veiksnių), lygintuvas atjungs apkrovą. Laikini pokyčiai atsiranda, kai staiga nuo maitinimo bloko atjungiama didelė apkrova ir šis trumpalaikis įtampos atskaitos padidėjimas sukelia prastus rezultatus palyginamajame įrenginyje ir priverčia jį veikti tiesinėje srityje.

Geriausias būdas įveikti šią problemą yra stabilios galios naudojimas lyginamajame įrenginyje, kai laikini pokyčiai neturi įtakos palyginamojo įėjimo įtampai ir įtampos atskaitai. Negana to, į palyginamąją priemonę reikia pridėti papildomą metodo histerezę. Šioje grandinėje tai atlieka tiesinis reguliatorius LM7809 ir naudojant histerezės rezistorių R4, 100 k varžą. LM7809 užtikrina tinkamą įtampą per palyginamąjį įrenginį, kad pereinamieji pokyčiai visoje elektros linijoje neturėtų įtakos palyginamajam. C1, 100uF kondensatorius naudojamas išėjimo įtampai filtruoti.

Histerezės rezistorius R4 tiekia nedidelę įėjimo dalį per op-ampero išėjimą, kuris sukuria įtampos tarpą tarp žemo slenksčio (0.99V) ir aukšto slenksčio (1.01V), kur lyginamasis keičia savo išėjimo būseną. Palyginimo taškas pasiekiamas, kai palyginama su būsena, būsena iš karto nekeičiama, užuot pakeitus būseną iš aukšto į žemą, jutimo įtampos lygis turi būti žemesnis nei žemas (pvz., 0,97 V vietoj 0,99 V) arba norint pakeisti būseną iš žemos į aukštą, užfiksuota įtampa turi būti didesnė nei aukšta riba (1,03 vietoj 1,01). Tai padidins palyginimo priemonės stabilumą ir sumažins klaidingą išjungimą. Vartams valdyti naudojami kiti nei šis rezistorius, R2 ir R3. R3 yra „MOSFET“ vartų atitraukiamasis rezistorius.

Apsaugos nuo viršsrovės grandinės testavimas

Grandinė sukonstruota skydinėje ir išbandyta naudojant „Bench“ maitinimo šaltinį kartu su kintama nuolatine apkrova.

Tikrinama grandinė ir pastebėta, kad išėjimas sėkmingai atjungiamas esant skirtingoms kintamo rezistoriaus nustatytoms vertėms. Šio puslapio apačioje pateiktame vaizdo įraše rodomas visas apsaugos nuo viršsrovės testų demonstravimas.

Apsaugos nuo viršsrovės projektavimo patarimai

RC išvesties grandinė visoje išvestyje gali pagerinti EMI.
Reikiamai paskirčiai galima naudoti didesnę radiatorių ir specialų MOSFET.
Gerai sukonstruotas PCB pagerins grandinės stabilumą.
„Shunt Resistor“ galią reikia sureguliuoti pagal galios įstatymą (P = I ² R), atsižvelgiant į apkrovos srovę.
Mažam paketui gali būti naudojamas labai mažos vertės rezistorius miliomais, tačiau įtampos kritimas bus mažesnis. Norėdami kompensuoti įtampos kritimą, galima naudoti papildomą stiprintuvą su tinkamu stiprinimu.
Patartina naudoti specialų srovės jutiklio stiprintuvą, kad būtų galima tiksliai nustatyti su srovės jutimu susijusius klausimus.

Tikiuosi, kad supratote pamoką ir patiko iš jos išmokti ką nors naudingo. Jei turite klausimų, palikite juos komentarų skyriuose arba naudokite forumus kitiems techniniams klausimams.