हार्डवेयर वर्तमान सुरक्षा का कार्यान्वयन

आज, मेरा लेख विशुद्ध रूप से प्रकृति में सैद्धांतिक होगा, या इसके बजाय, इसमें पिछले लेखों की तरह "लोहा" नहीं होगा, लेकिन हतोत्साहित न हों - यह कम उपयोगी नहीं है। तथ्य यह है कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की सुरक्षा की समस्या सीधे उपकरणों की विश्वसनीयता, उनके संसाधन और इसलिए आपके महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धी लाभ - उत्पादों पर लंबी वारंटी देने की क्षमता को प्रभावित करती है। सुरक्षा चिंताओं के कार्यान्वयन से न केवल मेरे पसंदीदा पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, बल्कि सिद्धांत रूप में कोई भी उपकरण, इसलिए भले ही आप IoT शिल्प डिजाइन कर रहे हों और आपके पास एक मामूली 100 एमए हो, आपको अभी भी यह समझने की आवश्यकता है कि आपके डिवाइस की विफलता मुक्त संचालन कैसे सुनिश्चित करें।

वर्तमान संरक्षण या शॉर्ट सर्किट प्रोटेक्शन (शॉर्ट सर्किट) संभवतः सबसे आम प्रकार की सुरक्षा है क्योंकि इस मामले में उपेक्षा से शाब्दिक अर्थों में विनाशकारी परिणाम होते हैं। उदाहरण के लिए, मैं वोल्टेज नियामक को देखने का प्रस्ताव करता हूं, जो शॉर्ट सर्किट से दुखी हो गया, जो उत्पन्न हुआ:



यहाँ निदान सरल है - सर्किट में स्टेबलाइजर और अल्ट्राहैग धाराओं में त्रुटि हुई, अच्छी सुरक्षा के लिए डिवाइस को बंद करना चाहिए था, लेकिन कुछ गलत हो गया। लेख पढ़ने के बाद, मुझे लगता है कि आप स्वयं अनुमान लगा सकते हैं कि समस्या क्या हो सकती है।

जैसे ही लोड के लिए ... यदि आपके पास एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण एक माचिस के आकार का है, तो ऐसी कोई धाराएं नहीं हैं, तो यह मत सोचिए कि आप स्टेबलाइजर के समान दुखी नहीं हो सकते। निश्चित रूप से आप $ 10-1000 के लिए चिप्स के बंडलों को जलाना नहीं चाहते हैं? यदि ऐसा है, तो मैं आपको शॉर्ट सर्किट से निपटने के सिद्धांतों और तरीकों से परिचित करने के लिए आमंत्रित करता हूं!

लेख का उद्देश्य

मैं अपने लेख को उन लोगों पर केंद्रित करता हूं जिनके लिए इलेक्ट्रॉनिक्स एक शौक और शुरुआती डेवलपर्स है, इसलिए जो कुछ भी हो रहा है उसकी अधिक सार्थक समझ के लिए सब कुछ "उंगलियों पर" बताया जाएगा। जो लोग अकादमिक कौशल चाहते हैं, हम इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग + हॉरोविट्ज़, हिल, "द आर्ट ऑफ़ सर्किट इंजीनियरिंग" पर किसी भी विश्वविद्यालय की पाठ्यपुस्तकें पढ़ने और पढ़ने जाते हैं।

मैं अलग से कहना चाहूंगा कि सभी समाधान हार्डवेयर होंगे, अर्थात् बिना माइक्रोकंट्रोलर और अन्य विकृतियों के। हाल के वर्षों में, यह आवश्यक और आवश्यक नहीं है, जहां कार्यक्रम के लिए काफी फैशनेबल हो गया है। अक्सर मैं वर्तमान द्वारा "संरक्षण" का पालन करता हूं, जिसे एडीसी वोल्टेज के तुच्छ माप द्वारा कुछ एरडिनो या माइक्रोकंट्रोलर द्वारा कार्यान्वित किया जाता है, और फिर उपकरण अभी भी विफल होते हैं। मैं दृढ़ता से सलाह देता हूं कि आप ऐसा न करें! मैं आपको इस समस्या के बारे में और अधिक विस्तार से बताऊंगा।

शॉर्ट सर्किट धाराओं के बारे में थोड़ा

सुरक्षा के तरीकों के साथ आने के लिए शुरू करने के लिए, आपको पहले समझना चाहिए कि हम किससे लड़ रहे हैं। शॉर्ट सर्किट क्या है? यहां ओम का पसंदीदा कानून हमें मदद करेगा, आदर्श मामले पर विचार करें:



