Tranzistoriaus trumpojo jungimo apsaugos grandinė. FET trumpojo jungimo apsauga
Pateikiamas bet kokio tipo maitinimo šaltinio apsaugos projektas. Ši apsaugos schema gali veikti kartu su bet kokiu maitinimo šaltiniu – maitinimo, perjungimo ir nuolatinės srovės baterijomis.
Scheminis tokio apsaugos bloko atjungimas yra gana paprastas ir susideda iš kelių komponentų.
Maitinimo dalis - galingas lauko tranzistorius - eksploatacijos metu neperkaista, todėl jai nereikia ir aušintuvo.
Schema taip pat yra apsauga nuo galios apvertimas, perkrova Ir KZ išėjime apsaugos veikimo srovę galima pasirinkti pasirinkus šunto rezistoriaus varžą, mano atveju srovė 8A, naudojami lygiagrečiai sujungti 6 rezistoriai 5 vatai 0,1 omo.
Šuntas taip pat gali būti pagaminti iš rezistorių, kurių galia 1-3 vatai.
Tiksliau, apsaugą galima reguliuoti pasirinkus derinimo rezistoriaus varžą.
Įvykus trumpajam jungimui ir įrenginio išėjimo perkrovai, apsauga veiks akimirksniu, išjungdama maitinimo šaltinį. LED indikatorius informuos apie apsaugos veikimą. Net jei išėjimo trumpasis jungimas trunka keletą dešimčių sekundžių, lauko tranzistorius išlieka šaltas.
Lauko tranzistorius nėra svarbus, tiks bet kokie klavišai, kurių srovė yra 15–20 amperų ir didesnė, o darbinė įtampa yra 20–60 voltų. Raktai iš asortimento puikiai tinka IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 ar galingesnis IRF3205, IRL3705, IRL2505 ir panašiai.
Ši grandinė puikiai tinka ir kaip automobilių akumuliatorių įkroviklio apsauga, jei staiga pakeitėte jungties poliškumą, tada įkrovikliui nieko blogo nenutiks, apsauga išgelbės įrenginį tokiose situacijose.
Dėl greito apsaugos veikimo ją galima sėkmingai panaudoti impulsinėms grandinėms, trumpojo jungimo atveju apsauga veiks greičiau, nei perdegs perjungiamojo maitinimo šaltinio maitinimo jungikliai. Schema taip pat tinka impulsiniams keitikliams, kaip srovės apsauga. Įvykus perkrovai ar trumpam jungimui antrinėje keitiklio grandinėje, keitiklio galios tranzistoriai išskrenda akimirksniu ir tokia apsauga neleis to įvykti.
Pagarbiai – AKA KASYAN
Pateikiamas bet kokio tipo maitinimo šaltinio apsaugos projektas. Ši apsaugos schema gali veikti kartu su bet kokiu maitinimo šaltiniu – maitinimo, perjungimo ir nuolatinės srovės baterijomis. Scheminis tokio apsaugos bloko atjungimas yra gana paprastas ir susideda iš kelių komponentų.
Maitinimo šaltinio apsaugos grandinė
Maitinimo dalis - galingas lauko tranzistorius - eksploatacijos metu neperkaista, todėl jai nereikia ir aušintuvo. Grandinė yra tuo pačiu apsauga nuo galios atsukimo, perkrovos ir trumpojo jungimo išėjime, apsaugos srovę galima pasirinkti pasirinkus šunto rezistoriaus varžą, mano atveju srovė 8 amperai, 6 rezistoriai 5 vatai 0,1 omo yra naudojami lygiagrečiai. Šuntas taip pat gali būti pagamintas iš rezistorių, kurių galia yra 1-3 vatai.
Tiksliau, apsaugą galima reguliuoti pasirinkus derinimo rezistoriaus varžą. Maitinimo šaltinio apsaugos grandinė, srovės ribojimo reguliatoriaus maitinimo šaltinio apsaugos grandinė, srovės ribojimo reguliatorius
~~~ Įvykus trumpajam jungimui ir įrenginio išėjimo perkrovai, apsauga veiks akimirksniu, išjungdama maitinimo šaltinį. LED indikatorius informuos apie apsaugos veikimą. Net jei išėjimo trumpasis jungimas trunka keletą dešimčių sekundžių, lauko tranzistorius išlieka šaltas
~~~ Lauko efekto tranzistorius nėra svarbus, tiks bet kokie klavišai, kurių srovė yra 15-20 amperų ir didesnė, o darbinė įtampa 20-60 voltų. Puikiai tiks raktai iš IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 linijos ar galingesnių - IRF3205, IRL3705, IRL2505 ir panašiai.
~~~ Ši grandinė puikiai tinka ir kaip automobilio akumuliatorių įkroviklio apsauga, jei staiga pakeitėte jungties poliškumą, tada įkrovikliui nieko blogo nenutiks, apsauga išgelbės įrenginį tokiose situacijose.
~~~ Dėl greito apsaugos veikimo ją galima sėkmingai panaudoti impulsinėms grandinėms, trumpojo jungimo atveju apsauga veiks greičiau, nei spės perdegti impulsinio maitinimo šaltinio maitinimo jungikliai. Schema taip pat tinka impulsiniams keitikliams, kaip srovės apsauga. Įvykus perkrovai ar trumpam jungimui antrinėje keitiklio grandinėje, keitiklio galios tranzistoriai išskrenda akimirksniu ir tokia apsauga neleis to įvykti.
