تنفيذ حماية الأجهزة الحالية

اليوم ، سيكون مقالي نظريًا بحتًا في طبيعته ، أو بالأحرى ، لن يكون لديه "حديد" كما هو الحال في المقالات السابقة ، ولكن لا يثبط عزيمته - لم يصبح أقل فائدة. والحقيقة هي أن مشكلة حماية المكونات الإلكترونية تؤثر بشكل مباشر على موثوقية الأجهزة ومواردها ، وبالتالي ميزتك التنافسية الهامة - القدرة على إعطاء ضمان طويل على المنتجات . لا يتعلق تطبيق الحماية فقط بإلكترونيات الطاقة المفضلة لدي ، ولكن أيضًا أي جهاز من حيث المبدأ ، لذلك حتى إذا كنت تقوم بتصميم حرف إنترنت الأشياء وكان لديك 100 مللي أمبير متواضع ، فأنت لا تزال بحاجة إلى فهم كيفية ضمان التشغيل الخالي من الفشل لجهازك.

ربما تكون الحماية الحالية أو حماية الدائرة القصيرة (الدائرة القصيرة) هي أكثر أنواع الحماية شيوعًا لأن الإهمال في هذه المسألة يتسبب في عواقب مدمرة بالمعنى الحرفي. على سبيل المثال ، أقترح النظر إلى منظم الجهد ، الذي أصبح حزينًا من الدائرة القصيرة التي نشأت:



التشخيص هنا بسيط - حدث خطأ في المثبت وبدأت التيارات شديدة الارتفاع في التدفق في الدائرة ، من أجل الخير كان يجب أن تقوم الحماية بإيقاف تشغيل الجهاز ، ولكن حدث خطأ ما. بعد قراءة المقال ، أعتقد أنه يمكنك بنفسك تخمين ما قد تكون المشكلة.

أما بالنسبة للحمل نفسه ... إذا كان لديك جهاز إلكتروني بحجم علبة الثقاب ، فلا توجد مثل هذه التيارات ، فلا تعتقد أنه لا يمكنك أن تصبح حزينًا مثل المثبت. بالتأكيد لا تريد حرق حزم من الرقائق مقابل 10-1000 دولار؟ إذا كان الأمر كذلك ، فأنا أدعوك إلى التعرف على مبادئ وأساليب مكافحة الدوائر القصيرة!

الغرض من المقال

أركز مقالتي على الأشخاص الذين تعتبر الإلكترونيات لهم هواية ومطورين مبتدئين ، لذلك سيتم إخبار كل شيء "على الأصابع" لفهم أكثر معنى لما يحدث. بالنسبة لأولئك الذين يريدون مهارات أكاديمية ، نذهب ونقرأ أي كتب جامعية عن الهندسة الكهربائية + "كلاسيكيات" هورويتز ، هيل ، "فن هندسة الدوائر".

أود أن أقول بشكل منفصل أن جميع الحلول ستكون الأجهزة ، أي بدون المتحكم الدقيق والانحرافات الأخرى. في السنوات الأخيرة ، أصبح من المألوف جدًا البرمجة عندما يكون ذلك ضروريًا وليس ضروريًا. غالبًا ما ألاحظ "الحماية" بالتيار ، والتي يتم تنفيذها من خلال قياس تافه لجهد ADC بواسطة بعض الأردوينو أو متحكم ، ومن ثم لا تزال الأجهزة تفشل. أنصحك بشدة بعدم فعل الشيء نفسه! سأخبرك المزيد عن هذه المشكلة بمزيد من التفصيل.

قليلا عن تيارات الدائرة القصيرة

من أجل البدء في ابتكار طرق الحماية ، يجب عليك أولاً فهم ما نحاربه. ما هي الدائرة القصيرة؟ هنا سوف يساعدنا قانون أوم المفضل ، فكر في الحالة المثالية:



هل هي بسيطة؟ في الواقع ، هذه الدائرة هي الدائرة المكافئة لأي جهاز إلكتروني تقريبًا ، أي أن هناك مصدر طاقة يعطيها للحمل ، وهو يسخن ويفعل شيئًا أو لا يفعل شيئًا.

