Implementasi perlindungan perangkat keras saat ini

Hari ini, artikel saya akan murni bersifat teoritis, atau lebih tepatnya, tidak akan memiliki "besi" seperti pada artikel sebelumnya, tetapi jangan berkecil hati - itu tidak menjadi kurang bermanfaat. Faktanya adalah bahwa masalah melindungi komponen elektronik secara langsung mempengaruhi keandalan perangkat, sumber dayanya, dan karenanya keunggulan kompetitif Anda yang penting - kemampuan untuk memberikan garansi panjang pada produk . Implementasi perlindungan tidak hanya menyangkut elektronik daya favorit saya, tetapi perangkat apa pun pada prinsipnya, jadi bahkan jika Anda merancang kerajinan IoT dan Anda memiliki 100 mA sederhana, Anda masih perlu memahami cara memastikan operasi bebas kegagalan perangkat Anda.

Perlindungan saat ini atau perlindungan hubung singkat (hubung singkat) mungkin merupakan jenis perlindungan yang paling umum karena pengabaian dalam hal ini menyebabkan konsekuensi yang menghancurkan dalam arti literal. Sebagai contoh, saya mengusulkan untuk melihat regulator tegangan, yang menjadi sedih karena korsleting yang muncul:



Diagnosis di sini sederhana - kesalahan terjadi pada stabilizer dan arus ultrahigh mulai mengalir di sirkuit, demi perlindungan seharusnya mematikan perangkat, tetapi ada yang salah. Setelah membaca artikel itu, saya pikir Anda sendiri yang bisa menebak apa masalahnya.

Adapun beban itu sendiri ... Jika Anda memiliki perangkat elektronik seukuran kotak korek api, tidak ada arus seperti itu, maka jangan berpikir bahwa Anda tidak dapat menjadi sedih seperti stabilizer. Tentunya Anda tidak ingin membakar bundel chip seharga $ 10-1000? Jika demikian, maka saya mengundang Anda untuk membiasakan diri dengan prinsip dan metode memerangi sirkuit pendek!

Tujuan artikel

Saya memfokuskan artikel saya pada orang-orang yang memiliki hobi dan pengembang pemula elektronik, jadi semuanya akan dikatakan "dengan jari" untuk pemahaman yang lebih bermakna tentang apa yang terjadi. Bagi mereka yang menginginkan keterampilan akademik, kami pergi dan membaca buku teks universitas tentang teknik elektro + "klasik" dari Horowitz, Hill, "The Art of Circuit Engineering".

Saya ingin mengatakan secara terpisah bahwa semua solusi akan menjadi perangkat keras, yaitu, tanpa mikrokontroler dan penyimpangan lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, telah menjadi sangat modis untuk program di mana perlu dan tidak perlu. Seringkali saya mengamati "perlindungan" oleh arus, yang dilaksanakan oleh pengukuran sepele dari tegangan ADC oleh beberapa arduino atau mikrokontroler, dan kemudian perangkat masih gagal. Saya sangat menyarankan Anda untuk tidak melakukan hal yang sama! Saya akan memberi tahu Anda lebih banyak tentang masalah ini secara lebih rinci.

Sedikit tentang arus hubung singkat

Untuk mulai menemukan metode perlindungan, Anda harus terlebih dahulu memahami apa yang sedang kami lawan. Apa itu hubungan pendek? Di sini, hukum favorit Ohm akan membantu kami, mempertimbangkan kasus yang ideal:



Apakah ini sederhana? Sebenarnya, sirkuit ini adalah rangkaian ekivalen dari hampir semua perangkat elektronik, yaitu, ada sumber energi yang memberikannya kepada beban, dan itu memanas dan melakukan sesuatu atau tidak melakukan sesuatu.

Kami setuju bahwa kekuatan sumber memungkinkan tegangan konstan, yaitu, "jangan melorot" di bawah beban apa pun. Selama operasi normal, akting saat ini di sirkuit akan sama dengan:

$$

$$I = U / R$$

Sekarang bayangkan Paman Vasya menjatuhkan kunci pas pada kabel yang menuju bola lampu dan beban kita berkurang 100 kali lipat, yaitu, alih-alih R, itu menjadi 0,01 * R dan dengan bantuan perhitungan sederhana kita mendapatkan arus 100 kali lebih banyak. Jika bola lampu mengkonsumsi 5A, maka sekarang arus dari beban akan diambil pada sekitar 500A, yang cukup untuk melelehkan kunci Paman Vasya. Sekarang kesimpulan kecil ...