Komentarai
Trumpojo jungimo apsauga, poliškumo pakeitimas ir perkrova surenkami ant atskiros plokštės. Galios tranzistorius buvo naudojamas IRFZ44 serijoje, tačiau jei pageidaujama, jį galima pakeisti galingesniu IRF3205 arba bet kokiu kitu panašius parametrus turinčiu maitinimo jungikliu. Galite naudoti IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 linijos klavišus ir kitus klavišus, kurių srovė didesnė nei 20 amperų. Veikimo metu lauko efekto tranzistorius lieka šaltas. todėl nereikia šilumos kriauklės.
Antrasis tranzistorius taip pat nėra kritinis, mano atveju buvo naudojamas MJE13003 serijos aukštos įtampos bipolinis tranzistorius, tačiau pasirinkimas didelis. Apsaugos srovė parenkama pagal šunto varžą - mano atveju lygiagrečiai 6 rezistoriai po 0,1 Ohm, apsauga suveikia esant 6-7 Amperų apkrovai. Tiksliau, galite reguliuoti sukant kintamąjį rezistorių, todėl aš nustatiau išjungimo srovę 5 amperų srityje.
Maitinimo šaltinio galia yra gana padori, išėjimo srovė siekia 6-7 amperus, kurių visiškai pakanka įkrauti automobilio akumuliatorių.
Pasirinkau šuntinius rezistorius, kurių galia 5 vatai, bet gali būti ir 2-3 vatai.
Jei viskas padaryta teisingai, įrenginys pradeda veikti iš karto, uždarykite išėjimą, turėtų užsidegti apsauginis šviesos diodas, kuris švies tol, kol išėjimo laidai bus trumpojo jungimo režimu.
Jei viskas veikia taip, kaip turėtų, tęskite toliau. Surenkame indikatorių schemą.
Grandinė traukiama iš akumuliatoriaus atsuktuvo įkroviklio. Raudonas indikatorius rodo, kad PSU išėjime yra išėjimo įtampa, o žalias indikatorius rodo įkrovimo procesą. Su tokiu komponentų išdėstymu žalias indikatorius palaipsniui užges ir galiausiai užges, kai akumuliatoriaus įtampa bus 12,2–12,4 volto, atjungus akumuliatorių, indikatorius neužsidega. 
Ši grandinė yra paprastas tranzistoriaus maitinimo šaltinis su apsauga nuo trumpojo jungimo (trumpojo jungimo). Jo schema parodyta paveikslėlyje.
Pagrindiniai parametrai:
- Išėjimo įtampa - 0..12V;
- Didžiausia išėjimo srovė yra 400 mA.
Schema veikia taip. 220V tinklo įėjimo įtampa transformatoriumi paverčiama į 16-17V, tada ištaisoma diodais VD1-VD4. Ištaisytas įtampos pulsavimas filtruojamas kondensatoriumi C1. Be to, ištaisyta įtampa tiekiama į VD6 zenerio diodą, kuris stabilizuoja įtampą jo gnybtuose iki 12 V. Likusi įtampa užgesinama ant rezistoriaus R2. Toliau įtampa reguliuojama kintamu rezistoriumi R3 iki reikiamo lygio 0-12V ribose. Po to yra tranzistorių VT2 ir VT3 srovės stiprintuvas, kuris sustiprina srovę iki 400 mA. Srovės stiprintuvo apkrova yra rezistorius R5. Kondensatorius C2 papildomai filtruoja išėjimo įtampos pulsaciją.
Gynyba veikia taip. Jei išėjime nėra trumpojo jungimo, įtampa VT1 gnybtuose yra artima nuliui, o tranzistorius uždarytas. R1-VD5 grandinė suteikia pagrindo poslinkį 0,4–0,7 V lygiu (įtampos kritimas per atvirą diodo p-n sandūrą). Šio poslinkio pakanka, kad atidarytų tranzistorių esant tam tikram kolektoriaus-emiterio įtampos lygiui. Kai tik išėjime įvyksta trumpasis jungimas, kolektoriaus-emiterio įtampa skiriasi nuo nulio ir lygi bloko išėjimo įtampai. Atsidaro tranzistorius VT1, o jo kolektoriaus jungties varža tampa artima nuliui, taigi ir zenerio diodui. Taigi į srovės stiprintuvą tiekiama nulinė įėjimo įtampa, per tranzistorius VT2, VT3 tekės labai maža srovė ir jie nesuges. Pašalinus trumpąjį jungimą, apsauga iš karto išjungiama.
Detalės
Transformatorius gali būti bet koks, kurio šerdies skerspjūvio plotas yra 4 cm 2 ar daugiau. Pirminėje apvijoje yra 2200 apsisukimų vielos PEV-0,18, antrinėje - 150-170 apsisukimų vielos PEV-0,45. Taip pat tinka jau paruoštas vertikalaus skenavimo transformatorius iš senų TVK110L2 serijos ar panašių vamzdinių televizorių. Diodai VD1-VD4 gali būti D302-D305, D229Zh-D229L arba bet kokie, kurių srovė ne mažesnė kaip 1 A ir atbulinė įtampa ne mažesnė nei 55 V. Tranzistoriai VT1, VT2 gali būti bet kokie žemo dažnio mažos galios, pvz. , MP39-MP42. Galima naudoti ir modernesnius silicio tranzistorius, pavyzdžiui, KT361, KT203, KT209, KT503, KT3107 ir kt. Kaip VT3 - germanis P213-P215 arba modernesnis silicio galingas žemo dažnio KT814, KT816, KT818 ir kt. Keičiant VT1, gali pasirodyti, kad trumpojo jungimo apsauga neveikia. Tada dar vieną diodą (arba du, jei reikia) reikia prijungti nuosekliai su VD5. Jei VT1 yra silicis, tada geriau naudoti silicio diodus, pavyzdžiui, KD209 (A-B).
