Circuit de protection contre les courts-circuits du transistor. Protection contre les courts-circuits FET

Le découplage schématique d'une telle unité de protection est relativement simple et se compose de plusieurs éléments.

La partie puissance - un puissant transistor à effet de champ - ne surchauffe pas pendant le fonctionnement, elle n'a donc pas non plus besoin d'un dissipateur thermique.

Le régime est également une protection contre inversion de puissance, surcharge Et KZ en sortie, le courant de fonctionnement de la protection peut être sélectionné en sélectionnant la résistance de la résistance shunt, dans mon cas le courant est de 8Amps, 6 résistances 5 watts 0.1 ohms connectées en parallèle sont utilisées.

Shunter peut également être fabriqué à partir de résistances d'une puissance de 1 à 3 watts.

Plus précisément, la protection peut être ajustée en sélectionnant la résistance de la résistance d'accord.

En cas de court-circuit et de surcharge de la sortie de l'unité, la protection fonctionnera instantanément en coupant la source d'alimentation. L'indicateur LED vous informera de l'opération de protection. Même avec un court-circuit de sortie pendant quelques dizaines de secondes, le transistor à effet de champ reste froid.

Le transistor à effet de champ n'est pas critique, toutes les clés avec un courant de 15-20 ampères et plus et avec une tension de fonctionnement de 20-60 volts feront l'affaire. Les clés de la gamme s'adaptent parfaitement IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 ou plus puissant IRF3205, IRL3705, IRL2505 etc.

Ce circuit est également idéal comme protection pour un chargeur de batteries de voiture, si vous inversez soudainement la polarité de la connexion, rien de mal n'arrivera au chargeur, la protection sauvera l'appareil dans de telles situations.

En raison du fonctionnement rapide de la protection, elle peut être utilisée avec succès pour les circuits d'impulsion ; en cas de court-circuit, la protection fonctionnera plus rapidement que les interrupteurs d'alimentation de l'alimentation à découpage n'ont le temps de s'éteindre. Le circuit convient également aux onduleurs à impulsions, en tant que protection de courant. En cas de surcharge ou de court-circuit dans le circuit secondaire de l'onduleur, les transistors de puissance de l'onduleur s'envolent instantanément et une telle protection empêchera que cela ne se produise.

Cordialement - AKA KASYAN

Une conception de protection pour une alimentation électrique de tout type est présentée. Ce système de protection peut fonctionner avec n'importe quelle alimentation - secteur, commutation et batteries CC. Le découplage schématique d'une telle unité de protection est relativement simple et se compose de plusieurs éléments.

Circuit de protection de l'alimentation

La partie puissance - un puissant transistor à effet de champ - ne surchauffe pas pendant le fonctionnement, elle n'a donc pas non plus besoin d'un dissipateur thermique. Le circuit est à la fois une protection contre les inversions de puissance, les surcharges et les courts-circuits en sortie, le courant de protection peut être sélectionné en sélectionnant la résistance de la résistance shunt, dans mon cas le courant est de 8 ampères, 6 résistances 5 watts 0,1 ohm sont utilisés en parallèle. Le shunt peut également être constitué de résistances d'une puissance de 1 à 3 watts.

Plus précisément, la protection peut être ajustée en sélectionnant la résistance de la résistance d'accord. Circuit de protection d'alimentation, régulateur de limitation de courant Circuit de protection d'alimentation, régulateur de limitation de courant

~~~ En cas de court-circuit et de surcharge de la sortie de l'appareil, la protection fonctionnera instantanément en éteignant la source d'alimentation. L'indicateur LED vous informera de l'opération de protection. Même avec un court-circuit de sortie pendant quelques dizaines de secondes, le transistor à effet de champ reste froid

~~~ Le transistor à effet de champ n'est pas critique, toutes les touches avec un courant de 15-20 ampères et plus et avec une tension de fonctionnement de 20-60 volts feront l'affaire. Les clés des gammes IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 ou plus puissantes - IRF3205, IRL3705, IRL2505 et similaires sont parfaites.

~~~ Ce circuit est également idéal comme protection pour un chargeur de batteries de voiture, si vous inversez soudainement la polarité de la connexion, rien de grave n'arrivera au chargeur, la protection sauvera l'appareil dans de telles situations.

~~~ Grâce au fonctionnement rapide de la protection, elle peut être utilisée avec succès pour les circuits à impulsions ; en cas de court-circuit, la protection fonctionnera plus rapidement que les interrupteurs d'alimentation de l'alimentation à impulsions n'ont le temps de s'éteindre. Le circuit convient également aux onduleurs à impulsions, en tant que protection de courant. En cas de surcharge ou de court-circuit dans le circuit secondaire de l'onduleur, les transistors de puissance de l'onduleur s'envolent instantanément et une telle protection empêchera que cela ne se produise.

commentaires
Protection de court circuit, inversion de polarité et surcharge sont assemblés sur une carte séparée. Le transistor de puissance a été utilisé dans la série IRFZ44, mais si vous le souhaitez, il peut être remplacé par un IRF3205 plus puissant ou par tout autre interrupteur d'alimentation ayant des paramètres similaires. Vous pouvez utiliser des clés de la gamme IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 et d'autres clés avec un courant supérieur à 20 ampères. Pendant le fonctionnement, le transistor à effet de champ reste glacé. donc aucun dissipateur de chaleur n'est nécessaire.