Hubung singkat - penurunan yang signifikan dalam tahanan beban, yang mengarah ke peningkatan yang signifikan dalam arus dalam rangkaian.

Harus dipahami bahwa arus hubung singkat biasanya ratusan dan ribuan kali lebih besar dari arus pengenal dan bahkan periode waktu yang singkat sudah cukup untuk membuat perangkat rusak. Di sini, banyak orang mungkin akan mengingat perangkat proteksi elektromekanis ("perangkat otomatis" dan lainnya), tetapi semuanya sangat biasa ... Biasanya, soket rumah tangga dilindungi oleh mesin dengan arus pengenal 16A, artinya, pemadaman akan terjadi 6-7 kali dari saat ini, yang sudah sekitar 100A. Catu daya laptop memiliki daya sekitar 100 watt, artinya arus kurang dari 1A. Sekalipun terjadi korsleting, mesin tidak akan memerhatikan hal ini untuk waktu yang lama dan akan memutuskan beban hanya saat semuanya sudah terbakar. Ini lebih merupakan proteksi kebakaran, bukan proteksi teknologi.

Sekarang mari kita lihat kasus umum lainnya - melalui arus . Saya akan menunjukkannya pada contoh konverter dc / dc dengan topologi sinkron buck, semua pengontrol MPPT, banyak driver LED dan konverter DC / DC yang kuat di papan dibangun persis di atasnya. Kami melihat rangkaian konverter:



Diagram menunjukkan dua opsi untuk arus lebih: jalur hijau untuk kesalahan "klasik", ketika ada penurunan tahanan beban ("nozzle" antara jalan setelah penyolderan, misalnya) dan jalur oranye . Kapan arus mengalir di sepanjang jalur oranye? Saya pikir banyak orang tahu bahwa hambatan saluran terbuka transistor efek medan sangat kecil, untuk transistor tegangan rendah modern adalah 1-10 mOhm. Sekarang anggaplah bahwa PWM dengan tingkat tinggi datang ke tombol pada saat yang sama, yaitu, kedua kunci dibuka, untuk sumber "VCCIN - GND" ini setara dengan menghubungkan beban dengan resistansi sekitar 2-20 mOhm! Kami menerapkan hukum Ohm yang hebat dan perkasa dan mendapatkan nilai saat ini lebih dari 250A bahkan dengan kekuatan 5V! Meskipun tidak khawatir, tidak akan ada arus seperti itu - komponen dan konduktor pada papan sirkuit cetak akan terbakar lebih awal dan memutus sirkuit.

Kesalahan ini sangat sering terjadi pada sistem tenaga dan terutama pada elektronika daya. Ini dapat terjadi karena berbagai alasan, misalnya, karena kesalahan kontrol atau transien yang panjang. Dalam kasus terakhir, bahkan "waktu mati" (deadtime) di konverter Anda tidak akan menghemat.

Saya pikir masalahnya bisa dimengerti dan akrab bagi banyak dari Anda, sekarang sudah jelas apa yang perlu Anda lawan dan tetap hanya untuk mengetahui BAGAIMANA. Ini akan menjadi cerita selanjutnya.

Bagaimana perlindungan saat ini bekerja

Di sini Anda perlu menerapkan logika yang biasa dan melihat hubungan sebab akibat:
1) Masalah utama adalah nilai besar arus dalam rangkaian;
2) Bagaimana cara memahami nilai arus apa? -> Ukur itu;
3) Diukur dan dapatkan nilainya -> Bandingkan dengan nilai valid yang diberikan;
4) Jika Anda melebihi nilai -> Putuskan sambungan dari sumber saat ini.

Ukur arus -> Cari tahu apakah arus yang diizinkan telah melebihi -> Putuskan sambungan beban

Benar-benar perlindungan apa pun, tidak hanya kelebihan arus, dibangun seperti itu. Bergantung pada jumlah fisik yang digunakan pertahanan, berbagai masalah teknis dan metode untuk menyelesaikannya akan muncul dalam perjalanan ke implementasi, tetapi esensinya tidak berubah.

