A készülékekhez tápegységre (PSU) van szükség, amely állítható kimeneti feszültséggel rendelkezik, és széles tartományban képes szabályozni a túláramvédelem szintjét. Amikor a védelem aktiválódik, a terhelésnek (a csatlakoztatott eszköznek) automatikusan ki kell kapcsolnia.
Egy internetes keresés több megfelelő tápáramkört talált. Az egyikre telepedtem le. Az áramkör könnyen gyártható és felszerelhető, hozzáférhető részekből áll, és megfelel a megadott követelményeknek.
A gyártásra javasolt tápegység az LM358 műveleti erősítőn és a következő jellemzőkkel rendelkezik:
Bemeneti feszültség, V - 24...29
Stabilizált kimeneti feszültség, V - 1...20 (27)
Védelmi üzemi áram, A - 0,03...2,0
2. kép Tápfeszültség áramkör
A tápegység leírása
Az állítható feszültségstabilizátor a DA1.1 műveleti erősítőre van felszerelve. Az erősítő bemenete (3-as érintkező) referenciafeszültséget kap az R2 változó ellenállás motorjától, melynek stabilitását a VD1 zener-dióda biztosítja, az invertáló bemenet (2-es érintkező) pedig a VT1 tranzisztor emitterétől kapja a feszültséget. az R10R7 feszültségosztón keresztül. Az R2 változó ellenállás segítségével megváltoztathatja a tápegység kimeneti feszültségét.
A túláramvédelmi egység a DA1.2 műveleti erősítőn készül, az op-amp bemenetek feszültségeit hasonlítja össze. Az R14 ellenálláson keresztüli 5. bemenet feszültséget kap a terhelési áramérzékelőtől - az R13 ellenállástól. Az invertáló bemenet (6-os érintkező) referenciafeszültséget kap, melynek stabilitását a VD2 dióda biztosítja körülbelül 0,6 V stabilizáló feszültséggel.
Mindaddig, amíg az R13 ellenálláson áthaladó terhelési áram által létrehozott feszültségesés kisebb, mint a példaérték, a DA1.2 műveleti erősítő kimenetén (7. érintkezőjén) a feszültség nullához közelít. Ha a terhelési áram meghaladja a megengedett beállított szintet, az áramérzékelő feszültsége megnő, és a DA1.2 op-amp kimenetének feszültsége majdnem a tápfeszültségre nő. Ugyanakkor a HL1 LED bekapcsol, jelezve a túllépést, és a VT2 tranzisztor kinyílik, söntölve a VD1 zener diódát az R12 ellenállással. Ennek eredményeként a VT1 tranzisztor bezárul, a tápegység kimeneti feszültsége majdnem nullára csökken, és a terhelés kikapcsol. A terhelés bekapcsolásához meg kell nyomni az SA1 gombot. A védelmi szintet az R5 változó ellenállással lehet beállítani.
PSU gyártás
1. A tápegység alapját és kimeneti jellemzőit az áramforrás - a használt transzformátor - határozza meg. Az én esetemben egy mosógépből származó toroid transzformátort használtak. A transzformátor két kimeneti tekercseléssel rendelkezik 8V és 15V számára. Mindkét tekercs sorba kapcsolásával és egy egyenirányító híd hozzáadásával a rendelkezésre álló KD202M közepes teljesítményű diódák segítségével 23 V, 2A állandó feszültségforrást kaptam a tápellátáshoz.
Fotó 3. Transzformátor és egyenirányító híd.
2. A tápegység másik meghatározó része a készüléktest. Ebben az esetben egy, a garázsban ácsorgó gyerek diavetítő talált hasznot. A felesleg eltávolításával és az elülső részen lévő lyukak feldolgozásával egy jelző mikroampermérő felszereléséhez üres tápegység házat kaptunk.
4. fotó. Üres tápegység test
3. Az elektronikus áramkör egy 45 x 65 mm méretű univerzális szerelőlapra van felszerelve. Az alkatrészek elrendezése a táblán a gazdaságban található alkatrészek méretétől függ. Az R6 (az üzemi áram beállítása) és az R10 (a maximális kimeneti feszültség korlátozása) ellenállások helyett 1,5-szeresére növelt vágóellenállások vannak a táblára szerelve. A tápellátás beállítása után állandóra cserélhetők.
Fénykép 5. Áramköri lap
4. Az elektronikus áramkör lapjának és távoli elemeinek teljes összeszerelése a kimeneti paraméterek teszteléséhez, beállításához és beállításához.
6. kép Tápegység vezérlőegység
5. Sönt és kiegészítő ellenállás gyártása és beállítása mikroampermérő ampermérőként vagy tápfeszültségmérőként való használatához. A további ellenállás sorosan kapcsolt állandó és vágóellenállásokból áll (a fenti képen). A sönt (az alábbi képen) a fő áramkörben található, és egy kis ellenállású vezetékből áll. A vezeték méretét a maximális kimeneti áram határozza meg. Áramméréskor a készüléket párhuzamosan kötjük a sönttel.
7. fotó Mikroampermérő, sönt és kiegészítő ellenállás
A sönt hosszának és a járulékos ellenállás értékének beállítását az eszközhöz való megfelelő csatlakozással kell elvégezni, multiméterrel a megfelelőség ellenőrzésével. A készülék ampermérő/voltmérő üzemmódba kapcsol egy billenőkapcsolóval a diagramnak megfelelően:
8. fotó Vezérlési mód kapcsolási rajza
6. A tápegység előlapjának jelölése, feldolgozása, távoli alkatrészek beszerelése. Ebben a verzióban az előlapon található egy mikroampermérő (váltókapcsoló az A/V vezérlési mód átkapcsolásához a készülék jobb oldalán), kimeneti kapcsok, feszültség- és áramszabályozók, valamint üzemmódjelzők. A veszteségek csökkentése érdekében és a gyakori használat miatt külön stabilizált 5 V-os kimenet is biztosított. Miért van a 8V-os transzformátor tekercséből a feszültség a második egyenirányító hídra és egy tipikus 7805-ös áramkörre beépített védelemmel?
