|
Acasă | Articole | Proiecte | Produse | Favorite | Despre | |
|
Postat la - 15 Aprilie 2018
Porturile protejate la supracurent sunt utile pentru dispozitivele amplasate la distanță, în zone nesigure, unde cablul de alimentare ar putea fi deteriorat, de exemplu. Prin urmare, a avea un port protejat la supracurent este esențial. Imaginează-ți cum ar fi să ai o sursă de alimentare care alimentează mai multe dispozitive într-o topologie de tip stea și, dintr-o dată, un dispozitiv cedează sau conductorul este deteriorat de un obiect metalic care scurtcircuitează pozitivul cu negativul – acest lucru va duce la o defecțiune generală, întrerupând întreaga alimentare. O soluție în acest caz ar putea fi utilizarea de siguranțe individuale, dar o siguranță este mai scumpă, mai lentă decât un circuit electronic și necesită întreținere.
În imaginea de mai sus este ilustrată o placă cu trei porturi comandate – din stânga – și un port independent – în dreapta – toate având protecție la supracurent. Portul protejat independent poate fi folosit pentru alimentarea dispozitivelor care trebuie să funcționeze continuu, în timp ce versiunea comandată poate alimenta dispozitive intermitente la cerere. Versiunea comandată este bazată pe cea independentă.
Port Protejat la Supracurent (versiune independentă):
În procesul de proiectare al acestor circuite, scopul a fost să se poată furniza 12-14Vcc până la 500mA cu o cădere de tensiune redusă. S-a folosit o rezistență de 1 Ohm (1%; 3W) ca un fel de senzor de curent. Când sarcina consumă 500mA, pe rezistență apare o tensiune de 500mV. Această tensiune este citită de un tranzistor între joncțiunea bază-emitor, astfel încât, când curentul ajunge la aproximativ 650mA, tranzistorul începe să conducă și comută un P-MOSFET în stare oprită. MOSFET-ul oferă o cădere de tensiune redusă datorită rezistenței interne mici (0.06 ohmi) și a consumului aproape inexistent la poartă, fiind dispozitivul ideal pentru acest scop. Întregul circuit utilizează feedback pozitiv, așadar se va opri definitiv până când sarcina va fi deconectată.
Circuitul era atât de rapid inițial încât nu putea încărca un mic condensator folosit ca sarcină. A fost luată în considerare o întârziere, iar circuitul a fost regândit pentru a ignora scurtcircuitele mai scurte de 10-15ms, pentru a putea încărca cel puțin un condensator de 1000uF. Mai multe detalii în secțiunea schemei.
Câteva fotografii realizate în timpul procesului de prototipare:
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
După cum se poate vedea, în stânga este alimentarea continuă, iar în dreapta ieșirea circuitului. Q1 este un MOSFET cu canal P care acționează ca un întrerupător normal închis, cu poarta conectată la GND prin R3. Deoarece nu curge curent prin R3, căderea de tensiune va fi 0V. Măsurând Vgs va rezulta aproximativ -12.75V, deci Q1 este în stare de conducție. Dioda D1 este pentru protecție la polaritate inversă și este de obicei încorporată în Q1.
După întrerupătorul MOSFET, curentul curge prin rezistența de precizie R1 (1 Ohm, 1%, 3W), care este de fapt senzorul de curent. Când curg 500mA prin R1, tensiunea este direct proporțională – în acest caz 500mV (V = IR) – iar tensiunea la sarcină scade la 12.25V. Căderea de tensiune pe Q1 și R1 este citită de Q2, astfel încât când sarcina consumă mai mult de 600mA (tipic 650mA), joncțiunea bază-emitor a lui Q2 se polarizează și Q2 începe să conducă între colector și emitor, aplicând tensiune pozitivă la poarta lui Q1.
Așadar, când Q2 conduce și tensiunea pe R3 este de aproximativ 7-8V, Vgs al lui Q1 ajunge la aproximativ -5V (-12.75 + 7.75 = -5). O creștere suplimentară a curentului va genera o cădere și mai mare pe R1, crescând tensiunea la poarta lui Q1 și închizând și mai mult Q1. Acest lucru crește și mai mult căderea totală de tensiune pe Q1+R1, iar Q2 conduce și mai tare, până când poarta lui Q1 ajunge la aproximativ -3.5V și Q1 se închide complet. Apoi circuitul se oprește, iar căderea de tensiune măsurată de Q2 este de aproximativ toată alimentarea (12.75V), menținând poarta lui Q1 la 0V (-12.75 + 12.75 = 0) până când sarcina este eliminată. Acesta este feedback-ul pozitiv.
Lucrurile se desfășoară foarte rapid în cazul componentelor electronice, iar probabilitatea unei sarcini pur rezistive este redusă. În general, sarcinile sunt dinamice și reactive, așa că inițial circuitul nu putea încărca un condensator de 1000uF deoarece se comporta ca un scurtcircuit când era complet descărcat. În schemă, C1 este destinat introducerii unei întârzieri în bucla de feedback, încetinind răspunsul protecției. La un scurtcircuit la ieșire, protecția se activează doar când C1 atinge tensiunea de 0.65V pe baza lui Q2. Încărcarea lui C1 se face prin R2, cu viteza de 12.75V, până când atinge ~0.65V și Q2 începe să conducă. Această întârziere se poate calcula aproximativ astfel:
Înlocuind V0 cu 12.75V, V(t) cu 0.65V, t cu 0.005 secunde, R cu 22000 Ohmi, rezultă C1 = 4.3uF. O valoare standard bună este 3.3 sau 4.7uF.
S-a observat că întârzierea introdusă în bucla de feedback oferă un răspuns limitat pentru sarcini capacitive, dar pentru sarcini inductive pot apărea tensiuni mari la ieșire, deteriorând MOSFET-ul Q1 (testat). Prin urmare, o protecție este obligatorie. Dioda zener D2 va scurtcircuita vârfurile de tensiune generate de sarcinile inductive, iar C2 este destinat filtrării.
Acest tip va furniza tensiune doar cât timp CMD-IN primește o tensiune pozitivă între +5V și +15V. Această versiune este bazată tot pe versiunea independentă, cu adăugarea câtorva componente. De la CMD-IN, dacă se aplică >5V, Q3 începe să conducă, conectând poarta lui Q1 la masă, închizând astfel întrerupătorul MOSFET Q1, iar circuitul se comportă identic cu versiunea independentă. Când nu este tensiune la CMD-IN, baza lui Q3 este trasă în jos de R6, astfel Q3 nu conduce, deconectând poarta lui Q1 de la masă.
Q4 are două funcții:
Dioda D3 va menține curentul care curge de la Q4 către sarcină atunci când Q3 este deschis. Fără acea diodă, poarta lui Q1 nu ar putea fi menținută aproape de zero și Q1 ar începe să conducă eronat. În timp ce Q4 menține poarta lui Q1 aproape de zero, din colectorul lui Q4 va curge o tensiune de impedanță mare prin Q2, C1, R2 încurcând lucrurile, așadar o rezistență dummy R7 va menține această ramură curată în standby.
Câteva cuvinte despre aceste circuite: ușor de realizat, fiabile. Nu au fost testate într-un mediu de producție, dar:
|
Acasă | Articole | Proiecte | Produse | Favorite | Despre |