Le deuxième transistor n'est pas non plus critique, dans mon cas un transistor bipolaire haute tension de la série MJE13003 a été utilisé, mais le choix est vaste. Le courant de protection est sélectionné en fonction de la résistance du shunt - dans mon cas, 6 résistances de 0,1 Ohm en parallèle, la protection se déclenche à une charge de 6-7 Ampères. Plus précisément, vous pouvez régler en tournant la résistance variable, j'ai donc réglé le courant de déclenchement dans la région de 5 ampères.

La puissance de l'alimentation est assez correcte, le courant de sortie atteint 6-7 ampères, ce qui est tout à fait suffisant pour charger une batterie de voiture.
J'ai choisi des résistances shunt d'une puissance de 5 watts, mais cela peut aussi être de 2-3 watts.

Si tout est fait correctement, l'unité commence à fonctionner immédiatement, fermez la sortie, la LED de protection doit s'allumer, qui s'allumera tant que les fils de sortie seront en mode court-circuit.
Si tout fonctionne comme il se doit, continuez. Nous assemblons le schéma d'indicateurs.

Le circuit est tiré du chargeur d'un tournevis à batterie. L'indicateur rouge indique qu'il y a une tension de sortie à la sortie PSU, l'indicateur vert indique le processus de charge. Avec cet agencement de composants, le voyant vert s'éteindra progressivement et s'éteindra finalement lorsque la tension sur la batterie est de 12,2-12,4 Volts, lorsque la batterie est déconnectée, le voyant ne s'allumera pas.

Ce circuit est une simple alimentation à transistor équipée d'une protection contre les courts-circuits (court-circuit). Son schéma est illustré sur la figure.

Paramètres principaux :

Tension de sortie - 0..12V ;
Le courant de sortie maximal est de 400 mA.

Le schéma fonctionne comme suit. La tension d'entrée du réseau 220V est convertie par un transformateur en 16-17V, puis elle est redressée par les diodes VD1-VD4. L'ondulation de tension redressée est filtrée par le condensateur C1. De plus, la tension redressée est fournie à la diode zener VD6, qui stabilise la tension à ses bornes jusqu'à 12V. Le reste de la tension est éteint sur la résistance R2. Ensuite, la tension est ajustée avec une résistance variable R3 au niveau requis entre 0 et 12 V. Ceci est suivi d'un amplificateur de courant sur les transistors VT2 et VT3, qui amplifie le courant à un niveau de 400 mA. La charge de l'amplificateur de courant est la résistance R5. Le condensateur C2 filtre en outre l'ondulation de la tension de sortie.

La défense fonctionne comme ça. En l'absence de court-circuit en sortie, la tension aux bornes de VT1 est proche de zéro et le transistor est fermé. Le circuit R1-VD5 fournit une polarisation à sa base à un niveau de 0,4-0,7 V (chute de tension à travers la jonction p-n ouverte de la diode). Cette polarisation est suffisante pour ouvrir le transistor à un certain niveau de tension collecteur-émetteur. Dès qu'un court-circuit se produit en sortie, la tension collecteur-émetteur devient différente de zéro et égale à la tension en sortie du bloc. Le transistor VT1 s'ouvre et la résistance de sa jonction de collecteur devient proche de zéro et, par conséquent, sur la diode Zener. Ainsi, une tension d'entrée nulle est fournie à l'amplificateur de courant, un très petit courant traversera les transistors VT2, VT3 et ils ne tomberont pas en panne. La protection est désactivée immédiatement lorsque le court-circuit est éliminé.

Détails

Le transformateur peut être n'importe quel transformateur avec une section de noyau de 4 cm 2 ou plus. L'enroulement primaire contient 2200 tours de fil PEV-0.18, le secondaire - 150-170 tours de fil PEV-0.45. Un transformateur à balayage vertical prêt à l'emploi d'anciens téléviseurs à tube de la série TVK110L2 ou similaire convient également. Les diodes VD1-VD4 peuvent être D302-D305, D229Zh-D229L ou n'importe laquelle pour un courant d'au moins 1 A et une tension inverse d'au moins 55 V. Les transistors VT1, VT2 peuvent être n'importe quels transistors basse fréquence basse consommation, par exemple , MP39-MP42. Des transistors au silicium plus modernes peuvent également être utilisés, par exemple, KT361, KT203, KT209, KT503, KT3107 et autres. Comme VT3 - germanium P213-P215 ou silicium plus moderne puissant KT814 basse fréquence, KT816, KT818 et autres. Lors du remplacement de VT1, il peut s'avérer que la protection contre les courts-circuits ne fonctionne pas. Ensuite, une diode supplémentaire (ou deux, si nécessaire) doit être connectée en série avec VD5. Si VT1 est en silicium, il est préférable d'utiliser des diodes en silicium, par exemple KD209 (A-B).