Fénykép 9. Előlap
7. Tápegység összeállítás. Minden tápegység a házba van szerelve. Ebben a kiviteli alakban a VT1 vezérlőtranzisztor radiátora egy 5 mm vastag alumíniumlemez, amely a házfedél felső részében van rögzítve, és amely kiegészítő radiátorként szolgál. A tranzisztor egy elektromosan szigetelő tömítésen keresztül van rögzítve a radiátorhoz.
Sok házi készítésű egységnek az a hátránya, hogy hiányzik a fordított polaritás elleni védelem. Még egy tapasztalt személy is véletlenül összetévesztheti a tápegység polaritását. És nagy a valószínűsége annak, hogy ezután a töltő használhatatlanná válik.
Ez a cikk megvitatja 3 lehetőség a fordított polaritás elleni védelemhez, amelyek hibátlanul működnek és nem igényelnek semmilyen beállítást.
1.opció
Ez a védelem a legegyszerűbb, és abban különbözik a hasonlóktól, hogy nem használ tranzisztorokat vagy mikroáramköröket. Relék, dióda leválasztás - ez minden összetevője.
A séma a következőképpen működik. A mínusz az áramkörben gyakori, ezért a pozitív áramkört veszik figyelembe.
Ha nincs akkumulátor csatlakoztatva a bemenetre, a relé nyitott állapotban van. Az akkumulátor csatlakoztatásakor a plusz a VD2 diódán keresztül kerül a relé tekercsébe, aminek eredményeként a relé érintkezője bezárul, és a fő töltőáram az akkumulátorhoz folyik.
Ezzel egyidejűleg a zöld LED jelzőfény világít, jelezve, hogy a csatlakozás megfelelő.
És ha most eltávolítja az akkumulátort, akkor az áramkör kimenetén feszültség lesz, mivel a töltő árama továbbra is a VD2 diódán keresztül folyik a relé tekercsébe.
Ha a csatlakozási polaritás megfordul, a VD2 dióda reteszelődik, és a relé tekercs nem kap tápfeszültséget. A relé nem fog működni.
Ebben az esetben a piros LED világít, amely szándékosan hibásan van csatlakoztatva. Ez azt jelzi, hogy az akkumulátor csatlakozásának polaritása nem megfelelő.
A VD1 dióda megvédi az áramkört az önindukciótól, amely a relé kikapcsolásakor lép fel.
Ha ilyen védelmet vezetnek be 12 V-os relét érdemes venni A relé megengedett árama csak a teljesítménytől függ . Átlagosan 15-20 A-es relét érdemes használni.
Ennek a rendszernek sok tekintetben még mindig nincs analógja. Egyszerre véd a tápfeszültség megfordítása és a rövidzárlat ellen.
Ennek a rendszernek a működési elve a következő. Normál működés közben az áramforrásból a LED-en és az R9 ellenálláson keresztül érkező plusz kinyitja a térhatású tranzisztort, és a mínusz a „terepi kapcsoló” nyitott csomópontján keresztül az áramkör kimenetére kerül az akkumulátorhoz.
Amikor polaritásváltás vagy rövidzárlat lép fel, az áramkörben az áramerősség élesen megnő, ami feszültségesést eredményez a „mezőkapcsolón” és a söntben. Ez a feszültségesés elegendő a kis teljesítményű VT2 tranzisztor indításához. Nyitáskor az utóbbi bezárja a térhatású tranzisztort, lezárva a kaput a föld felé. Ugyanakkor a LED világít, mivel az áramellátást a VT2 tranzisztor nyitott csomópontja biztosítja.
A nagy reakciósebességének köszönhetően ez az áramkör garantáltan véd bármilyen probléma esetén a kimeneten.
Az áramkör nagyon megbízhatóan működik, és korlátlan ideig védett állapotban maradhat.
Ez egy különösen egyszerű áramkör, amelyet aligha nevezhetünk áramkörnek, mivel csak 2 komponenst használ. Ez egy erős dióda és biztosíték. Ez a lehetőség meglehetősen életképes, és még ipari méretekben is használják.
A töltő áramellátása a biztosítékon keresztül jut az akkumulátorhoz. A biztosíték kiválasztása a maximális töltőáram alapján történik. Például, ha az áram 10 A, akkor egy 12-15 A biztosítékra van szükség.
A dióda párhuzamosan van bekötve és normál működés közben zárva van. De ha a polaritás megfordul, a dióda kinyílik, és rövidzárlat lép fel.
És a biztosíték a gyenge láncszem ebben az áramkörben, amely ugyanabban a pillanatban kiég. Ezt követően meg kell változtatnia.
A diódát az adatlap szerint kell kiválasztani, abból a szempontból, hogy a maximális rövid távú árama többszöröse a biztosíték égési áramának.
Ez a séma nem nyújt 100% -os védelmet, mivel voltak olyan esetek, amikor a töltő gyorsabban égett ki, mint a biztosíték.
A lényeg
Hatékonysági szempontból az első séma jobb, mint a többi. De a sokoldalúság és a válaszadás sebessége szempontjából a legjobb megoldás a 2. séma. Nos, a harmadik lehetőséget gyakran használják ipari méretekben. Ez a fajta védelem látható például bármely autórádión.
Az utolsó kivételével minden áramkör öngyógyító funkcióval rendelkezik, vagyis a rövidzár megszüntetése vagy az akkumulátorcsatlakozás polaritása megváltoztatása után a működés azonnal helyreáll.
Csatolt fájlok:
Hogyan készítsünk egy egyszerű Power Bankot saját kezűleg: egy házi készítésű power bank diagramja
Ez egy kis univerzális rövidzárlatvédelmi egység, amelyet hálózatokban való használatra terveztek. Kifejezetten úgy tervezték, hogy a legtöbb tápegységhez illeszkedjen anélkül, hogy az áramkörüket át kellene tervezni. Az áramkör a mikroáramkör jelenléte ellenére nagyon könnyen érthető. Mentse el a számítógépére, hogy jobb méretben lássa.