क्या यह सरल है? दरअसल, यह सर्किट लगभग किसी भी इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस का समतुल्य सर्किट होता है, यानी एक ऊर्जा स्रोत होता है जो इसे लोड करने के लिए देता है, और यह गर्म होता है और कुछ करता है या कुछ नहीं करता है।

हम सहमत हैं कि स्रोत की शक्ति वोल्टेज को स्थिर रखने की अनुमति देती है, अर्थात किसी भी भार के तहत "शिथिलता नहीं"। सामान्य ऑपरेशन के दौरान, सर्किट में वर्तमान अभिनय इसके बराबर होगा:

$$

$$I = U / R$$

अब कल्पना करें कि अंकल वास्या ने प्रकाश बल्ब तक जाने वाले तारों पर एक रिंच को गिरा दिया और हमारा भार 100 गुना कम हो गया, अर्थात, आर के बजाय यह 0.01 * R हो गया और सरल गणनाओं की मदद से हमें एक वर्तमान 100 गुना अधिक मिलता है। यदि बल्ब 5 ए का उपभोग करता है, तो अब लोड से करंट को लगभग 500 ए पर ले जाया जाएगा, जो अंकल वासी की कुंजी को पिघलाने के लिए पर्याप्त है। अब एक छोटा सा निष्कर्ष ...

शॉर्ट सर्किट - लोड प्रतिरोध में एक महत्वपूर्ण कमी, जिसके कारण सर्किट में वर्तमान में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

यह समझा जाना चाहिए कि शॉर्ट-सर्किट धाराएं आमतौर पर रेटेड वर्तमान की तुलना में सैकड़ों और हजारों गुना अधिक हैं और डिवाइस को क्रम से बाहर करने के लिए समय की एक छोटी अवधि भी पर्याप्त है। यहां, बहुत से लोग शायद विद्युत सुरक्षा उपकरणों ("स्वचालित उपकरण" और अन्य) को याद करेंगे, लेकिन सब कुछ बहुत ही पेशेवर है ... आमतौर पर, घरेलू सॉकेट को 16A के रेटेड वर्तमान के साथ एक मशीन द्वारा संरक्षित किया जाता है, अर्थात, वर्तमान के 6-7 गुना से एक शटडाउन होगा, जो पहले से ही लगभग 100A है। लैपटॉप बिजली की आपूर्ति में लगभग 100 वाट की शक्ति होती है, अर्थात वर्तमान 1 ए से कम है। शॉर्ट सर्किट होने पर भी, मशीन लंबे समय तक इस पर ध्यान नहीं देगी और लोड को तभी डिस्कनेक्ट करेगी जब सब कुछ पहले से ही जला हुआ हो। यह अधिक अग्नि सुरक्षा है, न कि प्रौद्योगिकी का संरक्षण।

अब आइए एक और सामान्य मामले को देखें - वर्तमान के माध्यम से । मैं इसे टोपोलॉजी सिंक्रोनस बक के साथ डीसी / डीसी कनवर्टर के उदाहरण पर दिखाऊंगा, सभी एमपीपीटी नियंत्रक, कई एलईडी ड्राइवर और बोर्डों पर शक्तिशाली डीसी / डीसी कन्वर्टर्स बिल्कुल इस पर बनाए गए हैं। हम कनवर्टर सर्किट को देखते हैं:



आरेख ओवरक्रैक के लिए दो विकल्प दिखाता है: "क्लासिक" दोष के लिए हरा पथ , जब लोड प्रतिरोध में कमी थी (टांका लगाने के बाद सड़कों के बीच "नोजल", उदाहरण के लिए) और नारंगी पथ । नारंगी पथ के साथ प्रवाह कब हो सकता है? मुझे लगता है कि बहुत से लोग जानते हैं कि क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के खुले चैनल का प्रतिरोध बहुत कम है, आधुनिक कम वोल्टेज ट्रांजिस्टर के लिए यह 1-10 mOhm है। अब मान लीजिए कि एक उच्च स्तर के साथ PWM एक ही समय में चाबियों के लिए आया था, अर्थात, दोनों चाबियाँ खोली गईं, "VCCIN - GND" स्रोत के लिए यह लगभग 2-20 mOhm के प्रतिरोध के साथ एक लोड को जोड़ने के बराबर है! हम महान और शक्तिशाली ओम का नियम लागू करते हैं और 5 वी शक्ति के साथ भी 250A से अधिक का वर्तमान मूल्य प्राप्त करते हैं! हालांकि चिंता न करें, ऐसा कोई वर्तमान नहीं होगा - मुद्रित सर्किट बोर्ड पर घटक और कंडक्टर पहले जलाएंगे और सर्किट को तोड़ देंगे।