En conclusion, il convient de noter qu'au lieu des transistors indiqués sur le circuit p-n-p, des transistors n-p-n similaires dans les paramètres peuvent également être utilisés (pas à la place de l'un des VT1-VT3, mais à la place de tous). Ensuite, vous devrez changer la polarité des diodes, diode zener, condensateurs, pont de diodes. A la sortie, respectivement, la polarité de la tension sera différente.

Liste des éléments radio

Désignation	Taper	Dénomination	Quantité	Note	Mon bloc-notes
TV1, TV2	transistor bipolaire	MP42B	2	MP39-MP42, KT361, KT203, KT209, KT503, KT3107	Vers le bloc-notes
VT3	transistor bipolaire	P213B	1	P213-P215, KT814, KT816, KT818	Vers le bloc-notes
VD1-VD4	Diode	D242B	4	D302-D305, D229J-D229L	Vers le bloc-notes
VD5	Diode	KD226B	1		Vers le bloc-notes
VD6	diode zener	D814D	1		Vers le bloc-notes
C1		2000uF, 25V	1		Vers le bloc-notes
C2	Condensateur électrolytique	500 uF. 25V	1		Vers le bloc-notes
R1	Résistance	10 kOhms	1		Vers le bloc-notes
R2	Résistance	360 ohms	1		Vers le bloc-notes
R3	Resistance variable	4,7 kOhms	1		Vers le bloc-notes
R4, R5	Résistance

Aujourd'hui, mon article sera de nature exclusivement théorique, ou plutôt, il ne contiendra pas de matériel comme dans les articles précédents, mais ne vous découragez pas - il n'en est pas devenu moins utile. Le fait est que le problème de la protection des composants électroniques affecte directement la fiabilité des appareils, leur ressource, et donc votre avantage concurrentiel important - Possibilité de donner une garantie produit à long terme. La mise en œuvre de la protection concerne non seulement mon électronique de puissance préférée, mais également tout appareil en principe, donc même si vous concevez des objets IoT et que vous disposez d'un modeste 100 mA, vous devez toujours comprendre comment assurer le fonctionnement sans problème de votre appareil.

La protection contre les courants ou la protection contre les courts-circuits (SC) est probablement le type de protection le plus courant, car la négligence dans ce domaine entraîne des conséquences dévastatrices au sens littéral. Par exemple, je propose de regarder le régulateur de tension, qui est devenu triste à cause du court-circuit qui s'est produit:

Le diagnostic ici est simple - une erreur s'est produite dans le stabilisateur et des courants ultra-élevés ont commencé à circuler dans le circuit, pour de bon, la protection aurait dû éteindre l'appareil, mais quelque chose s'est mal passé. Après avoir lu l'article, il me semble que vous pouvez vous-même deviner quel pourrait être le problème.

Quant à la charge elle-même ... Si vous avez un appareil électronique de la taille d'une boîte d'allumettes, il n'y a pas de tels courants, alors ne pensez pas que vous ne pouvez pas devenir aussi triste qu'un stabilisateur. Vous ne voulez sûrement pas brûler des faisceaux de microcircuits pour 10 à 1 000 $ ? Si oui, alors je vous invite à vous familiariser avec les principes et méthodes de traitement des courts-circuits !

Objet de l'article

Je concentre mon article sur les personnes pour qui l'électronique est un passe-temps et les développeurs novices, donc tout sera dit "sur les doigts" pour une compréhension plus significative de ce qui se passe. Pour ceux qui veulent être académiques - nous allons lire tous les manuels universitaires sur le génie électrique + "classiques" de Horowitz, Hill "The Art of Circuitry".

Séparément, je voudrais dire que toutes les solutions seront basées sur le matériel, c'est-à-dire sans microcontrôleurs et autres perversions. Ces dernières années, il est devenu assez à la mode de programmer là où c'est nécessaire et non nécessaire. J'observe souvent une "protection" de courant, qui est mise en œuvre par une mesure banale de la tension ADC par un arduino ou un microcontrôleur, puis les appareils échouent toujours. Je vous déconseille fortement d'en faire autant ! Je reviendrai plus en détail sur ce problème.

Un peu sur les courants de court-circuit

Afin de commencer à proposer des méthodes de protection, vous devez d'abord comprendre ce que nous combattons. Qu'est-ce qu'un "court-circuit" ? La loi préférée d'Ohm va nous aider ici, considérons le cas idéal :

Juste? En fait, ce circuit est un circuit équivalent de presque tous les appareils électroniques, c'est-à-dire qu'il existe une source d'énergie qui le donne à la charge, et il chauffe et fait ou ne fait pas autre chose.

Nous convenons que la puissance de la source permet à la tension d'être constante, c'est-à-dire de "ne pas s'affaisser" sous n'importe quelle charge. En fonctionnement normal, le courant agissant dans le circuit sera égal à :

Imaginez maintenant que l'oncle Vasya a laissé tomber une clé sur les fils menant à l'ampoule et que notre charge a diminué 100 fois, c'est-à-dire qu'au lieu de R, elle est devenue 0,01 * R et à l'aide de calculs simples, nous obtenons un courant 100 fois plus. Si l'ampoule a consommé 5A, alors le courant de la charge sera prélevé d'environ 500A, ce qui est tout à fait suffisant pour faire fondre la clé de l'oncle Vasya. Maintenant une petite conclusion...