نتفق على أن قوة المصدر تسمح بأن يكون الجهد ثابتًا ، أي "لا تتدلى" تحت أي حمل. أثناء التشغيل العادي ، سيكون التيار الذي يعمل في الدائرة يساوي:

$$

$$I = U / R$$

تخيل الآن أن العم فاسيا أسقط مفتاح ربط على الأسلاك متجهًا إلى المصباح الكهربائي وانخفض حملنا بمقدار 100 مرة ، أي أنه بدلاً من R أصبح 0.01 * R وبمساعدة الحسابات البسيطة نحصل على 100 مرة الحالية. إذا كانت اللمبة تستهلك 5 أمبير ، فسيتم الآن إخراج التيار من الحمل عند حوالي 500 أمبير ، وهو ما يكفي لإذابة مفتاح العم فازيا. الآن استنتاج صغير ...

دائرة قصر - انخفاض كبير في مقاومة الحمل ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في التيار في الدائرة.

يجب أن يكون من المفهوم أن تيارات الدائرة القصيرة عادة ما تكون مئات وآلاف المرات أكبر من التيار المقنن وحتى فترة زمنية قصيرة كافية لجعل الجهاز خارج النظام. هنا سوف يتذكر الكثير من الناس على الأرجح أجهزة الحماية الكهروميكانيكية ("الأجهزة الأوتوماتيكية" وغيرها) ، ولكن كل شيء بروسي للغاية ... عادة ، يتم حماية المقبس المنزلي بواسطة جهاز بتيار مقنن 16 أمبير ، أي أن الإغلاق سيحدث في 6-7 أضعاف التيار ، وهو بالفعل حوالي 100 أمبير. يبلغ مصدر طاقة الكمبيوتر المحمول حوالي 100 واط ، أي أن التيار أقل من 1 أمبير. حتى في حالة حدوث دائرة كهربائية قصيرة ، لن تلاحظ الماكينة ذلك لفترة طويلة وستقوم بفصل الحمل فقط عندما يتم حرق كل شيء بالفعل. إنها أكثر حماية للحريق ، وليست حماية للتكنولوجيا.

الآن دعونا نلقي نظرة على حالة شائعة أخرى - من خلال التيار . سوف أعرضه على سبيل المثال محول DC / DC مع باك متزامن الطوبولوجيا ، وجميع وحدات تحكم MPPT ، والعديد من برامج تشغيل LED ومحولات DC / DC القوية على الألواح مبنية عليه تمامًا. ننظر إلى دائرة المحول:



يعرض الرسم البياني خيارين للتيار الزائد: المسار الأخضر للخطأ "الكلاسيكي" ، عندما يكون هناك انخفاض في مقاومة الحمل ("الفوهة" بين الطرق بعد اللحام ، على سبيل المثال) والمسار البرتقالي . متى يمكن أن يتدفق التيار على طول المسار البرتقالي؟ أعتقد أن الكثير من الناس يعرفون أن مقاومة القناة المفتوحة للترانزستور ذات التأثير الميداني صغيرة جدًا ، بالنسبة للترانزستورات الحديثة ذات الجهد المنخفض هي 1-10 مللي أوم. لنفترض الآن أن PWM بمستوى عالٍ قد جاء إلى المفاتيح في نفس الوقت ، أي أنه تم فتح كلا المفتاحين ، بالنسبة لمصدر "VCCIN - GND" هذا يعادل توصيل حمل بمقاومة حوالي 2-20 مللي أوم! نحن نطبق قانون أوم العظيم والقوي ونحصل على قيمة حالية تزيد عن 250 أمبير حتى مع قوة 5 فولت! على الرغم من عدم القلق ، لن يكون هناك مثل هذا التيار - ستحترق المكونات والموصلات الموجودة على لوحة الدوائر المطبوعة مبكرًا وتكسر الدائرة.