Apibendrinant verta paminėti, kad vietoj p-n-p grandinėje nurodytų tranzistorių taip pat galima naudoti panašius parametrais n-p-n tranzistorius (ne vietoj bet kurio VT1-VT3, o vietoj visų). Tada turėsite pakeisti diodų, zenerio diodo, kondensatorių, diodų tiltelio poliškumą. Atitinkamai išėjime įtampos poliškumas skirsis.
Radijo elementų sąrašas
| Paskyrimas | Tipas | Denominacija | Kiekis | Pastaba | Parduotuvė | Mano užrašų knygelė |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1, VT2 | bipolinis tranzistorius | MP42B | 2 | MP39-MP42, KT361, KT203, KT209, KT503, KT3107 | Į užrašų knygelę | |
| VT3 | bipolinis tranzistorius | P213B | 1 | P213-P215, KT814, KT816, KT818 | Į užrašų knygelę | |
| VD1-VD4 | Diodas | D242B | 4 | D302-D305, D229J-D229L | Į užrašų knygelę | |
| VD5 | Diodas | KD226B | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| VD6 | zenerio diodas | D814D | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| C1 | 2000uF, 25V | 1 | Į užrašų knygelę | |||
| C2 | elektrolitinis kondensatorius | 500 uF. 25 V | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| R1 | Rezistorius | 10 kOhm | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| R2 | Rezistorius | 360 omų | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| R3 | Kintamasis rezistorius | 4,7 kOhm | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| R4, R5 | Rezistorius |
Šiandien mano straipsnis bus išskirtinai teorinio pobūdžio, tiksliau, jame nebus techninės įrangos, kaip ankstesniuose straipsniuose, tačiau nenusiminkite – jis netapo mažiau naudingas. Faktas yra tas, kad elektroninių komponentų apsaugos problema tiesiogiai veikia įrenginių patikimumą, jų išteklius, taigi ir jūsų svarbų konkurencinį pranašumą - Galimybė prekei suteikti ilgalaikę garantiją. Apsaugos įgyvendinimas susijęs ne tik su mano mėgstama galios elektronika, bet ir iš esmės bet kokiu įrenginiu, todėl net jei kuriate daiktų internetą ir turite kuklią 100 mA, vis tiek turite suprasti, kaip užtikrinti, kad jūsų įrenginys veiktų be problemų.
Apsauga nuo srovės arba trumpojo jungimo apsauga (SC) yra turbūt labiausiai paplitusi apsaugos rūšis, nes nepaisymas šiuo klausimu sukelia pražūtingas pasekmes tiesiogine prasme. Pavyzdžiui, siūlau pažvelgti į įtampos reguliatorių, kuris tapo liūdnas dėl trumpojo jungimo:
Diagnozė čia paprasta - stabilizatoriuje įvyko klaida ir grandinėje pradėjo tekėti itin didelės srovės, galutinai apsauga turėjo išjungti įrenginį, bet kažkas ne taip. Perskaičius straipsnį, man atrodo, kad jūs pats galite atspėti, kokia gali būti problema.
Kalbant apie patį krūvį... Jei turite degtukų dėžutės dydžio elektroninį prietaisą, tokių srovių nėra, tai negalvokite, kad negalite liūdėti kaip stabilizatorius. Ar tikrai nenorite sudeginti mikroschemų paketų už 10–1000 USD? Jei taip, kviečiu susipažinti su trumpojo jungimo principais ir metodais!
Straipsnio tikslas
Savo straipsnyje daugiausia dėmesio skiriu žmonėms, kuriems elektronika yra hobis, ir pradedantiesiems kūrėjams, todėl viskas bus pasakyta „ant pirštų“, kad būtų prasmingesnis supratimas apie tai, kas vyksta. Tiems, kurie nori būti akademiški - einame ir skaitome bet kokius universitetinius elektrotechnikos vadovėlius + Horowitzo "klasiką", Hill "The Art of Circuitry".Atskirai noriu pasakyti, kad visi sprendimai bus pagrįsti aparatine įranga, tai yra be mikrovaldiklių ir kitų iškrypimų. Pastaraisiais metais gana madinga programuoti ten, kur reikia, o kur nereikia. Dažnai stebiu srovės „apsaugą“, kuri įgyvendinama banaliai matuojant ADC įtampą kokiu nors arduino ar mikrovaldikliu, o tada įrenginiai vis tiek sugenda. Primygtinai patariu nedaryti to paties! Pakalbėsiu apie šią problemą išsamiau.
Šiek tiek apie trumpojo jungimo sroves
Norėdami pradėti sugalvoti apsaugos būdus, pirmiausia turite suprasti, su kuo mes kovojame. Kas yra „trumpasis jungimas“? Čia mums padės mėgstamiausias Ohmo įstatymas, apsvarstykite idealų atvejį:
Tiesiog? Tiesą sakant, ši grandinė yra lygiavertė beveik bet kurio elektroninio prietaiso grandinė, tai yra, yra energijos šaltinis, kuris ją suteikia apkrovai, o ji įkaista ir daro arba nedaro ką nors kita.