Az áramkör forrasztásához szüksége lesz:
- 1 - TL082 kettős műveleti erősítő
- 2 - 1n4148 dióda
- 1 - tip122 NPN tranzisztor
- 1 - BC558 PNP tranzisztor BC557, BC556
- 1 - ellenállás 2700 ohm
- 1-1000 ohmos ellenállás
- 1-10 kohm ellenállás
- 1 - ellenállás 22 kom
- 1 - potenciométer 10 kohm
- 1 - kondenzátor 470 uF
- 1 - kondenzátor 1 µF
- 1 - alaphelyzetben zárt kapcsoló
- 1 - relé modell T74 "G5LA-14"
Az áramkör csatlakoztatása a tápegységhez
Itt egy kis értékű ellenállás van sorba kötve a tápegység kimenetével. Amint az áram elkezd átfolyni rajta, egy kis feszültségesés következik be, és ezt a feszültségesést fogjuk felhasználni annak meghatározására, hogy a teljesítmény túlterhelés vagy rövidzárlat eredménye-e. Ez az áramkör egy komparátorként mellékelt műveleti erősítőn (op-amp) alapul.
- Ha a feszültség a nem invertáló kimeneten nagyobb, mint az invertáló kimeneten, akkor a kimenet „magas” szintre van állítva.
- Ha a nem invertáló kimenet feszültsége alacsonyabb, mint az invertáló kimeneten, akkor a kimenet „alacsony” szintre van állítva.
Igaz, ennek semmi köze a hagyományos mikroáramkörök logikai 5 voltos szintjéhez. Amikor a műveleti erősítő "magas", a kimenete nagyon közel lesz a tápfeszültség pozitív potenciáljához, tehát ha a tápfeszültség +12 V, akkor a "magas" közel +12 V. Ha a műveleti erősítő "alacsony" ", a kimenete majdnem mínusz tápfeszültségen lesz, ezért közel 0 V.
Ha a műveleti erősítőket komparátorként használjuk, általában van egy bemeneti jelünk és egy referenciafeszültségünk, amellyel összehasonlíthatjuk ezt a bemeneti jelet. Tehát van egy változó feszültségű ellenállásunk, amelyet a rajta átfolyó áram és a referenciafeszültség szerint határozunk meg. Ez az ellenállás az áramkör legfontosabb része. Sorba van kötve a kimeneti teljesítménnyel. Olyan ellenállást kell választania, amelynek feszültségesése körülbelül 0,5–0,7 V, ha túlterhelés lép fel rajta. Túlterhelési áram akkor lép fel, amikor a védelmi áramkör működik, és lezárja a kimeneti teljesítményt, hogy megakadályozza annak károsodását.
Az ellenállást Ohm törvénye alapján választhatja ki. Először is meg kell határozni a tápegység túláramát. Ehhez ismernie kell a tápegység maximális megengedett áramát.
Tegyük fel, hogy a tápegységed 3 ampert tud kimenni (a tápfeszültség nem számít). Tehát P = 0,6 V / 3 A. P = 0,2 Ohm. A következő dolog, amit meg kell tennie, az az ellenálláson keresztüli teljesítménydisszipáció kiszámítása a következő képlettel: P=V*I. Ha az utolsó példánkat használjuk, a következőt kapjuk: P = 0,6 V * 3 A. P = 1,8 W - 3 vagy 5 W ellenállás bőven elég lesz.
Az áramkör működéséhez feszültséget kell rá adni, amely 9 és 15 V között lehet. A kalibráláshoz kapcsoljon feszültséget az op-amp invertáló bemenetére, és forgassa el a potenciométert. Ez a feszültség növekszik vagy csökken attól függően, hogy milyen irányba fordítja. Az értéket a bemeneti fokozat 0,6 V-os erősítésének megfelelően kell beállítani (valami 2,2-3 volt, ha az erősítő fokozata olyan, mint az enyém). Ez az eljárás némi időt vesz igénybe, és a legjobb kalibrációs módszer a tudományos piszkálás módszer. Előfordulhat, hogy a potenciométert magasabb feszültségre kell állítani, hogy a védelem ne kapcsoljon ki terhelési csúcsok idején. Töltse le a projekt fájlt.
Ma cikkem kizárólag elméleti jellegű lesz, vagy inkább nem tartalmaz „hardvert”, mint a korábbi cikkekben, de ne keseredj el - nem lett kevésbé hasznos. Az a tény, hogy az elektronikus alkatrészek védelmének problémája közvetlenül befolyásolja az eszközök megbízhatóságát, élettartamát, és ezáltal fontos versenyelőnyét - hosszú távú termékgarancia nyújtásának képessége. A védelem megvalósítása nem csak a kedvenc teljesítményelektronikámat érinti, hanem elvileg minden eszközt, így még akkor is, ha IoT mesterségeket tervez, és szerény 100 mA-rel rendelkezik, akkor is meg kell értenie, hogyan biztosíthatja készüléke problémamentes működését. .
Az áramvédelem vagy a rövidzárlat elleni védelem valószínűleg a legelterjedtebb védelem, mivel ennek elhanyagolása a szó szoros értelmében pusztító következményekkel jár. Példaként azt javaslom, hogy nézzen meg egy feszültségstabilizátort, amely szomorú volt a rövidzárlat miatt:
A diagnózis itt egyszerű - hiba lépett fel a stabilizátorban, és ultra-nagy áramok kezdtek folyni az áramkörben; a védelemnek ki kellett volna kapcsolnia az eszközt, de valami elromlott. A cikk elolvasása után úgy tűnik számomra, hogy maga is kitalálja, mi lehet a probléma.
Ami magát a terhelést illeti... Ha van egy gyufásdoboz méretű elektronikus eszközöd, nincs ilyen áram, akkor ne gondold, hogy nem tudsz olyan szomorú lenni, mint a stabilizátor. Biztosan nem akarsz 10-1000 dolláros zsetoncsomagokat égetni? Ha igen, akkor felkérem Önt, hogy ismerkedjen meg a rövidzárlatok kezelésének elveivel és módszereivel!
A cikk célja
Cikkem azokat az embereket célozza meg, akik számára az elektronika hobbi, és a kezdő fejlesztőknek, így mindent „egy pillantással” elmondanak, hogy jobban megértsék, mi történik. Aki akadémikusra vágyik, az menjen el és olvassa el bármelyik egyetemi elektrotechnikai tankönyvet + Horowitz „klasszikusait”, Hill „The Art of Circuit Design”.Külön szeretném elmondani, hogy minden megoldás hardver alapú lesz, vagyis mikrokontrollerek és egyéb perverziók nélkül. Az utóbbi években meglehetősen divatossá vált, hogy hol kell, hol nem kell programozni. Gyakran megfigyelem az áram "védelmét", ami úgy valósul meg, hogy egyszerűen megmérem az ADC feszültséget valamilyen arduino-val vagy mikrokontrollerrel, és akkor az eszközök mégis meghibásodnak. Erősen ajánlom, hogy ne tedd ugyanezt! Erről a problémáról később részletesebben szólok.
