مدار محافظ اتصال کوتاه (short circuit protection)
طراحی سیستم های الکترونیکی (پیاده سازی ایده های نوآوارنه و خلاقانه)
AVR - ARM -ALTIUM
جهت برون سپاری و اجرای صفر تا صد طرح ها و ایده ها خود و دریافت تمامی اطلاعات فنی در انتهای پروژه با آلیا الکترونیک در ارتباط باشید.
مدار محافظ در برابر اتصال کوتاه :
زمانی که برای سیستم الکترونیکی مشکلی پیش می آید به عنوان مثال قطعه ای می سوزد احتمال جریان کشی بسیار زیاد برد یا اتصال کوتاه قطب های تغذیه می باشد که در عمل معرف هست به اتصال کوتاه یا Short Circuit میباشد . حال تا زمان رفع این عیب اگر برد دارای محافظت نباشد امکان آسیب های بیشتر از جمله قطع شدن مسیر های ارتباطی ، خراب شدن قسمت تغذیه و …. می باشد . خب تا زمان رفع عیب به چه صورت سیستم را تست کنیم ؟ یکی از روش ها استفاده از فیوز الکتریکی می باشد اما اصولا فیوز ها را یک رنج بالاتر انتخاب می کنند و امکانش هست به خوبی عمل نکنند و همچنین در هربار تست فیوز سوخته و مجدد باید تعویض شود . اما راحل دوم استفاده از مدار محافط اتصال کوتاه میباشد که در ادامه بررسی خواهیم کرد .
مدار محافظ در برابر اضافه جریان :
اگرر سیستم الکترونیکی طراحی و یا تعمیر کرده باشید می دانید یکی از روش ها مطمئن بودن از صحت سیستم نداشتن اضافه جریان یا مصرف جریان بیش از حد می باشد. تا اینجا مشکل اتصال کوتاه رو بررسی کردیم اما در بعضی از مواقع بر داری اضافه جریان هست مثلا به جای صد میلی امپر ، یک امپر مصرف می کند که جهت بررسی این موضوع کاری از دست مدار محافظ اتصال کوتاه بر نمیاد لذا نیاز به مداری داریم که قابلیت تشخیص اضافه جریان را داشته باشد که در ادامه به این مدار هم رسیدگی خواهیم کرد.
ساده ترین مدار محافظ در برابر اتصال کوتاه :
مدار مقابل یکی ازساده ترین مدارهای محافظت از اتصال کوتاه میباشد این مدار به این صورت عمل می کند رله قطع کرده و مجدد باید شاسی را بزنید تا مدار ریست شود اما این مدار مشکلات فراوانی داره از جمله :
1- ولتاژ رله باید مطابق با ولتاژ تغذیه باشد و نمی توان برای ولتاژ های مختلف از یک مدار استفاده کرد
2- فقط در مقابل اتصال کوتاه واقعی (چسبیدن دوتا قطب تغذیه به هم ) عمل می کند .
3- در برابر اضافه جریان محافظتی ندارید .
طراحی مدار محافظ اضافه جریان و اتصال کوتاه :
خب همانطور که در تعریف مدار آمده است ما بیاد مداری طراحی کنیم که هم قالیت تشخیص اتصال کوتاه و هم قابلیت اضافه جریان داشته باشه برای اینکار باید بدانیم زمانی که در قسمت از تغذیه مدار اتصال کوتاه ایجاد شود موجب افزایش ناگهانی جریان مدار می شود یعنی با تشخیص اضافه جریان عملا ما می توانیم موضوع محافظت در برابر اتصال کوتاه را نیز داشته باشیم .
خب تا اینجا مشخص شد اولین کاری که باید انجام بدهیم اندازه گیری جریان مصرفی مدار هست روش های مختلفی برای اندازه گیری جریان می باشد که در این مقاله می توانید مطالعه کنید . که در این مدار ما از مقاومت شنت برای اندازه گیری جریان استفاده می کنیم .
اگر برایتان سوال پیش آماده مقاومت شنت چی هست این مقاله را مطالعه کنید .
بعد از اندازه گیری جریان ما باید بتوانیم این جریان را باید یه حد (حداکثر جریان مجاز ) مقایسه کرده و در صورت بیشتر بودن خروجی را قطع کنیم خب تا اینجا مشخص شد به یک واحد مقایسه کننده و یک کنترل کننده خروجی که در اینجا از رله استفاده می کنیم نیاز داریم .
آیا تمامی قسمت های مورد نیازمون اوکی شد ؟ پاسخ منفی هست
عموما جریان اندازه گیری شده با مقاومت شنت دارای حد پایینی هست و نیاز به تقویت دارد که در اینجا از یک واحد تقویت کننده با اپ امپ نیز باید استفاده کنیم .
علاوه بر موارد فوق به یک بخش جهت نمایش وضعیت نیازمند هستیم که برای اینکار از دوتا ال ای دی سبز و قرمز استفاده می کنیم .
خب عملکرد مدار باهم چک کنیم ؟ مقا.مت شنت جریان اندازه گیری میکنه خروجی مقاومت شنت توسط تقویت کننده تقویت می شود ، سپس توسط واحد مقایسه بررسی می شود در صورتی که جریان خروجی بیشتر از حد مجاز بود رله کنترل مصرف کننده قطع می شود .
