הגנה מפני זרם יתר באמצעות אופ

מעגלי הגנה חיוניים כדי שכל עיצוב אלקטרוני יצליח. בהדרכות מעגל ההגנה הקודמות שלנו תכננו מעגלי הגנה בסיסיים רבים הניתנים להתאמה למעגל שלך, כלומר הגנה על מתח יתר, הגנת מעגל קצר, הגנת קוטביות הפוכה וכו '. הוספת לרשימת מעגלים זו, במאמר זה אנו ילמד כיצד לתכנן ולבנות מעגל פשוט להגנה על זרם יתר באמצעות Op-Amp.

הגנה מפני זרם יתר משמשת לעתים קרובות במעגלי אספקת חשמל כדי להגביל את זרם היציאה של PSU. המונח "זרם יתר" הוא מצב בו העומס שואב זרם גדול מהיכולות שצוינו של יחידת אספקת החשמל. זה יכול להיות מצב מסוכן שכן מצב יתר על המידה עלול לפגוע באספקת החשמל. אז מהנדסים בדרך כלל משתמשים במעגל הגנה מפני זרם יתר כדי לנתק את העומס מאספקת החשמל בתרחישים כאלה של תקלה ובכך להגן על העומס ואספקת החשמל.

הגנת זרם יתר באמצעות מגבר תפעולי

ישנם סוגים רבים של מעגלי הגנה יתר על המידה; המורכבות של המעגל תלויה כמה מהר מעגל ההגנה צריך להגיב במהלך מצב יתר על המידה. בפרויקט זה נבנה מעגל הגנה פשוט מפני זרם יתר באמצעות מגבר אופטי אשר נפוץ מאוד וניתן להתאים אותו בקלות לעיצוביכם.

המעגל אותו אנו עומדים לתכנן יהיה בעל ערך סף זרם-יתר מתכוונן ויהיה לו גם הפעלה אוטומטית בעת כשל. מכיוון שמדובר במעגל הגנה מפני זרם יתר על גבי מגבר, יהיה לו מגבר על כיחידת הנהיגה. עבור פרויקט זה נעשה שימוש במגבר תפעולי כללי LM358. בתמונה למטה, תרשים הסיכות של LM358 מוצג.

כפי שנראה בתמונה לעיל, בתוך חבילת IC יחידה יהיו לנו שני ערוצי מגבר. עם זאת, רק ערוץ יחיד משמש לפרויקט זה. המגבר המתג יעבור (ינתק) את עומס הפלט באמצעות MOSFET. עבור פרויקט זה נעשה שימוש בערוץ N MOSFET IRF540N. מומלץ להשתמש בגוף קירור מתאים MOSFET אם זרם העומס גדול מ- 500mA. עם זאת, עבור פרויקט זה, MOSFET משמש ללא גוף קירור. התמונה למטה היא ייצוג דיאגרמת ה- pinout של IRF540N.

להפעלת המגבר-על והמעגלים משתמשים בווסת המתח הליניארי LM7809. זהו ווסת מתח ליניארי 9V 1A עם דירוג מתח כניסה רחב. את pinout ניתן לראות בתמונה למטה

חומרים נדרשים:

רשימת הרכיבים הנדרשים למעגל ההגנה מפני זרם יתר רשומה להלן.

1. קרש לחם
2. ספק כוח 12V (מינימום) או לפי המתח נדרש.
3. LM358
4. 100uF 25V
5. IRF540N
6. גוף קירור (בהתאם לדרישת היישום)
7. סיר לקצץ 50k.
8. נגד 1k עם סובלנות של 1%
9. נגד 1Meg
10. נגד 100k עם סובלנות של 1%.
11. נגד 1 אוהם, 2W (מקסימום 2W של זרם עומס 1.25A)
12. חוטים לקרש לחם

מעגל הגנה מפני זרם יתר

ניתן לתכנן מעגל הגנה מפני זרם יתר פשוט על ידי שימוש במגבר Op כדי לחוש את זרם היתר ועל סמך התוצאה נוכל להסיע Mosfet לניתוק / חיבור העומס עם ספק הכוח. תרשים המעגל עבורו הוא פשוט וניתן לראות אותו בתמונה למטה

מעגל הגנת זרם יתר עובד

כפי שניתן לראות מתרשים המעגל, MOSFET IRF540N משמש לבקרת העומס כ- ON או OFF במצב הרגיל ועומס יתר. אך לפני כיבוי העומס, חיוני לזהות את זרם העומס. זה נעשה על ידי שימוש בשאלת נגד R1, שהיא נגד שנט 1 אוהם עם דירוג של 2 וואט. שיטה זו למדידת זרם נקראת Shunt Resistor Sensing Sensing, אתה יכול גם לבדוק שיטות חישת זרם אחרות שבהן ניתן להשתמש גם לגילוי יתר של זרם.

במהלך מצב ה- ON של ה- MOSFET, זרם העומס זורם דרך הניקוז של ה- MOSFET למקור ולבסוף אל ה- GND דרך הנגינה. בהתאם לזרם העומס, הנגד המחלף מייצר ירידה במתח שניתן לחשב באמצעות חוק אוהם. לכן נניח, עבור 1A של זרימת הזרם (זרם העומס), ירידת המתח על פני הנגד המחלף היא 1V כ- V = I x R (V = 1A x 1 Ohm). לכן, אם משווים מתח ירידה זה למתח מוגדר מראש באמצעות מגבר Op, אנו יכולים לזהות זרם יתר ולשנות את מצב ה- MOSFET כדי לנתק את העומס.