Egy kicsit a rövidzárlati áramokról
A védekezési módszerek kidolgozásához először meg kell értened, mi ellen harcolunk. Mi az a „rövidzárlat”? Ohm kedvenc törvénye a segítségünkre lesz; vegyük figyelembe az ideális esetet:
Éppen? Valójában ez az áramkör szinte minden elektronikus eszköz egyenértékű áramköre, vagyis van egy energiaforrás, amely a terhelést táplálja, és felmelegszik, és mást csinál vagy nem.
Állapodjunk meg abban, hogy a forrás teljesítménye lehetővé teszi, hogy a feszültség állandó legyen, azaz „ne ereszkedjen le” semmilyen terhelés mellett. Normál működés közben az áramkörben ható áram egyenlő lesz:
Most képzeljük el, hogy Vasya bácsi egy csavarkulcsot ejtett a villanykörtéhez menő vezetékekre, és a terhelésünk 100-szorosára csökkent, azaz R helyett 0,01*R lett és egyszerű számítások segítségével százszor nagyobb áramot kapunk. Ha az izzó 5 A-t fogyasztott, akkor most a terhelésből származó áram körülbelül 500 A lesz, ami elég ahhoz, hogy megolvasztja Vasya bácsi kulcsát. Most egy kis következtetés...
Rövidzárlat- a terhelési ellenállás jelentős csökkenése, ami az áramkörben lévő áram jelentős növekedéséhez vezet.
Érdemes megérteni, hogy a rövidzárlati áramok általában százszor és ezerszer nagyobbak a névleges áramnál, és egy rövid idő is elegendő a készülék meghibásodásához. Itt valószínűleg sokan emlékeznek az elektromechanikus védelmi eszközökre ("automatikus eszközök" és mások), de itt minden nagyon prózai... Általában egy háztartási aljzatot 16A névleges áramú megszakító véd, vagyis leállás történik. 6-7-szeres áramerősségnél, ami már kb 100A. A laptop tápegységének teljesítménye körülbelül 100 W, vagyis az áram kevesebb, mint 1 A. Még ha rövidzárlat is történik, a gép sokáig nem veszi észre, és csak akkor kapcsolja ki a terhelést, ha már minden kiégett. Ez inkább tűzvédelem, mint berendezésvédelem.
Most nézzünk egy másik gyakran előforduló esetet - áramon keresztül. Egy szinkron buck topológiájú dc/dc átalakító példáján mutatom be, az összes MPPT vezérlő, sok LED meghajtó és erős DC/DC konverter a kártyákon pontosan erre épül. Nézzük a konverter áramkörét:
A diagram két lehetőséget mutat a túláramra: zöld út„klasszikus” rövidzárlat esetén, amikor a terhelési ellenállás csökken (például forrasztás után „csomó” az utak között), ill. narancssárga út. Mikor folyhat át az áram a narancssárga úton? Azt hiszem, sokan tudják, hogy egy térhatású tranzisztor nyitott csatornás ellenállása nagyon kicsi, a modern kisfeszültségű tranzisztorokban 1-10 mOhm. Most képzeljük el, hogy a magas szintű PWM egyszerre érkezett a billentyűkre, azaz mindkét kulcs kinyílt, a „VCCIN - GND” forrás esetében ez egy körülbelül 2-20 mOhm ellenállású terhelés csatlakoztatásával egyenértékű! Alkalmazzuk a nagy és hatalmas Ohm-törvényt és kapjunk 250A-nál nagyobb áramértéket 5V-os tápegységgel is! Bár ne aggódjon, nem lesz ilyen áram - a nyomtatott áramköri lapon lévő alkatrészek és vezetők korábban kiégnek, és megszakítják az áramkört.
Ez a hiba nagyon gyakran előfordul az energiaellátó rendszerben és különösen a teljesítményelektronikában. Különféle okok miatt fordulhat elő, például szabályozási hibák vagy hosszú távú tranziens folyamatok miatt. Ez utóbbi esetben még a konverterben lévő „holtidő” sem segít.
Azt hiszem, a probléma egyértelmű és sokotok számára ismerős, most már világos, hogy mit kell kezelni, és már csak a HOGYAN van hátra. Erről fog szólni a következő történet.
Az áramvédelem működési elve
Itt a közönséges logikát kell alkalmaznia, és látnia kell az ok-okozati összefüggést:1) A fő probléma a nagy áramerősség az áramkörben;
2) Hogyan lehet megérteni, hogy milyen aktuális értéket? -> Mérje meg;
3) Megmért és megkapta az értéket -> Hasonlítsa össze a megadott elfogadható értékkel;
4) Ha az értéket túllépi -> Válassza le a terhelést az áramforrásról.
Mérje meg az áramerősséget -> Ellenőrizze, hogy nem lépte-e túl a megengedett áramerősséget -> Kösse le a terheléstAbszolút minden védelem, nem csak az áram, így épül fel. Attól függően, hogy a védelem milyen fizikai mennyiségre épül, a megvalósítás során különféle technikai problémák és megoldási módok merülnek fel, de a lényeg változatlan.
Most azt javaslom, hogy a teljes biztonsági láncon haladjunk végig, és oldjuk meg az összes felmerülő technikai problémát. A jó védelem az a védelem, amely előre megtervezett és működik. Ez azt jelenti, hogy nem nélkülözhetjük a modellezést, én a népszerű és ingyeneset használom MultiSIM kék, amelyet a Mouser aktívan hirdet. Innen tudod letölteni - link. Előre azt is elmondom, hogy ennek a cikknek a keretein belül nem fogok belemerülni az áramkörbe, és ebben a szakaszban felesleges dolgokkal tömni a fejét, csak tudd, hogy a valódi hardverben minden kicsit bonyolultabb lesz.