يحدث هذا الخطأ في كثير من الأحيان في نظام الطاقة وخاصة في إلكترونيات الطاقة. يمكن أن يحدث لأسباب مختلفة ، على سبيل المثال ، بسبب خطأ في التحكم أو العابرة طويلة. في الحالة الأخيرة ، لن يتم حفظ "وقت التوقف" (وقت التوقف) في المحول.

أعتقد أن المشكلة مفهومة ومألوفة لكثير منكم ، والآن أصبح من الواضح ما الذي تحتاج إلى قتاله ويبقى فقط لمعرفة كيف. ستكون هذه هي القصة الإضافية.

كيف تعمل الحماية الحالية

هنا تحتاج إلى تطبيق المنطق المعتاد ورؤية علاقة سببية:
1) المشكلة الرئيسية هي القيمة الكبيرة للتيار في الدائرة ؛
2) كيف نفهم ما قيمة التيار؟ -> قياسه ؛
3) تم القياس والحصول على القيمة -> مقارنتها بقيمة معينة صالحة ؛
4) إذا تجاوزت القيمة -> افصل الحمل من المصدر الحالي.

قياس التيار -> معرفة ما إذا كان التيار المسموح به قد تجاوز -> فصل الحمل

تماما أي حماية ، وليس فقط الحالية ، بنيت بهذه الطريقة. اعتمادًا على الكمية المادية التي يتم من خلالها بناء الدفاع ، ستنشأ مشاكل وأساليب تقنية مختلفة لحلها في طريق التنفيذ ، لكن الجوهر لم يتغير.

الآن أقترح ، من أجل ، أن أذهب عبر سلسلة الدفاع بأكملها وحل جميع المشاكل التقنية التي تنشأ. الحماية الجيدة هي الحماية التي تم توفيرها مسبقًا وتعمل. لذلك لا يمكننا الاستغناء عن النمذجة ، سأستخدم MultiSIM Blue الرائج والمجاني ، والذي يتم الترويج له بنشاط بواسطة Mouser. يمكنك تنزيله هناك - رابط . سأقول أيضًا مسبقًا أنه في إطار هذه المقالة لن أذهب إلى الدوائر الكهربية وأملأ رأسك بأشياء غير ضرورية في هذه المرحلة ، فقط اعلم أن كل شيء سيكون أكثر تعقيدًا قليلاً في الأجهزة الحقيقية.

القياس الحالي

هذا هو العنصر الأول في سلسلتنا وربما يكون أسهل الفهم. يمكنك قياس التيار في الدائرة بعدة طرق ولكل منها مزاياه وعيوبه ، أي واحدة لتطبيقها بشكل خاص على مهمتك متروك لك. سأخبرك ، بناءً على تجربتي ، عن نفس المزايا والعيوب. البعض منهم "مقبول بشكل عام" ، والبعض الآخر وجهات نظري للعالم ، أطلب منك ملاحظة أنني لا أحاول حتى المطالبة بنوع من الحقيقة.

1) التحويلة الحالية . أساس الأسس ، "يعمل" كلها على نفس قانون أوم العظيم والقوي. الطريقة الأسهل والأرخص والأسرع والأكثر عمومًا ، ولكن بعدد من العيوب:

أ) عدم وجود عزل كلفاني . سيكون عليك تنفيذها بشكل منفصل ، على سبيل المثال ، باستخدام optocoupler عالي السرعة. ليس من الصعب تنفيذه ، ولكنه يتطلب مساحة إضافية على اللوحة ، dc / dc مفصولة ومكونات أخرى تكلف المال وتضيف أبعادًا عامة. على الرغم من أن العزلة الجلفانية ليست ضرورية دائمًا ، بالطبع.

ب) في التيارات العالية يسرع الاحترار العالمي . كما كتبت سابقًا ، كل شيء يعمل على قانون أوم ، مما يعني أنه يسخن ويسخن الغلاف الجوي. هذا يؤدي إلى انخفاض الكفاءة والحاجة إلى تبريد التحويلة. هناك طريقة لتقليل هذا العيب - لتقليل مقاومة التحويلة. لسوء الحظ ، لا يمكن تقليله إلى ما لا نهاية ، وبشكل عام ، لا أوصي بتقليله إلى أقل من 1 مللي أوم إذا كنت لا تزال لديك خبرة قليلة ، لأن هناك حاجة لمكافحة التداخل ومتطلبات مرحلة تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور في تزايد.

