Túláramvédelem op

A védelmi áramkörök létfontosságúak ahhoz, hogy minden elektronikus tervezés sikeres legyen. Korábbi védelmi áramkörök oktatóanyagaiban számos alapvető védelmi áramkört terveztünk, amelyek adaptálhatók az áramkörébe, nevezetesen: Túlfeszültség-védelem, Rövidzárlat-védelem, Fordított polaritásvédelem stb. megtanulja, hogyan tervezzen és építsen fel egy egyszerű áramkört a túláramvédelemhez az Op-Amp segítségével.

A túláramvédelmet gyakran használják az áramellátási áramkörökben, hogy korlátozzák a PSU kimeneti áramát. A „túláram” kifejezés olyan állapot, amikor a terhelés nagy áramot vesz fel, mint a tápegység meghatározott képességei. Ez veszélyes helyzet lehet, mivel a túláram miatt károsodhat az áramellátás. Tehát a mérnökök általában egy túláram-védelmi áramkört használnak a terhelés levágására az áramellátásról ilyen hiba esetén, így védve a terhelést és az áramellátást.

Túláramvédelem működési erősítővel

Sokféle túláram-védelmi áramkör létezik; az áramkör összetettsége attól függ, hogy a védelmi áramkörnek milyen gyorsan kell reagálnia egy túláram alatt. Ebben a projektben egy egyszerű túláramvédelmi áramkört építünk egy op-amp segítségével, amelyet nagyon gyakran használnak, és könnyen adaptálható az Ön tervei szerint.

Az áramkör, amelyet tervezünk, állítható túláram-küszöbértékkel rendelkezik, és rendelkezik egy automatikus újraindítás meghibásodás funkcióval is. Mivel ez egy op-amp alapú túláram-védelmi áramkör, meghajtó egységként op-amp lesz. Ehhez a projekthez általános célú LM358 operációs erősítőt használnak. Az alábbi képen az LM358 tűs diagramja látható.

Amint a fenti képen látható, egyetlen IC csomagban két op-amp csatornánk lesz. Ehhez a projekthez azonban csak egyetlen csatornát használnak. Az op-amp egy MOSFET segítségével kapcsolja (leválasztja) a kimeneti terhelést. Ehhez a projekthez egy N csatornás MOSFET IRF540N készüléket használnak. Javasoljuk a megfelelő MOSFET hűtőborda használatát, ha a terhelési áram nagyobb, mint 500mA. Ehhez a projekthez azonban a MOSFET-et Heatsink nélkül használják. Az alábbi kép az IRF540N pinout diagram ábrázolása.

Az op-amp és az áramkör táplálásához az LM7809 lineáris feszültségszabályozót használják. Ez egy 9V 1A lineáris feszültségszabályozó, széles bemeneti feszültséggel. A pinout az alábbi képen látható

Szükséges anyagok:

Az alábbiakban felsoroljuk a túláramvédelmi áramkörhöz szükséges alkatrészek listáját.

1. Kenyérlemez
2. Tápfeszültség 12V (minimum) vagy a feszültség szerint szükséges.
3. LM358
4. 100uF 25V
5. IRF540N
6. Hűtőborda (az alkalmazás követelményeinek megfelelően)
7. 50 ezer fazék.
8. 1k ellenállás 1% -os tűréssel
9. 1Meg ellenállás
10. 100k ellenállás 1% -os tűréssel.
11. 1 ohmos ellenállás, 2 W (2 W maximum 1,25A terhelési áram)
12. Drótok a kenyérlemezhez

Túláramvédelmi áramkör

Egy egyszerű túláram-védelmi áramkört úgy lehet kialakítani, hogy Op-Amp segítségével érzékeljük a túláramot, és az eredmény alapján Mosfet-t vezethetünk a terhelés áramellátáshoz való leválasztásához / csatlakoztatásához. Ugyanez kapcsolási rajza egyszerű, és az alábbi képen látható

Túláram-védelmi áramkör működik

Amint az a kapcsolási rajz alapján megfigyelhető, a MOSFET IRF540N-t a terhelés ON vagy OFF állapotban történő szabályozására használják normál és túlterhelési állapotban. A terhelés kikapcsolása előtt azonban elengedhetetlen a terhelés áramának érzékelése. Ez egy R1 söntellenállás használatával történik, amely egy 1 Ohm sönt ellenállás, 2 wattos névleges értékkel. Ezt az árammérési módszert Shunt Resistor áramérzékelésnek hívják, és ellenőrizhet más áramérzékelési módszereket is, amelyek szintén használhatók a túláram érzékelésére.

A MOSFET ON állapotában a terhelési áram a MOSFET lefolyóján keresztül áramlik a forrásba, végül a söntellenálláson keresztül a GND-be. A terhelési áramerősségtől függően a söntellenállás feszültségesést vált ki, amely az Ohm törvény alapján kiszámítható. Tegyük fel tehát, hogy 1A áramáram (terhelőáram) esetén a söntellenálláson a feszültségesés 1 V, V = I x R (V = 1A x 1 Ohm). Tehát, ha ezt az esési feszültséget összehasonlítjuk egy előre definiált feszültséggel egy Op-Amp segítségével, akkor észlelhetjük a túláramot és megváltoztathatjuk a MOSFET állapotát a terhelés levágása érdekében.

