Zaštita od prekomjerne struje pomoću op

Zaštitni krugovi su vitalni za uspjeh svakog elektroničkog dizajna. U našim prethodnim vodičima za zaštitne krugove dizajnirali smo mnoge osnovne zaštitne krugove koji se mogu prilagoditi vašem krugu, naime, zaštitu od prenapona, zaštitu kratkog spoja, zaštitu od obrnutog polariteta itd. Dodavanjem ovog popisa krugova, u ovom članku, naučit će kako dizajnirati i izraditi jednostavni sklop za zaštitu od prekomjerne struje pomoću Op-Amp-a.

Zaštita od prekomjerne struje često se koristi u krugovima napajanja kako bi se ograničila izlazna struja PSU. Izraz "prekomjerna struja" uvjet je kada opterećenje vuče veliku struju od navedenih mogućnosti jedinice napajanja. To može biti opasna situacija jer prekomjerno strujno stanje može oštetiti napajanje. Tako inženjeri obično koriste zaštitni krug od prekomjerne struje kako bi isključili opterećenje iz napajanja tijekom takvih scenarija kvarova, štiteći tako opterećenje i napajanje.

Zaštita od prekomjerne struje pomoću operativnog pojačala

Postoje mnoge vrste zaštitnih krugova od prekomjerne struje; složenost kruga ovisi o tome koliko brzo bi zaštitni krug trebao reagirati tijekom prekomjerne struje. U ovom ćemo projektu izraditi jednostavan zaštitni krug od prekomjerne struje pomoću optičkog pojačala koje se vrlo često koristi i koje se lako može prilagoditi vašim dizajnom.

Strujni krug koji ćemo projektirati imat će prilagodljivu vrijednost praga prekomjerne struje, a imat će i značajku automatskog ponovnog pokretanja u slučaju kvara. Budući da je ovo sklop zaštite od prekomjerne struje na bazi op-amp-a, imat će op-pojačalo kao pogonsku jedinicu. Za ovaj se projekt koristi operativno pojačalo opće namjene LM358. Na donjoj je slici prikazan pin dijagram LM358.

Kao što se vidi na gornjoj slici, unutar jednog IC paketa imat ćemo dva op-amp kanala. Međutim, za ovaj se projekt koristi samo jedan kanal. Opcijsko pojačalo će prebaciti (odspojiti) izlazno opterećenje pomoću MOSFET-a. Za ovaj se projekt koristi N-kanalni MOSFET IRF540N. Preporučuje se korištenje odgovarajućeg MOSFET hladnjaka ako je struja opterećenja veća od 500mA. Međutim, za ovaj se projekt MOSFET koristi bez hladnjaka. Slika dolje predstavlja prikaz dijagrama pinouta IRF540N.

Za napajanje oppojačala i sklopa koristi se linearni regulator napona LM7809. Ovo je linearni regulator napona 9V 1A širokog nazivnog napona. Isječak se može vidjeti na donjoj slici

Potrebni materijali:

Popis komponenata potrebnih za zaštitni krug od prekomjerne struje naveden je u nastavku.

1. Breadboard
2. Potrebno je napajanje 12V (minimalno) ili prema naponu.
3. LM358
4. 100uF 25V
5. IRF540N
6. Hladnjak (prema zahtjevu za prijavu)
7. Posuda za obrezivanje od 50 tisuća kuna.
8. 1k otpornik s tolerancijom od 1%
9. 1Meg otpornik
10. 100k otpornik s tolerancijom od 1%.
11. Otpor od 1 ohma, 2 W (maksimalna struja opterećenja od 1,2 W)
12. Žice za pločice

Zaštitni krug od prekomjerne struje

Jednostavni zaštitni krug od prekomjerne struje može se projektirati korištenjem Op-pojačala za prepoznavanje prekomjerne struje i na temelju rezultata možemo voziti Mosfet za odvajanje / spajanje tereta s napajanjem. Shema spoja za istu je jednostavna i može se vidjeti na donjoj slici

Zaštitni krug prekomjerne struje radi

Kao što možete primijetiti iz sheme spojeva, MOSFET IRF540N koristi se za kontrolu opterećenja kao UKLJUČENO ili ISKLJUČENO tijekom normalnog stanja i stanja preopterećenja. No prije isključivanja tereta bitno je otkriti struju opterećenja. To se postiže korištenjem ranžirnog otpora R1, koji je 1 Ohm ranžirni otpornik snage 2 W. Ova metoda mjerenja struje naziva se osjetnik struje otpornika na šant, a možete provjeriti i druge metode osjetljivosti struje koje se također mogu koristiti za otkrivanje prekomjerne struje.

Tijekom UKLJUČENOG stanja MOSFET-a, struja opterećenja teče kroz odvod MOSFET-a do izvora i napokon do GND-a kroz ranžirni otpor. Ovisno o struji opterećenja, ranžirni otpor stvara pad napona na kojem se može izračunati koristeći Ohmov zakon. Stoga pretpostavimo da je za 1A strujnog toka (struja opterećenja) pad napona na ranžirnom otporu 1V kao V = I x R (V = 1A x 1 Ohm). Dakle, ako se ovaj pad napona usporedi s unaprijed definiranim naponom pomoću Op-pojačala, možemo otkriti prekomjernu struju i promijeniti stanje MOSFET-a kako bismo prekinuli opterećenje.

