Overcurrent na proteksyon gamit ang op

Ang mga circuit ng proteksyon ay mahalaga para sa anumang elektronikong disenyo upang maging matagumpay. Sa aming nakaraang mga tutorial ng proteksyon sa circuit ay dinisenyo namin ang maraming pangunahing mga circuit ng proteksyon na maaaring iakma sa iyong circuit, katulad ng, Over Voltage Protection, Short-Circuit Protection, Reverse polarity protection, atbp. Pagdaragdag sa listahan ng mga circuit, sa artikulong ito, matututunan kung paano magdisenyo at bumuo ng isang simpleng circuit para sa Over-kasalukuyang proteksyon gamit ang Op-Amp.

Ang sobrang proteksyon ay madalas na ginagamit sa mga circuit ng suplay ng kuryente upang limitahan ang kasalukuyang output ng isang PSU. Ang term na "Overcurrent" ay isang kundisyon kapag ang pagkarga ay kumukuha ng isang malaking kasalukuyang kaysa sa tinukoy na mga kakayahan ng power supply unit. Maaari itong maging isang mapanganib na sitwasyon dahil ang isang labis na kasalukuyang kondisyon ay maaaring makapinsala sa suplay ng kuryente. Kaya't ang mga inhinyero ay karaniwang gumagamit ng isang sobrang kasalukuyang circuit ng proteksyon upang maputol ang pagkarga mula sa suplay ng kuryente sa panahon ng mga nasabing senaryo ng pagkakamali sa gayon pagprotekta sa pagkarga at suplay ng kuryente.

Overcurrent Protection gamit ang Operational Amplifier

Mayroong maraming mga uri ng labis na kasalukuyang mga circuit ng proteksyon; ang pagiging kumplikado ng circuit ay nakasalalay sa kung gaano kabilis dapat ang reaksyon ng circuit ng proteksyon sa panahon ng sobrang kasalukuyang sitwasyon. Sa proyektong ito, magtatayo kami ng isang simpleng sobrang kasalukuyang circuit ng proteksyon gamit ang isang op-amp na karaniwang ginagamit at madaling maiakma para sa iyong mga disenyo.

Ang circuit na malapit na naming idisenyo ay magkakaroon ng isang madaling iakma na overcurrent na halaga ng threshold at magkakaroon din ng isang Auto-restart sa tampok na pagkabigo. Dahil ito ay isang op-amp batay sa overcurrent protection circuit, magkakaroon ito ng isang op-amp bilang unit ng pagmamaneho. Para sa proyektong ito, ginagamit ang isang pangkalahatang layunin na pagpapatakbo ng amplifier na LM358. Sa imahe sa ibaba, ipinakita ang diagram ng pin ng LM358.

Tulad ng nakikita sa imahe sa itaas, sa loob ng isang solong IC package magkakaroon kami ng dalawang mga op-amp channel. Gayunpaman, isang solong channel lamang ang ginagamit para sa proyektong ito. Ang op-amp ay lilipat (idiskonekta) ang output load gamit ang isang MOSFET. Para sa proyektong ito, ginagamit ang isang N channel MOSFET IRF540N. Inirerekumenda na gumamit ng wastong MOSFET Heatsink kung ang kasalukuyang karga ay mas malaki sa 500mA. Gayunpaman, para sa proyektong ito, ang MOSFET ay ginagamit nang walang Heatsink. Ang imahe sa ibaba ay ang representasyon ng diagram ng pinout ng IRF540N.

Upang mapagana ang op-amp at ang circuitry, ginagamit ang LM7809 linear voltage regulator. Ito ay isang 9V 1A linear voltage regulator na may malawak na rating ng boltahe ng input. Ang pinout ay makikita sa larawan sa ibaba

Mga Materyal na Kinakailangan:

Ang isang listahan ng mga sangkap na kinakailangan para sa overcurrent protection circuit ay nakalista sa ibaba.