Sekarang saya mengusulkan, agar, melalui seluruh rantai pertahanan dan menyelesaikan semua masalah teknis yang muncul. Perlindungan yang baik adalah perlindungan yang telah disediakan sebelumnya dan berfungsi. Jadi kita tidak bisa melakukannya tanpa pemodelan, saya akan menggunakan MultiSIM Blue yang populer dan gratis, yang secara aktif dipromosikan oleh Mouser. Anda dapat mengunduhnya di sana - tautan . Saya juga akan mengatakan sebelumnya bahwa dalam kerangka artikel ini saya tidak akan pergi ke sirkuit dan mengisi kepala Anda dengan hal-hal yang tidak perlu pada tahap ini, hanya tahu bahwa semuanya akan sedikit lebih rumit dalam perangkat keras nyata.

Pengukuran saat ini

Ini adalah item pertama dalam rantai kami dan mungkin yang termudah untuk dipahami. Anda dapat mengukur arus dalam rangkaian dengan beberapa cara dan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri, yang mana untuk diterapkan secara khusus untuk tugas Anda adalah terserah Anda. Saya akan memberi tahu Anda, berdasarkan pengalaman saya, tentang kelebihan dan kekurangan yang sama. Beberapa dari mereka "diterima secara umum", dan beberapa adalah pandangan dunia saya, saya meminta Anda untuk mencatat bahwa saya bahkan tidak mencoba untuk mengklaim semacam kebenaran.

1) Shunt saat ini . Dasar dari yayasan, "bekerja" semua pada hukum Ohm yang besar dan perkasa. Yang termudah, termurah, tercepat dan umumnya paling, tetapi dengan sejumlah kelemahan:

a) Kurangnya isolasi galvanik . Anda harus mengimplementasikannya secara terpisah, misalnya, menggunakan optocoupler berkecepatan tinggi. Ini tidak sulit untuk diimplementasikan, tetapi membutuhkan ruang tambahan pada board, decoupled dc / dc dan komponen lainnya yang membutuhkan biaya dan menambah dimensi keseluruhan. Meskipun isolasi galvanik tidak selalu diperlukan, tentu saja.

b) Pada arus tinggi mempercepat pemanasan global . Seperti yang saya tulis sebelumnya, semuanya bekerja berdasarkan hukum Ohm, yang berarti itu menghangatkan dan menghangatkan atmosfer. Ini mengarah pada penurunan efisiensi dan kebutuhan untuk mendinginkan shunt. Ada cara untuk meminimalkan kelemahan ini - untuk mengurangi resistensi shunt. Sayangnya, itu tidak dapat dikurangi secara tak terbatas, dan secara umum, saya tidak akan merekomendasikan menguranginya menjadi kurang dari 1 mOhm jika Anda masih memiliki sedikit pengalaman, karena ada kebutuhan untuk memerangi gangguan dan persyaratan untuk tahap desain PCB meningkat.

Di perangkat saya, saya suka menggunakan shunts PA2512FKF7W0R002E berikut:



Arus diukur dengan mengukur penurunan tegangan melintasi shunt, misalnya, ketika arus 30A mengalir melalui shunt, akan ada penurunan:

$$

$$U_ {pad} = I * R = 0,002 Ohm * 30A = 0,06V = 60 mV$$

Artinya, ketika kita mendapatkan setetes 60 mV pada shunt - ini berarti bahwa kita telah mencapai batas dan jika penurunan meningkat lebih lanjut, kita perlu memutuskan koneksi perangkat atau memuat kita. Sekarang mari kita hitung berapa banyak panas yang akan dikeluarkan pada shunt kami:

$$

$$P_ {shunt} = I ^ 2 * R_ {shunt} = 30 ^ 2 * 0,002 = 1,8 [W]$$

Tidak sedikit, bukan? Poin ini harus diperhitungkan, karena kekuatan maksimum shunt saya adalah 2 watt dan tidak bisa dilampaui, hanya saja jangan solder shunt dengan solder fusible - mungkin itu membusuk, saya juga melihatnya.