Sutinkame, kad šaltinio galia leidžia įtampai būti pastoviam, ty „nesusileisti“ esant bet kokiai apkrovai. Įprasto veikimo metu grandinėje veikianti srovė bus lygi:
Dabar įsivaizduokite, kad dėdė Vasya numetė veržliaraktį ant laidų, vedančių į lemputę, ir mūsų apkrova sumažėjo 100 kartų, tai yra, vietoj R ji tapo 0,01 * R, o paprastų skaičiavimų pagalba gauname 100 kartų didesnę srovę. Jei lemputė sunaudojo 5A, tai dabar srovė nuo apkrovos bus paimta iš maždaug 500 A, o to visiškai pakanka, kad ištirptų dėdės Vasios raktas. Dabar nedidelė išvada...
Trumpas sujungimas- reikšmingas apkrovos pasipriešinimo sumažėjimas, dėl kurio žymiai padidėja srovės stiprumas grandinėje.
Reikia suprasti, kad trumpojo jungimo srovės dažniausiai yra šimtus ir tūkstančius kartų didesnės už vardinę srovę, ir pakanka net trumpo laiko, kad įrenginys sugestų. Čia, be abejo, daugelis prisimins apie elektromechaninius apsaugos įrenginius („automatinius įrenginius“ ir kitus), tačiau čia viskas labai proziška ... Paprastai buitinis lizdas yra apsaugotas automatiniu įrenginiu, kurio vardinė srovė yra 16A, tai yra , išjungimas įvyks esant 6-7 kartus didesnei srovei, kuri jau yra apie 100A. Nešiojamojo kompiuterio maitinimo šaltinio galia yra apie 100 W, tai yra, srovė yra mažesnė nei 1A. Net jei įvyktų trumpasis jungimas, mašina ilgą laiką to nepastebės ir apkrovą išjungs tik tada, kai viskas jau išdegs. Tai labiau priešgaisrinė nei technologinė apsauga.
Dabar pažvelkime į kitą dažnai pasitaikantį atvejį - per srovę. Parodysiu tai nuolatinės srovės / nuolatinės srovės keitiklio su sinchronine buck topologija pavyzdžiu, visi MPPT valdikliai, daug LED tvarkyklių ir galingi DC / DC keitikliai plokštėse yra pastatyti būtent ant jo. Mes žiūrime į keitiklio grandinę:
Diagramoje parodytos dvi viršsrovių galimybės: žalias kelias„klasikiniam“ trumpajam jungimui, kai sumažėjo atsparumas apkrovai (pavyzdžiui, po litavimo tarp kelių „snaigė“) ir oranžinis kelias. Kada srovė gali tekėti oranžiniu keliu? Manau, kad daugelis žino, kad lauko tranzistoriaus atvirojo kanalo varža yra labai maža, šiuolaikiniams žemos įtampos tranzistoriams ji yra 1-10 mOhm. Dabar įsivaizduokite, kad PWM su aukštu lygiu pateko į klavišus tuo pačiu metu, tai yra, abu klavišai buvo atidaryti, šaltiniui „VCCIN - GND“, tai prilygsta maždaug 2–20 mOhm varžos apkrovos prijungimui. ! Taikykime puikų ir galingą Ohmo dėsnį ir gaukime net su 5 V maitinimo šaltiniu, srovės vertė yra didesnė nei 250 A! Tačiau nesijaudinkite, srovės nebus tiek daug – PCB komponentai ir laidininkai greičiau perdegs ir nutrauks grandinę.
Ši klaida labai dažnai pasitaiko maitinimo sistemoje ir ypač galios elektronikoje. Tai gali atsirasti dėl įvairių priežasčių, pavyzdžiui, dėl valdymo klaidos arba ilgų pereinamųjų procesų. Pastaruoju atveju net „negyvas laikas“ (deadtime) jūsų keitiklyje neišgelbės.
Manau, kad problema yra aiški ir daugelis iš jūsų žinote, dabar aišku, su kuo reikia kovoti ir belieka išsiaiškinti KAIP. Tai bus kita istorija.
Srovės apsaugos veikimo principas
Čia reikia taikyti įprastą logiką ir pamatyti priežastinį ryšį:1) Pagrindinė problema yra didelė srovės vertė grandinėje;
2) Kaip suprasti, kokia srovės vertė? -> Išmatuokite;
3) Išmatavome ir gavome reikšmę -> Palyginkite ją su duota leistina reikšme;
4) Jei vertė viršijama -> Atjunkite apkrovą nuo srovės šaltinio.
Išmatuokite srovę -> Išsiaiškinkite, ar neviršijo leistinos srovės -> Atjunkite apkrovąTaip pastatyta absoliučiai bet kokia apsauga, ne tik srovės. Priklausomai nuo fizinio dydžio, ant kurio pastatyta apsauga, įgyvendinant iškils įvairių techninių problemų ir jų sprendimo būdų, tačiau esmė nesikeičia.
Dabar siūlau tvarkingai pereiti visą pastato apsaugos grandinę ir išspręsti visas iškilusias technines problemas. Gera apsauga – tai apsauga, kuri buvo numatyta iš anksto ir ji veikia. Taigi neapsieisime be modeliavimo, naudosiu populiarią ir nemokamą MultiSIM mėlyna, kurią aktyviai reklamuoja Mouser. Galite atsisiųsti ten - nuoroda. Taip pat iš anksto pasakysiu, kad šiame straipsnyje nesigilinsiu į schemų sudėtingumą ir šiame etape neužpildysiu jūsų galvos nereikalingais dalykais, tiesiog žinokite, kad tikroje aparatinėje įrangoje viskas bus šiek tiek sudėtingiau.
