Мощность C-BISCUIT: цепь защиты от перегрева для регулятора 5 В
Схема защиты от перенапряжения и перегрузки по току для использования с основным компьютером платформы C-BISCUIT, Wandboard.
Серия C-BISCUIT
- C-BISCUIT: платформа робототехники для хакера и хоббиста
- C-BISCUIT: выбор и обоснование дизайна
- C-BISCUIT Мощность: 5V 3A Бак-регулятор для Wandboard
- Мощность C-BISCUIT: цепь защиты от перегрева для регулятора 5 В
- C-BISCUIT: Мозги операции
- Мощность C-BISCUIT: сборка и тестирование схем регулятора и литника
- C-BISCUIT: мониторинг здоровья вашего робота
- C-BISCUIT: архитектура системы роботов
- C-BISCUIT: схематический дизайн для RCB-микроконтроллера, контроллер двигателя
- C-BISCUIT: Схематический дизайн для RCB-Power, Stepper
- C-BISCUIT: макет и сборка для панели управления роботом
- C-BISCUIT: системная интеграция и тестирование
Обзор системы питания C-BISCUIT
Введение
В предыдущей статье C-BISCUIT мы разработали преобразователь питания постоянного тока, который регулирует напряжение батареи ~ 11 В до чистого, чистого 5, 0 В. В идеальном мире это все, что нам когда-либо понадобилось, но в реальном мире, мы должны рассмотреть схемы защиты в случае сбоев, а именно перенапряжения и перегрузки по току. Один из способов сделать это - это нечто вроде схемы «лома».
Общая схема коммутации 9, 1 В, 250 мА, использующая выпрямитель с кремниевым управлением или SCR, для короткого замыкания выходных клемм
Если входное напряжение в цепи достигает определенного порогового значения (9, 1 В в примере выше), диод Зенера разрушается и заставляет TRIAC или SCR уменьшать мощность и землю … как если бы вы сбросили лом на терминалы. Это заставляет много тока через устройство, но сразу снижает напряжение. Встроенный предохранитель затем электрически отключит нагрузку (в нашем случае Wandboard) от питания. В случае SCR, когда диод Зенера ломается, на клемме затвора SCR появляется напряжение. Если это выше напряжения активации затвора SCR, устройство включается.
Наш контур Crowbar
Тот, который мы реализуем, немного отличается. Мы включаем регулируемый стабилитрон (технически «регулируемый стабилизирующий стабилизатор Zener») от TI, называемый LM431 и TRIAC, в отличие от SCR. Диод разрушается, когда напряжение на эталонном входе достигает 2, 5 В. Это означает, что он может быть установлен практически на любом уровне с простым делителем напряжения. R1 и R2 выбраны так, что предельное напряжение составляет всего около 6 В.
Вы заметите, что в этой реализации резистор и Зенер обращаются вспять. Это связано с тем, что TRIAC и SCR не срабатывают одинаково. Ток катода LM431 при выключенном состоянии составляет около 1 мкА. Это означает, что на R4 происходит очень небольшое падение напряжения, по существу сохраняя MT1 и затвор TRIAC при одинаковом напряжении. Когда достигается триггерное напряжение, и Zener размыкается, ток начинает течь через R4, что приводит к большему падению на нем.
Это ставит TRIAC в так называемую операцию квадранта 3, так как MT2 и ворота имеют меньшие потенциалы, чем MT1. По существу, небольшое количество тока течет от MT1 до затвора, из-за чего большой ток течет от MT1 до MT2. Если это больше нескольких миллиампер, TRIAC «защелкивает» (ток защелки) и остается ведущим до тех пор, пока этот ток не станет меньше количества, известного как удерживающий ток.
Когда TRIAC ведет, автомобильный предохранитель 3A будет дуть, защищая цепь. Там также удобный, dandy LED, чтобы вы знали, перегорел предохранитель или нет.
моделирование
С большинством аналоговых схем очень мудрая идея имитировать дизайн перед прототипированием. SPICE является де-факто инструментом для этого и поставляется во множестве различных вкусов и вариантов. По существу, решатель численного дифференциального уравнения для примитивов схемы, SPICE может использоваться, чтобы дать вам хорошее приближение к действию в реальном времени. Однако нетривиальные схемы, включающие сложные ИС, часто могут быть сложными для моделирования. LTSpice IV - популярный симулятор, и большинство LT-частей имеют бесплатные модели SPICE, доступные для скачивания. Я хотел смоделировать триггерную цепь TRIAC и предложил найти модель для диода Зенера. TI не предоставляет никаких моделей для LM431, но они предлагают несколько для TL431, которые должны иметь аналогичное поведение схемы.
Попытавшись адаптировать модели HSPICE и PSPICE к LTSpice с тусклыми результатами, я закончил загрузку TINA-TI (вкусом TI симулятора SPICE) и использование зашифрованного модуля TINA TL431. Мой файл анализа переходного процесса находится в ZIP-файле в нижней части страницы в каталоге sim.
Схема TINA
1 мс анализ переходного процесса (нажмите для увеличения)
Из анализа переходных процессов видно, что, когда входное напряжение достигает примерно 6 В, Zener разрушается, а напряжение затвора TRIAC падает до 1, 8 В, что ниже порогового напряжения затвора для работы Q3, и поэтому мы можем с уверенностью предположить, что TRIAC начнет вести и защелкнет, пока предохранитель не ударит.
раскладка
Эта схема должна быть небольшой и ненавязчивой. Он тощий и длинный (13 мм х 37 мм), что позволяет паять внутри линии между регулятором и Wandboard с некоторой защитной термоусадочной пленкой над ним. Светодиод является технически дополнительным, но вы можете вырезать небольшую щель в тепловой завесе, чтобы светодиод мог заглянуть, чтобы дать вам визуальный индикатор подключения.
Расположение печатных плат в KiCad
Рендеринг (сверху)
Рендеринг (снизу)
Файлы дизайна
Все файлы дизайна доступны в Github или в виде автономного ZIP-файла ниже. В ZIP-файл входят файлы схемы, макета и BOM, а также библиотеки деталей и таблицы данных.
Скачать код
Движение вперед
Последним компонентом, который должен быть разработан для энергосистемы, является плата распределения питания, к которой подключаются батареи. Это позволит горячую замену батарей без необходимости ничего закрывать и будет содержать схемы мониторинга как для напряжения батареи, так и для тока, который может разговаривать по стандартным интерфейсам, таким как SPI или I 2 C. Нам также необходимо получить ранее разработанные платы, заполненные и тестируемые их функциональность. После этого начнется разработка программного обеспечения. Увидимся тогда … то же время летучей мыши, тот же канал летучей мыши!
Следующая статья в серии: C-BISCUIT: Мозги операции