Diseño de un circuito de protección contra sobrecorriente con reinicio demorado

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Como parte de un diseño más grande, estoy tratando de monitorear la corriente a través de un cable y cortarla si supera un umbral. Después de que se haya apagado la corriente, debe permanecer apagada por un período de tiempo mínimo y volver a encenderse solo cuando se presiona un botón de reinicio.

El siguiente circuito es mi idea de diseño actual. Estoy buscando alguna razón por la que esto no funcione, así como escuchar sugerencias para mejores diseños (excluyendo soluciones de software).

  • El sensor de corriente emitirá una tensión proporcional a la corriente a través del cable, lo que hará que el amplificador operacional emita una señal alta cuando exceda una tensión REF.
  • Esto activará el circuito monoestable para producir una señal alta durante un período establecido, configurando el pin de datos bajo y activando el Latch Enable (LE) para leer en ese nivel bajo.
  • El pulso alto también cambia el pin de habilitación de salida (OE) en el pestillo D, la salida va a la alta impedancia y el NFET se apaga con R3. (Posiblemente innecesario pero no duele)
  • Una vez que el pulso ha finalizado, el pin LE se pone bajo y el pin de datos está alto. Creo que podría tener que introducir un pequeño retraso para el pin de datos aquí para que el D-Latch no lea en el pin de datos de alto nivel, sino que mantenga su valor bloqueado en un nivel bajo?
  • El pin OE se suelta de nuevo y el pestillo D debe mostrar su estado de bajo enclavado. Una vez que se presiona el botón, se vuelve a leer el pin de datos y se enciende la salida, lo que permite que la corriente fluya.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

EDITS:

Se agregó R5, C1 para proporcionar un retraso de 2 ms en el pin de datos. Este es el momento de cargar de 0 a 2 V (suministro mínimo de V_IH a 3,3 V) con 3,3 V aplicados. El pin de datos debe ser estable por solo unos pocos ns después de que LE se agote, por lo que debe haber suficiente espacio para la cabeza

Se agregaron R6, R7 para proporcionar 25 mV de histéresis para el amplificador operacional que corresponde a un cambio de 100 mA a través de la carga

    
pregunta Jordan Cartwright

2 respuestas

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Tal vez pueda unir el sensor, el pestillo y el comparador actuales en uno como en el siguiente esquema.

OA1 usa solo histéresis positiva a través del diodo D1, esto simplifica el diseño, ya que la tensión de umbral es Vref sin histéresis agregada.

Cuando se activa OA1 (salidas altas) y el voltaje en Rsense (R3) es cero R2, R5 y R1 deben proporcionar un voltaje OA1 V + superior al Vref máximo, por lo que no importa el voltaje en R3 OA1 se mantendrá alto.

SW1 (interruptor de reinicio) elimina la retroalimentación positiva permitiendo que la salida OA1 se reduzca.

Al presionar SW1, R1 y R5 dividen la tensión de detección actual en R3 permitiendo una pequeña sobrecarga de arranque

M1 se abre cuando OA1 y las salidas monoestables bajas

Por supuesto, debe colocar un controlador MOSFET adecuado en la salida NOR.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Una versión sin un monoestable se puede calcular con una compuerta de activación schmitt, pero tendrá que esperar el tiempo especificado después de presionar el reinicio para que M1 se abra.

Actualización para un ejemplo de valores R1, R2, R5

Corriente máxima para activar la protección Imax = Vref / R3, aquí hay 500mV / 0.050 ohm = 10A

La potencia se disipó en R3 con la corriente máxima Pr3 = Vref * Vref / R3 = 5W

Escogemos para R1 un valor lo suficientemente alto como para no poner en peligro la entrada OA1 en caso de fallo de R3 y lo suficientemente bajo para ser menos sensible al ruido. Si 3mA es aceptable para el diodo de protección de entrada OA, el valor de 30V / 0.003A = 10kohm será suficiente.

El valor R5 depende del porcentaje de sobrecorriente aceptable al presionar el interruptor. Si queremos el 200%, entonces (R1 + R5) / R5 = 2, R5 = 10kohm

R2 está ahí solo para proteger la salida OA1 y su valor máximo está limitado por la condición de que la tensión OA + cuando la salida sea alta sea mayor que Vref en cualquier momento, incluso con la tensión cero de R3 y Vref máxima para mantener el estado alto OA bloqueado hasta que se presione el interruptor.

Eso conduce a la condición (Vo-Vd1) * R1 / (R2 + R5 + R1) > Vref donde Vo y Vd1 son la tensión de salida máxima de OA1 y D1.

Para Vo - Vd1 = 3V, R2 puede tener cualquier valor inferior a 40kohm pero también es aceptable como carga para la salida OA1, también podemos seleccionar 10kohm para eso.

Tengo una actualización ya que la respuesta está incompleta de alguna manera sin la implementación monoestable. En este sitio web encontré uno con dos puertas NOR que le da la oportunidad de usar un solo cuádruple NOR 74LS02 Por la puerta existente de NOR a.

Elsegundoproblemapodríaserconlaresistenciadedetecciónactualde0.05ohm5W.Lapotenciade5Westáenlacorrientemáxima,perosiencuentraqueesineficiente,puedeusaruntransductordecorriente/voltajecomousteddijo.

ElproblemaconlostransductoresdecorrienteesqueuntransductordeCCesdifícildeencontraryestáendesuso.LamayoríadeellossontransductoresdeCAquegeneranunvoltajecentradoenVcc/2.

SiencuentrauntransductordeCC,puedeconectarlasalidaaR1yconservartodolodemás,yaquesoloestáescalandoVrefenconsecuencia.

ParauntransductordeCA,deberestarelVcc/2,asíqueuseelsiguienteesquema:

simular este circuito

    
respondido por el Dorian
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Si bien esto funcionaría, una solución más simple sería un circuito RC básico conectado a un inversor CMOS que se alimenta desde la salida de su amplificador operacional; Cuando el OP-Amp envía la señal, el circuito RC se carga a la tensión máxima, apaga el inversor CMOS de manera efectiva y, luego de que el transitorio se apaga, según la constante de tiempo especificada, el inversor CMOS está de vuelta, ¡¡¡¡¡Voila !!! / p>     

respondido por el Igbokwe Danny

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