在电源及电机控制中常用到过流保护功能
在电源及电机控制中常用到过流保护功能，这需要对电流进行采样。
同时，如果用单片机实现检测电流进行保护的话需要消耗大量cpu时间，因此我用硬件电路设计了一种带自锁功能的过流保护模块，这对于过流保护可以实现模块化，方便使用。
该模块采用acs712霍尔传感器采集电流，可将正负过流保护值可以分开来设定，将输出转为0-3.3v的电压，方便dsp采样，最后绘制了pcb，制作了出来。
01电流采样电路的设计
采样电路的比较
电流采样电路通常有“高（压）端电流采样”和“低（压）端电流采样”和“霍尔传感器采样”三种采样电路，如下图所示，给出高端和低端两种采样电流形式。
低端电流采样
高端电流采样
1
高端电流检测具有如下特点：
优点：可以检测区分负载是否短路、无地电平干扰
缺点：共模电压高，使用非专用分立器件设计较复杂、成本高、面积大
2
低端电流检测具有如下特点：
优点：共模电压低，可以使用低成本的普通运算放大器
缺点：检测电流电阻的引入地电平干扰，电流越大地电位干扰越明显，有时至会影响负载
3
霍尔传感器采样具有如下特点：
优点：对采样信号进行隔离，适合大功率场合
缺点：易受到电磁干扰的作用
本设计考虑到通用型，同时整个系统电流采样保护都与控制部分隔离的情况，采用霍尔电流传感器acs712进行电流采样。
02转换为0-3v输出信号调理电路的设计
acs712采用单电源5v供电，输出具有很好的线性度，如下图所示。
acs712输出电压与检测的电流关系
可以看出，当检测电流为0a时，输出2.5v，当电流为+5a时输出电压3.5v，当电流为-5v时输出为1.5v，具有很高的线性度。但是通常dsp的ad采样量程时0-3.3v的，这就需要运行进行调理，转换为0-3.3v之间的电压。
（注意：由于运放是单电源5v供电，因此需要用轨对轨运放，如lmv358。）
由于acs712输出带载能力有限，通常采用一级电压跟随提高带载能力。之后在后级先用电阻分压，再送入同相比较端，同相放大一倍。分压电阻r2、r3需要先将0-5v的电压分为0-1.5v的电压，因此电阻比为3：7。在后级同相比例放大两倍即为0-3v之间的电压值。电路如下图所示：
输出调理电路
调理电路仿真
03比较及锁存保护电路的设计
本设计的重点在于当出现过流后能自动切断输出，并保持切断的状态。这就需要对电流信号进行比较和对输出信号进行锁存。
本设计考虑到正负过流保护值可能不同，同时触发器通常有两路输入输出，因此设计了两路保护电路，通过按键进行复位。
锁存及复位电路的设计
下图为比较和锁存部分电路，用到d触发器74hc74和电压比较器。
74hc74是一种双d型触发器，有设置和重置引脚，正脉冲触发。此处直接用运放当作比较器用，需要注意的是运放通常是推挽输出，比较器是集电极开路输出，若换做比较器的话，需要加上拉电阻，可以实现“线与”。
比较和锁存电路图
74hc74的控制逻辑如下表所示，本次设计用到的小表中黄色强调部分的逻辑。当电流小于设定的过流保护值时，比较器输出为低电平。
一旦出现过流，比较器输出高，产生上升沿到74hc74的cp端，数据位的高电平被锁存到输出端q，反相输出端 输出为低电平。
74hc74逻辑图
当复位按键被按下时， 为低电平有效，表现为表中绿色部分逻辑，输出端q为低电平，与保护时逻辑反相。
以上控制部分逻辑通过multisim进行了仿真，其中所有的模拟量给的是通过电阻分压给的，仿真电路如下：其中r1为模拟acs712的输出，r4为负过流保护设定值，r5为正过流保护设定值。
控制部分逻辑仿真电路图
外部控制信号输入
为了方便dsp/mcu控制继电器，如下电路实现了控制信号和两路过流信号的“或”逻辑运算，通过multisim仿真可以看出，只要任意开关闭合（被置为高电平），输出变为低电平。
图4-5 外部控制端逻辑图及multisim仿真
04继电器驱动及指示部分设计
下图为p沟道mosfet驱动继电器电路图，由于74hc74输出驱动能力有限，输入输出电流只有20ma，而继电器通常要求驱动能力为100ma以上。
因此可以通过如下驱动p沟道mosfet的方法提高带载能力：当safe+、safe、-sd端都为低电平时，drive端为高电平，q1的gs端电位为0，mosfet关断；当drive端为低电平时，mosfet导通，驱动继电器动作。
继电器及驱动电路图
由于继电器铁芯有电感作用，因此在需要反并联二极管续流。当关断时，二极管导通，提供续流通道。
状态指示部分电路图
变频器与电机的调控应用
我国农村宽带信息网络建设已经取得了巨大成效
Silicon Labs推出业界最快的隔离电流感测放大器
硬核DIY：油管把Up主180W的锐龙线程撕裂者塞到笔记本里
测定cod的方法有哪些？
在电源及电机控制中常用到过流保护功能
豪威科技计划每年新增12寸晶圆测试量42万片
制作一个Arduino Uno电源板
Wi-Fi和5G有望在6GHz频段共存？
什么是LC连接器？
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oled屏和lcd屏哪个好
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MEMS告别平淡，2010年将迎来强劲增长
硬密封蝶阀液压驱动装置结构和工作原理
医学影像诊断的未来：数字平板探测器技术