Árammérés
Ez a láncunk első pontja, és valószínűleg a legkönnyebben érthető. Számos módszer létezik az áramkörben lévő áram mérésére, és mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai; Ön dönti el, hogy melyiket használja konkrétan a feladatához. Tapasztalataim alapján elmondom neked ezeket az előnyöket és hátrányokat. Némelyikük „általánosan elfogadott”, néhány pedig az én világnézetem; kérem, vegye figyelembe, hogy nem is próbálok úgy tenni, mintha valamiféle igazság lenne.1) Jelenlegi sönt. Az alapok alapja ugyanazon a nagy és erőteljes Ohm-törvényen „működik”. A legegyszerűbb, legolcsóbb, leggyorsabb és általában a legjobb módszer, de számos hátránya van:
A) Nincs galvanikus leválasztás. Ezt külön kell megvalósítania, például egy nagy sebességű optocsatoló segítségével. Ezt nem nehéz megvalósítani, de további helyet igényel a táblán, leválasztott dc/dc-t és egyéb alkatrészeket, amelyek pénzbe kerülnek, és növelik az általános méreteket. Bár a galvanikus leválasztás természetesen nem mindig szükséges.
B) Nagy áramlatoknál a globális felmelegedés felgyorsul. Ahogy korábban írtam, mindez Ohm törvénye szerint "működik", ami azt jelenti, hogy felmelegíti és felmelegíti a légkört. Ez a hatékonyság csökkenéséhez és a sönt hűtésének szükségességéhez vezet. Van mód ennek a hátránynak a minimalizálására – a söntellenállás csökkentésére. Sajnos a végtelenségig és egyáltalán nem csökkenthető Nem ajánlom 1 mOhm alá csökkenteni, ha még kevés a tapasztalata, mert felmerül az interferencia leküzdésének igénye és a nyomtatott áramköri lap tervezési szakaszára vonatkozó követelmények nőnek.
Készülékeimben ezeket a söntöket szeretem használni: PA2512FKF7W0R002E:
Az árammérés a söntben lévő feszültségesés mérésével történik, például amikor 30 A áram folyik a söntben, csökkenés következik be:
Azaz amikor 60 mV-os esést kapunk a söntre, az azt jelenti, hogy elértük a határértéket, és ha tovább nő, akkor ki kell kapcsolnunk a készülékünket vagy a terhelést. Most számoljuk ki, hogy mennyi hő szabadul fel a söntünkön:
Nem kicsit, igaz? Ezt a pontot figyelembe kell venni, mert A söntem maximális teljesítménye 2 W és nem lehet túllépni, és a sönteket sem szabad alacsony olvadáspontú forraszanyaggal forrasztani - az is lejöhet, ezt én is láttam.
- Használjon sönteket, ha nagy a feszültsége és nem túl nagy az áram
- Figyelje a sönt által termelt hőmennyiséget
- Használjon söntöket ott, ahol maximális teljesítményre van szüksége
- Csak speciális anyagokból készült söntöket használjon: konstantán, manganin és hasonlók
A) Olcsó például ACS712 és hasonlók. Az előnyök között kiemelem a könnyű kezelhetőséget és a galvanikus szigetelés jelenlétét, de az előnyök itt véget is érnek. A fő hátrány a rendkívül instabil viselkedés az RF interferencia hatására. Bármilyen dc/dc vagy erős reaktív terhelés interferencia, vagyis az esetek 90%-ában használhatatlanok ezek a szenzorok, mert „megbolondulnak” és inkább a Mars időjárását mutatják. De nem hiába készülnek?
Galvanikusan le vannak választva és képesek nagy áramerősséget mérni? Igen. Nem szereti a beavatkozást? Igen is. Hová kell tenni őket? Így van, egy alacsony felelősségű felügyeleti rendszerbe és az akkumulátorok áramfelvételének mérésére. A nap- és szélerőművek invertereiben vannak az akkumulátor áramfelvételének minőségi értékeléséhez, ami lehetővé teszi az akkumulátorok élettartamának meghosszabbítását. Ezek az érzékelők így néznek ki: 
B) Drága. Minden előnyük megvan az olcsóknak, de nincsenek hátrányai. Példa egy ilyen LEM LTS 15-NP érzékelőre: 
Amit ennek eredményeként kapunk:
1) Nagy teljesítmény;
2) Galvanikus szigetelés;
3) Könnyű használat;
4) Nagy mért áramok feszültségtől függetlenül;
5) Nagy mérési pontosság;
6) Még a „gonosz” EMP-k sem zavarják a munkát; befolyásolja a pontosságot.
De akkor mi a hátránya? Akik megnyitották a fenti linket, azok jól látták – ez az ár. 18 dollár, Karl! És még egy 1000+ darabos sorozatnál sem esik 10 dollár alá az ára, a tényleges vétel pedig 12-13 dollár lesz. Ezt pár dollárért nem lehet tápegységbe szerelni, de szeretném... Összesít:
A) Ez elvileg a legjobb megoldás árammérésre, de drága;
b) Használja ezeket az érzékelőket zord üzemi körülmények között;
c) Használja ezeket az érzékelőket a kritikus alkatrészekben;
d) Használja őket, ha sok pénzbe kerül a készüléke, például egy 5-10 kW-os UPS, ahol mindenképpen igazolni fogja magát, mert a készülék ára több ezer dollár lesz.
3) Áramváltó. Szabványos megoldás sok készülékben. Két mínusz van - nem működnek egyenárammal, és nemlineáris jellemzőkkel rendelkeznek. Előnyök - olcsó, megbízható és hatalmas áramerősségeket mérhet. Az RU-0,4, 6, 10, 35 kV-os vállalkozásokban az áramváltókra építenek automatizálási és védelmi rendszereket, és ott a több ezer amper teljesen normális.
Őszintén szólva megpróbálom nem használni őket, mert nem szeretem őket, de még mindig használom őket különféle kapcsolószekrényekben és más AC rendszerekben, mert Pár dollárba kerülnek, és galvanikus leválasztást biztosítanak, nem 15-20 dollárt, mint a LEM-ek, és 50 Hz-es hálózatban is tökéletesen ellátják feladatukat. Általában így néznek ki, de mindenféle EFD magon is megjelennek:
Talán befejezhetjük a jelenlegi mérési módszerekkel. A főbbekről beszéltem, de persze nem az összesről. Saját látókörének és tudásának bővítéséhez azt tanácsolom, hogy legalább google-ban keressen és nézzen meg különböző érzékelőket ugyanazon a digikey-n.