A műveleti erősítőt általában matematikai műveletek végrehajtására használják, például összeadás, kivonás, szorzás stb. Ezért ebben az áramkörben az LM358 műveleti erősítőt komparátorként konfigurálják. A vázlat szerint az összehasonlító két értéket hasonlít össze. Az első a söntellenálláson eső feszültség, a másik az előre meghatározott feszültség (referenciafeszültség) egy változtatható ellenállással vagy RV1 potenciométerrel. Az RV1 feszültségosztóként működik. A söntellenálláson eső feszültséget a komparátor invertáló kapcsa érzékeli, és összehasonlítja azzal a feszültségreferenciával, amely az operációs erősítő nem invertáló termináljához van csatlakoztatva.

Ennek következtében, ha az érzékelt feszültség kisebb, mint a referenciafeszültség, az összehasonlító pozitív kimeneten feszültséget állít elő, amely közel van az összehasonlító VCC-jéhez. De ha az érzékelt feszültség nagyobb, mint a referenciafeszültség, akkor az összehasonlító negatív tápfeszültséget produkál a kimeneten (a negatív táp a GND-n keresztül van csatlakoztatva, tehát ebben az esetben 0 V). Ez a feszültség elegendő a MOSFET be- vagy kikapcsolásához.

Átmeneti reakció / stabilitás probléma kezelése

De amikor a nagy terhelést leválasztják az áramellátásról, az átmeneti változások lineáris régiót hoznak létre az összehasonlítón, és ez létrehoz egy kört, ahol az összehasonlító nem tudta megfelelően be- vagy kikapcsolni a terhelést, és az op-amp instabillá válik. Tegyük fel például, hogy az 1A-t a potenciométerrel állítják be, hogy a MOSFET-et KI állapotba kapcsolja. Ezért a változó ellenállást 1 V kimenetre állítják be. Olyan helyzetben, amikor az összehasonlító a söntellenálláson 1,01 V feszültségesést észlel (ez a feszültség függ az erősítőtől, a komparátor pontosságától és egyéb tényezőktől), az összehasonlító lekapcsolja a terhelést. Átmeneti változások akkor fordulnak elő, amikor nagy terhelést hirtelen lekapcsolnak a tápegységről, és ez a tranziens növeli a feszültségreferenciát, amely gyenge eredményeket hív fel az összehasonlítón, és arra kényszeríti, hogy lineáris tartományban működjön.

A probléma legyőzésének legjobb módja az, ha stabil teljesítményt használunk az összehasonlítón keresztül, ahol az átmeneti változások nem befolyásolják az összehasonlító bemeneti feszültségét és a feszültségreferenciát. Nem csak ezt, hanem további módszer hiszterézist kell hozzáadni az összehasonlítóba. Ebben az áramkörben ezt az LM7809 lineáris szabályozó és az R4 hiszterézis-ellenállás, egy 100k-os ellenállás segítségével hajtják végre. Az LM7809 megfelelő feszültséget biztosít az összehasonlítón, így az áramvezeték átmeneti változásai nem befolyásolják az összehasonlítót. C1, a 100uF kondenzátort használják a kimeneti feszültség szűrésére.

Az R4 hiszterézis ellenállás a bemenet kis részét táplálja az op-erősítő kimenetén, ami feszültségrést hoz létre az alacsony küszöb (0,99 V) és a magas küszöb (1,01 V) között, ahol az összehasonlító megváltoztatja a kimeneti állapotát. Az összehasonlító nem változtatja meg azonnal az állapotot, ha a küszöbérték teljesül, ahelyett, hogy az állapotot magasról alacsonyra változtassa, az érzékelt feszültségszintnek alacsonyabbnak kell lennie, mint az alacsony küszöb (például 0,97 V helyett 0,99 V) vagy az állapot alacsonyról magasra történő megváltoztatásához az érzékelt feszültségnek magasabbnak kell lennie, mint a magas küszöb (1,03 helyett 1,01). Ez növeli az összehasonlító stabilitását és csökkenti a hamis kioldásokat. Ezen az ellenálláson kívül R2 és R3 szolgál a kapu vezérléséhez. R3 a MOSFET Gate lehúzható ellenállása.

Túláramvédelmi áramkör tesztelése

Az áramkört kenyérlemezbe építik és tesztelik a pad tápegységével, változó egyenáramú terheléssel együtt.

Az áramkört teszteljük, és megfigyeljük, hogy a kimenet sikeresen megszakad-e a változó ellenállás által beállított különböző értékeken. Az oldal alján található videó a túláram elleni védelem tesztelésének teljes bemutatását mutatja be.

Túláramvédelmi tervezési tippek

• A kimeneten lévő RC snubber áramkör javíthatja az EMI-t.
• Nagyobb hűtőborda és speciális MOSFET használható a kívánt alkalmazáshoz.
• A jól felépített NYÁK javítja az áramkör stabilitását.
• A Shunt Resistor teljesítményét a teljesítménytörvény szerint kell beállítani (P = I ² R), a terhelési áram függvényében.
• Nagyon alacsony értékű ellenállás, milli ohmos besorolással használható egy kis csomaghoz, de a feszültségesés kisebb lesz. A feszültségesés kompenzálására egy további erősítő használható megfelelő erősítéssel.
• Az áramérzékeléssel kapcsolatos pontos kérdésekhez célszerű külön áramérzékelőt használni.

Remélem, megértette az oktatóanyagot, és élvezettel tanult belőle valami hasznosat. Ha bármilyen kérdése van, kérjük, hagyja a megjegyzés rovatban, vagy használja a fórumot egyéb technikai kérdésekhez.