यह त्रुटि बहुत बार पावर सिस्टम और विशेष रूप से पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में होती है। यह विभिन्न कारणों से हो सकता है, उदाहरण के लिए, एक नियंत्रण त्रुटि या लंबा संक्रमण के कारण। बाद के मामले में, आपके कनवर्टर में "मृत समय" (डेडटाइम) भी नहीं बचाएगा।

मुझे लगता है कि समस्या आप में से बहुत से लोगों को समझ में आ रही है, अब यह स्पष्ट है कि आपको किससे लड़ने की जरूरत है और यह केवल यह जानने के लिए बनी हुई है। यह आगे की कहानी होगी।

वर्तमान सुरक्षा कैसे काम करती है

यहां आपको सामान्य तर्क लागू करने और एक कारण संबंध देखने की आवश्यकता है:
1) मुख्य समस्या सर्किट में वर्तमान का बड़ा मूल्य है;
2) कैसे समझें कि वर्तमान का मूल्य क्या है? -> इसे मापें;
3) मापा और मूल्य मिला -> किसी दिए गए वैध मूल्य के साथ तुलना करें;
4) यदि आप मान से अधिक है -> वर्तमान स्रोत से लोड को डिस्कनेक्ट करें।

वर्तमान को मापें -> पता करें कि क्या अनुमेय धारा पार हो गई है -> लोड को डिस्कनेक्ट करें

पूरी तरह से किसी भी संरक्षण, न केवल वर्तमान पर, उस तरह से बनाया गया है। भौतिक मात्रा जिसके आधार पर रक्षा का निर्माण किया जाता है, उसके आधार पर, उन्हें हल करने के लिए विभिन्न तकनीकी समस्याएं और उन्हें हल करने के तरीके उत्पन्न होंगे, लेकिन सार अपरिवर्तित है।

अब मैं प्रस्ताव करता हूं, आदेश में, रक्षा की पूरी श्रृंखला के माध्यम से जाने और उत्पन्न होने वाली सभी तकनीकी समस्याओं को हल करने के लिए। अच्छा संरक्षण वह सुरक्षा है जो पहले से प्रदान की गई है और यह काम करती है। इसलिए हम मॉडलिंग के बिना नहीं कर सकते, मैं लोकप्रिय और मुफ्त मल्टीसिम ब्लू का उपयोग करूंगा , जिसे मौसर द्वारा सक्रिय रूप से बढ़ावा दिया जाता है। आप इसे वहां डाउनलोड कर सकते हैं - लिंक । मैं पहले से भी कहता हूं कि इस लेख के ढांचे में मैं सर्किटरी में नहीं जाऊंगा और इस स्तर पर अनावश्यक चीजों के साथ अपना सिर भर दूंगा, बस यह जान लें कि वास्तविक हार्डवेयर में सब कुछ थोड़ा अधिक जटिल होगा।

वर्तमान माप

यह हमारी श्रृंखला का पहला आइटम है और शायद इसे समझना सबसे आसान है। आप सर्किट में वर्तमान को कई तरीकों से माप सकते हैं और प्रत्येक के अपने फायदे और नुकसान हैं, जो आपके कार्य पर विशेष रूप से लागू करने के लिए आप पर निर्भर है। मैं आपको अपने अनुभव के आधार पर बताऊंगा, इन्हीं फायदों और नुकसान के बारे में। उनमें से कुछ "आम तौर पर स्वीकार किए जाते हैं", और कुछ मेरे विश्वव्यापी साक्षात्कार हैं, मैं आपको यह नोट करने के लिए कहता हूं कि मैं किसी तरह के सत्य का दावा करने की कोशिश नहीं कर रहा हूं।

1) करंट शंट । नींव का आधार, ओम के समान महान और शक्तिशाली कानून पर "काम करता है"। सबसे आसान, सबसे सस्ता, सबसे तेज़ और आम तौर पर सबसे अधिक, लेकिन कई नुकसानों के साथ:

क) गैल्वेनिक अलगाव की कमी । आपको इसे अलग से लागू करना होगा, उदाहरण के लिए, एक हाई-स्पीड ऑप्टोकॉपलर का उपयोग करना। इसे लागू करना मुश्किल नहीं है, लेकिन इसके लिए बोर्ड पर अतिरिक्त स्थान की आवश्यकता होती है, डीओसी / डीसी और अन्य घटकों के लिए जो पैसे खर्च करते हैं और समग्र आयाम जोड़ते हैं। हालांकि गैल्वेनिक अलगाव हमेशा आवश्यक नहीं है, निश्चित रूप से।

