Pārslodzes aizsardzība, izmantojot op

Aizsardzības shēmas ir būtiskas, lai jebkura elektroniskā konstrukcija būtu veiksmīga. Iepriekšējās aizsardzības ķēžu apmācībās mēs esam izstrādājuši daudzas pamata aizsardzības shēmas, kuras var pielāgot jūsu ķēdei, proti, pārslodzes aizsardzība, īssavienojuma aizsardzība, apgrieztās polaritātes aizsardzība utt. Šajā rakstā pievienojot šo shēmu sarakstu, mēs uzzinās, kā noformēt un izveidot vienkāršu strāvas aizsardzības shēmu, izmantojot Op-Amp.

Pārslodzes aizsardzību bieži izmanto barošanas ķēdēs, lai ierobežotu PSU izejas strāvu. Termins “Pārslodze” ir nosacījums, kad slodze uzņem lielu strāvu nekā norādītās barošanas bloka iespējas. Tā var būt bīstama situācija, jo pārmērīga strāva var sabojāt strāvas padevi. Tāpēc inženieri parasti izmanto pārslodzes aizsardzības ķēdi, lai pārtrauktu slodzi no barošanas avota šādos defektu gadījumos, tādējādi aizsargājot slodzi un barošanu.

Pārslodzes aizsardzība, izmantojot operatīvo pastiprinātāju

Pārstrāvas aizsardzības ķēdēm ir daudz veidu; ķēdes sarežģītība ir atkarīga no tā, cik ātri aizsardzības ķēdei vajadzētu reaģēt pārmērīgas strāvas situācijā. Šajā projektā mēs izveidosim vienkāršu strāvas aizsardzības ķēdi, izmantojot op-amp, kas ir ļoti bieži izmantots un ko var viegli pielāgot jūsu dizainam.

Ķēdei, kuru mēs gatavojamies projektēt, būs regulējama pārslodzes sliekšņa vērtība, un tai būs arī funkcija Automātiskā restartēšana pēc kļūmes. Tā kā šī ir pārslodzes aizsardzības ķēde, kas balstīta uz op-amp, tai kā piedziņas vienībai būs op-amp. Šim projektam tiek izmantots vispārējas nozīmes operatīvais pastiprinātājs LM358. Zemāk redzamajā attēlā ir parādīta LM358 tapu diagramma.

Kā redzams iepriekšējā attēlā, vienā IC paketē mums būs divi op-amp kanāli. Tomēr šim projektam tiek izmantots tikai viens kanāls. Op-amp pārslēgs (atvienos) izejas slodzi, izmantojot MOSFET. Šim projektam tiek izmantots N kanāls MOSFET IRF540N. Ja slodzes strāva ir lielāka par 500mA, ieteicams izmantot pareizu MOSFET radiatoru. Tomēr šim projektam MOSFET tiek izmantots bez Heatsink. Zemāk redzamais attēls ir IRF540N pinout diagrammas attēlojums.

Op-amp un shēmas barošanai tiek izmantots lineārais sprieguma regulators LM7809. Tas ir 9V 1A lineārs sprieguma regulators ar plašu ieejas sprieguma nominālu. Pinout ir redzams zemāk esošajā attēlā

Nepieciešamie materiāli:

Zemāk ir uzskaitīts komponentu saraksts, kas nepieciešami pārslodzes aizsardzības ķēdei.