Court-circuit- une diminution significative de la résistance de charge, ce qui entraîne une augmentation significative du courant dans le circuit.

Il faut comprendre que les courants de court-circuit sont généralement des centaines et des milliers de fois supérieurs au courant nominal, et même une courte période de temps suffit pour que l'appareil tombe en panne. Ici, bien sûr, beaucoup se souviendront des dispositifs de protection électromécaniques ("dispositifs automatiques" et autres), mais tout est très prosaïque ici ... Habituellement, une prise domestique est protégée par un dispositif automatique avec un courant nominal de 16A, c'est-à-dire , un arrêt se produira à 6-7 fois le courant, qui est déjà d'environ 100A. L'alimentation de l'ordinateur portable a une puissance d'environ 100 W, c'est-à-dire que le courant est inférieur à 1A. Même si un court-circuit se produit, la machine ne le remarquera pas pendant longtemps et n'éteindra la charge que lorsque tout aura déjà brûlé. Il s'agit plus d'une protection incendie que d'une protection technologique.

Examinons maintenant un autre cas fréquent - à travers le courant. Je vais le montrer en utilisant l'exemple d'un convertisseur dc / dc avec une topologie buck synchrone, tous les contrôleurs MPPT, de nombreux pilotes de LED et de puissants convertisseurs DC / DC sur les cartes sont construits exactement dessus. Regardons le circuit convertisseur :

Le diagramme montre deux options pour la surintensité : chemin vert pour un court-circuit "classique", lorsqu'il y a eu diminution de la résistance de charge ("snot" entre routes après soudure par exemple) et chemin orange. Quand le courant peut-il circuler dans le chemin orange ? Je pense que beaucoup de gens savent que la résistance du canal ouvert d'un transistor à effet de champ est très petite, pour les transistors basse tension modernes, elle est de 1 à 10 mOhm. Imaginons maintenant qu'un PWM avec un niveau élevé arrive sur les touches en même temps, c'est-à-dire que les deux touches s'ouvrent, pour la source "VCCIN - GND", cela équivaut à connecter une charge avec une résistance d'environ 2-20 mOhm ! Appliquons la grande et puissante loi d'Ohm et obtenons une valeur de courant de plus de 250A même avec une alimentation de 5V ! Ne vous inquiétez pas cependant, il n'y aura pas autant de courant - les composants et les conducteurs du circuit imprimé grilleront plus tôt et interrompront le circuit.

Cette erreur se produit très souvent dans le système d'alimentation et en particulier dans l'électronique de puissance. Cela peut se produire pour diverses raisons, par exemple en raison d'une erreur de contrôle ou de longs transitoires. Dans ce dernier cas, même le "temps mort" (deadtime) de votre convertisseur ne sera pas sauvegardé.

Je pense que le problème est clair et que beaucoup d'entre vous le connaissent, maintenant il est clair ce qui doit être combattu et il ne reste plus qu'à comprendre COMMENT. Ce sera la prochaine histoire.

Le principe de fonctionnement de la protection de courant

Ici, il faut appliquer la logique habituelle et voir la relation causale :
1) Le principal problème est la grande valeur du courant dans le circuit ;
2) Comment comprendre quelle valeur de courant ? -> Mesurez-le ;
3) Nous avons mesuré et obtenu la valeur -> Comparez-la avec la valeur autorisée donnée ;
4) Si la valeur est dépassée -> Déconnecter la charge de la source de courant.

Mesurer le courant -> Savoir si le courant admissible a été dépassé -> Déconnecter la charge

Absolument toute protection, pas seulement pour le courant, est construite de cette manière. En fonction de la quantité physique sur laquelle la protection est construite, divers problèmes techniques et méthodes pour les résoudre se poseront sur le chemin de la mise en œuvre, mais l'essence est inchangée.

Maintenant, je propose de parcourir toute la chaîne de protection des bâtiments dans l'ordre et de résoudre tous les problèmes techniques qui se posent. Une bonne protection est une protection qui a été prévue à l'avance et qui fonctionne. Donc on ne peut pas se passer de modelage, j'utiliserai le populaire et gratuit MultiSIM Bleu, qui est activement promu par Mouser. Vous pouvez le télécharger ici - lien. Je dirai également à l'avance que dans le cadre de cet article, je ne vais pas me plonger dans la sophistication des circuits et vous remplir la tête de choses inutiles à ce stade, sachez simplement que tout sera un peu plus compliqué dans le vrai matériel.

Mesure de courant

C'est le premier point de notre chaîne et probablement le plus facile à comprendre. Il existe plusieurs façons de mesurer le courant dans un circuit, et chacune a ses propres avantages et inconvénients, c'est à vous de décider lequel utiliser spécifiquement dans votre tâche. Je vais parler, sur la base de mon expérience, de ces mêmes avantages et inconvénients. Certains d'entre eux sont "généralement acceptés", et certains d'entre eux sont ma vision du monde, veuillez noter que je n'essaie même pas de prétendre être une sorte de vérité.

