ऑप का उपयोग करते हुए अधिक सुरक्षा

किसी भी इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन के सफल होने के लिए प्रोटेक्शन सर्किट महत्वपूर्ण हैं। हमारे पिछले सुरक्षा सर्किट ट्यूटोरियल में हमने कई बुनियादी सुरक्षा सर्किट तैयार किए हैं, जिन्हें आपके सर्किट, अर्थात् ओवर वोल्टेज प्रोटेक्शन, शॉर्ट-सर्किट प्रोटेक्शन, रिवर्स पोलरिटी प्रोटेक्शन, इत्यादि में बदला जा सकता है। Op-Amp का उपयोग करके ओवर-करेंट प्रोटेक्शन के लिए एक साधारण सर्किट को डिजाइन करना और बनाना सीखेंगे ।

एक पीएसयू के आउटपुट करंट को सीमित करने के लिए अक्सर बिजली की आपूर्ति सर्किट में ओवरक्रैक संरक्षण का उपयोग किया जाता है। "ओवरक्रैक" शब्द एक ऐसी स्थिति है जब लोड बिजली आपूर्ति इकाई की निर्दिष्ट क्षमताओं की तुलना में एक बड़ा प्रवाह खींचता है। यह एक खतरनाक स्थिति हो सकती है क्योंकि वर्तमान स्थिति बिजली आपूर्ति को नुकसान पहुंचा सकती है। इसलिए इंजीनियर आमतौर पर इस तरह के गलती परिदृश्यों के दौरान बिजली की आपूर्ति से लोड को काटने के लिए एक ओवर-वर्तमान सुरक्षा सर्किट का उपयोग करते हैं और इस प्रकार लोड और बिजली की आपूर्ति की रक्षा करते हैं।

ऑपरेशनल एम्पलीफायर का उपयोग करके ओवरक्रैक प्रोटेक्शन

कई प्रकार के ओवर-करंट प्रोटेक्शन सर्किट हैं; सर्किट की जटिलता इस बात पर निर्भर करती है कि ओवर-वर्तमान स्थिति के दौरान सुरक्षा सर्किट को कितनी तेजी से प्रतिक्रिया करनी चाहिए। इस परियोजना में, हम एक op-amp का उपयोग करते हुए एक सरल-वर्तमान संरक्षण सर्किट का निर्माण करेंगे जो कि आमतौर पर उपयोग किया जाता है और आसानी से आपके डिजाइनों के अनुकूल हो सकता है।

हम जिस सर्किट को डिजाइन करने जा रहे हैं, उसमें एक समायोज्य ओवरक्रॉल्ड थ्रेसहोल्ड वैल्यू होगी और इसमें विफलता की सुविधा पर एक ऑटो रीस्टार्ट भी होगा । चूँकि यह एक op-amp आधारित ओवरक्राउट प्रोटेक्शन सर्किट है, इसलिए इसमें ड्राइविंग यूनिट के रूप में op-amp होगा। इस परियोजना के लिए, एक सामान्य-प्रयोजन परिचालन एम्पलीफायर LM358 का उपयोग किया जाता है। नीचे की छवि में, LM358 का पिन आरेख दिखाया गया है।

जैसा कि ऊपर की छवि में देखा गया है, एक एकल आईसी पैकेज के अंदर हमारे पास दो op-amp चैनल होंगे। हालाँकि, इस परियोजना के लिए केवल एक ही चैनल का उपयोग किया जाता है। Op-amp एक MOSFET का उपयोग कर आउटपुट लोड स्विच (डिस्कनेक्ट) करेगा। इस परियोजना के लिए, एक N चैनल MOSFET IRF540N का उपयोग किया जाता है। यदि उचित लोड 500mA से बड़ा है तो उचित MOSFET हीट सिंक का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। हालाँकि, इस प्रोजेक्ट के लिए, MOSFET का उपयोग बिना हीट्स के किया जाता है। नीचे की छवि IRF540N पिनआउट आरेख का प्रतिनिधित्व है ।

ऑप-एम्प और सर्किट्री को बिजली देने के लिए, LM7809 रैखिक वोल्टेज नियामक का उपयोग किया जाता है। यह एक विस्तृत इनपुट वोल्टेज रेटिंग के साथ एक 9V 1A रैखिक वोल्टेज नियामक है। पिनआउट को नीचे दी गई छवि में देखा जा सकता है

सामग्री की आवश्यकता:

ओवरक्रैक संरक्षण सर्किट के लिए आवश्यक घटकों की एक सूची नीचे सूचीबद्ध है।

ब्रेड बोर्ड
बिजली की आपूर्ति 12 वी (न्यूनतम) या वोल्टेज के अनुसार आवश्यक है।
LM358
100uF 25V
IRF540N
हीट्सिंक (आवेदन आवश्यकता के अनुसार)
50k ट्रिम पॉट।
1k रोकनेवाला 1% सहिष्णुता के साथ
1Meg रेज़र
1k सहिष्णुता के साथ 100k रोकनेवाला।
1ohms रोकनेवाला, 2W (2W अधिकतम 1.25A लोड वर्तमान)
ब्रेडबोर्ड के लिए तार