Rekomendasi untuk digunakan:

• Gunakan pirau ketika Anda memiliki tegangan tinggi dan arus yang tidak terlalu tinggi
• Pantau jumlah panas yang dihasilkan pada pirau
• Gunakan shunt di mana Anda membutuhkan kinerja maksimal
• Gunakan pirau hanya dari bahan khusus: constantan, manganin dan sejenisnya

2) Hall effect sensor saat ini . Di sini saya akan mengakui kepada diri saya sendiri klasifikasi saya, yang sepenuhnya mencerminkan esensi dari berbagai keputusan mengenai efek ini, yaitu: murah dan mahal .

a) Murah , misalnya, ACS712 dan sejenisnya. Dari kelebihannya, saya bisa perhatikan kemudahan penggunaan dan keberadaan isolasi galvanik, disinilah keunggulannya berakhir. Kerugian utama adalah perilaku yang sangat tidak stabil di bawah pengaruh interferensi RF. Setiap dc / dc atau beban reaktif yang kuat adalah penghalang, yaitu, dalam 90% kasus, sensor ini tidak berguna, karena mereka "menjadi gila" dan lebih menunjukkan cuaca di Mars. Tapi bukan tanpa alasan mereka dibuat?

Apakah mereka memiliki isolasi galvanik dan dapat mengukur arus tinggi? Ya Tidak suka gangguan? Ya juga. Di mana menempatkan mereka? Itu benar, dalam sistem pemantauan dengan tanggung jawab rendah dan untuk mengukur konsumsi arus dari baterai. Saya memilikinya di inverter untuk SES dan VES untuk penilaian kualitatif konsumsi saat ini dengan baterai, yang memungkinkan Anda untuk memperpanjang usia baterai. Sensor-sensor ini terlihat seperti ini:


b) sayang . Mereka memiliki semua kelebihan yang murah, tetapi tidak memiliki kekurangan. Contoh sensor LEM LTS 15-NP yang demikian :


Apa yang kita miliki sebagai hasilnya:
1) Kinerja tinggi;
2) isolasi galvanik;
3) Kemudahan penggunaan;
4) Arus yang diukur besar terlepas dari tegangan;
5) Akurasi pengukuran tinggi;
6) Bahkan EMP "jahat" tidak mengganggu pekerjaan dan tidak; mempengaruhi akurasi.

Tapi apa minusnya? Mereka yang membuka tautan di atas dengan jelas melihatnya - ini adalah harganya. $ 18, Carl! Dan bahkan pada seri 1000+ keping, harga tidak akan jatuh di bawah $ 10, dan pembelian aktual akan menjadi $ 12-13. Di BP untuk beberapa dolar ini tidak dapat dimasukkan, tapi seperti yang saya inginkan ... Untuk meringkas:

a) Ini adalah solusi terbaik pada prinsipnya untuk mengukur arus, tetapi mahal;
b) Gunakan sensor ini dalam kondisi operasi yang keras;
c) Gunakan sensor ini di titik kritis;
d) Gunakan mereka jika perangkat Anda menghabiskan banyak uang, misalnya, 5-10 kW UPS, di sana pasti akan terbukti sendiri, karena harga perangkat akan beberapa ribu $.

3) Trafo arus . Solusi standar di banyak perangkat. Dua minus - tidak bekerja dengan arus searah dan memiliki karakteristik non-linear. Pro - murah, andal, dan Anda bisa mengukur arus yang sangat besar. Pada transformator saat ini sistem otomasi dan perlindungan dibangun pada RU-0,4, 6, 10, 35 kV di perusahaan, dan ribuan ampere adalah hal yang cukup normal di sana.

Sejujurnya, saya mencoba untuk tidak menggunakannya, karena saya tidak menyukainya, tetapi saya masih meletakkannya di berbagai kabinet kontrol dan sistem AC lainnya, karena harganya beberapa $ dan memberikan isolasi galvanik, dan bukan $ 15-20 seperti LEM dan dengan sempurna melakukan tugas mereka dalam jaringan 50 Hz. Biasanya mereka terlihat seperti ini, tetapi mereka terjadi pada semua jenis core EFD:



Mungkin dengan metode pengukuran arus, Anda bisa menyelesaikannya. Saya berbicara tentang utama, tetapi tentu saja tidak semua. Untuk memperluas wawasan dan pengetahuan saya sendiri, saya sarankan Anda untuk setidaknya google dan melihat berbagai sensor pada digikey yang sama.