تا اینجا همه چی خوب پیش میره اما به محض اینکه رله مصرف کننده قطع بشه جریان مقاومت شنت صفر شده و عملا ورودی واحد مقایسه کننده صفر میشود خروجی مقایسه کننده صفر یا غیر فعال میشه که موجب میشه رله کنترل بار مجدد وصل بشه و این چرخه مجدد تکرار میشه که این عمل باعث میشه در زمان اضافه جریان رله با سرعت خیلی زیاد قطع وصل بشه پی به یک واحده پایدا کننده خروجی نیاز داریم این واحد به این صورت عمل می کند به محض اینکه با فرمان مقایسه کننده وصل می شود ولی با قطع فرمان قطع نمی شود و حتما باید شاستی ریست اش فشارداده شود. اگر ترانزیستور فرمان رله را اضفه کنیم دیگر مدار کامل هست .
تحلیل جزء به جزء مدار محافظه اضافه جریان و مدار محافظ اتصال کوتاه :
مقاومت شنت و رله کنترل بار مدار :
اولین قسمت طراحی ما مقاومت شنت یا سنسور اندازه گیری جریان میباشد از آنجایی که این قسمت با رله کنترل بار در یک راستا و وابسته به هم هستن تشریح مدار را باهم انجام می دهیم .
مقاومت R1 که به عنوان مقاومت شنت یا سنسور اندازه گیری جریان استفاده می شود باید مقدار کمی داشته باشد به دو دلیل :
1- تاثیر و افت ولتاژ کمی برای بار
2- کاهش توان تلفاتی و کاهش حرارت تولید شده
برای کنترل بار خروجی از رله استفاده می کنیم بار به این صورت در مدار قرار می گیرد که تغذیه مثبت بار با مثبت مدار یکی می شود منفی بار یا زمین بار به com رله وصل می شود ، همچنین یک ال ای دی هم به این قسمت جهت نمایش وضعیت وصل می کنیم ، nc رله به مقاومت شنت و سمت دیگر مقاومت شنت به زمین وصل می شود به این صورت جریان بار از مقاومت شنت عبور کرده برای شبیه سازی بار از مقاومت متغییر RV2 استفاده کرده ایم.
همچنین می توانید اطلاعات تکمیلی راجب سنسور های جریان و روش های اندازه گیری جریان الکتریکی را در اینجا مطالعه کنید .
به دلایلی که در قسمت قبل ذکر شد مقدار مقاومت شنت باید کم باشد و چون مقدار مقاومت کم هست به طبع آن ولتاژ خروجی کم می شود لذا در ابتدا با یک مدار تقویت کننده عملیاتی خروجی مدار سنسور جریان را تقویت می کنیم .
بعد از تقویت خروجی سنسور جریان به واحد مقایسه کننده می رسیم که خروجی تقویت کننده با مقدار مرجع مقایسه می شود در این جا از یک پتانسیومتر که در واقع حداکثر جریان مجاز را تنظیم می کند استفاده کرده ایم ،
** نکته : جهت عملکرد دقیق تر می توانید ولتاژ مرجع یا Reference را با آی سی TL431 تولید کنید . **
مدار Bistable و ال ای دی ها و خروجی ترانزیستور :
همانطور که قبلا بررسی کردیم خروجی مقایسه کننده با قطع جریان صفر شده که این موجب نوسانات در قسمت خروجی می شود برای جلوگیری از این اتفاق از یک مدار پایدار کننده یا Bistable استفاده می کنیم ، و خروجی این مدار را به ترانزیستور جهت کنترل رله می دهیم . ال ای ای دی هم نمایشگر وضعیت مدار هستند .
شمای فنی کامل مدار محافظ اتصال کوتاه محافظ اضافه جریان :
نقشه بالا توسط نرم افزار پروتئوس طراحی شده است که برای شبیه سازی و تست مدارهای الکترونیکی استفاده میکنیم جهت یادگیری و آموزش این نرم افزار روی لینک زیر کلیک کنید .
آموزش نرم افزار پروتئوس :
طراحی برد مدارچاپی مدار اتصال کوتاه محافظ اضافه جریان :
بعد تست و شبیه سازی مدار به مرحله طراحی برد مدار چاپی می رسیم که برای طراحی از نرم افزار التیوم استفاده می کنید .
آموزش نرم افزار التیوم :
دیدگاهی در مورد “مدار محافظ اتصال کوتاه (short circuit protection)”
سلام و وقت بخیر
من این مدار رو بستم اما متاسفانه کار نکرد. خروجی مدار تقویت کننده جریان (current amplifier) قادر به درایو کردن طبقه مقایسه کننده نیست. لطفا راهنمایی میفرمایید.
تو ولتاژ های بالا یکم گیج میزنه
شما اگه بتونی بازر و ال ای دی ها رو به یه ترانزیستور درایو کنید
اوکی میشه
یعنی چی من منظورتون نفهمیدم مشکل چی هست
خودتون هم. میدونید این مدار تکمیل نیست و کار نمیکنه
بعد از مشکلات اینترنت و تغییر سرور کلیه اطلاعات منتقل نشده به زودی اصلاح میشه