Operacijsko pojačalo obično se koristi za izvođenje matematičkih operacija poput zbrajanja, oduzimanja, množenja itd. Stoga je u ovom krugu operacijsko pojačalo LM358 konfigurirano kao komparator. Prema shemi, usporednik uspoređuje dvije vrijednosti. Prvi je pad napona na ranžirnom otporu, a drugi je unaprijed definirani napon (referentni napon) pomoću promjenjivog otpora ili potenciometra RV1. RV1 djeluje kao razdjelnik napona. Pad napona na ranžirnom otporu prepoznaje invertirajuća stezaljka komparatora i uspoređuje se s referentnom naponom koja je spojena u neinvertirajući terminal operativnog pojačala.

Zbog toga, ako je osjetnik napona manji od referentnog napona, komparator će proizvesti pozitivan napon na izlazu koji je blizu VCC usporedbe. Ali, ako je osjetni napon veći od referentnog napona, usporednik će proizvesti negativni opskrbni napon na izlazu (negativni dovod je povezan preko GND-a, dakle 0V u ovom slučaju). Ovaj napon dovoljan je za uključivanje ili isključivanje MOSFET-a.

Rješavanje problema prijelaznog odgovora / stabilnosti

Ali kad se veliko opterećenje odvoji od napajanja, privremene promjene stvorit će linearno područje preko komparatora, a to će stvoriti petlju u kojoj komparator nije mogao pravilno uključiti ili isključiti opterećenje, a op-pojačalo će postati nestabilno. Na primjer, pretpostavimo, 1A se postavlja pomoću potenciometra za aktiviranje MOSFET-a u stanje ISKLJUČENO. Stoga je promjenjivi otpor postavljen za 1V izlaz. Tijekom situacije, kada komparator otkrije pad napona na ranžirnom otporu od 1,01 V (ovaj napon ovisi o preciznosti op-pojačala ili komparatora i drugim čimbenicima), komparator će odvojiti opterećenje. Privremene promjene javljaju se kad se iznenada odvoji veliko napajanje s jedinice za napajanje i ovo privremeno povećanje referentnog napona što dovodi do loših rezultata u usporedbi i prisiljava ga na rad u linearnom području.

Najbolji način za prevladavanje ovog problema je upotreba stabilne snage na komparatoru gdje privremene promjene ne utječu na ulazni napon i referentni napon napona. I ne samo to, u usporedbu treba dodati dodatnu histerezu metode. U ovom krugu to čini linearni regulator LM7809 i upotreba histerezističkog otpornika R4, otpornika 100k. LM7809 osigurava odgovarajući napon na usporedbi tako da privremene promjene na dalekovodu ne utječu na usporedbu. C1, kondenzator od 100 uF koristi se za filtriranje izlaznog napona.

Otpornik za histerezu R4 napaja mali dio ulaza preko izlaza oppojačala koji stvara naponski jaz između donjeg praga (0,99 V) i visokog praga (1,01 V) gdje komparator mijenja svoje izlazno stanje. Usporednik ne mijenja stanje odmah ako je dosegnuta točka praga, umjesto toga, da bi se stanje promijenilo iz visokog u niski, osjetna razina napona mora biti niža od donjeg praga (na primjer 0,97 V umjesto 0,99 V) ili da bi se stanje promijenilo iz niskog u visoko, osjetljeni napon mora biti veći od visokog praga (1,03 umjesto 1,01). To će povećati stabilnost usporedbe i smanjiti lažno okidanje. Osim ovog otpora, R2 i R3 koriste se za upravljanje vratima. R3 je izlazni otpornik MOSFET-a.

Ispitivanje kruga prenaponske zaštite

Krug je izrađen u pločici za ploču i testiran pomoću benč napajanja zajedno s promjenjivim istosmjernim opterećenjem.

Krug se ispituje i opaženo je da se izlaz uspješno odspaja pri različitim vrijednostima postavljenim promjenjivim otpornikom. Videozapis koji se nalazi na dnu ove stranice prikazuje potpunu demonstraciju testiranja prekomjerne struje na djelu.

Savjeti za dizajn nadstrujne zaštite

• RC snuber sklop na izlazu mogao bi poboljšati EMI.
• Za potrebnu primjenu mogu se koristiti veći hladnjak i specifični MOSFET.
• Dobro izgrađena PCB poboljšati će stabilnost sklopa.
• Snagu otpornika na šant treba prilagoditi prema zakonu o snazi ​​(P = I ² R), ovisno o struji opterećenja.
• Otpor vrlo male vrijednosti u mili-oma može se koristiti za mali paket, ali pad napona bit će manji. Za kompenzaciju padom napona može se koristiti dodatno pojačalo s odgovarajućim pojačavanjem.
• Preporučljivo je koristiti posebno pojačalo trenutnog osjeta za precizne probleme povezane s trenutnim osjetnicima.

Nadam se da ste razumjeli tutorial i uživali naučiti nešto korisno iz njega. Ako imate pitanja, ostavite ih u odjeljcima za komentare ili koristite forume za druga tehnička pitanja.