Breadboard
Power supply 12V (minimum) o ayon sa boltahe ay kinakailangan.
LM358
100uF 25V
IRF540N
Heatsink (ayon sa kinakailangan sa aplikasyon)
50k trim pot.
1k resistor na may 1% tolerance
1Meg resistor
100k resistor na may 1% tolerance.
1ohms resistor, 2W (2W maximum ng 1.25A kasalukuyang pag-load)
Mga wire para sa breadboard

Overcurrent Protection Circuit

Ang isang simpleng circuit ng proteksyon ng overcurrent ay maaaring idisenyo sa pamamagitan ng paggamit ng isang Op-Amp upang maunawaan ang labis na daloy at batay sa resulta maaari naming magmaneho ng isang Mosfet upang idiskonekta / ikonekta ang pagkarga sa suplay ng kuryente. Ang circuit diagram para sa pareho ay simple at maaaring makita sa larawan sa ibaba

Gumagana ang Overcurrent Protection Circuit

Tulad ng naobserbahan mula sa diagram ng circuit, ang MOSFET IRF540N ay ginagamit upang makontrol ang pagkarga bilang ON o OFF sa panahon ng normal at sobrang karga na kondisyon. Ngunit bago patayin ang pagkarga, mahalaga na makita ang kasalukuyang pag-load. Ginagawa ito sa pamamagitan ng paggamit ng shunt resistor R1, na isang 1 Ohm shunt resistor na may 2 Watt rating. Ang pamamaraang ito ng pagsukat ng kasalukuyang tinatawag na Shunt Resistor Kasalukuyang Sensing, maaari mo ring suriin ang iba pang mga kasalukuyang pamamaraan ng sensing na maaari ring magamit upang makita ang kasalukuyang.

Sa panahon ng ON na estado ng MOSFET, ang kasalukuyang karga ay dumadaloy sa alisan ng tubig ng MOSFET patungo sa mapagkukunan at sa wakas sa GND sa pamamagitan ng shunt resistor. Nakasalalay sa kasalukuyang karga ng shunt risistor na gumagawa ng isang drop ng boltahe sa kabuuan na maaaring kalkulahin gamit ang batas ng Ohms. Samakatuwid ipalagay natin, para sa 1A ng kasalukuyang daloy (kasalukuyang pag-load), ang boltahe na drop sa kabuuan ng shunt risistor ay 1V bilang V = I x R (V = 1A x 1 Ohm). Kaya, kung ang boltahe ng drop na ito ay inihambing sa isang paunang natukoy na boltahe gamit ang isang Op-Amp, maaari naming makita ang sobrang daloy ng panahon at baguhin ang estado ng MOSFET upang putulin ang pagkarga.

Karaniwang ginagamit ang amplifier ng pagpapatakbo para sa pagsasagawa ng mga pagpapatakbo sa matematika tulad ng pagdaragdag, pagbabawas, pagpaparami, atbp Samakatuwid, sa circuit na ito, ang pagpapatakbo ng amplifier na LM358 ay na-configure bilang isang kumpara. Tulad ng bawat eskematiko, pinaghahambing ng kumpare ang dalawang halaga. Ang una ay ang drop boltahe sa kabuuan ng shunt risistor at ang isa pa ay ang paunang natukoy na boltahe (sanggunian boltahe) gamit ang isang variable risistor o potentiometer RV1. Ang RV1 ay nagsisilbing isang divider ng boltahe. Ang boltahe ng drop sa kabuuan ng shunt risistor ay nadarama ng inverting terminal ng kumpare at inihambing ito sa sanggunian ng boltahe na konektado sa di-inverting na terminal ng pagpapatakbo na amplifier.

Dahil dito, kung ang sensed boltahe ay mas mababa kaysa sa sanggunian boltahe, ang kumpara ay gumawa ng isang positibong boltahe sa kabuuan ng output na malapit sa VCC ng kumpare. Ngunit, kung ang sensed boltahe ay mas malaki kaysa sa sanggunian boltahe, ang kumpare ay makakapagdulot ng negatibong boltahe ng supply sa kabuuan ng output (ang negatibong supply ay konektado sa buong GND, kaya 0V sa kasong ito). Ang boltahe na ito ay sapat upang lumipat sa isang MOSFET ON o OFF.

Pakikitungo sa Lumilipas na problema sa pagtugon / katatagan

Ngunit kapag ang mataas na pagkarga ay mai-disconnect mula sa supply, ang mga pansamantalang pagbabago ay lilikha ng isang linear na rehiyon sa kabuuan ng kumpare at lilikha ito ng isang loop kung saan hindi maikilos ng kumpare ang maayos na ON o NAKA-OFF nang maayos at ang op-amp ay magiging hindi matatag. Halimbawa, ipagpalagay natin, ang 1A ay itinakda gamit ang potensyomiter para sa pagpapalitaw ng MOSFET sa kondisyong OFF. Samakatuwid ang variable risistor ay nakatakda para sa isang output ng 1V. Sa panahon ng isang sitwasyon, kapag nakita ng kumpare ang pagbagsak ng boltahe sa kabuuan ng shunt risistor ay 1.01V (ang boltahe na ito ay nakasalalay sa op-amp o mga katumpakan ng kumpare at iba pang mga kadahilanan) ididiskonekta ng kumpare ang karga. Mga pansamantalang pagbabago maganap kapag ang isang mataas na pagkarga ay biglang naalis sa pagkakakonekta mula sa yunit ng suplay ng kuryente at ang pansamantalang ito ay nagdaragdag ng sanggunian ng boltahe na nag-anyaya ng hindi magagandang resulta sa kumpare at pinipilit itong gumana sa isang linear na rehiyon.

