反时限电源过流保护电路设计
我曾经设计过一个系统，这个系统中安装许多个分布的设备，所有设备都由一个总电源供电。
这个电源除了供电之后，还需要管理系统设计的工作状态。
因此，该电源内部集成了pic16f1936处理器。通过该处理器进行状态管理以及故障保护。
对于电源，短路、过流、过压、过温等保护是至关重要的功能。
否则，电源非常容易被损坏。
在我设计的这个系统之前，公司的其它类似产品使用简单的阈值判断进行过流保护。
当检测到超过额定电流的1.2倍左右时，切断输出。
为什么不能用阈值判断法进行过流保护
这个做法最致命的缺点是，
1） 所有的电源都有一定的过流能力，只要散发的热量不超过其能承受的范围，短时间的过流没有任何问题。
2） 所有的设备的电源输入都连接了一些大电容，用于储能和去耦，上电瞬间，电源以比较大的电流向这些电容充电，由于系统中连接的设备数比较大，所有设备同时上电，充电电流可以超过额定电流的许多倍。
3） 设备上电时的电流并非一种非此即彼的二值曲线，而是一种动态变化的曲线，如下图：
上电电流波形
如果按上电电流的峰值进行保护，则不能发挥电源的最大性能，使用系统中能连接的设备数减少。
如果按上电电流的中间值进行保护，有可能保护不及时，损坏电源；
什么是反时限保护
按照焦耳定律，电源所耗散的热量与负载电流的平方成正比。
如果电源允许的温升为一个固定值，则允许耗散的热量为固定值。根据下述关系式：
功率 p∝i*i，
热量q=pt∝ii*t。
从而t∝q/(i*i)。
可见，当q固定时，i*i的数值越大，则t时间越小。
电流与保护时间的反时限关系曲线如下：
过流的反时限保护曲线
基于上述的考虑，我在上设计了一套适合运行在rom/ram等都非常有限的pic16f1936上的反时限过流保护的算法：
1)电路一如既往的简单，一个0.17r的负载电流采样电阻将电流转成电压之后，经过r/c组成的低通滤波器送入单片机ad口。
电路原理图
２)考虑到ram的限制，采用一个int型的变量(16bits)记录热量值，保护热量值设置为50000。
３)根据电源的过流特性，设计检测电流所得到的ad值与热量值的关系表，
已知ad值与电流关系为：0.17i/3.34096。
每隔1ms采样ad并计算一次热量，
比如额定电流为1.2a的电源，当电流超过额定电流3倍，即3.6a时，立即保护。
adc值大于760时，热量为50000。
过流2倍，adc为506时，1.5 秒之后保护，热量为50000/1000/1.5=33。
过流1.5位， adc为379时，2秒之后保护，热量为50000/1000/2=25。
依此类推，可以得到一个关系表。
单片机程序每隔1ms做一次ad转换，将转换到的ad做如下的逻辑处理：
如果大于760，将热量变量值置为50000。
如果在253与760之间，从上述的表中找到对应的数值加入到热量变量中。
如果小于253，则将热量变量值置为-5，使得电源能够在5秒之后尝试再次输出，同时在过流判断时，能够根据散热情况实现一些恢复的机制。
如果热量变量值大于等于50000，则断开输出，进入故障状态。
在故障状态，如果热量变量值减到0,则再次输出；
软件代码如下 ：
osdet.adcres = convert(); index = os_getindex(osdet.adcres); if(index >= tab_num){ osdet.heatsum = heater_max; osdet.state = state_over; } else { if(uidata = wtemp) { osdet.heatsum -= wtemp; } else { osdet.heatsum = 0; } } else { if((0xffff - wtemp) > osdet.heatsum) { osdet.heatsum += wtemp; } else { osdet.heatsum = 0xffff; } } if( osdet.heatsum >= heater_max) { osdet.state = state_over; } } }
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3） 设备上电时的电流并非一种非此即彼的二值曲线，而是一种动态变化的曲线，如下图：
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功率 p∝i*i，
热量q=pt∝ii*t。
从而t∝q/(i*i)。
可见，当q固定时，i*i的数值越大，则t时间越小。
电流与保护时间的反时限关系曲线如下：
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如果小于253，则将热量变量值置为-5，使得电源能够在5秒之后尝试再次输出，同时在过流判断时，能够根据散热情况实现一些恢复的机制。
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