Aşırı akım koruma fonksiyonu, güç kaynağı ve motor kontrolünde yaygın olarak kullanılır
Aşırı akım koruma fonksiyonu, akım örneklemesi gerektiren güç kaynağı ve motor kontrolünde yaygın olarak kullanılır.
Aynı zamanda, koruma için akımı tespit etmek için tek çipli bir mikrobilgisayar kullanılırsa, çok fazla CPU zamanı tüketecektir.Bu nedenle, aşırı akım koruması için modülerleştirme ve rahat kullanım gerçekleştirebilen, donanım devresi ile kendinden kilitleme işlevine sahip bir aşırı akım koruma modülü tasarladım.
Bu modül, akımı toplamak için ACS712 Hall sensörünü kullanır, pozitif ve negatif aşırı akım koruma değerini ayrı ayrı ayarlayabilir ve çıkışı DSP örneklemesi için uygun olan 0-3.3V'luk bir gerilime çevirebilir.Son olarak, PCB çizilir ve imal edilir.
01 Akım örnekleme devresinin tasarımı
Örnekleme devrelerinin karşılaştırılması
Akım örnekleme devreleri genellikle üç örnekleme devresine sahiptir: "yüksek (voltaj) son akım örneklemesi", "düşük (voltaj) uç akım örneklemesi" ve "Hall sensörü örneklemesi" Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, iki örnekleme devresi sağlanmıştır, üst uç ve alt uç. Mevcut form.
Düşük taraf akım örneklemesi
Üst düzey akım örneklemesi
1
Üst düzey akım tespiti aşağıdaki özelliklere sahiptir:
Avantajlar: Yükün kısa devre olup olmadığını ve zemin seviyesinde paraziti olup olmadığını algılayabilir ve ayırt edebilir
Dezavantajlar: yüksek ortak mod voltajı, adanmamış ayrık bileşenleri kullanan karmaşık tasarım, yüksek maliyet ve geniş alan
2
Alçak taraf akım tespiti aşağıdaki özelliklere sahiptir:
Avantajlar: düşük ortak mod voltajı, düşük maliyetli sıradan operasyonel amplifikatörler kullanılabilir
Dezavantajlar: akım direncinin neden olduğu zemin seviyesindeki paraziti tespit edin, akım ne kadar büyükse, toprak potansiyeli paraziti o kadar belirgin olur ve bazen yükü etkiler
3
Hall sensörü örneklemesi aşağıdaki özelliklere sahiptir:
Avantajlar: Yüksek güçlü durumlar için uygun olan örnekleme sinyalini izole edin
Dezavantajları: elektromanyetik girişime karşı savunmasız
Bu tasarım genel amaçlı tipi hesaba katar ve tüm sistemin akım örnekleme koruması kontrol bölümünden izole edilir ve Hall akım sensörü ACS712, akım örneklemesi için kullanılır.
020-3v çıkış sinyal koşullandırma devresi tasarımına dönüştürüldü
ACS712, 5V'luk tek bir güç kaynağı kullanır ve çıkışın aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi iyi bir doğrusallığı vardır.
ACS712 çıkış voltajı ile algılama akımı arasındaki ilişki
Algılama akımı 0A olduğunda çıkışın 2.5V, akım + 5A olduğunda çıkış voltajının 3.5V ve akım -5V olduğunda çıkışın 1.5V olduğu ve yüksek doğrusallığa sahip olduğu görülmektedir. Ancak genellikle DSP'nin AD örnekleme aralığı 0-3.3V'tur ve bu ayarlanması ve 0-3.3V arasında bir voltaja dönüştürülmesi gerekir.
(Not: Op amp, 5V'luk tek bir güç kaynağı ile çalıştırıldığı için, LMV358 gibi bir raydan raya op amp kullanmak gerekir.)
ACS712'nin sınırlı çıkış yük kapasitesi nedeniyle, yük kapasitesini iyileştirmek için genellikle birinci seviye bir voltaj izleyici kullanılır. Bundan sonra, voltaj daha sonraki aşamada dirençlerle bölünür ve ardından faz içi karşılaştırma terminaline gönderilir ve faz içi amplifikasyon iki katına çıkarılır. Voltaj bölücü dirençler R2 ve R3'ün önce 0-5V voltajını 0-1.5V voltajına bölmesi gerekir, bu nedenle direnç oranı 3: 7'dir. İkinci aşamada, aynı faz oranı 0-3V arasındaki voltaj değerinin iki katı yükseltilir. Devre aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:
Çıkış koşullandırma devresi
Koşullandırma devre simülasyonu
03Kilit koruma devresinin karşılaştırılması ve tasarımı
Bu tasarımın kilit noktası, aşırı akım oluştuğunda çıkışı otomatik olarak kesmek ve kesme durumunu korumaktır. Bu, akım sinyallerinin karşılaştırılmasını ve çıkış sinyallerinin kilitlenmesini gerektirir.
