Заштита од прекомерне струје помоћу оп

Заштитни кругови су од виталног значаја за успех сваког електронског дизајна. У нашим претходним водичима о заштитним круговима дизајнирали смо многе основне заштитне кругове који се могу прилагодити вашем кругу, наиме заштиту од пренапона, заштиту од кратког споја, заштиту од обрнутог поларитета итд. Додавањем ове листе кругова, у овом чланку, научиће како да дизајнирају и изграде једноставан склоп за заштиту од прекомерне струје помоћу Оп-амп-а.

Заштита од прекомерне струје често се користи у струјним круговима за ограничавање излазне струје ПСУ. Израз „прекомерна струја“ је услов када оптерећење вуче велику струју од предвиђених могућности јединице за напајање. Ово може бити опасна ситуација јер прекомерно струјно стање може оштетити напајање. Тако инжењери обично користе заштитни круг од прекомерне струје како би искључили оптерећење из напајања током таквих сценарија кварова, штитећи тако оптерећење и напајање.

Заштита од прекомерне струје помоћу оперативног појачала

Постоји много врста заштитних кругова од прекомерне струје; сложеност кола зависи од тога колико брзо заштитни круг треба да реагује током прекомерне ситуације. У овом пројекту ћемо изградити једноставан заштитни круг од прекомерне струје користећи оптичко појачало које се врло често користи и може се лако прилагодити вашим дизајном.

Коло које ћемо пројектовати имаће подесиву вредност прага прекомерне струје и имаће и функцију аутоматског поновног покретања у случају квара. Како је ово склоп заштите од прекомерне струје заснован на оп-амп-у, он ће имати погонско појачало као погонску јединицу. За овај пројекат се користи оперативно појачало опште намене ЛМ358. На доњој слици приказан је пин дијаграм ЛМ358.

Као што се види на горњој слици, унутар једног ИЦ пакета имаћемо два оп-амп канала. Међутим, за овај пројекат се користи само један канал. Опцијско појачало ће пребацити (одспојити) излазно оптерећење помоћу МОСФЕТ-а. За овај пројекат се користи Н-канални МОСФЕТ ИРФ540Н. Препоручује се употреба одговарајућег МОСФЕТ хладњака ако је струја оптерећења већа од 500мА. Међутим, за овај пројекат МОСФЕТ се користи без хладњака. Слика испод представља приказ дијаграма пиноута ИРФ540Н.

За напајање оп-ампера и склопа користи се линеарни регулатор напона ЛМ7809. Ово је линеарни регулатор напона 9В 1А са широким улазним напоном. Пиноут се може видети на доњој слици

Потребни материјали:

Списак компонената потребних за заштитни круг од прекомерне струје наведен је у наставку.

1. Бреадбоард
2. Потребно је напајање 12В (минимално) или према напону.
3. ЛМ358
4. 100уФ 25В
5. ИРФ540Н
6. Хладњак (према захтеву за пријаву)
7. 50к трим пот.
8. 1к отпорник са толеранцијом од 1%
9. 1Мег отпорник
10. 100к отпорник са толеранцијом од 1%.
11. Отпор од 1 ома, 2В (максимална струја оптерећења од 1,2 В)
12. Жице за даску

Прекострујни заштитни круг

Једноставно коло за заштиту од прекомерне струје може се дизајнирати коришћењем Оп-појачала за детекцију прекомерне струје, а на основу резултата можемо возити Мосфет за искључивање / повезивање терета са напајањем. Шема кола за исти је једноставна и може се видети на доњој слици

Прекострујни заштитни круг ради

Као што можете приметити из шеме кола, МОСФЕТ ИРФ540Н се користи за контролу оптерећења као УКЉУЧЕНО или ИСКЉУЧЕНО током нормалног стања и стања преоптерећења. Али пре искључивања терета, неопходно је открити струју оптерећења. То се постиже коришћењем ранжирног отпорника Р1, који је 1 Охм ранжирни отпорник снаге 2 В. Овај метод мерења струје назива се сензорским сензором струје отпорника, такође можете проверити и друге методе мерења струје које се такође могу користити за откривање прекомерне струје.

Током УКЉУЧЕНОГ стања МОСФЕТ-а, струја оптерећења тече кроз одвод МОСФЕТ-а до извора и на крају до ГНД-а кроз ранжирни отпорник. У зависности од струје оптерећења, ранжирни отпорник ствара пад напона на којем се може израчунати користећи Охмов закон. Према томе, претпоставимо, за 1А протока струје (струја оптерећења), пад напона на ранжирном отпорнику је 1В као В = И к Р (В = 1А к 1 Охм). Дакле, ако се овај пад напона упореди са унапред дефинисаним напоном помоћу Оп-појачала, можемо открити прекомерну струју и променити стање МОСФЕТ-а да бисмо прекинули оптерећење.