1) shunt de courant. La fondation des fondations, tout « fonctionne » sur la même grande et puissante loi d'Ohm. Le moyen le plus simple, le moins cher, le plus rapide et généralement le meilleur, mais avec un certain nombre d'inconvénients :

UN) Absence d'isolation galvanique. Vous devrez l'implémenter séparément, par exemple en utilisant un optocoupleur à grande vitesse. Ce n'est pas difficile à mettre en œuvre, mais nécessite un espace carte supplémentaire, un découplage dc / dc et d'autres composants qui coûtent de l'argent et ajoutent des dimensions globales. Bien que l'isolation galvanique ne soit pas toujours nécessaire, bien sûr.

B) Accélère le réchauffement climatique à des courants élevés. Comme je l'ai écrit plus tôt, tout «fonctionne» selon la loi d'Ohm, ce qui signifie qu'il se réchauffe et réchauffe l'atmosphère. Cela conduit à une diminution de l'efficacité et à la nécessité de refroidir le shunt. Il existe un moyen de minimiser cet inconvénient - de réduire la résistance du shunt. Malheureusement, il ne peut pas être réduit à l'infini et en général Je ne recommanderais pas de le réduire à moins de 1 mΩ, si vous avez encore peu d'expérience, car il faut faire face aux interférences et les exigences pour l'étape de conception des PCB augmentent.

Dans mes appareils, j'aime utiliser ces shunts PA2512FKF7W0R002E :

La mesure du courant se produit en mesurant la chute de tension aux bornes du shunt, par exemple, lorsqu'un courant de 30 A circule, le shunt chute :

C'est-à-dire que lorsque nous obtenons une chute de 60 mV sur le shunt, cela signifie que nous avons atteint la limite, et si la chute augmente encore, alors notre appareil ou notre charge devra être éteint. Calculons maintenant la quantité de chaleur qui sera dégagée sur notre shunt :

Pas beaucoup, non ? Ce moment doit être pris en compte, car. la puissance maximale de mon shunt est de 2 W et elle ne peut pas être dépassée, cela ne vaut pas non plus la soudure des shunts avec de la soudure fusible - elle peut être soudée, j'ai vu cela.

Utilisez des shunts lorsque vous avez des tensions élevées et des courants peu élevés.
Surveiller la quantité de chaleur générée sur le shunt
Utilisez des shunts là où vous avez besoin de performances maximales
Utilisez uniquement des shunts à partir de matériaux spéciaux: constantan, manganin et similaires

2) Capteurs de courant à effet Hall. Ici, je me permettrai ma propre classification, qui reflète tout à fait l'essence de diverses décisions sur cet effet, à savoir: bon marché Et cher.

UN) bon marché, par exemple, ACS712 et similaires. Parmi les plus, je peux noter la facilité d'utilisation et la présence d'une isolation galvanique, c'est là que s'arrêtent les plus. Le principal inconvénient est le comportement extrêmement instable sous l'influence des interférences RF. Tout courant continu/continu ou une charge réactive puissante est une interférence, c'est-à-dire que dans 90% des cas ces capteurs sont inutiles, car ils "deviennent fous" et montrent plutôt la météo sur Mars. Mais pourquoi le font-ils ?

Sont-ils isolés galvaniquement et peuvent-ils mesurer des courants élevés ? Oui. Vous n'aimez pas les interférences ? Oui aussi. Où les mettre ? C'est vrai, dans un système de surveillance à faible responsabilité et pour mesurer la consommation de courant des batteries. Je les ai dans les onduleurs pour les centrales solaires et les parcs éoliens pour une évaluation qualitative de la consommation de courant de la batterie, ce qui permet de prolonger le cycle de vie des batteries. Ces capteurs ressemblent à ceci :

B) Cher. Ils ont tous les avantages du bon marché, mais n'ont pas leurs inconvénients. Un exemple d'un tel capteur LEM LTS 15-NP :

On finit par quoi :
1) Hautes performances ;
2) isolation galvanique ;
3) Facilité d'utilisation ;
4) Grands courants mesurés indépendamment de la tension ;
5) Haute précision de mesure ;
6) Même les DME "malfaisants" n'interfèrent pas avec le travail et ne le font pas ; affecter la précision.

Mais quel est l'inconvénient alors ? Ceux qui ont ouvert le lien ci-dessus l'ont clairement vu - c'est le prix. 18 $ Carl ! Et même pour une série de plus de 1000 pièces, le prix ne tombera pas en dessous de 10 $ et le véritable achat sera de 12 à 13 $. Vous ne pouvez pas mettre cela dans un BP pour quelques dollars, mais comme vous le voudriez ... Résumer:

A) C'est la meilleure solution en principe pour mesurer le courant, mais onéreuse ;
b) Utilisez ces capteurs dans des environnements difficiles ;
c) Utiliser ces capteurs dans les nœuds critiques ;
d) Utilisez-les si votre appareil coûte cher, par exemple un onduleur de 5 à 10 kW, où il se justifiera certainement, car le prix de l'appareil sera de plusieurs milliers de dollars.

3) Transformateur de courant. Solution standard dans de nombreux appareils. Moins deux - ils ne fonctionnent pas avec du courant continu et ont des caractéristiques non linéaires. Avantages - bon marché, fiable et vous pouvez mesurer des courants énormes. C'est sur les transformateurs de courant que les systèmes d'automatisation et de protection sont construits en RU-0,4, 6, 10, 35 kV dans les entreprises, et là des milliers d'ampères sont un phénomène tout à fait normal.