Bu tasarım, pozitif ve negatif aşırı akım koruma değerlerinin farklı olabileceğini ve flip-flopun genellikle iki giriş ve çıkışa sahip olduğunu dikkate alır, bu nedenle iki koruma devresi, düğmeye basılarak sıfırlanacak şekilde tasarlanmıştır.
Kilitleme ve sıfırlama devresinin tasarımı
Aşağıdaki şekil, D flip-flop 74HC74 ve voltaj karşılaştırıcı kullanarak devrenin karşılaştırma ve mandallama kısmını gösterir.
74HC74, set ve reset pinlerine sahip çift D tipi bir flip-floptur ve pozitif bir darbe ile tetiklenir. Burada, op amp doğrudan bir karşılaştırıcı olarak kullanılır. Op amp'in genellikle bir itme-çekme çıkışı olduğu ve karşılaştırıcının bir açık kollektör çıkışı olduğu unutulmamalıdır. Bir karşılaştırıcı olarak kullanılırsa, "tel VE" elde etmek için bir çekme direncinin eklenmesi gerekir. .
Karşılaştırma ve mandal devre şeması
74HC74'ün kontrol mantığı aşağıdaki tabloda gösterilmektedir: Bu tasarımda kullanılan küçük tablodaki mantığın sarı ile vurgulanan kısmı. Akım, ayarlanan aşırı akım koruma değerinden düşük olduğunda, karşılaştırıcı çıkışı düşüktür.
Aşırı akım oluştuğunda, karşılaştırıcı çıkışı yüksektir ve 74HC74'ün CP ucuna yükselen bir kenar üretilir, veri bitinin yüksek seviyesi çıkış terminali Q'ya kilitlenir ve ters çevrilmiş çıkış terminali düşük seviyeyi çıkarır.
74HC74 mantık diyagramı
Reset butonuna basıldığında tabloda mantığın yeşil kısmı olarak gösterilen düşük seviyede aktif, çıkış terminali Q ise koruma esnasında mantıktan ters çevrilmiş düşük seviyededir.
Yukarıdaki kontrol bölümünün mantığı, tüm analog büyüklüklerin direnç bölücü tarafından verildiği Multisim tarafından simüle edilir.Simülasyon devresi aşağıdaki gibidir: R1, analog ACS712'nin çıkışıdır, R4, negatif aşırı akım koruma ayar değeridir ve R5, pozitiftir. Aşırı akım koruma ayar değeri.
Kontrol parçası mantığı simülasyon devre şeması
Harici kontrol sinyali girişi
DSP / MCU kontrol rölesini kolaylaştırmak için, aşağıdaki devre kontrol sinyali ile iki aşırı akım sinyali arasındaki "VEYA" nın mantıksal çalışmasını gerçekleştirir.Multisim simülasyonundan herhangi bir anahtar kapalı olduğu sürece (yüksek seviyeye ayarlı) çıkışın düşük olduğu görülebilir. Seviye.
Şekil 4-5 Harici kontrol terminali mantık şeması ve Çoklu simulasyon
04Röle tahriki ve gösterge parçası tasarımı
Aşağıdaki şekil, bir P-kanallı MOSFET sürüş rölesinin bir devre şemasıdır. 74HC74'ün sınırlı çıkış sürücü kapasitesi nedeniyle, giriş ve çıkış akımı sadece 20mA'dır ve röle genellikle 100mA'dan fazla sürücü kapasitesi gerektirir.
Bu nedenle, yük kapasitesi, P-kanallı Mosfet'i aşağıdaki şekilde sürerek iyileştirilebilir: SAFE +, SAFE ve -SD terminallerinin tümü düşük olduğunda, DRIVE terminali yüksek, Q1'in GS terminal potansiyeli 0'dır ve MOSFET kapatılır; SÜRÜCÜ ucu düşük olduğunda, MOSFET açılır ve röle çalıştırılır.
Röle ve sürücü devre şeması
Rölenin demir çekirdeği endüktif bir etkiye sahip olduğundan, anti-paralel diyot serbest dönmesi gereklidir. Kapatıldığında, serbest dönen bir kanal sağlamak için diyot açılır.
Devre şemasının durum gösterge bölümü