बी) उच्च धाराओं में ग्लोबल वार्मिंग को तेज करता है । जैसा कि मैंने पहले लिखा था, सब कुछ ओम के नियम पर काम करता है, जिसका अर्थ है कि यह वातावरण को गर्म और गर्म कर रहा है। इससे दक्षता में कमी आती है और शंट को ठंडा करने की आवश्यकता होती है। इस कमी को कम करने का एक तरीका है - शंट के प्रतिरोध को कम करना। दुर्भाग्य से, इसे असीम रूप से कम नहीं किया जा सकता है, और सामान्य तौर पर, मैं इसे 1 mOhm से कम करने की अनुशंसा नहीं करूंगा यदि आपके पास अभी भी बहुत कम अनुभव है, क्योंकि हस्तक्षेप से निपटने की आवश्यकता है और एक मुद्रित सर्किट बोर्ड को डिजाइन करने के चरण की आवश्यकताएं बढ़ रही हैं।

अपने उपकरणों में, मुझे निम्नलिखित शंट PA2512FKF7W0R002E का उपयोग करना पसंद है:



वर्तमान को शंट के पार वोल्टेज ड्रॉप को मापने के द्वारा मापा जाता है, उदाहरण के लिए, जब वर्तमान 30 ए शंट के माध्यम से बहती है, तो एक बूंद होगी:

$$

$$U_ {पैड} = I * R = 0.002 ओम * 30A = 0.06V = 60 mV$$

यही है, जब हमें शंट पर 60 एमवी की एक बूंद मिलती है - इसका मतलब यह होगा कि हम सीमा तक पहुंच गए हैं और अगर बूंद आगे बढ़ती है, तो हमारे डिवाइस या लोड को डिस्कनेक्ट करना आवश्यक होगा। अब गणना करते हैं कि हमारे शंट पर कितना ताप छोड़ा जाएगा:

$$

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

थोड़ा नहीं, है ना? इस बिंदु को ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि मेरे शंट की अधिकतम शक्ति 2 वाट है और इसे पार नहीं किया जा सकता है, बस शंट को फ्यूजिबल सोल्डर से न मिलाएं - हो सकता है कि इसका क्षय हो जाए, मैंने इसे भी देखा।

उपयोग के लिए सिफारिशें:

• जब आपके पास हाई वोल्टेज हो और बहुत ज्यादा करंट न हो तो शंट का इस्तेमाल करें
• शंट पर उत्पन्न गर्मी की मात्रा का ध्यान रखें
• जहां आपको अधिकतम प्रदर्शन की आवश्यकता हो, वहां शंट का उपयोग करें
• केवल विशेष सामग्रियों से शंट का उपयोग करें: कंटीन, मैंगनीन और जैसे

2) हॉल प्रभाव वर्तमान सेंसर । यहां मैं खुद को अपने स्वयं के वर्गीकरण के लिए स्वीकार करूंगा, जो इस आशय के विभिन्न निर्णयों का सार पूरी तरह से दर्शाता है, अर्थात्: सस्ता और महंगा ।

a) सस्ता , उदाहरण के लिए, ACS712 और पसंद है। फायदे में से, मैं उपयोग की आसानी और गैल्वेनिक अलगाव की उपस्थिति को नोट कर सकता हूं, यही वह जगह है जहां फायदे समाप्त हो जाते हैं। आरएफ हस्तक्षेप के प्रभाव में मुख्य नुकसान बेहद अस्थिर व्यवहार है। कोई भी डीसी / डीसी या एक शक्तिशाली प्रतिक्रियाशील भार एक बाधा है, अर्थात, 90% मामलों में, ये सेंसर बेकार हैं, क्योंकि वे "पागल हो जाते हैं" और मंगल पर मौसम दिखाते हैं। लेकिन यह कुछ भी नहीं है कि वे बना रहे हैं के लिए नहीं है?

क्या उनके पास गैल्वेनिक अलगाव है और उच्च धाराओं को माप सकते हैं? हां। हस्तक्षेप पसंद नहीं है? हाँ भी। उन्हें कहां रखा जाए? यह सही है, कम निगरानी के साथ और बैटरी से वर्तमान खपत को मापने के लिए एक निगरानी प्रणाली में। मेरे पास बैटरी के साथ वर्तमान खपत के गुणात्मक मूल्यांकन के लिए एसईएस और वीईएस के लिए इनवर्टर हैं, जो आपको बैटरी जीवन का विस्तार करने की अनुमति देता है। ये सेंसर इस तरह दिखते हैं:


b) प्रिय । वे सस्ते के सभी फायदे हैं, लेकिन उनके minuses नहीं हैं। ऐसे एलईएम एलटीएस 15-एनपी सेंसर का एक उदाहरण:


परिणामस्वरूप हमारे पास क्या है:
1) उच्च प्रदर्शन;
2) गैल्वेनिक अलगाव;
3) उपयोग में आसानी;
4) वोल्टेज की परवाह किए बिना बड़े मापा धाराओं;
5) उच्च माप सटीकता;
6) यहां तक ​​कि "बुराई" ईएमपी काम में हस्तक्षेप नहीं करते हैं और नहीं करते हैं; सटीकता को प्रभावित करते हैं।

लेकिन फिर माइनस क्या है? ऊपर लिंक खोलने वालों ने स्पष्ट रूप से देखा - यह कीमत है। $ 18, कार्ल! और यहां तक ​​कि 1000+ टुकड़ों की एक श्रृंखला पर, कीमत $ 10 से नीचे नहीं जाएगी, और वास्तविक खरीद $ 12-13 होगी। बीपी में एक-दो रुपये के लिए यह नहीं डाला जा सकता है, लेकिन जैसा कि मैं चाहूंगा ... संक्षेप में:

क) यह वर्तमान को मापने के लिए सिद्धांत रूप में सबसे अच्छा समाधान है, लेकिन महंगा है;
बी) कठोर परिचालन स्थितियों में इन सेंसर का उपयोग करें;
ग) इन सेंसर का उपयोग गंभीर नोड्स में करें;
d) उनका उपयोग करें यदि आपके डिवाइस में बहुत पैसा खर्च होता है, उदाहरण के लिए, एक 5-10 kW UPS, वहां यह निश्चित रूप से खुद को साबित करेगा, क्योंकि डिवाइस की कीमत कई हजार डॉलर होगी।

3) वर्तमान ट्रांसफार्मर । कई उपकरणों में मानक समाधान। दो minuses - प्रत्यक्ष वर्तमान के साथ काम नहीं करते हैं और गैर-रैखिक विशेषताएं हैं। पेशेवरों - सस्ते, विश्वसनीय और आप केवल विशाल धाराओं को माप सकते हैं। यह वर्तमान ट्रांसफॉर्मर पर है कि ऑटोमेशन और प्रोटेक्शन सिस्टम RU-0.4, 6, 10, 35 kV उद्यमों में बनाए गए थे, और हजारों एम्पीयर वहां एक सामान्य बात है।

ईमानदारी से, मैं उनका उपयोग नहीं करने की कोशिश करता हूं, क्योंकि मैं उन्हें पसंद नहीं करता, लेकिन मैंने अभी भी उन्हें विभिन्न नियंत्रण मंत्रिमंडलों और अन्य एसी प्रणालियों में रखा है, क्योंकि उन्होंने कुछ $ खर्च किए और गैल्वेनिक अलगाव दिया, और LEMs की तरह $ 15-20 नहीं और पूरी तरह से 50 हर्ट्ज नेटवर्क में अपना काम करते हैं। आमतौर पर वे इस तरह दिखते हैं, लेकिन वे सभी प्रकार के ईएफडी कोर पर होते हैं:



शायद वर्तमान को मापने के तरीकों के साथ, आप समाप्त कर सकते हैं। मैंने मुख्य के बारे में बात की, लेकिन निश्चित रूप से सभी नहीं। अपने स्वयं के क्षितिज और ज्ञान का विस्तार करने के लिए, मैं आपको कम से कम Google को सलाह देता हूं और एक ही digikey पर विभिन्न सेंसर देखता हूं।

मापा वोल्टेज ड्रॉप का लाभ

संरक्षण प्रणाली का आगे का निर्माण वर्तमान सेंसर के रूप में शंट पर आधारित होगा। आइए 30A के पहले घोषित वर्तमान मूल्य के साथ एक प्रणाली का निर्माण करें। शंट पर हमें 60 mV की एक बूंद मिलती है और यहां 2 तकनीकी समस्याएं उत्पन्न होती हैं:

क) 60 एमवी के आयाम के साथ एक संकेत को मापना और तुलना करना असुविधाजनक है। ADCs में आमतौर पर 3.3V की माप सीमा होती है, जो कि 12 बिट की गहराई के साथ होती है, हमें एक परिमाणीकरण कदम मिलता है:

$$

$$U_ {क्वांटम} = V_ {Ref} / 2 ^ {12} = 3.3 / 4095 = 0,0008 [V] = 0.8 [mV]$$

इसका मतलब है कि 0-60 mV की सीमा में, जो 0-30A से मेल खाती है, हमें कम संख्या में कदम मिलते हैं:

$$

$$n = U_ {शंट} / U_ {क्वांटम} = 60 / 0.8 = 75 [चरण]$$

हम पाते हैं कि माप बिट केवल होगा:

$$

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

यह समझा जाना चाहिए कि यह एक आदर्श आकृति है और वास्तव में वे बहुत खराब होंगे, क्योंकि ADC में स्वयं एक त्रुटि है, विशेष रूप से शून्य के आसपास। बेशक, हम सुरक्षा के लिए एडीसी का उपयोग नहीं करेंगे, लेकिन हमें एक नियंत्रण प्रणाली के निर्माण के लिए वर्तमान को उसी शंट से मापना होगा। यहां कार्य को स्पष्ट रूप से समझाया गया था, लेकिन यह तुलना करने वालों के लिए भी सच है, जो कि पृथ्वी की क्षमता (0V आमतौर पर) के क्षेत्र में बहुत अस्थिर हैं, यहां तक ​​कि रेल-टू-रेल भी।

b) यदि हम बोर्ड में 60 mV के आयाम के साथ सिग्नल खींचना चाहते हैं, तो 5-10 सेमी के बाद हस्तक्षेप के कारण इसमें से कुछ नहीं बचेगा, और शॉर्ट सर्किट के समय हमें निश्चित रूप से इस पर भरोसा नहीं करना होगा, क्योंकि EMR और बढ़ेगा। बेशक, आप शंट के पैर में सुरक्षा योजना लटका सकते हैं, लेकिन हम पहली समस्या से छुटकारा नहीं पाएंगे।

इन समस्याओं को हल करने के लिए, हमें एक परिचालन एम्पलीफायर (op amp) की आवश्यकता है। मैं इस बारे में बात नहीं करता कि यह कैसे काम करता है - विषय पूरी तरह से Google है, लेकिन हम महत्वपूर्ण मापदंडों और ऑप-एम्प्स की पसंद के बारे में बात करेंगे। शुरू करने के लिए, योजना पर फैसला करते हैं। मैंने कहा कि यहां कोई विशेष कृपा नहीं होगी, इसलिए हम नकारात्मक प्रतिक्रिया (ओओएस) के साथ ओपैंप को कवर करेंगे और एक ज्ञात लाभ के साथ एक एम्पलीफायर प्राप्त करेंगे। मैं मल्टीसिम में इस क्रिया का अनुकरण करूँगा (चित्र क्लिक करने योग्य है):



आप यहां सिमुलेशन के लिए फाइल डाउनलोड कर सकते हैं ।

वोल्टेज स्रोत V2 हमारे शंट के रूप में कार्य करता है, या यों कहें कि यह एक वोल्टेज ड्रॉप को पार करता है। स्पष्टता के लिए, मैंने 100 एमवी के एक ड्रॉप मूल्य को चुना, अब हमें सिग्नल को बढ़ाना होगा ताकि इसे अधिक सुविधाजनक वोल्टेज में स्थानांतरित किया जा सके, आमतौर पर 1/2 और 2/3 वी _{रेफ के} बीच। यह आपको वर्तमान सीमा में बड़ी संख्या में परिमाणीकरण चरणों को प्राप्त करने की अनुमति देगा + माप के लिए एक मार्जिन छोड़ दें ताकि यह आकलन किया जा सके कि सब कुछ कितना खराब है और वर्तमान वृद्धि समय की गणना करता है, यह जटिल प्रतिक्रियाशील लोड नियंत्रण प्रणालियों में महत्वपूर्ण है। इस मामले में लाभ के बराबर है:

$$

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

इस प्रकार, हम अपने सिग्नल के सिग्नल को वांछित स्तर तक बढ़ाने में सक्षम हैं। अब हम इस पर विचार करेंगे कि कौन से पैरामीटर ध्यान देने योग्य हैं:

• ग्राउंड पोटेंशियल (GND) के पास संकेतों के साथ पर्याप्त रूप से काम करने के लिए op-amp रेल से रेल होनी चाहिए
• यह एक उच्च आस्तीन दर के साथ एक सेशन- amp चुनने के लायक है। मेरे प्रिय OPA376 के लिए, यह पैरामीटर 2V / μs है, जो मुझे केवल 2 μs में VCC 3.3V का अधिकतम op-amp आउटपुट मान प्राप्त करने की अनुमति देता है। यह गति किसी भी कनवर्टर को बचाने या 200 kHz तक की आवृत्तियों के साथ लोड करने के लिए पर्याप्त है। इन मापदंडों को समझा जाना चाहिए और एक ऑप-एम्प चुनते समय सिर को शामिल करना चाहिए, अन्यथा $ 10 के लिए एक ऑप-एम्प लगाने का मौका है जहां $ 1 के लिए एक एम्पलीफायर पर्याप्त होगा
• Op-amp द्वारा चुनी गई बैंडविड्थ अधिकतम लोड स्विचिंग आवृत्ति से कम से कम 10 गुना अधिक होनी चाहिए। फिर, "मूल्य / प्रदर्शन विशेषताओं" के अनुपात में "सुनहरे मतलब" की तलाश करें, सब कुछ मॉडरेशन में अच्छा है