في أجهزتي ، أحب استخدام المجاميع التالية PA2512FKF7W0R002E:



يتم قياس التيار عن طريق قياس انخفاض الجهد عبر التحويلة ، على سبيل المثال ، عندما يتدفق التيار 30 أمبير عبر التحويلة ، سيكون هناك انخفاض:

$$

$$U_ {pad} = I * R = 0.002 أوم * 30 أمبير = 0.06 فولت = 60 مللي فولت دولا$$

أي عندما نحصل على انخفاض قدره 60 مللي فولت على التحويلة - فهذا يعني أننا قد وصلنا إلى الحد الأقصى وإذا زاد الانخفاض أكثر ، سيكون من الضروري فصل جهازنا أو تحميله. الآن دعونا نحسب كمية الحرارة التي سيتم إطلاقها في التحويلة:

$$

$$P_ {shunt} = I ^ 2 * R_ {shunt} = 30 ^ 2 * 0.002 = 1.8 [W]$$

ليس قليلا ، أليس كذلك؟ هذه النقطة يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار ، لأنه الطاقة القصوى لمحولتي هي 2 واط ولا يمكن تجاوزها ، فقط لا تحمِّل المجزئات باستخدام لحام قابل للانصهار - ربما يكون فاسدًا ، لقد رأيته أيضًا.

توصيات للاستخدام:

• استخدم التحويلات عندما يكون لديك جهد عالي وليس تيارات عالية جدًا
• تتبع كمية الحرارة المتولدة عن التحويلة
• استخدم تحويلات حيث تحتاج إلى أقصى أداء
• استخدم التحويلات فقط من مواد خاصة: كونستانتان ، مانجنين وما شابه ذلك

2) أجهزة الاستشعار الحالية تأثير قاعة . هنا سوف أعترف لنفسي بتصنيفي الخاص ، والذي يعكس تمامًا جوهر القرارات المختلفة حول هذا التأثير ، وهي: رخيصة ومكلفة .

أ) رخيص ، على سبيل المثال ، ACS712 وما شابه. من المزايا ، يمكنني ملاحظة سهولة الاستخدام ووجود العزل الجلفاني ، وهنا تنتهي المزايا. العيب الرئيسي هو السلوك غير المستقر للغاية تحت تأثير تداخل الترددات اللاسلكية. أي تيار مستمر / تيار مستمر أو حمولة تفاعلية قوية هو عائق ، أي في 90٪ من الحالات ، تكون هذه المستشعرات غير مجدية ، لأنها "تصاب بالجنون" وتظهر بالأحرى الطقس على سطح المريخ. ولكن ليس لشيء صنعوه؟

هل لديهم عزل كلفاني ويمكنهم قياس التيارات العالية؟ نعم لا تحب التدخل؟ نعم ايضا. أين نضعهم؟ هذا صحيح ، في نظام مراقبة ذات مسؤولية منخفضة ولقياس الاستهلاك الحالي من البطاريات. لدي في العاكسون لـ SES و VES لتقييم نوعي للاستهلاك الحالي مع البطاريات ، مما يسمح لك بإطالة عمر البطارية. تبدو أجهزة الاستشعار هذه كالتالي:


ب) عزيزي . لديهم كل مزايا رخيصة ، ولكن ليس لديهم سلبياتهم. مثال على هذا المستشعر LEM LTS 15-NP :


ماذا لدينا نتيجة لذلك:
1) الأداء العالي ؛
2) عزل كلفاني ؛
3) سهولة الاستخدام ؛
4) التيارات المقاسة الكبيرة بغض النظر عن الجهد ؛
5) دقة قياس عالية ؛
6) حتى التدخلات الكهرومغناطيسية "الشريرة" لا تتدخل في العمل وليس تؤثر على الدقة.