Pour être honnête, j'essaie de ne pas les utiliser, car je ne les aime pas, mais je les installe toujours dans diverses armoires de commande et autres systèmes sur courant alternatif, car. ils coûtent quelques dollars et fournissent une isolation galvanique, et non 15 à 20 dollars comme les LEM et remplissent parfaitement leur tâche dans un réseau 50 Hz. Ils ressemblent généralement à ceci, mais ils peuvent également être trouvés sur n'importe quel cœur EFD :

Peut-être qu'avec les méthodes de mesure du courant, vous pouvez terminer. J'ai parlé des principaux, mais bien sûr pas de tous. Pour élargir mes propres horizons et connaissances, je vous conseille en plus d'au moins google et de regarder différents capteurs sur le même digikey.

Amplification de la chute de tension mesurée

La construction ultérieure du système de protection sera basée sur le shunt en tant que capteur de courant. Construisons un système avec la valeur actuelle annoncée précédemment de 30A. Sur le shunt, on obtient une chute de 60 mV, et là 2 problèmes techniques se posent :

A) Il n'est pas pratique de mesurer et de comparer un signal d'une amplitude de 60 mV. Les ADC ont généralement une plage de mesure de 3,3V, c'est-à-dire qu'avec 12 bits de profondeur de bits, on obtient un pas de quantification :

Cela signifie que pour la gamme 0-60mV, qui correspond à 0-30A, on obtiendra un petit nombre de pas :

Nous obtenons que la profondeur de bits de la mesure sera juste :

Il faut comprendre qu'il s'agit d'un chiffre idéalisé et qu'en réalité, ils seront bien pires, car. L'ADC lui-même a une erreur, en particulier autour de zéro. Bien sûr, nous n'utiliserons pas l'ADC pour la protection, mais nous devrons mesurer le courant du même shunt pour construire un système de contrôle. Ici, la tâche était d'expliquer clairement, mais cela est également vrai pour les comparateurs, qui dans la région du potentiel de masse (généralement 0V) fonctionnent de manière très instable, même rail à rail.

B) Si nous voulons faire glisser un signal d'une amplitude de 60 mV sur toute la carte, après 5-10 cm, il n'en restera plus rien à cause des interférences, et au moment d'un court-circuit, nous n'aurons certainement pas à le faire s'y fier, car EMP augmentera encore. Bien sûr, vous pouvez accrocher le circuit de protection directement sur la patte du shunt, mais nous ne nous débarrasserons pas du premier problème.

Pour résoudre ces problèmes, nous avons besoin d'un amplificateur opérationnel (op-amp). Je ne parlerai pas de son fonctionnement - le sujet est parfaitement googlé, mais nous parlerons des paramètres critiques et du choix d'un ampli-op. Tout d'abord, définissons le schéma. J'ai dit qu'il n'y aurait pas de grâces spéciales, donc nous couvrons l'ampli-op avec une rétroaction négative (NFB) et obtenons un amplificateur avec des facteurs de gain connus. Je vais simuler cette action dans MultiSIM (l'image est cliquable) :

Vous pouvez télécharger le fichier pour la simulation chez vous - .

La source de tension V2 joue le rôle de notre shunt, ou plutôt, elle simule une chute de tension à ses bornes. Pour plus de clarté, j'ai choisi une valeur de chute de 100 mV, maintenant nous devons amplifier le signal afin qu'il soit transféré à une tension plus pratique, généralement entre 1/2 et 2/3 V ref . Cela vous permettra d'obtenir un grand nombre d'étapes de quantification dans la plage actuelle + de laisser une marge pour les mesures afin d'évaluer à quel point tout est mauvais et de calculer le temps de montée actuel, ceci est important dans les systèmes complexes de contrôle de charge réactive. Le gain dans ce cas est égal à :

Ainsi, nous sommes en mesure d'amplifier notre signal au niveau requis. Voyons maintenant à quels paramètres vous devez faire attention :

L'ampli-op doit être rail à rail pour gérer correctement les signaux proches du potentiel de terre (GND)
Il vaut la peine de choisir un ampli op avec une vitesse de balayage élevée. Mon OPA376 préféré a ce réglage réglé sur 2V/µs, ce qui permet d'atteindre une sortie d'ampli-op maximale de 3,3V VCC en seulement 2µs. Cette vitesse est suffisante pour économiser n'importe quel convertisseur ou charge avec des fréquences jusqu'à 200 kHz. Ces paramètres doivent être compris et activés lors du choix d'un ampli-op, sinon il y a une chance de mettre un ampli-op pour 10 $ là où un amplificateur pour 1 $ suffirait
La bande passante sélectionnée par l'amplificateur opérationnel doit être au moins 10 fois supérieure à la fréquence de commutation maximale de la charge. Encore une fois, cherchez le "juste milieu" dans le rapport "caractéristiques prix / performances", tout est bon avec modération

Dans la plupart de mes projets, j'utilise un amplificateur opérationnel de Texas Instruments - OPA376, ses caractéristiques de performance sont suffisantes pour mettre en œuvre une protection dans la plupart des tâches et le prix de 1 $ est assez bon pour lui-même. Si vous avez besoin de moins cher, alors regardez les solutions de ST, et si elles sont encore moins chères, alors chez Microchip et Micrel. Pour des raisons religieuses, je n'utilise que TI et Linear, parce que j'aime ça et que je dors plus paisiblement.