मेरी अधिकांश परियोजनाओं में, मैं टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स सेशन amp- OPA376 का उपयोग करता हूं, इसका TTX अधिकांश कार्यों में सुरक्षा को लागू करने के लिए पर्याप्त है और $ 1 मूल्य का टैग काफी अच्छा है। यदि आपको सस्ता चाहिए, तो एसटी से समाधान देखें, और यदि सस्ता भी है, तो माइक्रोचिप और माइक्रेल पर। धार्मिक कारणों से, मैं केवल TI और रैखिक का उपयोग करता हूं, क्योंकि मैं इसे पसंद करता हूं और इतनी शांति से सोता हूं।

सुरक्षा प्रणाली में यथार्थवाद जोड़ें।

आइए अब सिम्युलेटर में एक अलग धकेलना, भार, बिजली की आपूर्ति और अन्य विशेषताओं को जोड़ें जो हमारे मॉडल को वास्तविकता के करीब लाएंगे। प्राप्त परिणाम निम्नानुसार है (चित्र क्लिक करने योग्य है):



आप यहां मल्टीस्म के लिए सिमुलेशन फाइल डाउनलोड कर सकते हैं ।

यहाँ हम पहले से ही अपने शंट R1 को उसी 2 mOhm के प्रतिरोध के साथ देखते हैं, मैंने 310 V पावर सप्लाई (रेक्टिफाइड नेटवर्क) को चुना और इसके लिए लोड 10.2 ओम रोकनेवाला है, जो फिर से, ओम के नियम के अनुसार, हमें वर्तमान देता है:

$$

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

शंट पर, जैसा कि आप देख सकते हैं, पहले से गणना की गई 60 mV गिरावट है और हम उन्हें लाभ के साथ बढ़ाते हैं:

$$

$$k = 1+ \ frac {R2} {R7} = 1 + \ frac {45300} {910} = = 50.7$$

आउटपुट पर, हमें 3.1V के आयाम के साथ एक प्रवर्धित संकेत मिलता है। , , 20-40 . .

— , 2 (+) , (-), . 1 (VCC). . 0 (GND).

, «/». , , , . , Texas Instrumets — LMV7271 . :

• , . 880 , 2$
• — rail-to-rail , 5, . , - rail-to-rail . (SD) TTL
• push-pull, open-drain .

अब चलो सिम्युलेटर में हमारी परियोजना के लिए एक तुलनित्र जोड़ते हैं और इसके संचालन को उस मोड में देखते हैं जब सुरक्षा काम नहीं करती थी और वर्तमान आपातकालीन (क्लिक करने योग्य चित्र) से अधिक नहीं है: आप यहां मल्टीस्म में सिमुलेशन के लिए फ़ाइल डाउनलोड कर सकते हैं । हमें क्या चाहिए ... हमें ज़रूरत है अगर वर्तमान 30 ए से अधिक हो, ताकि तुलनित्र के आउटपुट पर एक लॉग हो। 0 (GND), यह सिग्नल ड्राइवर SD या EN इनपुट को फीड करेगा और इसे बंद कर देगा। सामान्य स्थिति में, आउटपुट लॉग होना चाहिए। 1 (5V TTL) और पावर कुंजी ड्राइवर के संचालन को सक्षम करें (उदाहरण के लिए, "लोक" IR2110 और कम प्राचीन)। हम अपने तर्क पर लौटते हैं: 1) हमने वर्तमान को शंट पर मापा और 56.4 mV प्राप्त किया; 2) हमने 50.78 के गुणांक के साथ अपना संकेत बढ़ाया और आउटपुट पर OU 2.88V प्राप्त किया;










3) तुलनित्र के प्रत्यक्ष इनपुट पर, हम एक संदर्भ संकेत देते हैं जिसके साथ हम तुलना करेंगे। हम इसे R2 पर एक विभक्त का उपयोग करके सेट करते हैं और 3.1V सेट करते हैं - यह लगभग 30 ए के वर्तमान से मेल खाती है। इस अवरोधक के साथ, सुरक्षा सीमा को विनियमित किया जाता है!
4) अब ऑप-एम्प आउटपुट से सिग्नल एक पर लागू होता है और हम दो सिग्नल की तुलना करते हैं: 3.1V> 2.88V। प्रत्यक्ष इनपुट (+) पर, वोल्टेज उलटा इनपुट (-) से अधिक है, इसलिए वर्तमान पार नहीं हुआ है और आउटपुट लॉग है। 1 - ड्राइवर काम करते हैं, लेकिन हमारा LED1 प्रकाश नहीं देता है।