ولكن ما هو السالب؟ أولئك الذين فتحوا الرابط أعلاه رأوا ذلك بوضوح - هذا هو الثمن. 18 دولارًا يا كارل! وحتى في سلسلة 1000+ قطعة ، لن ينخفض ​​السعر إلى أقل من 10 دولارات ، وستكون عملية الشراء الفعلية 12-13 دولارًا. في BP لبضع دولارات لا يمكن وضع هذا ، ولكن كما أود ... لتلخيص:

أ) هذا هو الحل الأفضل من حيث المبدأ لقياس التيار ، ولكنه مكلف ؛
ب) استخدام أجهزة الاستشعار هذه في ظروف التشغيل القاسية ؛
ج) استخدام أجهزة الاستشعار هذه في العقد الحرجة ؛
د) استخدمها إذا كان جهازك يكلف الكثير من المال ، على سبيل المثال ، UPS 10-10 kW ، هناك سيثبت بالتأكيد نفسه ، لأن سعر الجهاز سيكون عدة آلاف من الدولارات.

3) المحولات الحالية . الحل القياسي في العديد من الأجهزة. سلبيات - لا تعمل مع التيار المباشر ولها خصائص غير خطية. الإيجابيات - رخيصة وموثوقة ويمكنك قياس التيارات الضخمة فقط. على المحولات الحالية ، تم بناء أنظمة التشغيل الآلي والحماية في RU-0.4 و 6 و 10 و 35 كيلو فولت في الشركات ، وآلاف الأمبيرات أمر طبيعي هناك.

بصراحة ، أحاول ألا أستخدمها ، لأنني لا أحبها ، لكنني ما زلت أضعها في خزائن تحكم وأنظمة تكييف أخرى. يكلفون دولارين ويعطون عزلًا كلفانيًا ، وليس 15-20 دولارًا مثل LEMs ويؤدون مهمتهم بشكل مثالي في شبكة 50 هرتز. عادة ما تبدو مثل هذا ، لكنها تحدث في جميع أنواع النوى EFD:



ربما مع طرق قياس التيار ، يمكنك الانتهاء. تحدثت عن الرئيسي ، ولكن بالتأكيد ليس كل شيء. لتوسيع آفاقي ومعرفي ، أنصحك على الأقل بجوجل ورؤية أجهزة استشعار مختلفة على نفس الرقم.

كسب انخفاض الجهد المقاس

سيعتمد المزيد من بناء نظام الحماية على التحويلة كمستشعر حالي. دعونا نبني نظامًا بقيمة حالية معلنة سابقًا بقيمة 30 أمبير. في التحويلة نحصل على انخفاض قدره 60 ميجا فولت وهنا تنشأ مشكلتان تقنيتان:

أ) قياس ومقارنة إشارة بسعة 60 mV غير مريح. عادة ما يكون لدى ADCs نطاق قياس 3.3V ، أي ، مع 12 بت من عمق البت ، نحصل على خطوة تكمية:

$$

$$U_ {quantum} = V_ {ref} / 2 ^ {12} = 3.3 / 4095 = 0،0008 [V] = 0.8 [mV]$$

هذا يعني أنه في نطاق 0-60 mV ، الذي يتوافق مع 0-30A ، نحصل على عدد صغير من الخطوات:

$$

$$n = U_ {shunt} / U_ {quantum} = 60 / 0.8 = 75 [steps]$$

نحصل على أن بت القياس سيكون فقط:

$$

$$k = I_ {max} / n = 30/75 = 0.4 [A / step]$$

يجب أن نفهم أن هذا الرقم مثالي وفي الواقع سيكون أسوأ بكثير ، لأنه يحتوي ADC نفسه على خطأ ، خاصة حول الصفر. بالطبع ، لن نستخدم ADC للحماية ، ولكن سيتعين علينا قياس التيار من نفس التحويلة لبناء نظام تحكم. هنا تم شرح المهمة بوضوح ، ولكن هذا صحيح أيضًا بالنسبة إلى المقارنات ، التي تكون في منطقة الأرض المحتملة (0V عادة) غير مستقرة للغاية ، حتى من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية.

