- Operasyonel Amplifikatör kullanarak Aşırı Akım Koruması
- Gerekli malzemeler:
- Aşırı Akım Koruma Devresi
- Aşırı Akım Koruma Devresi Çalışması
- Geçici yanıt / kararlılık sorunu ile başa çıkmak
- Aşırı Akım Koruma Devresi Testi
- Aşırı Akım Koruması Tasarım İpuçları
Herhangi bir elektronik tasarımın başarılı olması için koruma devreleri hayati önem taşır. Önceki koruma devresi eğitimlerimizde, devrenize uyarlanabilecek birçok temel koruma devresi tasarladık, yani Aşırı Gerilim Koruması, Kısa Devre Koruması, Ters polarite koruması vb. Bu devreler listesine ek olarak, bu makalede, biz Op-Amp kullanarak Aşırı akım koruması için basit bir devre tasarlamayı ve oluşturmayı öğrenecek.
Aşırı akım koruması genellikle bir PSU'nun çıkış akımını sınırlamak için güç kaynağı devrelerinde kullanılır. "Aşırı akım" terimi, yükün, güç kaynağı ünitesinin belirtilen yeteneklerinden daha büyük bir akım çekmesi durumudur. Aşırı akım durumu güç kaynağına zarar verebileceğinden bu tehlikeli bir durum olabilir. Bu nedenle mühendisler normalde bu tür arıza senaryoları sırasında yükü güç kaynağından kesmek için bir aşırı akım koruma devresi kullanır, böylece yükü ve güç kaynağını korur.
Operasyonel Amplifikatör kullanarak Aşırı Akım Koruması
Çok sayıda aşırı akım koruma devresi vardır; Devrenin karmaşıklığı, aşırı akım durumunda koruma devresinin ne kadar hızlı tepki vermesi gerektiğine bağlıdır. Bu projede, çok yaygın olarak kullanılan ve tasarımlarınıza kolayca uyarlanabilen bir op-amp kullanarak basit bir aşırı akım koruma devresi inşa edeceğiz.
Tasarlayacağımız devre ayarlanabilir bir aşırı akım eşik değerine sahip olacak ve ayrıca arıza durumunda otomatik yeniden başlatma özelliğine sahip olacaktır. Bu, op-amp tabanlı bir aşırı akım koruma devresi olduğundan, sürüş ünitesi olarak bir op-amp'e sahip olacaktır. Bu proje için genel amaçlı bir işlemsel amplifikatör LM358 kullanılmıştır. Aşağıdaki resimde LM358'in pin diyagramı gösterilmektedir.
Yukarıdaki görüntüde görüldüğü gibi, tek bir IC paketinin içinde iki op-amp kanalımız olacak. Ancak bu proje için sadece tek bir kanal kullanılmaktadır. Op-amp, bir MOSFET kullanarak çıkış yükünü değiştirir (bağlantısını keser). Bu proje için, bir N kanallı MOSFET IRF540N kullanılmıştır. Yük akımı 500mA'dan büyükse uygun MOSFET Heatsink kullanılması önerilir. Ancak, bu proje için, MOSFET bir Soğutucu olmadan kullanılır. Aşağıdaki görüntü, IRF540N pinout diyagramının temsilidir.
Op-amp ve devrelere güç sağlamak için LM7809 doğrusal voltaj regülatörü kullanılır. Bu, geniş bir giriş voltajı derecesine sahip 9V 1A doğrusal voltaj regülatörüdür. Pinout aşağıdaki resimde görülebilir
Gerekli malzemeler:
Aşırı akım koruma devresi için gerekli bileşenlerin bir listesi aşağıda listelenmiştir.
- Breadboard
- Güç kaynağı 12V (minimum) veya gerilime göre gereklidir.
- LM358
- 100 uF 25V
- IRF540N
- Soğutucu (uygulama ihtiyacına göre)
- 50k trim potu.
- % 1 toleranslı 1k direnç
- 1Meg direnç
- % 1 toleransla 100k direnç.