Mért feszültségesés nyereség
A védelmi rendszer további kiépítése a söntre, mint áramérzékelőre épül. Építsünk egy rendszert a korábban bejelentett 30A áramerősséggel. A söntnél 60 mV-os esést kapunk és itt 2 technikai probléma adódik:A) A 60 mV amplitúdójú jel mérése és összehasonlítása kényelmetlen. Az ADC-k mérési tartománya általában 3,3 V, azaz 12 bites kapacitással kvantálási lépést kapunk:
Ez azt jelenti, hogy a 0-60 mV tartományban, ami 0-30A-nek felel meg, kis számú lépést kapunk:
Azt találjuk, hogy a mérési mélység csak:
Érdemes megérteni, hogy ez egy idealizált figura, és a valóságban sokszor rosszabbak lesznek, mert... Magának az ADC-nek van egy hibája, főleg nulla körül. Természetesen nem fogunk ADC-t használni védelemre, hanem ugyanabból a söntből kell mérnünk az áramerősséget a vezérlőrendszer felépítéséhez. Itt az egyértelmű magyarázat volt a feladat, de ez a komparátorokra is vonatkozik, amelyek a talajpotenciál területén (általában 0V) nagyon instabilan működnek, akár sínről sínre is.
B) Ha egy 60 mV-os amplitúdójú jelet akarunk áthúzni a táblán, akkor 5-10 cm után nem marad belőle semmi az interferencia miatt, és a zárlat pillanatában biztosan nem kell számíts rá, mert Az EMR tovább fog növekedni. Természetesen a védőáramkört közvetlenül a sönt lábára akaszthatjuk, de az első problémától nem szabadulunk meg.
E problémák megoldásához szükségünk van egy műveleti erősítőre (op-amp). Nem fogok beszélni a működéséről - a téma könnyen google-ban kereshető, de beszélünk a kritikus paraméterekről és az op-amp kiválasztásáról. Először is határozzuk meg a sémát. Mondtam, hogy itt nem lesz különösebb kegyelem, szóval fedjük le az op-erősítőt negatív visszacsatolással (NFB), és vegyünk egy ismert erősítésű erősítőt. Ezt a műveletet MultiSIM-ben modellezem (a kép kattintható):
A szimulációhoz készült fájl letölthető otthonról - .
A V2 feszültségforrás a söntünkként működik, vagy inkább szimulálja rajta a feszültségesést. Az áttekinthetőség kedvéért 100 mV-os drop-off értéket választottam, most meg kell erősíteni a jelet, hogy kényelmesebb feszültségre mozdítsuk el, általában 1/2 és 2/3 V ref között. Ez lehetővé teszi, hogy nagyszámú kvantálási lépést kapjon az áramtartományban + hagyjon mozgásteret a mérésekre, hogy felmérje, mennyire rossz minden, és kiszámítja az aktuális felfutási időt, ez fontos összetett reaktív terhelésszabályozó rendszerekben. A nyereség ebben az esetben egyenlő:
Így lehetőségünk van arra, hogy a jelünket a szükséges szintre erősítsük. Most nézzük meg, milyen paraméterekre kell figyelni:
- A műveleti erősítőnek sín-sínnek kell lennie, hogy megfelelően kezelje a földpotenciálhoz (GND) érkező jeleket.
- Érdemes olyan op-erősítőt választani, amelynek a kimeneti jele magas. A kedvenc OPA376-omnál ez a paraméter 2V/µs, ami lehetővé teszi, hogy mindössze 2 µs alatt elérje az op-amp VCC 3,3 V-nak megfelelő maximális kimeneti értékét. Ez a sebesség elég ahhoz, hogy bármilyen konvertert vagy terhelést megtakarítson akár 200 kHz-es frekvenciával. Ezeket a paramétereket meg kell érteni és be kell kapcsolni a műveleti erősítő kiválasztásakor, különben van esély 10 dolláros műveleti erősítőt rakni, ahol egy erősítő 1 dollárért elég lenne
- Az op-amp által kiválasztott sávszélességnek legalább 10-szer nagyobbnak kell lennie, mint a maximális terhelési kapcsolási frekvencia. Megint keressük az „arany középutat” az ár/teljesítmény arányban, mértékkel minden jó
Realizmus hozzáadása a biztonsági rendszerhez
Most adjunk hozzá egy söntöt, terhelést, áramforrást és egyéb attribútumokat a szimulátorban, amelyek közelebb hozzák a modellünket a valósághoz. Az eredmény így néz ki (kattintható kép):
Letöltheti a szimulációs fájlt a MultiSIM-hez.
Itt már látjuk az R1 söntünket ugyanolyan 2 mOhm ellenállással, 310V-os tápforrást választottam (egyenirányított hálózat), és a terhelés egy 10,2 Ohm-os ellenállás, ami az Ohm törvénye szerint ismét áramot ad. :
Amint látja, a korábban számított 60 mV leesik a söntre, és felerősítjük az erősítéssel:
A kimeneten 3,1V amplitúdójú erősített jelet kapunk. Egyetértek, betáplálhatja az ADC-be, a komparátorba, és 20-40 mm-rel áthúzhatja a táblán anélkül, hogy félne vagy romlana a stabilitás. Ezzel a jellel folytatjuk a munkát.
Jelek összehasonlítása komparátor segítségével
Összehasonlító- ez egy olyan áramkör, amely 2 jelet fogad be bemenetként, és ha a közvetlen bemeneten (+) nagyobb a jelamplitúdó, mint az inverz bemeneten (-), akkor a kimeneten napló jelenik meg. 1 (VCC). Ellenkező esetben naplózza. 0 (GND).
Formálisan bármilyen op-amp bekapcsolható komparátorként, de egy ilyen megoldás teljesítményjellemzőket tekintve a sebesség és az ár/eredmény arány tekintetében gyengébb lesz a komparátornál. Esetünkben minél nagyobb a teljesítmény, annál nagyobb a valószínűsége annak, hogy a védelemnek lesz ideje működni és megmenteni az eszközt. Szeretek komparátort használni, ismét a Texas Instruments-től - LMV7271. Amire érdemes odafigyelni:
- A válaszkésleltetés valójában a fő sebességkorlátozó. A fent említett összehasonlítónál ez az idő körülbelül 880 ns, ami elég gyors és sok feladatnál némileg redundáns 2 dolláros áron, és választhat egy optimálisabb összehasonlítót.