ب) إذا أردنا سحب إشارة بسعة 60 مللي فولت عبر اللوحة ، فبعد 5-10 سم لن يتبقى منها أي شيء بسبب التداخل ، وفي وقت الدائرة القصيرة لن نضطر بالتأكيد إلى الاعتماد عليها ، لأنه سوف تزيد EMR أكثر. بالطبع ، يمكنك تعليق مخطط الحماية مباشرة عند سفح التحويلة ، لكننا لن نتخلص من المشكلة الأولى.

لحل هذه المشاكل ، نحتاج إلى مضخم تشغيلي (op amp). لن أتحدث عن كيفية عملها - الموضوع هو google تمامًا ، لكننا سنتحدث عن المعلمات المهمة واختيار مضخمات التشغيل. للبدء ، دعنا نقرر المخطط. قلت أنه لن تكون هناك نعمة خاصة هنا ، لذلك سنغطي opamp بردود فعل سلبية (OOS) ونحصل على مكبر للصوت مع مكسب معروف. سأقوم بمحاكاة هذا الإجراء في MultiSIM (الصورة قابلة للنقر):



يمكنك تنزيل ملف المحاكاة هنا .

يعمل مصدر الجهد V2 كمحولة لدينا ، أو بالأحرى ، يحاكي انخفاض الجهد عبره. من أجل الوضوح ، اخترت قيمة إسقاط تبلغ 100 mV ، والآن نحتاج إلى تضخيم الإشارة لنقلها إلى جهد أكثر ملاءمة ، عادة ما يكون بين 1/2 و 2/3 V _ref . سيسمح لك هذا بالحصول على عدد كبير من خطوات القياس في النطاق الحالي + ترك هامش للقياسات من أجل تقييم مدى سوء كل شيء وحساب وقت الارتفاع الحالي ، وهذا مهم في أنظمة التحكم في الحمل التفاعلية المعقدة. الربح في هذه الحالة يساوي:

$$

$$U_ {out} = U_ {in} * (1+ \ frac {R2} {R1}) = 0.1 * (1 + \ frac {9} {1}) = 0.1 * 10 = 1 [B]$$

وبالتالي ، نحن قادرون على تضخيم إشارة إشارتنا إلى المستوى المطلوب. الآن سننظر في المعلمات التي تستحق الانتباه إليها:

• يجب أن يكون مضخم التشغيل من سكة إلى سكة لكي يعمل بشكل ملائم مع الإشارات القريبة من الأرض المحتملة (GND)
• يجدر اختيار مضخم op-op بمعدل مرتفع. بالنسبة إلى OPA376 المحبوبة ، فإن هذه المعلمة هي 2V / μs ، مما يسمح لي بتحقيق أقصى قيمة إخراج op-amp من VCC 3.3V في 2 justs فقط. هذه السرعة كافية لحفظ أي محول أو تحميل بترددات تصل إلى 200 كيلو هرتز. يجب أن تكون هذه المعلمات مفهومة وتشمل الرأس عند اختيار مضخم op ، وإلا فهناك فرصة لوضع مضخم op ل $ 10 حيث يكون مكبر الصوت مقابل $ 1 كافيًا
• يجب أن يكون عرض النطاق الترددي الذي اختاره مضخم العمليات أكبر 10 مرات على الأقل من الحد الأقصى لتردد تبديل الحمل. مرة أخرى ، ابحث عن "المتوسط ​​الذهبي" في نسبة "خصائص السعر / الأداء" ، كل شيء جيد في الاعتدال

في معظم مشاريعي ، أستخدم مضخم Texas Instruments op - OPA376 ، TTX الخاص به يكفي لتنفيذ الحماية في معظم المهام وعلامة سعر 1 دولار جيدة جدًا. إذا كنت بحاجة إلى أرخص ، فابحث عن حلول من ST ، وحتى إذا كانت أرخص ، ثم في Microchip و Micrel. لأسباب دينية ، أستخدم TI و Linear فقط ، لأنني أحبها ونوم بهدوء شديد.

أضف الواقعية إلى النظام الأمني.