अब करंट को एक मान में बढ़ाएँ> 30A (R8 को कम करें और प्रतिरोध को कम करें) और परिणाम पर क्लिक करें (क्लिक करने योग्य चित्र): आइए अपने "तर्क" से बिंदुओं को संशोधित करें: 1) हमने शंट पर वर्तमान को मापा और 68.9 mV मिला; 2) हमने 50.78 के गुणांक के साथ अपने संकेत को बढ़ाया और OA 3.4V आउटपुट प्राप्त किया;






4) अब ऑप-एम्प आउटपुट से सिग्नल एक पर लागू होता है और हम दो सिग्नल की तुलना करते हैं: 3.1V <3.4V। डायरेक्ट इनपुट (+) पर, वोल्टेज व्युत्क्रम इनपुट (-) की तुलना में कम होता है, फिर करंट पार हो जाता है और आउटपुट लॉग होता है। 0 - ड्राइवर काम नहीं करते हैं, और हमारा LED1 चालू है।

क्यों हार्डवेयर?

इस प्रश्न का उत्तर सरल है - एमके पर कोई भी प्रोग्राम योग्य समाधान, बाहरी एडीसी के साथ और इतने पर, बस "हैंग" कर सकते हैं और भले ही आप एक काफी सक्षम सॉफ्टवेयर लेखक हों और वॉचडॉग टाइमर और फ्रीजिंग के खिलाफ अन्य सुरक्षा को चालू कर दिया हो, जबकि यह संसाधित होता है जब आपका डिवाइस जल जाएगा।

हार्डवेयर सुरक्षा आपको कुछ माइक्रोसेकंड के भीतर गति के साथ एक प्रणाली को लागू करने की अनुमति देती है, और यदि बजट अनुमति देता है, तो 100-200 एनएस के भीतर, जो किसी भी कार्य के लिए पर्याप्त है। इसके अलावा, हार्डवेयर सुरक्षा "फ्रीज" करने और डिवाइस को बचाने में सक्षम नहीं होगी, भले ही किसी कारण से आपका नियंत्रण माइक्रोकंट्रोलर या डीएसपी "फ्रीज" हो। संरक्षण ड्राइवर को अक्षम कर देगा, आपका नियंत्रण सर्किट शांतिपूर्वक पुनरारंभ करेगा, हार्डवेयर का परीक्षण करेगा और या तो एक त्रुटि देगा, उदाहरण के लिए, मोडबस में या यह सब कुछ ठीक होने पर शुरू होगा।

यह ध्यान देने योग्य है कि पावर कन्वर्टर्स के निर्माण के लिए विशेष नियंत्रकों में विशेष इनपुट हैं जो आपको पीडब्लूएम सिग्नल पीढ़ी को हार्डवेयर अक्षम करने की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, सभी के पसंदीदा STM32 में इसके लिए BKIN इनपुट है।

अलग से, यह सीपीएलडी जैसी चीज के बारे में अधिक कहने योग्य है। वास्तव में, यह उच्च गति के तर्क का एक सेट है और इसकी विश्वसनीयता हार्डवेयर समाधान के लिए तुलनीय है। अगर हम dc / dc या किसी प्रकार के नियंत्रण मंत्रिमंडलों के बारे में बात कर रहे हैं, तो बोर्ड पर एक छोटा सा CPLD लगाना और उसमें हार्डवेयर प्रोटेक्शन, और डेडटाइम और अन्य विलंब दोनों को लागू करना सामान्य समझ होगी। CPLD आपको इस समाधान को बहुत लचीला और सुविधाजनक बनाने की अनुमति देता है।

उपसंहार

शायद यही सब है। मुझे आशा है कि आप इस लेख को पढ़ने में रुचि रखते थे और यह आपको कुछ नया ज्ञान देगा या पुराने को ताज़ा करेगा। हमेशा पहले से सोचने की कोशिश करें कि आपके डिवाइस में कौन से मॉड्यूल हार्डवेयर में और कौन से सॉफ्टवेयर में लागू होने चाहिए। अक्सर, हार्डवेयर कार्यान्वयन सॉफ्टवेयर कार्यान्वयन से अधिक परिमाण का आदेश होता है, और इससे विकास पर समय की बचत होती है और, तदनुसार, इसकी लागत।

हार्डवेयर के बिना लेख का प्रारूप मेरे लिए नया है और मैं आपसे सर्वेक्षण में अपनी राय व्यक्त करने के लिए कहता हूं।