Оперативно појачало се обично користи за извођење математичких операција попут сабирања, одузимања, множења итд. Стога је у овом колу оперативно појачало ЛМ358 конфигурисано као упоређивач. Према шеми, упоређивач упоређује две вредности. Први је пад напона на ранжирном отпору, а други је предефинисани напон (референтни напон) помоћу променљивог отпорника или потенциометра РВ1. РВ1 делује као делилац напона. Пад напона на ранжирном отпорнику препознаје инвертујући терминал упоређивача и упоређује се са референтним напоном који је повезан у неинвертујући терминал оперативног појачала.

Због тога, ако је осетљиви напон мањи од референтног напона, компаратор ће произвести позитиван напон на излазу који је близу ВЦЦ упоређивача. Али, ако је осетљиви напон већи од референтног напона, компаратор ће произвести негативни напон напајања на излазу (негативно напајање је повезано преко ГНД-а, дакле 0В у овом случају). Овај напон је довољан за укључивање или искључивање МОСФЕТ-а.

Суочавање са проблемом пролазног одговора / стабилности

Али када се велико оптерећење искључи са напајања, привремене промене ће створити линеарно подручје преко компаратора и то ће створити петљу у којој компаратор не може правилно да укључи или искључи оптерећење, а оп-појачало ће постати нестабилно. На пример, претпоставимо, 1А се поставља помоћу потенциометра за покретање МОСФЕТ-а у стање ИСКЉУЧЕНО. Стога је променљиви отпорник подешен за 1В излаз. Током ситуације, када компаратор детектује пад напона на ранжирном отпорнику 1,01 В (овај напон зависи од тачности оп-појачала или компаратора и других фактора), компаратор ће искључити оптерећење. Привремене промене јављају се када се велико оптерећење изненада одвоји од јединице за напајање и овај привремени пораст референтног напона доводи до лоших резултата у компаратору и присиљава га да ради у линеарном подручју.

Најбољи начин за превазилажење овог проблема је употреба стабилне снаге на компаратору где привремене промене не утичу на улазни напон и референцу напона компаратора. И не само ово, у упоређивач треба додати додатну хистерезу методе. У овом колу то чини линеарни регулатор ЛМ7809 и коришћењем хистерезисотпорника Р4, отпорника 100к. ЛМ7809 обезбеђује одговарајући напон на компаратору тако да привремене промене на далеководу не утичу на компаратор. Ц1, кондензатор од 100уФ користи се за филтрирање излазног напона.

Отпорник за хистерезу Р4 напаја мали део улаза преко излаза оппојачала који ствара напонски јаз између доњег прага (0,99 В) и високог прага (1,01 В) где компаратор мења своје излазно стање. Упоредник не мења стање одмах ако је достигнута тачка прага, уместо тога, да би се стање променило из високог у низак, осетљиви ниво напона мора бити нижи од доњег прага (на пример 0,97 В уместо 0,99 В) или да би се стање променило из ниског у високо, осетљиви напон мора бити већи од високог прага (1,03 уместо 1,01). Ово ће повећати стабилност упоређивача и смањити лажно окидање. Осим овог отпорника, Р2 и Р3 се користе за управљање капијом. Р3 је излазни отпорник МОСФЕТ-а.

Испитивање круга прекострујне заштите

Коло је направљено у плочи за плочу и тестирано помоћу бенч напајања заједно са променљивим једносмерним оптерећењем.

Коло је тестирано и примећено је да се излаз успешно одваја при различитим вредностима подешеним променљивим отпорником. Видео који се налази на дну ове странице приказује потпуну демонстрацију испитивања заштите од прекомерне струје на делу.

Савети за дизајн надструјне заштите

• РЦ снубер склоп на излазу могао би побољшати ЕМИ.
• Већи хладњак и специфични МОСФЕТ могу се користити за потребну примену.
• Добро конструисана ПЦБ побољшаће стабилност кола.
• Снага отпорника на шант је потребна за подешавање према закону о снази (П = И ² Р) у зависности од струје оптерећења.
• Отпорник мале вредности у милиомаима може се користити за мали пакет, али пад напона ће бити мањи. За компензацију падом напона може се користити додатно појачало са одговарајућим појачавањем.
• Препоручљиво је користити наменско појачало тренутног осећаја за тачна питања у вези са тренутним очитавањем.

Надам се да сте разумели туторијал и уживали сте научивши нешто корисно из њега. Ако имате питања, оставите их у одељцима за коментаре или користите форуме за друга техничка питања.