使用AVR DB系列MCU檢測過流情況

電機(jī)故障或阻塞的癥狀之一是電機(jī)電流增加。電機(jī)電流消耗的增加會產(chǎn)生更多的熱量，這可能會損壞電機(jī)或?qū)θ藛T和財(cái)產(chǎn)造成危險(xiǎn)。為了檢測這一點(diǎn)，可以使用AVR? DB系列MCU上的內(nèi)部運(yùn)算放大器來監(jiān)控通過電機(jī)的電流，并在出現(xiàn)電流尖峰時將其關(guān)閉。

瀏覽原理圖

應(yīng)用筆記AN3860創(chuàng)建了一個具有過流檢測和自動校準(zhǔn)功能的簡單電機(jī)控制器。演示原理圖如圖1所示。對于電機(jī)控制，定時計(jì)數(shù)器D（TCD）用于產(chǎn)生PWM波形，該波形驅(qū)動晶體管Q1的柵極。電機(jī)電流通過Q1和R1流向地，感應(yīng)出與電流成比例的小電壓。電阻R2作為限流電阻實(shí)現(xiàn) - 在發(fā)生高壓尖峰時，該電阻器可顯著限制進(jìn)入微控制器的輸入電流。電阻R5用于在切換晶體管時限制進(jìn)入Q1柵極的電流，電阻R6用作下拉，以在微控制器初始化時保持晶體管關(guān)閉。最后，電阻R3用作OP1增益網(wǎng)絡(luò)的一部分。

為了進(jìn)行測試，使用了小型直流風(fēng)扇電機(jī)（M1）。二極管D1作為續(xù)流二極管連接在電機(jī)上，以抑制電機(jī)關(guān)閉產(chǎn)生的高壓負(fù)尖峰。 電容器 C2 提供低阻抗電荷源以幫助啟動電機(jī)。最后，電容C1是MCU的去耦電容。該電容器預(yù)安裝在 AVR DB 好奇號納米評估套件 （EV35L43A） 上。

原理圖上未顯示的是好奇號納米上的按鈕和指示燈 LED。按鈕用于觸發(fā)電機(jī)重啟 – 在其他應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的自動重啟或其他啟動過程。好奇號納米上的LED指示燈用于指示校準(zhǔn)過程的狀態(tài)。

設(shè)置運(yùn)算放大器

該應(yīng)用利用2個內(nèi)部運(yùn)算放大器作為級聯(lián)同相放大器。像這樣將OPAMP級聯(lián)在一起可產(chǎn)生更高的增益，并在設(shè)計(jì)中提供更大的增益靈活性。

程序的初始化和校準(zhǔn)

在初始化期間，微控制器運(yùn)行電機(jī)，并通過將模擬比較器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓源（DACREF）遞增50mV步長來確定適當(dāng)?shù)倪^流限值，直到電機(jī)在100ms窗口內(nèi)不觸發(fā)模擬比較器（AC）閾值。

找到正確的電平后，交流電連接到S-R觸發(fā)器的S輸入（見圖1）。如果比較器跳閘，則將設(shè)置觸發(fā)器并關(guān)閉TCD。該觸發(fā)器的R輸入連接到軟件事件A（SWEVENTA），用于重新啟動電機(jī)。

示例的操作

上電時，微控制器啟動電機(jī)并開始校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，為電機(jī)提供過流保護(hù)。如果電機(jī)超過電流限制，則TCD將停止輸出PWM信號。按下好奇號上的按鈕將觸發(fā)重新啟動和重新校準(zhǔn)（電機(jī)電流）。

仿真此電路

MPLAB? Mindi?模擬模擬器，免費(fèi)提供，用于模擬此應(yīng)用程序。通過仿真應(yīng)用，開發(fā)人員和工程師可以減少實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需的原型迭代次數(shù)，從而節(jié)省時間。AVR DB 的 OPAMP 模型是根據(jù)此 OPAMP 上收集的數(shù)據(jù)創(chuàng)建的，并包含在 Mindi 的 8.4 版本中。

結(jié)論

AVR DB 系列中的內(nèi)部運(yùn)算放大器為 8 位微控制器創(chuàng)造了新的用例。在本例中，其中 2 個內(nèi)部 OPAMP 用于檢測風(fēng)扇電機(jī)中的過流情況。這可用于提高產(chǎn)品的長期可靠性。