PCB设计中由小间距QFN封装引入串扰的抑制方法分析
电芯温度采样——NTC选型分析
万用表的使用
同时，如果用单片机实现检测电流进行保护的话需要消耗大量cpu时间，因此我用硬件电路设计了一种带自锁功能的过流保护模块，这对于过流保护可以实现模块化，方便使用。
该模块采用acs712霍尔传感器采集电流，可将正负过流保护值可以分开来设定，将输出转为0-3.3v的电压，方便dsp采样，最后绘制了pcb，制作了出来。
01电流采样电路的设计
采样电路的比较
电流采样电路通常有“高（压）端电流采样”和“低（压）端电流采样”和“霍尔传感器采样”三种采样电路，如下图所示，给出高端和低端两种采样电流形式。
低端电流采样
高端电流采样
1
高端电流检测具有如下特点：
优点：可以检测区分负载是否短路、无地电平干扰
缺点：共模电压高，使用非专用分立器件设计较复杂、成本高、面积大
2
低端电流检测具有如下特点：
优点：共模电压低，可以使用低成本的普通运算放大器
缺点：检测电流电阻的引入地电平干扰，电流越大地电位干扰越明显，有时至会影响负载
3
霍尔传感器采样具有如下特点：
优点：对采样信号进行隔离，适合大功率场合
缺点：易受到电磁干扰的作用
本设计考虑到通用型，同时整个系统电流采样保护都与控制部分隔离的情况，采用霍尔电流传感器acs712进行电流采样。
02转换为0-3v输出信号调理电路的设计
acs712采用单电源5v供电，输出具有很好的线性度，如下图所示。
acs712输出电压与检测的电流关系
可以看出，当检测电流为0a时，输出2.5v，当电流为+5a时输出电压3.5v，当电流为-5v时输出为1.5v，具有很高的线性度。但是通常dsp的ad采样量程时0-3.3v的，这就需要运行进行调理，转换为0-3.3v之间的电压。
（注意：由于运放是单电源5v供电，因此需要用轨对轨运放，如lmv358。）
由于acs712输出带载能力有限，通常采用一级电压跟随提高带载能力。之后在后级先用电阻分压，再送入同相比较端，同相放大一倍。分压电阻r2、r3需要先将0-5v的电压分为0-1.5v的电压，因此电阻比为3：7。在后级同相比例放大两倍即为0-3v之间的电压值。电路如下图所示：
输出调理电路
调理电路仿真
03比较及锁存保护电路的设计
本设计的重点在于当出现过流后能自动切断输出，并保持切断的状态。这就需要对电流信号进行比较和对输出信号进行锁存。
本设计考虑到正负过流保护值可能不同，同时触发器通常有两路输入输出，因此设计了两路保护电路，通过按键进行复位。
锁存及复位电路的设计
下图为比较和锁存部分电路，用到d触发器74hc74和电压比较器。
74hc74是一种双d型触发器，有设置和重置引脚，正脉冲触发。此处直接用运放当作比较器用，需要注意的是运放通常是推挽输出，比较器是集电极开路输出，若换做比较器的话，需要加上拉电阻，可以实现“线与”。
比较和锁存电路图
74hc74的控制逻辑如下表所示，本次设计用到的小表中黄色强调部分的逻辑。当电流小于设定的过流保护值时，比较器输出为低电平。
一旦出现过流，比较器输出高，产生上升沿到74hc74的cp端，数据位的高电平被锁存到输出端q，反相输出端 输出为低电平。
74hc74逻辑图
当复位按键被按下时， 为低电平有效，表现为表中绿色部分逻辑，输出端q为低电平，与保护时逻辑反相。
以上控制部分逻辑通过multisim进行了仿真，其中所有的模拟量给的是通过电阻分压给的，仿真电路如下：其中r1为模拟acs712的输出，r4为负过流保护设定值，r5为正过流保护设定值。
控制部分逻辑仿真电路图
外部控制信号输入
为了方便dsp/mcu控制继电器，如下电路实现了控制信号和两路过流信号的“或”逻辑运算，通过multisim仿真可以看出，只要任意开关闭合（被置为高电平），输出变为低电平。
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下图为p沟道mosfet驱动继电器电路图，由于74hc74输出驱动能力有限，输入输出电流只有20ma，而继电器通常要求驱动能力为100ma以上。
因此可以通过如下驱动p沟道mosfet的方法提高带载能力：当safe+、safe、-sd端都为低电平时，drive端为高电平，q1的gs端电位为0，mosfet关断；当drive端为低电平时，mosfet导通，驱动继电器动作。
继电器及驱动电路图
由于继电器铁芯有电感作用，因此在需要反并联二极管续流。当关断时，二极管导通，提供续流通道。
状态指示部分电路图
变频器与电机的调控应用
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硬核DIY：油管把Up主180W的锐龙线程撕裂者塞到笔记本里
测定cod的方法有哪些？
在电源及电机控制中常用到过流保护功能
豪威科技计划每年新增12寸晶圆测试量42万片
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Wi-Fi和5G有望在6GHz频段共存？
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PCB设计中由小间距QFN封装引入串扰的抑制方法分析
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万用表的使用