دعنا الآن نضيف في المحاكي تحويلة وتحميلًا وإمدادات طاقة وسمات أخرى من شأنها أن تجعل نموذجنا أقرب إلى الواقع. النتيجة التي تم الحصول عليها هي كما يلي (الصورة قابلة للنقر):



يمكنك تنزيل ملف المحاكاة لـ MultiSIM هنا .

هنا نرى بالفعل التحويلة R1 بمقاومة نفس 2 mOhm ، اخترت مصدر طاقة 310 فولت (شبكة تصحيح) والحمل لذلك هو مقاوم 10.2 أوم ، والذي مرة أخرى ، وفقًا لقانون أوم ، يعطينا التيار:

$$

$$I = U / R = 310 / 10.2 = 30.39 [A]$$

في التحويلة ، كما ترون ، ينخفض ​​60 mV المحسوب سابقًا ونقوم بتضخيمهم بمكاسب:

$$

$$k = 1+ \ frac {R2} {R7} = 1 + \ frac {45300} {910} = 50.78 دولا$$

عند الخرج ، نحصل على إشارة مضخمة بسعة 3.1V.يجب أن تعترف أنه يمكن تقديمه بالفعل إلى ADC والمقارنة وسحبه على طول لوحة 20-40 مم دون أي مخاوف أو تدهور في استقرار العمل. سنواصل العمل مع هذه الإشارة.

مقارنة الإشارات باستخدام المقارنة

المقارن عبارة عن دائرة تستقبل إشارتين عند الإدخال ، وإذا كان اتساع الإشارة عند الإدخال المباشر (+) أكبر من العكسي (-) ، فسيظهر سجل على الإخراج. 1 (VCC). خلاف ذلك ، السجل. 0 (GND).

بشكل رسمي ، يمكن تضمين أي نظام تشغيل كمقارن ، ولكن حل TTX سيكون أقل من المقارنة من حيث السرعة ونسبة السعر / النتيجة. في حالتنا ، كلما زادت السرعة ، زادت احتمالية أن يكون للحماية الوقت للعمل وحفظ الجهاز. أحب استخدام المقارنة ، مرة أخرى من Texas Instrumets - LMV7271 . ما يجب الانتباه إليه:

• تأخير العملية ، في الواقع هو محدد السرعة الرئيسي. في المقارنة أعلاه ، هذه المرة حوالي 880 نانوثانية ، وهي سريعة بما فيه الكفاية وفي العديد من المهام تكون زائدة إلى حد ما بسعر 2 دولار ، ويمكنك اختيار مقارنة أكثر مثالية
• — rail-to-rail , 5, . , - rail-to-rail . (SD) TTL
• push-pull, open-drain .

الآن دعنا نضيف مقارنة إلى مشروعنا في المحاكي ونلقي نظرة على تشغيلها في الوضع عندما لا تعمل الحماية ولا يتجاوز التيار حالة الطوارئ (صورة قابلة للنقر): يمكنك تنزيل الملف للمحاكاة في MultiSIM هنا . ماذا نحتاج ... نحتاج إذا تجاوز التيار 30 أمبير ، بحيث يكون هناك سجل عند إخراج المقارنة. 0 (GND) ، ستقوم هذه الإشارة بتغذية إدخال SD أو EN للسائق وإيقاف تشغيله. في الحالة العادية ، يجب أن يكون الإخراج سجلاً. 1 (5V TTL) وتمكين تشغيل محرك مفتاح التشغيل (على سبيل المثال ، IR2110 "الشعبي" وأقل قدمًا). نعود إلى منطقنا: 1) قمنا بقياس التيار على التحويلة واستلمنا 56.4 مللي فولت. 2) قمنا بتضخيم إشارتنا بمعامل 50.78 واستقبلنا OU 2.88V عند الإخراج ؛










3) عند المدخل المباشر للمقارن ، نوفر إشارة مرجعية سنقارن بها. قمنا بتعيينه باستخدام مقسم على R2 وتعيين 3.1V - وهذا يتوافق مع تيار حوالي 30A. مع هذا المقاوم ، يتم تنظيم عتبة الحماية!
4) الآن يتم تطبيق الإشارة من خرج op-amp على الإشارة العكسية ونقارن بين إشارتين: 3.1V> 2.88V. عند الإدخال المباشر (+) ، يكون الجهد أعلى منه عند الإدخال العكسي (-) ، بحيث لا يتم تجاوز التيار ويكون الناتج هو السجل. 1 - يعمل السائقين ، لكن LED1 الخاص بنا لا يضيء.