अतिसंरक्षण संरक्षण सर्किट

Overcurrent को समझने के लिए एक Op-Amp का उपयोग करके एक साधारण ओवरक्रैक प्रोटेक्शन सर्किट को डिज़ाइन किया जा सकता है और परिणाम के आधार पर हम पावर सप्लाई के साथ लोड को डिस्कनेक्ट / कनेक्ट करने के लिए एक Mosfet ड्राइव कर सकते हैं। उसी के लिए सर्किट आरेख सरल है और इसे नीचे की छवि में देखा जा सकता है

Overcurrent संरक्षण सर्किट कार्य करना

जैसा कि आप सर्किट आरेख से देख सकते हैं, MOSFET IRF540N का उपयोग सामान्य और अधिभार की स्थिति के दौरान लोड को चालू या बंद करने के लिए किया जाता है । लेकिन लोड बंद करने से पहले, लोड वर्तमान का पता लगाना आवश्यक है। यह एक शंट रेसिस्टर R1 का उपयोग करके किया जाता है, जो कि 2 वाट रेटिंग के साथ 1 ओम शंट रेसिस्टर है। करंट मापने के इस तरीके को शंट रेसिस्टर करंट सेंसिंग कहा जाता है, आप अन्य करंट सेंसिंग विधियों की भी जाँच कर सकते हैं जिनका उपयोग करंट का पता लगाने के लिए भी किया जा सकता है।

MOSFET के चालू होने के दौरान, लोड करंट MOSFET के नाले से होकर स्रोत तक जाता है और अंत में शंट रेसिस्टर के माध्यम से GND में प्रवाहित होता है। लोड करंट के आधार पर शंट रेसिस्टर एक वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न करता है, जिसकी गणना ओम्स कानून का उपयोग करके की जा सकती है । इसलिए चलो मान लेते हैं, वर्तमान प्रवाह (लोड वर्तमान) के 1 ए के लिए, शंट रोकनेवाला में वोल्टेज ड्रॉप वी = आई एक्स आर (वी = 1 ए एक्स 1 ओम) के रूप में 1 वी है। इसलिए, अगर इस ड्रॉप वोल्टेज की तुलना किसी पूर्वनिर्धारित वोल्टेज के साथ Op-Amp का उपयोग करके की जाती है, तो हम ओवरक्रैक का पता लगा सकते हैं और लोड को काटने के लिए MOSFET की स्थिति को बदल सकते हैं ।

परिचालन एम्पलीफायर का उपयोग आमतौर पर गणितीय संचालन जैसे कि जोड़ने, घटाने, गुणा करने आदि के लिए किया जाता है, इसलिए, इस सर्किट में, परिचालन एम्पलीफायर LM358 को एक तुलनित्र के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है। योजनाबद्ध के अनुसार, तुलनित्र दो मूल्यों की तुलना करता है। पहला शंट अवरोधक के पार ड्रॉप वोल्टेज है और दूसरा एक चर प्रतिरोधक या पोटेंशियोमीटर आरवी 1 का उपयोग करके पूर्वनिर्धारित वोल्टेज (संदर्भ वोल्टेज) है। RV1 एक वोल्टेज विभक्त के रूप में कार्य करता है। शंट रोकनेवाला के पार ड्रॉप वोल्टेज को तुलनित्र के इनवर्टिंग टर्मिनल द्वारा महसूस किया जाता है और इसकी तुलना उस वोल्टेज संदर्भ से की जाती है जो परिचालन एम्पलीफायर के गैर-इनवर्टिंग टर्मिनल से जुड़ा होता है।

इसके कारण, यदि संवेदी वोल्टेज संदर्भ वोल्टेज से कम है, तो तुलनित्र आउटपुट में एक सकारात्मक वोल्टेज उत्पन्न करेगा जो कि तुलनित्र के VCC के करीब है। लेकिन, यदि संवेदी वोल्टेज संदर्भ वोल्टेज से बड़ा है, तो तुलनित्र उत्पादन में नकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज का उत्पादन करेगा (नकारात्मक आपूर्ति GND के पार जुड़ा हुआ है, इसलिए इस मामले में 0V)। यह वोल्टेज MOSFET को चालू या बंद करने के लिए पर्याप्त है।

क्षणिक प्रतिक्रिया / स्थिरता की समस्या से निपटना

लेकिन जब आपूर्ति से उच्च भार काट दिया जाएगा, तो क्षणिक परिवर्तन तुलनित्र में एक रैखिक क्षेत्र बनाएंगे और यह एक लूप बनाएगा जहां तुलनित्र लोड को ठीक से या बंद नहीं कर सकता है और ऑप-एम्प अस्थिर हो जाएगा । उदाहरण के लिए, मान लेते हैं, 1A को MOSFET को ऑफ कंडीशन में ट्रिगर करने के लिए पोटेंशियोमीटर का उपयोग करके सेट किया गया है। इसलिए चर अवरोध 1V आउटपुट के लिए सेट किया गया है। एक स्थिति के दौरान, जब तुलनित्र शंट अवरोधक के पार वोल्टेज ड्रॉप का पता लगाता है, तो वह 1.01V होता है (यह वोल्टेज op-amp या तुलनित्र सटीकता और अन्य कारकों पर निर्भर करता है) तुलनित्र लोड को काट देगा। क्षणिक परिवर्तन तब होता है जब एक उच्च भार बिजली आपूर्ति इकाई से अचानक डिस्कनेक्ट हो जाता है और यह क्षणिक वोल्टेज संदर्भ को बढ़ाता है जो तुलनित्र के खराब परिणामों को आमंत्रित करता है और इसे रैखिक क्षेत्र में संचालित करने के लिए मजबूर करता है।