Srovės matavimas
Tai pirmasis mūsų grandinės taškas ir turbūt lengviausiai suprantamas. Yra keletas būdų, kaip išmatuoti srovę grandinėje, ir kiekvienas turi savo privalumų ir trūkumų, kurį konkrečiai naudoti savo užduotyje, priklauso nuo jūsų. Remdamasis savo patirtimi, papasakosiu apie šiuos privalumus ir trūkumus. Kai kurie iš jų yra „visuotinai priimtini“, o kai kurie iš jų yra mano pasaulėžiūra, atkreipkite dėmesį, kad aš net nesistengiu apsimesti kažkokia tiesa.1) srovės šuntas. Pamatų pagrindas, viskas „veikia“ pagal tą patį puikų ir galingą Ohmo dėsnį. Lengviausias, pigiausias, greičiausias ir apskritai geriausias būdas, tačiau turintis daug trūkumų:
A) Galvaninės izoliacijos trūkumas. Jį turėsite įdiegti atskirai, pavyzdžiui, naudodami didelės spartos optroną. Tai nesunku įgyvendinti, tačiau reikia papildomos vietos plokštėje, atsietos nuolatinės srovės / nuolatinės srovės ir kitų komponentų, kurie kainuoja pinigus ir padidina bendrus matmenis. Nors galvaninė izoliacija, žinoma, ne visada reikalinga.
B) Spartina visuotinį atšilimą esant didelėms srovėms. Kaip jau rašiau anksčiau, visa tai „veikia“ pagal Ohmo dėsnį, o tai reiškia, kad jis įkaista ir įkaitina atmosferą. Dėl to sumažėja efektyvumas ir reikia vėsinti šuntą. Yra būdas sumažinti šį trūkumą – sumažinti šunto pasipriešinimą. Deja, jo negalima be galo sumažinti ir apskritai Nerekomenduočiau jo sumažinti mažiau nei 1 mΩ, jei dar turi mažai patirties, nes reikia kovoti su trukdžiais ir didėja reikalavimai PCB projektavimo stadijai.
Savo įrenginiuose mėgstu naudoti šiuos šuntus PA2512FKF7W0R002E:
Srovės matavimas atliekamas matuojant įtampos kritimą per šuntą, pavyzdžiui, kai teka 30 A srovė, šuntas nukris:
Tai yra, kai ant šunto gausime 60 mV kritimą, tai reikš, kad pasiekėme ribą, o jei kritimas dar padidės, mūsų įrenginį ar apkrovą reikės išjungti. Dabar paskaičiuokime, kiek šilumos išsiskirs mūsų šuntas:
Ne daug, tiesa? Į šį momentą reikia atsižvelgti, nes. mano šunto maksimali galia yra 2 W ir jos viršyti negalima, taip pat neverta šuntų lituoti lydmetaliu - galima išlituoti, tai mačiau.
- Naudokite šuntus, kai turite aukštą įtampą ir nėra labai didelės srovės.
- Stebėkite ant šunto susidarančios šilumos kiekį
- Naudokite šuntus ten, kur jums reikia didžiausio našumo
- Šuntus naudokite tik iš specialių medžiagų: konstantano, manganino ir panašių
A) pigu, pavyzdžiui, ACS712 ir panašiai. Iš pliusų galiu pastebėti naudojimo paprastumą ir galvaninės izoliacijos buvimą, tuo pliusai ir baigiasi. Pagrindinis trūkumas yra itin nestabilus elgesys veikiant RF trukdžiams. Bet kokia nuolatinė / nuolatinė srovė arba galinga reaktyvioji apkrova yra trukdžiai, tai yra, 90% atvejų šie jutikliai yra nenaudingi, nes jie „išprotėja“ ir rodo Marso orą. Bet kodėl jie tai daro?
Ar jie galvaniškai izoliuoti ir gali matuoti dideles sroves? Taip. Nemėgstate trukdžių? Taip pat taip. Kur juos dėti? Teisingai, į mažos atsakomybės stebėjimo sistemą ir matuojant akumuliatorių suvartojamą srovę. Turiu juos inverteriuose, skirtuose saulės elektrinėms ir vėjo jėgainėms, kad būtų galima kokybiškai įvertinti srovės suvartojimą iš akumuliatoriaus, kas leidžia prailginti baterijų gyvavimo ciklą. Šie jutikliai atrodo taip: 
B) Brangus. Jie turi visus pigumo privalumus, bet neturi savo trūkumų. Tokio LEM LTS 15-NP jutiklio pavyzdys: 
Kuo mes baigiame:
1) Didelis našumas;
2) Galvaninė izoliacija;
3) Naudojimo paprastumas;
4) Didelės išmatuotos srovės nepriklausomai nuo įtampos;
5) Didelis matavimo tikslumas;
6) Net „piktieji“ EMR netrukdo dirbti ir netrukdo; įtakos tikslumui.
Bet kas tada yra minusas? Tie, kurie atidarė aukščiau esančią nuorodą, aiškiai tai matė – tokia kaina. 18 USD Carl! Ir net už 1000+ vienetų seriją kaina nenukris žemiau 10$, o realus pirkinys bus 12-13$. Negalite to įdėti į BP už porą dolerių, bet kaip norite ... Apibendrinti:
A) Tai iš esmės geriausias sprendimas srovei matuoti, bet brangus;
b) Naudokite šiuos jutiklius atšiaurioje aplinkoje;
c) Naudokite šiuos jutiklius kritiniuose mazguose;
d) Naudokite juos, jei jūsų įrenginys kainuoja daug pinigų, pavyzdžiui, 5-10 kW UPS, kur jis tikrai pasiteisins, nes įrenginio kaina sieks kelis tūkstančius dolerių.