- Ismét azt tanácsolom, hogy használjon sín-sín komparátort, különben a kimenet nem 5 V lesz, hanem kevesebb. A szimulátor segít ennek ellenőrzésében; válasszon valamit, ami nem síntől-sínig, és kísérletezzen. A komparátor jele általában az illesztőprogram hiba bemenetére (SD) kerül, és jó lenne, ha ott stabil TTL jel lenne.
- Válasszon egy push-pull kimenetű komparátort a nyitott lefolyós és egyebek helyett. Ez kényelmes, és megjósoltuk a kimenet teljesítményjellemzőit
A fájlt letöltheti a szimulációhoz MultiSIM-ben.
Mire van szükségünk... Ha az áram meghaladja a 30A-t, akkor szükséges, hogy a komparátor kimenetén legyen log. 0 (GND), ez a jel táplálja a meghajtó SD vagy EN bemenetét, és kikapcsolja azt. Normál állapotban a kimenetnek naplónak kell lennie. 1 (5V TTL), és kapcsolja be a főkapcsoló meghajtót (például a „népi” IR2110 és a kevésbé régiek).
Térjünk vissza a logikánkhoz:
1) Megmértük a sönt áramát és 56,4 mV-ot kaptunk;
2) A jelünket 50,78-szorosára erősítjük, és 2,88 V-ot kaptunk az op-amp kimeneten;
3) Alkalmazunk egy referenciajelet, amellyel összehasonlítjuk a komparátor közvetlen bemenetével. Az R2-n lévő osztóval beállítottuk, és 3,1 V-ra állítottuk - ez körülbelül 30 A áramnak felel meg. Ez az ellenállás állítja be a védelmi küszöböt!
4) Most alkalmazzuk az op-amp kimenet jelét az inverzre, és összehasonlítjuk a két jelet: 3,1 V > 2,88 V. A közvetlen bemeneten (+) a feszültség nagyobb, mint az inverz bemeneten (-), ami azt jelenti, hogy az áramerősség nem lépi túl, és a kimenet logaritmikus. 1 - az illesztőprogramok működnek, de a LED1 nem világít.
Most növeljük az áramerősséget >30A értékre (csavarja el az R8-at és csökkenti az ellenállást), és nézze meg az eredményt (kattintható kép):
Tekintsük át a „logikánk” szempontjait:
1) Megmértük a sönt áramát és 68,9 mV-ot kaptunk;
2) A jelünket 50,78-szorosára erősítettük, és 3,4 V-ot kaptunk az op-amp kimeneten;
4) Most alkalmazzuk az op-amp kimenet jelét az inverzre, és összehasonlítjuk a két jelet: 3,1 V< 3.4В. На прямом входу (+) напряжение НИЖЕ, чем на инверсном входе (-), значит ток превышен и на выходе лог. 0 - драйвера НЕ работают, а наш светодиод LED1 горит.
Miért hardver?
A válasz erre a kérdésre egyszerű - bármilyen programozható megoldás egy MK-n, külső ADC-vel stb., egyszerűen „lefagyhat”, még akkor is, ha Ön meglehetősen kompetens szoftveríró, és bekapcsolta a watchdog időzítőt és egyéb fagyállókat. védelem – miközben az egész feldolgozás alatt áll, a készülék kiég.A hardveres védelem lehetővé teszi, hogy néhány mikromásodperc alatt, és ha a költségvetés megengedi, akkor 100-200 ns-on belüli teljesítményű rendszert valósítson meg, ami általában elegendő bármilyen feladathoz. Ezenkívül a hardvervédelem nem tud lefagyni, és megmenti az eszközt, még akkor sem, ha valamilyen okból a vezérlő mikrokontroller vagy a DSP lefagy. A védelem kikapcsolja a meghajtót, a vezérlő áramkör csendesen újraindul, teszteli a hardvert, és vagy hibát jelez, például a Modbusban, vagy elindul, ha minden rendben van.
Itt érdemes megjegyezni, hogy a teljesítmény-átalakítók építésére szolgáló speciális vezérlők speciális bemenetekkel rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a PWM jel generálásának letiltását a hardverben. Például a szeretett STM32-nek van BKIN bemenete ehhez.
Külön érdemes elmondani egy olyan dologról, mint a CPLD. Lényegében ez egy nagysebességű logika halmaza, és megbízhatósága egy hardveres megoldáshoz hasonlítható. Teljesen észszerű lenne egy kis CPLD-t feltenni az alaplapra, és hardveres védelmet, deadtime-ot és egyéb kényelmi eszközöket megvalósítani, ha már dc/dc-ről vagy valamilyen vezérlőszekrényről beszélünk. A CPLD ezt a megoldást nagyon rugalmassá és kényelmessé teszi.
Epilógus
Valószínűleg ennyi. Remélem, hogy örömmel olvasta ezt a cikket, és új ismereteket ad, vagy felfrissíti a régieket. Mindig próbálja meg előre átgondolni, hogy a készülék mely moduljait érdemes hardveresen és melyeket szoftveresen implementálni. A hardveres megvalósítás gyakran nagyságrendekkel egyszerűbb, mint a szoftveres megvalósítás, ami a fejlesztési idő és ennek megfelelően költségmegtakarítást eredményez.A hardver nélküli cikk formátuma új számomra, ezért szeretném megkérni, hogy fejezze ki véleményét a felmérésben.
A felmérésben csak regisztrált felhasználók vehetnek részt. , Kérem.
A KR142EN12A integrált áramkör (IC) egy kompenzációs típusú állítható feszültségstabilizátor a KT-28-2 csomagban, amely lehetővé teszi akár 1,5 A áramerősségű eszközök táplálását 1,2...37 V feszültségtartományban. Ez az integrált stabilizátor hőstabil védelemmel rendelkezik az áramerősség és a kimeneti rövidzárlat elleni védelem szerint.