1. Maizes dēlis
2. Nepieciešams barošanas avots 12V (minimums) vai atbilstoši spriegumam.
3. LM358
4. 100uF 25V
5. IRF540N
6. Radiators (atbilstoši lietojuma prasībām)
7. 50k apdares katls.
8. 1k rezistors ar 1% pielaidi
9. 1Meg rezistors
10. 100k rezistors ar 1% pielaidi.
11. 1ohm rezistors, 2W (2W maksimums 1,25A slodzes strāva)
12. Vadi maizes dēlim

Pārslodzes aizsardzības ķēde

Vienkāršu strāvas aizsardzības ķēdi var izveidot, izmantojot Op-Amp, lai sajustu pārspriegumu, un, pamatojoties uz rezultātu, mēs varam vadīt Mosfet, lai atvienotu / savienotu slodzi ar barošanas avotu. Tā paša shēma ir vienkārša, un to var redzēt zemāk redzamajā attēlā

Pārslodzes aizsardzības ķēdes darbība

Kā jūs varat novērot no shēmas, MOSFET IRF540N tiek izmantots, lai kontrolētu slodzi kā ieslēgtu vai izslēgtu normālā un pārslodzes stāvoklī. Bet pirms slodzes izslēgšanas ir svarīgi noteikt slodzes strāvu. Tas tiek darīts, izmantojot šunta rezistoru R1, kas ir 1 Ohm šunta rezistors ar 2 W vērtējumu. Šo strāvas mērīšanas metodi sauc par šunta rezistora strāvas uztveršanu. Jūs varat pārbaudīt arī citas strāvas uztveršanas metodes, kuras var izmantot arī strāvas pārmērības noteikšanai.

MOSFET ON režīmā slodzes strāva plūst caur MOSFET noteci, lai iegūtu avotu un, visbeidzot, caur šunta rezistoru uz GND. Atkarībā no slodzes strāvas šunta rezistors rada sprieguma kritumu, kuru var aprēķināt, izmantojot Ohma likumu. Tāpēc pieņemsim, ka strāvas plūsmas (slodzes strāvas) 1A sprieguma kritums šunta rezistorā ir 1 V kā V = I x R (V = 1A x 1 Ohm). Tātad, ja šo krituma spriegumu salīdzina ar iepriekš noteiktu spriegumu, izmantojot Op-Amp, mēs varam noteikt pārslodzi un mainīt MOSFET stāvokli, lai pārtrauktu slodzi.

Operatīvo pastiprinātāju parasti izmanto tādu matemātisku darbību veikšanai kā saskaitīšana, atņemšana, reizināšana utt. Tāpēc šajā ķēdē operatīvais pastiprinātājs LM358 ir konfigurēts kā salīdzinājums. Saskaņā ar shēmu salīdzinātājs salīdzina divas vērtības. Pirmais ir kritiena spriegums šunta rezistorā un vēl viens ir iepriekš noteikts spriegums (standartspriegums), izmantojot mainīgu rezistoru vai potenciometru RV1. RV1 darbojas kā sprieguma dalītājs. Krituma spriegumu šunta rezistorā uztver salīdzinātāja invertējošā spaile, un to salīdzina ar sprieguma atskaiti, kas pievienota operācijas pastiprinātāja neinvertējošajā spailē.

Sakarā ar to, ja uztvertais spriegums ir mazāks par atskaites spriegumu, salīdzinātājs izvadē radīs pozitīvu spriegumu, kas ir tuvu salīdzinātāja VCC. Bet, ja uztvertais spriegums ir lielāks par atsauces spriegumu, salīdzinātājs radīs negatīvu barošanas spriegumu pāri izejai (negatīvs padeve ir savienota visā GND, tāpēc 0V šajā gadījumā). Šis spriegums ir pietiekams, lai ieslēgtu vai izslēgtu MOSFET.

Pārejas reakcijas / stabilitātes problēmas risināšana

Bet, kad lielā slodze tiks atvienota no barošanas, pārejošās izmaiņas radīs lineāru reģionu visā salīdzinātājā, un tas radīs cilpu, kurā salīdzinātājs nevarēs pareizi ieslēgt vai izslēgt slodzi, un op-amp kļūs nestabils. Piemēram, pieņemsim, ka 1A tiek iestatīts, izmantojot potenciometru, lai aktivizētu MOSFET stāvoklī IZSLĒGTS. Tāpēc mainīgais rezistors ir iestatīts 1V izejai. Situācijā, kad salīdzinātājs konstatē, ka sprieguma kritums šunta rezistorā ir 1,01 V (šis spriegums ir atkarīgs no op-amp vai komparatora precizitātes un citiem faktoriem), salīdzinātājs atvienos slodzi. Pārejošas izmaiņas rodas, ja pēkšņi no barošanas bloka tiek atvienota liela slodze, un šis īslaicīgais sprieguma atskaites pieaugums rada sliktus rezultātus salīdzinājumā un liek darboties lineārā apgabalā.