3) Srovės transformatorius. Standartinis sprendimas daugelyje įrenginių. Minus du - jie neveikia nuolatine srove ir turi netiesines charakteristikas. Pliusai – pigu, patikima ir galima išmatuoti tiesiog milžiniškas sroves. Būtent ant srovės transformatorių įmonėse RU-0,4, 6, 10, 35 kV įrengiamos automatikos ir apsaugos sistemos, o ten tūkstančiai amperų yra gana normalus reiškinys.
Tiesą sakant, stengiuosi jų nenaudoti, nes nemėgstu, bet vis tiek montuoju į įvairias valdymo spinteles ir kitas sistemas ant kintamosios srovės, nes. jie kainuoja porą USD ir suteikia galvaninę izoliaciją, o ne 15-20 USD kaip LEM ir puikiai atlieka savo užduotį 50 Hz tinkle. Paprastai jie atrodo taip, bet juos taip pat galima rasti bet kuriame EFD šerdyje:
Galbūt galite baigti naudodami srovės matavimo metodus. Kalbėjau apie pagrindinius, bet, žinoma, ne apie visus. Norėdami praplėsti savo akiratį ir žinias, patariu papildomai bent jau paieškoti google ir pažiūrėti įvairius daviklius tame pačiame digikey.
Išmatuoto įtampos kritimo stiprinimas
Tolesnė apsaugos sistemos konstrukcija bus pagrįsta šuntu kaip srovės jutikliu. Sukurkime sistemą su anksčiau skelbta 30A srovės verte. Ant šunto gauname 60 mV kritimą ir čia iškyla 2 techninės problemos:A) Nepatogu matuoti ir lyginti 60 mV amplitudės signalą. ADC matavimo diapazonas paprastai yra 3,3 V, tai yra, kai bitų gylis yra 12 bitų, gauname kvantavimo žingsnį:
Tai reiškia, kad diapazone 0-60mV, kuris atitinka 0-30A, gausime nedidelį žingsnių skaičių:
Gauname, kad matavimo bitų gylis bus tik:
Reikėtų suprasti, kad tai idealizuota figūra ir iš tikrųjų jie bus daug kartų blogesni, nes. Pačiame ADC yra klaida, ypač apie nulį. Žinoma, ADC apsaugai nenaudosime, bet teks iš to paties šunto matuoti srovę, kad sukurtume valdymo sistemą. Čia užduotis buvo aiškiai paaiškinti, bet tai pasakytina ir apie lyginamuosius įrenginius, kurie žemės potencialo srityje (dažniausiai 0 V) veikia labai nestabiliai, netgi bėgis-bėgis.
B) Jei norime per plokštę vilkti 60 mV amplitudės signalą, tai po 5-10 cm iš jo nieko neliks dėl trukdžių, o trumpojo jungimo metu tikrai nereikės. pasikliauti juo, nes EMP toliau didės. Žinoma, galite pakabinti apsaugos grandinę tiesiai ant šunto kojelės, tačiau pirmosios problemos neatsikratysime.
Norėdami išspręsti šias problemas, mums reikia operacinio stiprintuvo (operacinio stiprintuvo). Nekalbėsiu apie tai, kaip tai veikia - tema puikiai google, bet kalbėsime apie kritinius parametrus ir operatyvinio stiprintuvo pasirinkimą. Pirma, apibrėžkime schemą. Sakiau, kad ypatingų malonių nebus, todėl uždengiame op-amp su neigiamu grįžtamuoju ryšiu (NFB) ir gauname stiprintuvą su žinomais stiprinimo koeficientais. Imuliuosiu šį veiksmą MultiSIM (nuotrauką galima spustelėti):
Galite atsisiųsti failą simuliacijai namuose - .
Įtampos šaltinis V2 atlieka mūsų šunto vaidmenį, tiksliau, jis imituoja įtampos kritimą jame. Aiškumo dėlei aš pasirinkau 100 mV kritimo vertę, dabar turime sustiprinti signalą, kad jis būtų perkeltas į patogesnę įtampą, paprastai tarp 1/2 ir 2/3 V ref . Tai leis jums gauti daug kvantavimo žingsnių srovės diapazone + palikti matavimų maržą, kad būtų galima įvertinti, kaip viskas blogai, ir apskaičiuoti esamą kilimo laiką, tai svarbu sudėtingose reaktyviosios apkrovos valdymo sistemose. Šiuo atveju pelnas yra lygus:
Taigi, mes galime sustiprinti savo signalą iki reikiamo lygio. Dabar pažiūrėkime, į kokius parametrus turėtumėte atkreipti dėmesį:
- Operatyvinis stiprintuvas turi būti sujungtas su bėgiu, kad tinkamai valdytų signalus, esančius netoli žemės potencialo (GND).
- Verta rinktis operatyvinį stiprintuvą su dideliu apsisukimų dažniu. Mano mėgstamiausio OPA376 šis nustatymas nustatytas į 2 V/µs, todėl galima pasiekti maksimalią 3,3 V VCC operatyvinio stiprintuvo išvestį vos per 2 µs. Tokio greičio pakanka išsaugoti bet kokį keitiklį ar apkrovą, kurios dažniai yra iki 200 kHz. Šiuos parametrus reikia suprasti ir įjungti renkantis operatyvinį stiprintuvą, kitaip yra galimybė įdėti stiprintuvą už 10 USD, kur pakaktų stiprintuvo už 1 USD
- Operatyvinio stiprintuvo pasirinktas dažnių juostos plotis turi būti bent 10 kartų didesnis už didžiausią apkrovos perjungimo dažnį. Vėlgi, ieškokite „aukso vidurio“ santykyje „kaina / eksploatacinės charakteristikos“, viskas gerai su saiku
Apsaugos sistemai suteikiamas tikroviškumo
Dabar į simuliatorių pridėkime šuntą, apkrovą, maitinimo šaltinį ir kitus atributus, kurie priartins mūsų modelį prie realybės. Rezultatas yra toks (paspaudžiamas vaizdas):
Galite atsisiųsti „MultiSIM“ modeliavimo failą.