- 1 ohm direnç, 2W (2W maksimum 1.25A yük akımı)
- Breadboard için teller
Aşırı Akım Koruma Devresi
Basit bir aşırı akım koruma devresi, aşırı akımı algılamak için bir Op-Amp kullanılarak tasarlanabilir ve sonuca dayanarak, yükü güç kaynağıyla bağlantısını kesmek / bağlamak için bir Mosfet kullanabiliriz. Aynı devre şeması basittir ve aşağıdaki resimde görülebilir
Aşırı Akım Koruma Devresi Çalışması
Devre şemasından da görebileceğiniz gibi, MOSFET IRF540N, normal ve aşırı yük durumunda yükü AÇIK veya KAPALI olarak kontrol etmek için kullanılır. Ancak yükü kapatmadan önce, yük akımını tespit etmek önemlidir. Bu, 2 Watt dereceli 1 Ohm şönt direnç olan bir şönt direnci R1 kullanılarak yapılır. Bu akım ölçme yöntemine Şönt Direnç Akım Algılama adı verilir, ayrıca aşırı akımı algılamak için kullanılabilen diğer akım algılama yöntemlerini de kontrol edebilirsiniz.
MOSFET'in AÇIK durumu sırasında, yük akımı MOSFET'in drenajından kaynağa ve son olarak şönt direnci yoluyla GND'ye akar. Yük akımına bağlı olarak şönt direnç, Ohm yasası kullanılarak hesaplanabilen bir voltaj düşüşü üretir. Bu nedenle, 1A akım akışı için (yük akımı), şönt direnç boyunca voltaj düşüşünün V = I x R (V = 1A x 1 Ohm) olarak 1V olduğunu varsayalım. Dolayısıyla, bu düşüş voltajı bir Op-Amp kullanılarak önceden tanımlanmış bir voltajla karşılaştırılırsa, aşırı akımı tespit edebilir ve yükü kesmek için MOSFET'in durumunu değiştirebiliriz.
İşlemsel yükseltici, genellikle ekleme, çıkarma, çarpma, vb. Gibi matematiksel işlemleri gerçekleştirmek için kullanılır. Bu nedenle, bu devrede, işlemsel yükseltici LM358 bir karşılaştırıcı olarak yapılandırılır. Şemaya göre, karşılaştırıcı iki değeri karşılaştırır. Birincisi, şönt direnç boyunca düşme voltajıdır ve diğeri, değişken bir direnç veya potansiyometre RV1 kullanan önceden tanımlanmış voltajdır (referans voltajı). RV1, voltaj bölücü görevi görür. Şönt direnç boyunca düşme voltajı, karşılaştırıcının ters çevirici terminali tarafından algılanır ve işlemsel yükselticinin ters çevirmeyen terminaline bağlanan voltaj referansı ile karşılaştırılır.
Bundan dolayı, eğer algılanan voltaj referans voltajdan düşükse, komparatör, komparatörün VCC'sine yakın olan çıktı boyunca pozitif bir voltaj üretecektir. Ancak, algılanan voltaj referans voltajdan daha büyükse, karşılaştırıcı çıkış boyunca negatif besleme voltajı üretecektir (negatif besleme GND'ye bağlanır, bu durumda bu durumda 0V). Bu voltaj bir MOSFET'i AÇMAK veya KAPATMAK için yeterlidir.