המגבר התפעולי משמש בדרך כלל לביצוע פעולות מתמטיות כמו חיבור, חיסור, כפל וכו '. לכן, במעגל זה, מגבר התפעול LM358 מוגדר כמשווה. לפי הסכימה, המשווה משווה בין שני ערכים. הראשון הוא מתח הנפילה על פני הנגד המחלף ואחד נוסף הוא המתח המוגדר מראש (מתח התייחסות) באמצעות נגד משתנה או פוטנציומטר RV1. RV1 משמש כמחלק מתח. מתח הירידה על פני הנגד המחושש מורגש על ידי המסוף ההפוך של המשווה והוא מושווה עם התייחסות המתח המחוברת במסוף הלא היפוך של המגבר התפעולי.

מסיבה זו, אם המתח המורגש נמוך ממתח הייחוס, המשווה יפיק מתח חיובי על פני הפלט הקרוב ל- VCC של המשווה. אך אם המתח החוש גדול ממתח הייחוס, המשווה יפיק מתח אספקה ​​שלילי על פני הפלט (אספקה ​​שלילית מחוברת על פני ה- GND, כך 0V במקרה זה). מתח זה מספיק בכדי להפעיל או לכבות את MOSFET.

טיפול בבעיה בתגובה חולפת / יציבות

אך כאשר העומס הגבוה ינותק מהאספקה, השינויים החולפים ייצרו אזור ליניארי על פני המשווה וזה ייצור לולאה בה המשווה לא יכול היה להפעיל או לכבות את העומס כראוי ומגבר ההפעלה יהפוך לא יציב. לדוגמא, נניח, 1A מוגדר באמצעות פוטנציומטר להפעלת MOSFET למצב OFF. לכן הנגד המשתנה מוגדר ליציאת 1V. במהלך סיטואציה, כאשר המשווה מזהה את ירידת המתח על פני הנגד המחלף הוא 1.01 וולט (מתח זה תלוי במדויק המגבר או המדויק וגורמים אחרים) המשווה ינתק את העומס. שינויים חולפים מתרחשים כאשר עומס גבוה מנותק לפתע מיחידת אספקת החשמל והגברת חולף זו מכוונת את המתח המזמינה תוצאות גרועות על פני המשווה ומאלצת אותו לפעול באזור ליניארי.

הדרך הטובה ביותר להתגבר על בעיה זו היא להשתמש בהספק יציב על פני המשווה כאשר השינויים החולפים אינם משפיעים על מתח הכניסה של המשווה ועל התייחסות המתח. לא רק זאת, יש להוסיף במערכת המשווה היסטריה של שיטות נוספות. במעגל זה, זה נעשה על ידי LM7809 הרגולטור ליניארי באמצעות נגד היסטרזיס R4, בנגד 100k. LM7809 מספק מתח תקין על פני המשווה, כך שהשינויים החולפים על פני קו החשמל לא משפיעים על המשווה. C1, הקבל 100uF משמש לסינון מתח המוצא.

הנגד ההיסטריזה R4 מזין חלק קטן מהכניסה על פני הפלט של המגבר היוצר שיוצר פער מתח בין הסף הנמוך (0.99 וולט) לבין הסף הגבוה (1.01 וולט) שבו המשווה משנה את מצב הפלט שלו. המשווה אינו משנה את המצב באופן מיידי אם נקודת הסף מתקיימת, במקום זאת, כדי לשנות את המצב מגבוה לנמוך, רמת המתח המורגשת צריכה להיות נמוכה מהסף הנמוך (לדוגמא 0.97 וולט במקום 0.99 וולט) או כדי לשנות את המצב מנמוך לגבוה, המתח החוש צריך להיות גבוה מהסף הגבוה (1.03 במקום 1.01). זה יגביר את היציבות של המשווה ויפחית מעידה כוזבת. מלבד הנגד הזה, R2 ו- R3 משמשים לשליטה בשער. R3 הוא הנגד הנפתח של ה- MOSFET.

בדיקת מעגלי הגנת זרם יתר

המעגל בנוי בלוח לחם ונבדק באמצעות ספק כוח ספסל יחד עם עומס DC משתנה.

המעגל נבדק והתצפית נצפתה כמנתקת בהצלחה בערכים שונים שנקבעו על ידי הנגד המשתנה. הסרטון המופיע בתחתית עמוד זה מראה הדגמה מלאה של בדיקות הגנה מפני זרם יתר בפעולה.

טיפים לעיצוב הגנת זרם יתר

• מעגל RC צנום על פני הפלט יכול לשפר את ה- EMI.
• ניתן להשתמש בכור קירור גדול יותר וב- MOSFET ספציפי ליישום הנדרש.
• PCB בנוי היטב ישפר את יציבות המעגל.
• יש לכוונן את הספק הנגד Shunt Resistor בהתאם לחוק ההספק (P = I ² R) בהתאם לזרם העומס.
• נגד בעל ערך נמוך מאוד בדירוג מילי-אוהם יכול לשמש לחבילה קטנה אך ירידת המתח תהיה פחותה. כדי לפצות על ירידת המתח ניתן להשתמש במגבר נוסף עם רווח מתאים.
• מומלץ להשתמש במגבר חישה זרם ייעודי לבעיות מדויקות הקשורות לחישה הנוכחית.

מקווה שהבנתם את ההדרכה ונהניתם ללמוד ממך משהו שימושי. אם יש לך שאלות אנא השאר אותן בסעיפי התגובה או השתמש בפורומים לשאלות טכניות אחרות.