Keuntungan dari penurunan tegangan yang diukur

Konstruksi lebih lanjut dari sistem perlindungan akan didasarkan pada shunt sebagai sensor saat ini. Mari kita membangun sistem dengan nilai 30A yang diumumkan sebelumnya. Pada shunt kita mendapatkan setetes 60 mV dan di sini 2 masalah teknis muncul:

a) Mengukur dan membandingkan sinyal dengan amplitudo 60 mV tidak nyaman. ADC biasanya memiliki rentang pengukuran 3.3V, yaitu, dengan kedalaman 12 bit, kami mendapatkan langkah kuantisasi:

$$

$$U_ {quantum} = V_ {ref} / 2 ^ {12} = 3.3 / 4095 = 0,0008 [V] = 0,8 [mV]$$

Ini berarti bahwa dalam kisaran 0-60 mV, yang sesuai dengan 0-30A, kami mendapatkan sejumlah kecil langkah:

$$

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

Kami mendapatkan bahwa bit pengukuran hanya akan:

$$

$$k = I_ {max} / n = 30/75 = 0,4 [A / step]$$

Harus dipahami bahwa ini adalah sosok yang ideal dan dalam kenyataannya mereka akan jauh lebih buruk, karena ADC sendiri memiliki kesalahan, terutama sekitar nol. Tentu saja, kita tidak akan menggunakan ADC untuk perlindungan, tetapi kita harus mengukur arus dari shunt yang sama untuk membangun sistem kontrol. Di sini tugasnya jelas dijelaskan, tetapi ini juga berlaku untuk pembanding, yang di wilayah potensial bumi (biasanya 0V) sangat tidak stabil, bahkan rel-ke-rel.

b) Jika kita ingin menyeret sinyal dengan amplitudo 60 mV di seluruh papan, maka setelah 5-10 cm tidak akan ada yang tersisa darinya karena gangguan, dan pada saat korsleting kita pasti tidak akan harus bergantung padanya, karena ESDM akan semakin meningkat. Tentu saja, Anda dapat menggantung skema perlindungan tepat di bawah shunt, tetapi kami tidak akan menyingkirkan masalah pertama.

Untuk mengatasi masalah ini, kita memerlukan penguat operasional (op amp). Saya tidak akan berbicara tentang cara kerjanya - topiknya benar-benar google, tetapi kita akan berbicara tentang parameter kritis dan pilihan op-amp. Untuk memulai, mari kita putuskan skema. Saya mengatakan bahwa tidak akan ada rahmat khusus di sini, jadi kami akan menutup opamp dengan umpan balik negatif (OOS) dan mendapatkan amplifier dengan gain yang diketahui. Saya akan mensimulasikan tindakan ini di MultiSIM (gambar dapat diklik):



Anda dapat mengunduh file untuk simulasi di sini .

Sumber tegangan V2 bertindak sebagai shunt kami, atau lebih tepatnya, itu mensimulasikan penurunan tegangan di atasnya. Untuk kejelasan, saya memilih nilai drop 100 mV, sekarang kita perlu memperkuat sinyal untuk mentransfernya ke tegangan yang lebih nyaman, biasanya antara 1/2 dan 2/3 V _ref . Ini akan memungkinkan Anda untuk mendapatkan sejumlah besar langkah kuantisasi ke dalam rentang saat ini + menyisakan margin untuk pengukuran untuk menilai seberapa buruk semuanya dan menghitung waktu kenaikan saat ini, ini penting dalam sistem kontrol beban reaktif yang kompleks. Keuntungan dalam hal ini sama dengan:

$$

$$U_ {out} = U_ {in} * (1+ \ frac {R2} {R1}) = 0,1 * (1 + \ frac {9} {1}) = 0,1 * 10 = 1 [B]$$

Dengan demikian, kami dapat memperkuat sinyal kami ke level yang diinginkan. Sekarang kita akan mempertimbangkan parameter apa yang perlu diperhatikan:

• Op-amp harus rel-ke-rel agar dapat bekerja secara memadai dengan sinyal near ground potential (GND)
• Perlu memilih op-amp dengan laju perubahan tegangan tinggi. Untuk OPA376 yang saya cintai , parameter ini adalah 2V / μs, yang memungkinkan saya untuk mencapai nilai output op-amp maksimum VCC 3.3V hanya dalam 2 μs. Kecepatan ini cukup untuk menghemat konverter atau memuat dengan frekuensi hingga 200 kHz. Parameter-parameter ini harus dipahami dan termasuk kepala ketika memilih op-amp, jika tidak ada kesempatan untuk menempatkan op-amp seharga $ 10 di mana penguat seharga $ 1 akan cukup
• Bandwidth yang dipilih oleh op-amp harus setidaknya 10 kali lebih besar dari frekuensi switching beban maksimum. Sekali lagi, cari "rata-rata emas" dalam rasio "karakteristik harga / kinerja", semuanya baik-baik saja

Dalam sebagian besar proyek saya, saya menggunakan op amp Texas Instruments - OPA376, TTX-nya cukup untuk menerapkan perlindungan di sebagian besar tugas dan label harga $ 1 cukup baik. Jika Anda membutuhkan yang lebih murah, maka lihat solusi dari ST, dan jika lebih murah, maka pada Microchip dan Micrel. Untuk alasan agama, saya hanya menggunakan TI dan Linear, karena saya suka dan tidur dengan tenang.

Tambahkan realisme ke sistem keamanan.

Sekarang mari kita tambahkan simulator shunt, load, power supply dan atribut lainnya yang akan membawa model kita lebih dekat dengan kenyataan. Hasil yang diperoleh adalah sebagai berikut (gambar dapat diklik):



Anda dapat mengunduh file simulasi untuk MultiSIM di sini .

Di sini kita sudah melihat shunt R1 kami dengan resistansi 2 mOhm yang sama, saya memilih catu daya 310 V (jaringan yang diperbaiki) dan bebannya adalah resistor 10,2 Ohm, yang lagi-lagi, menurut hukum Ohm, memberi kita arus:

$$

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

Pada shunt, seperti yang Anda lihat, penurunan 60 mV yang sebelumnya dihitung dan kami menguatkannya dengan gain:

$$

$$k = 1+ \ frac {R2} {R7} = 1 + \ frac {45300} {910} = $ 50,7$$

Pada output, kami mendapatkan sinyal yang diperkuat dengan amplitudo 3.1V.Anda harus mengakui bahwa itu sudah dapat diserahkan ke ADC dan ke komparator dan diseret sepanjang papan 20-40 mm tanpa rasa takut atau kerusakan stabilitas pekerjaan. Kami akan terus bekerja dengan sinyal ini.

Perbandingan sinyal menggunakan pembanding

Komparator adalah sirkuit yang menerima 2 sinyal pada input, dan jika amplitudo sinyal pada input langsung (+) lebih besar daripada pada invers (-), maka log muncul pada output. 1 (VCC). Kalau tidak, log. 0 (GND).

Secara formal, OS apa pun dapat dimasukkan sebagai komparator, tetapi solusi TTX seperti itu akan lebih rendah daripada komparator dalam hal kecepatan dan rasio harga / hasil. Dalam kasus kami, semakin tinggi kecepatan, semakin tinggi kemungkinan perlindungan akan memiliki waktu untuk bekerja dan menghemat perangkat. Saya suka menggunakan komparator, lagi dari Texas Instrumets - LMV7271 . Apa yang harus Anda perhatikan:

• Keterlambatan operasi, sebenarnya itu adalah pembatas kecepatan utama. Pada komparator di atas, kali ini sekitar 880 ns, yang cukup cepat dan dalam banyak tugas agak berlebihan dengan harga $ 2, dan Anda dapat memilih komparator yang lebih optimal
• — rail-to-rail , 5, . , - rail-to-rail . (SD) TTL
• push-pull, open-drain .

Sekarang mari kita tambahkan komparator ke proyek kami di simulator dan lihat operasinya dalam mode ketika perlindungan tidak berfungsi dan saat ini tidak melebihi keadaan darurat (gambar yang dapat diklik): Anda dapat mengunduh file untuk simulasi di MultiSIM di sini . Apa yang kita butuhkan ... Kita perlu jika arus melebihi 30A, sehingga ada log di output komparator. 0 (GND), sinyal ini akan memberi makan input driver SD atau EN dan mematikannya. Dalam kondisi normal, output harus berupa log. 1 (5V TTL) dan memungkinkan pengoperasian driver tombol daya (misalnya, "folk" IR2110 dan kurang kuno). Kami kembali ke logika kami: 1) Kami mengukur arus pada shunt dan menerima 56,4 mV; 2) Kami memperkuat sinyal kami dengan koefisien 50,78 dan menerima OU 2.88V pada output;