Čia jau matome mūsų šuntą R1 su ta pačia 2 mOhm varža, aš pasirinkau 310 V maitinimo šaltinį (rektifikuotas tinklas), o jo apkrova yra 10,2 omų rezistorius, kuris vėlgi pagal Ohmo dėsnį suteikia mums srovę:
Ant šunto, kaip matote, krenta anksčiau apskaičiuota 60 mV įtampa, o mes juos sustipriname stiprinant:
Išėjime gauname sustiprintą signalą, kurio amplitudė yra 3,1 V. Sutikite, jį jau galima pritaikyti ir ADC, ir lyginamajam ir vilkti per plokštę 20-40 mm be jokių baimių ir stabilumo pablogėjimo. Mes ir toliau dirbsime su šiuo signalu.
Signalų palyginimas su komparatoriumi
Palyginimo priemonė- tai grandinė, kuri priima 2 signalus įėjime ir jei signalo amplitudė tiesioginiame įėjime (+) yra didesnė nei atvirkštinėje (-), tada išvestyje pasirodo žurnalas. 1 (VCC). Kitu atveju užsiregistruokite. 0 (GND).
Formaliai bet koks operacinės sistemos stiprintuvas gali būti įjungtas kaip lyginamoji priemonė, tačiau toks sprendimas pagal veikimo charakteristikas bus prastesnis už palyginamąjį pagal greitį ir „kainos / rezultato“ santykį. Mūsų atveju, kuo didesnis greitis, tuo didesnė tikimybė, kad apsauga turės laiko susitvarkyti ir išsaugoti įrenginį. Man patinka naudoti lyginamąjį, vėlgi iš Texas Instruments - LMV7271. Į ką turėtumėte atkreipti dėmesį:
- Atsakymo delsa iš tikrųjų yra pagrindinis veikimo ribotuvas. Pirmiau minėtam lyginamajam šis laikas yra apie 880 ns, o tai yra pakankamai greita ir daugeliu problemų yra šiek tiek perteklinė, kai kaina yra 2 USD, todėl galite pasirinkti optimalesnį lyginamąjį įrenginį.
- Vėlgi – patariu naudoti lygintuvą bėgelis-bėgis, antraip išėjimas bus ne 5V, o mažesnis. Simuliatorius padės tai įsitikinti, pasirinkti kažką ne nuo bėgio iki bėgio ir eksperimentuoti. Signalas iš komparatoriaus paprastai tiekiamas į vairuotojo aliarmo įvestį (SD) ir būtų gerai, kad ten būtų stabilus TTL signalas
- Pasirinkite lyginamąjį aparatą su stumiamąja išvestimi, o ne atviru nutekėjimu ir kt. Tai patogu ir mes numatėme išvesties našumo charakteristikas
Galite atsisiųsti failą modeliavimui MultiSIM - .
Ko mums reikia... Tai būtina viršijus srovę daugiau nei 30A, kad komparatoriaus išvestyje būtų žurnalas. 0 (GND), šis signalas bus nukreiptas į tvarkyklės SD arba EN įvestį ir jį išjungs. Įprastoje būsenoje išvestis turėtų būti žurnalas. 1 (5V TTL) ir įjungti maitinimo klavišo tvarkyklę (pavyzdžiui, „liaudies“ IR2110 ir mažiau senovinius).
Grįžkime prie mūsų logikos:
1) Išmatavome srovę ant šunto ir gavome 56,4 mV;
2) Mes sustiprinome savo signalą 50,78 koeficientu ir išėjime gavome 2,88 V op-amp;
3) Tiesioginiam komparatoriaus įėjimui taikome atskaitos signalą, su kuriuo lyginsime. Mes nustatome jį naudodami skirstytuvą ant R2 ir nustatome į 3,1 V - tai atitinka maždaug 30 A srovę. Šis rezistorius reguliuoja apsaugos slenkstį!
4) Dabar mes taikome signalą iš operacinės stiprintuvo išvesties į atvirkštinį ir palyginame du signalus: 3,1 V> 2,88 V. Tiesioginiame įėjime (+) įtampa yra didesnė nei atvirkštiniame įėjime (-), vadinasi, srovė neviršija, o išėjimas loginis. 1 - tvarkyklės veikia, bet mūsų LED1 neveikia.
Dabar padidiname srovę iki vertės > 30A (pasukite R8 ir sumažinkite varžą) ir pažiūrėkime į rezultatą (paspaudžiamas paveikslėlis):
Pažvelkime į mūsų „logikos“ taškus:
1) Išmatavome srovę ant šunto ir gavome 68,9 mV;
2) Mes sustiprinome savo signalą 50,78 koeficientu ir išvestyje gavome 3,4 V op-amp;
4) Dabar mes taikome signalą iš operacinės stiprintuvo išvesties į atvirkštinį ir palyginame du signalus: 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.
Kodėl aparatinė įranga?