इस समस्या को दूर करने का सबसे अच्छा तरीका है कि तुलनित्र के पार एक स्थिर शक्ति का उपयोग किया जाए जहां क्षणिक परिवर्तन तुलनित्र के इनपुट वोल्टेज और वोल्टेज संदर्भ को प्रभावित नहीं करते हैं। यही नहीं, तुलनित्र में अतिरिक्त विधि हिस्टैरिसीस को जोड़ने की जरूरत होती है। इस सर्किट में, यह रैखिक नियामक LM7809 और एक हिस्टैरिसीस रोकनेवाला R4, एक 100k रोकनेवाला का उपयोग करके किया जाता है । LM7809 तुलनित्र भर में एक उचित वोल्टेज प्रदान करता है ताकि बिजली लाइन में क्षणिक परिवर्तन तुलनित्र को प्रभावित न करें। C1, 100uF संधारित्र का उपयोग आउटपुट वोल्टेज को छानने के लिए किया जाता है।

हिस्टैरिसीस रोकनेवाला आर 4 इनपुट के एक छोटे हिस्से को ऑप-एम्प के आउटपुट में भरता है, जो लो थ्रेशोल्ड (0.99V) और हाई थ्रेशोल्ड (1.01V) के बीच एक वोल्टेज गैप बनाता है, जहाँ तुलनित्र अपनी आउटपुट स्थिति को बदलता है। तुलनित्र राज्य को तुरंत नहीं बदलता है अगर थ्रेशोल्ड बिंदु पूरा हो जाता है, इसके बजाय, राज्य को उच्च से निम्न में बदलने के लिए, संवेदी वोल्टेज का स्तर कम सीमा से कम होना चाहिए (उदाहरण के लिए 0.99V के बजाय 0.97V) या राज्य को निम्न से उच्च में बदलने के लिए, संवेदी वोल्टेज को उच्च सीमा (1.01 के बजाय 1.03) से अधिक होना चाहिए। यह तुलनित्र की स्थिरता को बढ़ाएगा और झूठी ट्रिपिंग को कम करेगा। इस अवरोधक के अलावा, R2 और R3 का उपयोग गेट को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। R3 MOSFET का गेट पुल-डाउन रेसिस्टर है।

Overcurrent संरक्षण सर्किट परीक्षण

सर्किट को एक ब्रेडबोर्ड में बनाया गया है और एक चर डीसी लोड के साथ बेंच पावर आपूर्ति का उपयोग करके परीक्षण किया गया है।

सर्किट का परीक्षण किया जाता है और चर रोकनेवाला द्वारा निर्धारित विभिन्न मूल्यों पर सफलतापूर्वक डिस्कनेक्ट करने के लिए आउटपुट देखा गया था। इस पृष्ठ के निचले भाग पर प्रदान किया गया वीडियो कार्रवाई में ओवरक्रैक संरक्षण परीक्षण का पूर्ण प्रदर्शन दिखाता है ।

Overcurrent संरक्षण डिजाइन युक्तियाँ

आउटपुट में आर सी स्नबर सर्किट ईएमआई में सुधार कर सकता है।
आवश्यक अनुप्रयोग के लिए बड़े हीट सिंक और विशिष्ट MOSFET का उपयोग किया जा सकता है।
अच्छी तरह से निर्मित पीसीबी सर्किट की स्थिरता में सुधार करेगा।
लोड वर्तमान के आधार पर बिजली कानून (पी = आई ² आर) के अनुसार शंट रेसिस्टर वाटेज को समायोजित करने की आवश्यकता है ।
मिलि-ओम रेटिंग में बहुत कम-मूल्य अवरोधक का उपयोग एक छोटे पैकेज के लिए किया जा सकता है लेकिन वोल्टेज ड्रॉप कम होगा। वोल्टेज ड्रॉप के साथ क्षतिपूर्ति करने के लिए उचित लाभ के साथ एक अतिरिक्त एम्पलीफायर का उपयोग किया जा सकता है।
सटीक वर्तमान संवेदी संबंधित मुद्दों के लिए एक समर्पित वर्तमान अर्थ एम्पलीफायर का उपयोग करना उचित है।

आशा है कि आप ट्यूटोरियल को समझ गए हैं और इससे कुछ उपयोगी सीखने का आनंद लिया है। यदि आपके कोई प्रश्न हैं, तो कृपया उन्हें टिप्पणी अनुभागों में छोड़ दें या अन्य तकनीकी प्रश्नों के लिए मंचों का उपयोग करें।