Ajout de réalisme au système de sécurité

Ajoutons maintenant un shunt, une charge, une alimentation et d'autres attributs dans le simulateur qui rapprocheront notre modèle de la réalité. Le résultat est le suivant (image cliquable) :

Vous pouvez télécharger le fichier de simulation pour MultiSIM - .

Ici on voit déjà notre shunt R1 avec la même résistance de 2 mOhm, j'ai choisi une alimentation 310V (réseau redressé) et la charge pour celle-ci est une résistance de 10,2 Ohm, qui là encore, selon la loi d'Ohm, nous donne un courant :

Sur le shunt, comme vous pouvez le voir, les 60 mV précédemment calculés chutent, et nous les amplifions avec un gain :

En sortie, on obtient un signal amplifié d'une amplitude de 3.1V. D'accord, il peut déjà être appliqué à l'ADC et au comparateur et traîné à travers la carte 20-40 mm sans aucune crainte ni détérioration de la stabilité. Nous continuerons à travailler avec ce signal.

Comparer des signaux avec un comparateur

comparateur- c'est un circuit qui accepte 2 signaux en entrée et si l'amplitude du signal à l'entrée directe (+) est supérieure à celle à l'inverse (-), alors un log apparaît en sortie. 1 (CCV). Sinon, connectez-vous. 0 (GND).

Formellement, n'importe quel ampli op peut être activé en tant que comparateur, mais une telle solution en termes de performances sera inférieure au comparateur en termes de vitesse et de rapport «prix / résultat». Dans notre cas, plus la vitesse est élevée, plus la probabilité que la protection ait le temps de fonctionner et de sauver l'appareil est élevée. J'aime utiliser un comparateur, encore une fois de Texas Instruments - LMV7271. Ce à quoi vous devez faire attention :

Le délai de réponse, en fait, est le principal limiteur de performance. Pour le comparateur ci-dessus, ce temps est d'environ 880 ns, ce qui est assez rapide et dans de nombreux problèmes est quelque peu redondant au prix de 2 $ et vous pouvez choisir un comparateur plus optimal
Encore une fois - je vous conseille d'utiliser un comparateur rail à rail, sinon la sortie ne sera pas de 5V, mais moins. Le simulateur vous aidera à vérifier cela, à choisir quelque chose de non rail à rail et à expérimenter. Le signal du comparateur est généralement envoyé à l'entrée d'alarme du conducteur (SD) et il serait bien d'y avoir un signal TTL stable
Choisissez un comparateur avec sortie push-pull, pas open-drain et autres. C'est pratique et nous avons prédit des caractéristiques de performance pour la sortie

Ajoutons maintenant un comparateur à notre projet dans le simulateur et regardons son fonctionnement en mode lorsque la protection n'a pas fonctionné et que le courant ne dépasse pas celui d'urgence (image cliquable) :

Vous pouvez télécharger le fichier de simulation dans MultiSIM - .

Ce qu'il nous faut... Il faut en cas de dépassement du courant de plus de 30A, qu'il y ait un log en sortie du comparateur. 0 (GND), ce signal s'appliquera à l'entrée SD ou EN du pilote et l'éteindra. Dans l'état normal, la sortie doit être un journal. 1 (5V TTL) et activer le fonctionnement du pilote de clé d'alimentation (par exemple, le "folk" IR2110 et les moins anciens).

Revenons à notre logique :
1) Nous avons mesuré le courant sur le shunt et obtenu 56,4 mV ;
2) Nous avons amplifié notre signal avec un facteur de 50,78 et reçu un ampli-op de 2,88V en sortie ;
3) On applique un signal de référence à l'entrée directe du comparateur avec lequel on va comparer. Nous le réglons à l'aide d'un diviseur sur R2 et le réglons à 3,1 V - cela correspond à un courant d'environ 30 A. Cette résistance régule le seuil de protection !
4) Maintenant, nous appliquons le signal de la sortie de l'ampli-op à l'inverse et comparons les deux signaux : 3,1 V> 2,88 V. A l'entrée directe (+), la tension est plus élevée qu'à l'entrée inverse (-), ce qui signifie que le courant n'est pas dépassé et que la sortie est logarithmique. 1 - les pilotes fonctionnent, mais notre LED1 est éteinte.

Maintenant, nous augmentons le courant à une valeur > 30A (tournez R8 et réduisez la résistance) et regardons le résultat (image cliquable) :

Passons en revue les points de notre "logique":
1) Nous avons mesuré le courant sur le shunt et obtenu 68,9 mV ;
2) Nous avons amplifié notre signal avec un facteur de 50,78 et obtenu un amplificateur opérationnel de 3,4 V à la sortie ;
4) Maintenant, nous appliquons le signal de la sortie de l'ampli-op à l'inverse et comparons les deux signaux : 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.

Pourquoi le matériel ?