A KR142EN12A IC alapján állítható tápegység építhető, melynek áramköre (transzformátor és diódahíd nélkül) a 2. ábra. Az egyenirányított bemeneti feszültség a diódahídról a C1 kondenzátorba kerül. A VT2 tranzisztort és a DA1 chipet a radiátoron kell elhelyezni.
Hűtőborda karima A DA1 elektromosan csatlakozik a 2-es érintkezőhöz, tehát ha a DAT és a VD2 tranzisztor ugyanazon a hűtőbordán található, akkor ezeket le kell választani egymástól.
A szerző változatában a DA1 külön kis radiátorra van felszerelve, amely nincs galvanikusan csatlakoztatva a radiátorhoz és a VT2 tranzisztorhoz. A hűtőbordával ellátott chip által disszipált teljesítmény nem haladhatja meg a 10 W-ot. Az R3 és R5 ellenállások feszültségosztót alkotnak, amely a stabilizátor mérőelemében található. A C2 kondenzátor és az R2 ellenállás (a VD1 hőstabil pont kiválasztására használt) -5 V stabilizált negatív feszültséget kap. Az eredeti változatban a feszültséget a KTs407A diódahíd és a 79L05 stabilizátor táplálja, külön tápellátással. a teljesítménytranszformátor tekercselése.
Őrségért a stabilizátor kimeneti áramkörének lezárásától elegendő egy legalább 10 μF kapacitású elektrolit kondenzátort párhuzamosan csatlakoztatni az R3 ellenálláshoz, és az R5 sönt ellenállást egy KD521A diódával. Az alkatrészek elhelyezkedése nem kritikus, de a jó hőmérsékleti stabilitás érdekében szükséges a megfelelő típusú ellenállások alkalmazása. Ezeket a lehető legtávolabb kell elhelyezni a hőforrásoktól. A kimeneti feszültség általános stabilitása sok tényezőből áll, és általában nem haladja meg a 0,25%-ot felmelegedés után.
Bekapcsolás utánés a készülék felmelegítésekor a minimális kimeneti feszültséget 0 V-ra állítjuk be a Rao6 ellenállással. R2 ellenállások ( 2. ábra) és az Rno6 ellenállás ( 3. ábra) az SP5 sorozat többfordulatú trimmereinek kell lenniük.
Lehetőségek a KR142EN12A mikroáramkör áramerőssége 1,5 A-re van korlátozva. Jelenleg kaphatók hasonló paraméterekkel rendelkező, de nagyobb terhelési áramra tervezett mikroáramkörök, például LM350 - 3 A áramhoz, LM338 - 5 A. A közelmúltban megjelentek a LOW DROP sorozat (SD, DV, LT1083/1084/1085) importált mikroáramkörök. Ezek a mikroáramkörök csökkentett feszültséggel működhetnek a bemenet és a kimenet között (1...1,3 V-ig), és stabilizált kimeneti feszültséget biztosítanak 1,25...30 V tartományban 7,5/5/3 A terhelési áram mellett, illetőleg . A paramétereket tekintve legközelebbi hazai analóg, a KR142EN22 típusú, maximális stabilizáló árama 7,5 A. Maximális kimeneti áram mellett a gyártó garantálja a stabilizációs módot legalább 1,5 V bemeneti-kimeneti feszültség mellett. A mikroáramkörök szintén beépített védelemmel rendelkeznek a megengedett értékű terhelés túláram ellen és a ház túlmelegedése elleni hővédelemmel. Ezek a stabilizátorok a kimeneti feszültség instabilitását 0,05%/V, a kimeneti feszültség instabilitását pedig 10 mA-ről 0,1%/V-nál nem rosszabb maximális értékre változtatják. Tovább 4. ábraábrán látható egy otthoni laboratórium tápellátási áramköre, amely lehetővé teszi a VT1 és VT2 tranzisztorok nélkül való működést. 2. ábra.
A DA1 KR142EN12A mikroáramkör helyett a KR142EN22A mikroáramkört használtuk. Ez egy állítható stabilizátor kis feszültségeséssel, amely lehetővé teszi akár 7,5 A áram elérését a terhelésben. Például a mikroáramkör bemeneti feszültsége Uin = 39 V, kimeneti feszültség a terhelésnél Uout = 30 V, áram a terhelésnél = 5 A, akkor a mikroáramkör által a terhelésen leadott maximális teljesítmény 45 W. A C7 elektrolit kondenzátort a kimeneti impedancia csökkentésére használják magas frekvenciákon, valamint csökkenti a zajfeszültséget és javítja a hullámosság simítását. Ha ez a kondenzátor tantál, akkor névleges kapacitásának legalább 22 μF-nak kell lennie, alumínium esetén legalább 150 μF-nak. Szükség esetén a C7 kondenzátor kapacitása növelhető. Ha a C7 elektrolitkondenzátor 155 mm-nél nagyobb távolságra van, és 1 mm-nél kisebb keresztmetszetű vezetékkel csatlakozik a tápegységhez, akkor egy további, legalább 10 μF kapacitású elektrolit kondenzátor a C7 kondenzátorral párhuzamosan, közelebb a mikroáramkörhöz. A C1 szűrőkondenzátor kapacitása megközelítőleg 2000 μF/1 A kimeneti áram sebességgel határozható meg (legalább 50 V feszültség mellett). 
A kimeneti feszültség hőmérséklet-eltolódásának csökkentése érdekében az R8 ellenállásnak huzaltekercsesnek vagy fémfóliának kell lennie, hibája nem lehet rosszabb, mint 1%. Az R7 ellenállás ugyanolyan típusú, mint az R8. Ha a KS113A zener dióda nem elérhető, használhatja az alábbi egységet 3. ábra. A szerző nagyon elégedett a megadott védelmi áramköri megoldással, mivel hibátlanul működik és a gyakorlatban is tesztelték. Bármilyen tápfeszültség-védelmi áramköri megoldást használhat, például a javasoltakat. A szerző verziójában a K1 relé kioldásakor a K 1.1 érintkezők zárva vannak, az R7 ellenállás rövidre zárja, és a tápegység kimenetén a feszültség 0 V lesz. A tápegység nyomtatott áramköri kártyája és helye az elemek közül az 5. ábra, a tápegység megjelenése az 5. ábrán látható 6. ábra.