Atsakymas į šį klausimą yra paprastas - bet koks programuojamas sprendimas MK, turintis išorinį ADC ir pan., gali tiesiog „užšalti“ ir net jei esate gana kompetentingas minkštas rašytojas ir įjungiate sarginio laikmatį bei kitas apsaugas nuo užšalimo, jūsų įrenginys sudegs, kol jis bus apdorojamas.Aparatinės įrangos apsauga leidžia įdiegti sistemą per kelias mikrosekundes, o jei leidžia biudžetas, tada per 100–200 ns, ko paprastai pakanka bet kokiai užduočiai atlikti. Taip pat aparatinės įrangos apsauga negalės „užšalti“ ir išsaugos įrenginio, net jei dėl kokių nors priežasčių „užšals“ jūsų valdymo mikrovaldiklis ar DSP. Apsauga išjungs tvarkyklę, jūsų valdymo grandinė tyliai paleis iš naujo, patikrins aparatinę įrangą ir arba duos klaidą, pavyzdžiui, „Modbus“, arba pradės, jei viskas gerai.
Čia verta paminėti, kad specializuotuose valdikliuose, skirtuose statyti galios keitiklius, yra specialūs įėjimai, leidžiantys išjungti PWM signalo generavimą aparatinėje įrangoje. Pavyzdžiui, visų mėgstamas STM32 turi BKIN įvestį.
Taip pat turėtume daugiau pasakyti apie tokį dalyką kaip CPLD. Tiesą sakant, tai yra didelės spartos logikos rinkinys ir patikimumo požiūriu jis panašus į aparatinės įrangos sprendimą. Visai protinga būtų įdėti nedidelį CPLD į plokštę ir joje įdiegti aparatinės įrangos apsaugas, deadtime ir kitus malonumus, jei kalbame apie dc / dc ar kokias valdymo spinteles. CPLD leidžia tokį sprendimą padaryti labai lanksčiu ir patogiu.
Epilogas
Tai turbūt ir viskas. Tikiuosi, kad jums patiko skaityti šį straipsnį ir jis suteiks jums naujų žinių arba atnaujins senąsias. Visada stenkitės iš anksto apgalvoti, kurie moduliai jūsų įrenginyje turėtų būti įdiegti aparatinėje, o kurie programinėje įrangoje. Dažnai aparatinės įrangos diegimas yra daug paprastesnis nei programinės įrangos diegimas, todėl sutaupoma laiko kūrimui ir, atitinkamai, jo sąnaudoms.Straipsnio formatas be techninės įrangos man yra naujas ir paprašysiu savo nuomonę išsakyti apklausoje.
Tai nepaprastai naudinga programėlė, kuri apsaugos jūsų namus nuo trumpųjų jungimų tikrinant bet kurį iš bandomų įrenginių. Kartais, pavyzdžiui, po remonto, reikia patikrinti, ar elektros prietaise nėra trumpojo jungimo. O kad nesukeltumėte pavojaus savo tinklui, apsidraustumėte ir išvengtumėte nemalonių pasekmių, jums padės šis labai paprastas įrenginys.
Tai užims
- Kištukinis lizdas.
- Raktinis jungiklis, virš galvos.
- Kaitrinė lemputė 40 - 100 W su kasete.
- Dviejų gyslų laidas dviguba izoliacija 1 metras.
- Šakutė sulankstoma.
- Savisriegiai varžtai.
Visos dalys bus pritvirtintos prie medinio kvadrato, pagaminto iš medžio drožlių plokštės ar kitos medžiagos.
Geriau naudoti sieninį lempos lizdą, o jei jo neturite, gaminame iš plonos skardos.
Ir išmesk storos medienos kvadratą.
Jis bus pritvirtintas taip.
Kištukinio lizdo su trumpojo jungimo apsauga surinkimas
Viso įrengimo schema.
Kaip matote, visi elementai yra sujungti nuosekliai.
Visų pirma, mes surenkame kištuką, prijungdami prie jo laidą.
Kadangi kištukinis lizdas ir jungiklis montuojami sienoje, tai laido pjūvius padarysime su apvalia dilde šone. Tai galima padaryti aštriu peiliu.
Medinį kvadratą prie pagrindo prisukame savisriegiais. Paimkite taip, kad jie nepraeitų.
Kasetę su lempute su kronšteinu prisukame prie medinio kvadrato.
Išardome lizdą ir jungiklį. Pritvirtiname varžtais prie pagrindo.
Mes prijungiame laidus prie kasetės.
Siekiant visiško patikimumo, visi laidai yra lituojami. Tai yra: mes valome, sulenkiame žiedą, lituojame lituokliu su lituokliu ir srautu.
Maitinimo laidą tvirtiname nailoniniais raiščiais.
Grandinė surinkta, instaliacija paruošta testavimui.
Norėdami išbandyti, įkiškite įkroviklį iš mobiliojo telefono į lizdą. Paspaudžiame jungiklį – lemputė nešviečia. Taigi nėra trumpojo jungimo.
Tada paimame galingesnę apkrovą: maitinimo šaltinį iš kompiuterio. Įjungti. Kaitrinė lemputė pradžioje mirksi, o paskui užgęsta. Tai normalu, nes bloke yra galingų kondensatorių, kurie pradžioje užsikrečia.
Imituojame trumpąjį jungimą – į kištukinį lizdą įkišame pincetą. Įjunkite, lemputė dega.
Tai tokia nuostabi ir labai reikalinga priemonė.
Tokia instaliacija tinka ne tik mažos galios, bet ir galingiems įrenginiams. Žinoma, skalbimo mašina ar elektrinė viryklė netiks, bet pagal švytėjimo ryškumą galite suprasti, kad nėra trumpojo jungimo.
Asmeniškai aš beveik visą gyvenimą naudoju panašų įrenginį, tikrindamas visus naujai surinktus .