La réponse à cette question est simple - toute solution programmable sur le MK, avec un ADC externe, etc., peut simplement "geler" et même si vous êtes un écrivain logiciel assez compétent et activez la minuterie de surveillance et d'autres protections contre le gel, votre l'appareil grillera pendant que tout est en cours de traitement.

La protection matérielle vous permet de mettre en œuvre un système avec une vitesse de quelques microsecondes, et si le budget le permet, de 100 à 200 ns, ce qui est généralement suffisant pour n'importe quelle tâche. De plus, la protection matérielle ne pourra pas "geler" et sauvera l'appareil, même si pour une raison quelconque votre microcontrôleur de contrôle ou DSP "gèle". La protection désactivera le pilote, votre circuit de contrôle redémarrera tranquillement, testera le matériel et donnera une erreur, par exemple, dans Modbus, ou démarrera si tout va bien.

Il convient de noter ici que dans les contrôleurs spécialisés pour la construction de convertisseurs de puissance, il existe des entrées spéciales qui vous permettent de désactiver la génération d'un signal PWM dans le matériel. Par exemple, le STM32 préféré de tous a une entrée BKIN pour cela.

Nous devrions également en dire plus sur une chose telle que le CPLD. En fait, il s'agit d'un ensemble de logique à grande vitesse et en termes de fiabilité, il est comparable à une solution matérielle. Il serait tout à fait logique de mettre un petit CPLD sur la carte et d'y implémenter des protections matérielles, des temps morts et d'autres délices, si nous parlons de courant continu / courant continu ou d'une sorte d'armoires de commande. CPLD vous permet de rendre une telle solution très flexible et pratique.

Épilogue

C'est probablement tout. J'espère que vous avez apprécié la lecture de cet article et qu'il vous apportera de nouvelles connaissances ou rafraîchira les anciennes. Essayez toujours de penser à l'avance quels modules de votre appareil doivent être implémentés dans le matériel et lesquels dans le logiciel. Souvent, la mise en œuvre matérielle est des ordres de grandeur plus simple que la mise en œuvre logicielle, ce qui permet de gagner du temps sur le développement et, par conséquent, sur son coût.

Le format de l'article sans matériel est nouveau pour moi et je vous demanderai de donner votre avis dans le sondage.

Il s'agit d'un gadget incroyablement utile qui protégera votre maison des courts-circuits lors de la vérification de l'un des appareils testés. Il y a des moments où il est nécessaire de vérifier l'absence de court-circuit de l'appareil électrique, par exemple après une réparation. Et pour ne pas mettre en danger votre réseau, vous assurer et éviter des conséquences désagréables, ce dispositif très simple vous aidera.

Ça prendra

Prise de courant.
Interrupteur à clé, au-dessus de la tête.
Ampoule à incandescence 40 - 100 W avec cartouche.
Fil bipolaire en double isolation 1 mètre.
La fourche est pliable.
Vis autotaraudeuses.

Toutes les pièces seront attachées à un carré en bois en aggloméré ou autre matériau.

Il est préférable d'utiliser une douille de lampe murale, mais si vous n'en avez pas, nous fabriquons un support de sangle en étain fin.

Et jetez un carré de bois épais.

Il sera attaché comme ceci.

Assemblage d'une prise avec protection contre les courts-circuits

Schéma de l'ensemble de l'installation.

Comme vous pouvez le voir, tous les éléments sont connectés en série.
Tout d'abord, nous assemblons la fiche en y connectant le fil.

Comme la prise et l'interrupteur sont muraux, nous ferons des coupes pour le fil avec une lime ronde sur le côté. Cela peut être fait avec un couteau bien aiguisé.

Nous vissons le carré en bois à la base avec des vis autotaraudeuses. Ramassez-les de manière à ce qu'ils ne passent pas.

Nous vissons la cartouche avec la lampe avec un support au carré en bois.

Nous démontons la prise et l'interrupteur. Nous fixons avec des vis à la base.

Nous connectons les fils à la cartouche.

Pour une fiabilité totale, tous les fils sont soudés. C'est-à-dire: nous nettoyons, plions l'anneau, soudons avec un fer à souder avec de la soudure et du flux.

Nous fixons le fil d'alimentation avec des attaches en nylon.

Le circuit est assemblé, l'installation est prête à être testée.

Pour le test, insérez le chargeur d'un téléphone portable dans la prise. Nous appuyons sur l'interrupteur - la lampe ne brille pas. Il n'y a donc pas de court-circuit.

Ensuite on prend une charge plus puissante : une alimentation depuis un ordinateur. Allumer. La lampe à incandescence clignote au début puis s'éteint. C'est normal, car il y a de puissants condensateurs dans le bloc, qui s'infectent au début.

Nous imitons le court-circuit - nous insérons une pince à épiler dans la prise. Allumez, la lampe est allumée.

C'est un outil tellement merveilleux et indispensable.

Une telle installation convient non seulement aux appareils de faible puissance, mais également aux appareils puissants. Bien sûr, une machine à laver ou une cuisinière électrique ne fonctionnera pas, mais à la luminosité de la lueur, vous comprendrez qu'il n'y a pas de court-circuit.
Personnellement, j'ai utilisé un appareil similaire pendant presque toute ma vie, en vérifiant tous les nouveaux .