Labākais veids, kā pārvarēt šo problēmu, ir izmantot stabilu jaudu salīdzinājumā, kur pārejošās izmaiņas neietekmē salīdzinātāja ieejas spriegumu un sprieguma atskaiti. Ne tikai tas, salīdzinātājā jāpievieno papildu metodes histerēze. Šajā ķēdē to veic lineārais regulators LM7809 un, izmantojot histerēzes rezistoru R4, 100k rezistoru. LM7809 nodrošina pareizu spriegumu salīdzinājumā, lai pārejošās izmaiņas visā elektrolīnijā neietekmētu salīdzinātāju. C1, 100uF kondensatoru izmanto izejas sprieguma filtrēšanai.

Histerēzes rezistors R4 baro nelielu ieejas daļu pa op-amp izeju, kas rada sprieguma spraugu starp zemo slieksni (0,99 V) un augsto slieksni (1,01 V), kur salīdzinātājs maina izejas stāvokli. Salīdzinātājs nemaina stāvokli uzreiz, ja tiek sasniegts sliekšņa punkts, tā vietā, lai mainītu stāvokli no augsta uz zemu, uztveramajam sprieguma līmenim jābūt zemākam par zemo slieksni (piemēram, 0,97 V, nevis 0,99 V). vai lai mainītu stāvokli no zema uz augstu, nojaušajam spriegumam jābūt lielākam par augsto slieksni (1,03, nevis 1,01). Tas palielinās salīdzinātāja stabilitāti un samazinās viltus paklupšanu. Vārtu kontrolei izmanto R2 un R3, izņemot šo rezistoru. R3 ir MOSFET vārtu nolaižamais rezistors.

Pārslodzes aizsardzības ķēdes pārbaude

Kontūra ir izveidota paneļa dēļā un pārbaudīta, izmantojot barošanas avotu ar mainīgu līdzstrāvas slodzi.

Ķēde tiek pārbaudīta, un tiek novērots, ka izeja veiksmīgi tiek atvienota dažādās vērtībās, ko nosaka mainīgais rezistors. Šīs lapas apakšdaļā sniegtajā videoklipā ir parādīts, kā darbojas pārsprieguma aizsardzības testēšana.

Pārslodzes aizsardzības dizaina padomi

• RC snubber ķēde pāri izejai varētu uzlabot EMI.
• Nepieciešamajai lietošanai var izmantot lielāku siltuma izlietni un īpašu MOSFET.
• Labi izveidota PCB uzlabos ķēdes stabilitāti.
• Šunta rezistora jauda ir jāpielāgo atbilstoši jaudas likumam (P = I ² R) atkarībā no slodzes strāvas.
• Nelielam iepakojumam var izmantot ļoti mazvērtīgu rezistoru ar mili omu, bet sprieguma kritums būs mazāks. Lai kompensētu sprieguma kritumu, var izmantot papildu pastiprinātāju ar pareizu pastiprinājumu.
• Precīziem strāvas uztveršanas jautājumiem ieteicams izmantot īpašu strāvas jutekļu pastiprinātāju.

Ceru, ka sapratāt apmācību un patika no tās uzzināt kaut ko noderīgu. Ja jums ir kādi jautājumi, lūdzu, atstājiet tos komentāru sadaļās vai izmantojiet forumus citiem tehniskiem jautājumiem.