3) Pada input langsung dari komparator, kami menyediakan sinyal referensi yang akan kami bandingkan. Kami menetapkannya menggunakan pembagi pada R2 dan set 3.1V - ini sesuai dengan arus sekitar 30A. Dengan resistor ini, ambang perlindungan diatur!
4) Sekarang sinyal dari keluaran op-amp diterapkan ke yang terbalik dan kami membandingkan dua sinyal: 3.1V> 2.88V. Pada input langsung (+), tegangan lebih tinggi dari pada input terbalik (-), sehingga arus tidak terlampaui dan outputnya adalah log. 1 - driver berfungsi, tetapi LED1 kami tidak menyala.

Sekarang tambah arus ke nilai> 30A (putar R8 dan kurangi resistansi) dan lihat hasilnya (gambar yang dapat diklik): Mari kita revisi poin dari "logika" kami: 1) Kami mengukur arus pada shunt dan mendapatkan 68,9 mV; 2) Kami memperkuat sinyal kami dengan koefisien 50,78 dan menerima output OA 3.4V;






4) Sekarang sinyal dari keluaran op-amp diterapkan ke sinyal terbalik dan kami membandingkan dua sinyal: 3.1V <3.4V. Pada input langsung (+), tegangannya lebih rendah dari pada input terbalik (-), maka arus terlampaui dan outputnya adalah log. 0 - driver TIDAK berfungsi, dan LED1 kami menyala.

Mengapa perangkat keras?

Jawaban atas pertanyaan ini sederhana - setiap solusi yang dapat diprogram pada MK, dengan ADC eksternal dan sebagainya, dapat dengan mudah "hang" dan bahkan jika Anda seorang penulis perangkat lunak yang cukup kompeten dan menyalakan pengawas waktu dan perlindungan lainnya terhadap pembekuan - saat sedang diproses perangkat Anda akan terbakar.

Perlindungan perangkat keras memungkinkan Anda menerapkan sistem dengan kecepatan dalam beberapa mikrodetik, dan jika anggaran memungkinkan, maka dalam 100-200 ns, yang cukup untuk tugas apa pun. Juga, perlindungan perangkat keras tidak akan dapat "membekukan" dan menyimpan perangkat, bahkan jika karena alasan tertentu kontrol Anda mikrokontroler atau DSP "membeku". Perlindungan akan menonaktifkan driver, sirkuit kontrol Anda akan dengan tenang restart, menguji perangkat keras dan memberikan kesalahan, misalnya, di Modbus atau akan mulai jika semuanya baik-baik saja.

Perlu dicatat bahwa dalam pengontrol khusus untuk membangun konverter daya ada input khusus yang memungkinkan Anda untuk menonaktifkan perangkat sinyal generasi PWM. Misalnya, STM32 favorit semua orang memiliki input BKIN untuk ini.

Secara terpisah, ada baiknya mengatakan lebih banyak tentang hal seperti CPLD. Bahkan, itu adalah seperangkat logika berkecepatan tinggi dan keandalannya sebanding dengan solusi perangkat keras. Adalah masuk akal untuk meletakkan CPLD kecil di papan dan menerapkan di dalamnya baik perlindungan perangkat keras, dan waktu mati dan kesenangan lainnya, jika kita berbicara tentang dc / dc atau semacam kabinet kontrol. CPLD memungkinkan Anda membuat solusi ini sangat fleksibel dan nyaman.

Epilog

Itu mungkin saja. Saya harap Anda tertarik membaca artikel ini dan ini akan memberi Anda pengetahuan baru atau menyegarkan yang lama. Selalu mencoba untuk berpikir terlebih dahulu modul mana di perangkat Anda yang harus diimplementasikan dalam perangkat keras dan yang dalam perangkat lunak. Seringkali, implementasi perangkat keras jauh lebih sederhana daripada implementasi perangkat lunak, dan ini mengarah pada penghematan waktu dalam pengembangan dan, karenanya, biayanya.

Format artikel tanpa perangkat keras baru bagi saya dan saya meminta Anda untuk menyatakan pendapat Anda dalam survei.