الآن قم بزيادة التيار إلى قيمة> 30A (استدر R8 وانخفض المقاومة) وانظر إلى النتيجة (صورة قابلة للنقر): دعنا نراجع النقاط من "منطقنا": 1) قمنا بقياس التيار على التحويلة وحصلنا على 68.9 مللي فولت ؛ 2) قمنا بتضخيم إشارتنا بمعامل 50.78 واستقبلنا خرج OA 3.4V ؛






4) الآن يتم تطبيق الإشارة من خرج op-amp على الإشارة العكسية ونقارن بين إشارتين: 3.1V <3.4V. عند الإدخال المباشر (+) ، يكون الجهد أقل من المدخل العكسي (-) ، ثم يتم تجاوز التيار ويتم تسجيل الإخراج. 0 - لا تعمل برامج التشغيل ، و LED1 قيد التشغيل.

لماذا الأجهزة؟

الإجابة على هذا السؤال بسيطة - أي حل قابل للبرمجة على MK ، مع ADC خارجي وما إلى ذلك ، يمكن ببساطة "تعليق" وحتى إذا كنت كاتب برنامج مؤهل إلى حد ما وقم بتشغيل مؤقت المراقبة والحماية الأخرى من التجمد - أثناء معالجته ، سيحترق جهازك.

تسمح لك حماية الأجهزة بتنفيذ نظام بسرعة في غضون بضعة ميكروثانية ، وإذا كانت الميزانية تسمح بذلك ، فعندئذٍ في غضون 100-200 نانوثانية ، وهو ما يكفي لأي مهمة. أيضا ، لن تكون حماية الأجهزة قادرة على "تجميد" وحفظ الجهاز ، حتى لو "تجمد" متحكم التحكم أو DSP لسبب ما. ستعمل الحماية على تعطيل برنامج التشغيل ، وستتم إعادة تشغيل دائرة التحكم بهدوء ، واختبار الجهاز وإما ظهور خطأ ، على سبيل المثال ، في Modbus أو ستبدأ إذا كان كل شيء على ما يرام.

تجدر الإشارة إلى أنه في وحدات التحكم المتخصصة لمحولات طاقة المبنى ، هناك مدخلات خاصة تسمح لك بتعطيل توليد إشارة PWM. على سبيل المثال ، STM32 المفضل لدى الجميع لديه إدخال BKIN لذلك.

بشكل منفصل ، يجدر قول المزيد عن شيء مثل CPLD. في الواقع ، إنها مجموعة من المنطق عالي السرعة وموثوقيتها قابلة للمقارنة مع حل الأجهزة. سيكون من المنطقي وضع CPLD صغير على اللوحة وتنفيذ كل من حماية الأجهزة ، والوقت الميت والمسرات الأخرى ، إذا كنا نتحدث عن dc / dc أو نوع من خزانات التحكم. يسمح لك CPLD بجعل هذا الحل مرنًا ومريحًا للغاية.

الخاتمة

ربما هذا كل شيء. آمل أن تكون مهتمًا بقراءة هذا المقال وسوف يمنحك بعض المعرفة الجديدة أو تحديث القديم. حاول دائمًا التفكير مسبقًا في الوحدات النمطية في جهازك التي يجب تنفيذها في الأجهزة وأيها في البرامج. غالبًا ما يكون تنفيذ الأجهزة أمرًا أبسط من تنفيذ البرامج ، وهذا يؤدي إلى توفير الوقت في التطوير ، وبالتالي تكلفته.

إن تنسيق المقال بدون أجهزة جديد بالنسبة لي وأطلب منك التعبير عن رأيك في الاستطلاع.