Ang pinakamahusay na paraan upang mapagtagumpayan ang problemang ito ay ang paggamit ng isang matatag na lakas sa kabuuan ng kumpara kung saan ang mga pansamantalang pagbabago ay hindi nakakaapekto sa boltahe ng input ng kumpare at ang sanggunian ng boltahe. Hindi lamang ito, kailangang maidagdag sa kumpara ang karagdagang pamamaraan na hysteresis. Sa circuit na ito, ginagawa ito ng linear regulator LM7809 at sa pamamagitan ng paggamit ng hysteresis risistor R4, isang 100k risistor. Nagbibigay ang LM7809 ng wastong boltahe sa kabuuan ng kumpara upang ang mga pansamantalang pagbabago sa linya ng kuryente ay hindi makakaapekto sa kumpare. Ang C1, ang 100uF capacitor ay ginagamit para sa pag-filter ng boltahe ng output.

Ang hysteresis risistor R4 ay nagpapakain ng isang maliit na bahagi ng input sa kabuuan ng output ng op-amp na lumilikha ng boltahe na agwat sa pagitan ng mababang threshold (0.99V) at ng mataas na threshold (1.01V) kung saan binabago ng kumpare ang estado ng output nito. Ang kumpare ay hindi binabago kaagad ang estado kung natutugunan ang punto ng threshold, sa halip na, upang baguhin ang estado mula mataas hanggang sa mababa, ang antas ng sensed boltahe ay kailangang mas mababa kaysa sa mababang threshold (halimbawa 0.97V sa halip na 0.99V) o upang baguhin ang estado mula sa mababa hanggang sa mataas, ang sensed boltahe ay kailangang mas mataas kaysa sa mataas na threshold (1.03 sa halip na 1.01). Dadagdagan nito ang katatagan ng kumpare at babawasan ang maling tripping. Maliban sa risistor na ito, ang R2 at R3 ay ginagamit para sa pagkontrol sa gate. Ang R3 ay ang pull-down risistor ng MOSFET.

Overcurrent Protection Circuit Testing

Ang circuit ay itinayo sa isang breadboard at nasubok gamit ang Bench Power supply kasama ang isang variable DC Load.

Ang circuit ay nasubukan at ang output ay sinusunod upang matagumpay na ma-disconnect sa iba't ibang mga halaga na itinakda ng variable risistor. Ang video na ibinigay sa ilalim ng pahinang ito ay nagpapakita ng isang kumpletong pagpapakita ng labis na kasalukuyang pagsubok ng proteksyon sa pagkilos.

Mga Tip sa Disenyo ng Proteksyon ng Overcurrent

Ang RC snubber circuit sa kabuuan ng output ay maaaring mapabuti ang EMI.
Ang mas malaking heat sink at tukoy na MOSFET ay maaaring magamit para sa kinakailangang aplikasyon.
Ang mahusay na pagkakagawa ng PCB ay magpapabuti sa katatagan ng circuit.
Ang Shunt Resistor wattage ay kinakailangan upang maiakma ayon sa batas sa kapangyarihan (P = I ² R) depende sa Kasalukuyang Pag-load.
Napaka Mababang halaga na risistor sa pag-rate ng milli-ohms ay maaaring magamit para sa isang maliit na pakete ngunit ang pagbaba ng boltahe ay magiging mas kaunti. Upang mabayaran ang boltahe ay bumaba ng isang karagdagang amplifier na may tamang pakinabang na maaaring magamit.
Maipapayo na gumamit ng isang nakalaang kasalukuyang pang-amplifier ng pakiramdam para sa tumpak na kasalukuyang may kinalaman sa mga isyu.

Inaasahan kong naintindihan mo ang tutorial at nasiyahan sa pag-aaral ng isang bagay na kapaki-pakinabang mula rito. Kung mayroon kang anumang mga katanungan mangyaring iwanan ang mga ito sa mga seksyon ng komento o gamitin ang mga forum para sa iba pang mga teknikal na katanungan.