Geçici yanıt / kararlılık sorunu ile başa çıkmak
Ancak, yüksek yük beslemeden ayrıldığında, geçici değişiklikler karşılaştırıcı boyunca doğrusal bir bölge oluşturacak ve bu, karşılaştırıcının yükü düzgün bir şekilde AÇIK veya KAPALI konuma getiremediği ve op-amp'in kararsız hale geldiği bir döngü oluşturacaktır. Örneğin, MOSFET'i KAPALI durumuna tetiklemek için 1A'nın potansiyometre kullanılarak ayarlandığını varsayalım. Bu nedenle değişken direnç 1V çıkışa ayarlanmıştır. Bir durumda, karşılaştırıcı şönt direnç boyunca voltaj düşüşünün 1.01V olduğunu tespit ettiğinde (bu voltaj, op-amp veya karşılaştırıcı doğruluklarına ve diğer faktörlere bağlıdır), karşılaştırıcı yükün bağlantısını kesecektir. Geçici değişiklikler yüksek bir yük güç kaynağı ünitesinden aniden kesildiğinde meydana gelir ve bu geçici durum, komparatör boyunca kötü sonuçları davet eden ve onu doğrusal bir bölgede çalışmaya zorlayan voltaj referansını artırır.
Bu sorunun üstesinden gelmenin en iyi yolu, geçici değişikliklerin karşılaştırıcının giriş voltajını ve voltaj referansını etkilemediği karşılaştırıcı boyunca sabit bir güç kullanmaktır. Sadece bu değil, karşılaştırıcıya ek yöntem histerezinin eklenmesi gerekir. Bu devrede bu, lineer regülatör LM7809 tarafından ve 100k'lık bir direnç olan bir histerezis direnci R4 kullanılarak yapılır. LM7809, karşılaştırıcı boyunca uygun bir voltaj sağlar, böylece güç hattı üzerindeki geçici değişimler, karşılaştırıcıyı etkilemez. C1, 100 uF kapasitör çıkış voltajını filtrelemek için kullanılır.
Histerez direnci R4, düşük eşik (0.99V) ile karşılaştırıcının çıkış durumunu değiştirdiği yüksek eşik (1.01V) arasında bir voltaj boşluğu yaratan op-amp'in çıkışı boyunca girişin küçük bir bölümünü besler. Karşılaştırıcı, eşik noktası karşılandığında durumu hemen değiştirmez, bunun yerine durumu yüksekten düşüğe değiştirmek için algılanan voltaj seviyesinin düşük eşikten düşük olması gerekir (örneğin 0,99 V yerine 0,97 V) veya durumu düşükten yükseğe değiştirmek için, algılanan voltajın yüksek eşikten daha yüksek olması gerekir (1.01 yerine 1.03). Bu, karşılaştırıcının stabilitesini artıracak ve yanlış açmayı azaltacaktır. Bu direnç dışında R2 ve R3, kapıyı kontrol etmek için kullanılır. R3, MOSFET'in Gate aşağı çekme direncidir.
Aşırı Akım Koruma Devresi Testi
Devre bir devre tahtasında oluşturulur ve değişken bir DC Yükü ile birlikte Masaüstü Güç kaynağı kullanılarak test edilir.
Devre test edilir ve çıkışın değişken direnç tarafından belirlenen farklı değerlerde başarıyla bağlantısının kesildiği gözlemlenir. Bu sayfanın altında sağlanan video, aşırı akım koruma testinin tam bir gösterimini gösterir.
Aşırı Akım Koruması Tasarım İpuçları
- Çıkış boyunca RC snubber devresi EMI'yi iyileştirebilir.
- Gerekli uygulama için daha büyük ısı emici ve özel MOSFET kullanılabilir.
- İyi yapılandırılmış PCB, devrenin kararlılığını artıracaktır.
- Şönt Direnç watt değerinin Yük Akımına bağlı olarak güç yasasına (P = I 2 R) göre ayarlanması gerekir.
- Küçük bir paket için mili-ohm derecesindeki Çok Düşük değerli direnç kullanılabilir, ancak voltaj düşüşü daha az olacaktır. Gerilim düşüşünü telafi etmek için uygun kazançlı ek bir amplifikatör kullanılabilir.
- Doğru akım algılama ile ilgili sorunlar için özel bir akım algılama amplifikatörünün kullanılması tavsiye edilir.
Umarım öğreticiyi anladınız ve ondan faydalı bir şeyler öğrenmekten keyif aldınız. Herhangi bir sorunuz varsa lütfen yorum bölümlerine bırakın veya diğer teknik sorular için forumları kullanın.