电流传感器在开关电源 电流检测及保护中的应用

study9527

摘要：本文介绍了在自动门控制系统中，JCE电流传感器实际应用的一种方案、及实现的方法和参数的计算。并给出了实用的线路图。
引言
　　在建筑、宾馆、地铁自动门控制过程中，经常要用到各种直流电机的控制，在其控制过程中，我们需要应用电机正转及反转控制，需要随时进行全过程的电流检测、记录及负荷分析，以检测是否有人员被运动门挤压。有时需要记录及绘制电机运行过程中的电流负荷曲线。如果采用传统的电流传感器可能由于其单方向的电流检测特性而无法即检测正向全过程电流负荷，也可检测反方向负荷电流。JCE电流传感器为我们提供了一个非常理想的可以检测直流电机正反转过程电流负荷的手段。我们在自动门控制系统中采用了JCE系列中的TSP,该传感器在使用过程中显示出高精度、高稳定性、高抗干扰能力、体积小、波动小的特点，可以很方便地与单片机接口等特点，实现了我们所需的，开、关门过程的过流检测及逻辑判断，负荷曲线分析等过程。
1．  传感器选择

　　我们在门控系统中的使用的电机电流为额定5A，最大电流是19A。所以我们选择的JCE电流传感器是PCB板安装方式的 JCE 20-TSP  
特点是：单电源＋5V供电。
        输入额定电流：5 、10A。  最大电流±30A
        输出电压：2.5V±0.625V
        频率范围：DC-50KHZ
        温度范围：－40….+85oC
        安装方式：PCB板焊接
从各种指标来看，完全满足我们的要求。
2．  电路应用：
　　如图所示是我们由JCE 20-TSP 组成的应用电路。
  

该图中由Q1、Q2、Q3、Q4组成的H桥电路可以在单片机控制系统下实现电机M的正转或反转运行，Q1 和Q4导通控制电机正向运行，自动门打开，Q2、Q4导通控制电机反向运转，自动门关闭。  由JCE 传感器JCE 20-TSP 组成的电流检测电路可以将电流转换为电压信号VADCO,并送入由单片机组成的控制系统转换为数字信号，供计算、逻辑判断或显示。
3．  信号处理：
　　该电路可检测直流电机最大额定电流为－5.0A 到＋5.0A。传感器输入电流为－5.0A 时 输出为 2.5V－0.625V＝1.875V, ＋5.0A时 对应输出为： 2.5V＋0.625V＝3.125V,  对应0A电流，其输出是2.5V。
   　该电路所使用单片机选的是PHILIP 公司的80C552，其内部由10位A/D转换电路，      0-5V输入对应0－ 03FFH。由此得出转换数字量为 4.88mV/BIT。
转换后数字量与对应的电机电流关系是：
每BIT＝39mA.
所以数字量＝实际电流（mA）/39 （取整数）
由于该传感器输入与输出是线性关系，因此可据公式可得出任意电流与数字之间的关系。

由于电流有正反两个方向，所以在应用中要注意在正向运行时数字越大，电流越大；反向运行中数字越小，对应电流值越大。

用软件就可以根据检测的数字进行各种处理。如判断是否有人被挤压、过流保护、门电流曲线采集、电机性能测试等。配合电压传感器还可以计算出电机功率值。这样可以保护电机还可以记录及分析故障原因。
    当电流超出额定范围，但只要不超出最大范围，也可以测出相应的数字，但其线性度会变差，具体可以实际测量而定。
以下是我们在实际运行中根据该传感器测量出的自动门运行负荷曲线：

从该图可以看出，其测量结果完全真实地反映了实际电流状态。
4．  过流检测保护：
　　在实际应用中会有各种状态，上述的判断及检测必须在软件的支持下进行，有时如出现电机短路故障或其他无法预测的情况，很有可能出现单片机处理不及时或无法处理造成线路损坏，此时也可以应用硬件电路实现快速处理短路、过流等状态以作为线路的快速冗余保护。
其线路如图：

　图中来自JCE 电流传感器的信号ADC0送入比较器 LM139,经与W1和W2 设定的电压值进行比较。然后送到输出端Vcomp。 正常范围时，该输出是0V, 电机正转或反转时电流如超过设定值，该输出即为高电平5V，W1设定正向运行时过流值，W2设定反向运行时的电流过流值。该输出可以接到单片机输入端或硬件电路实现过流保护或其他功能。
JCE电流传感器在我们设计的要求高可靠性的地铁、轻轨自动门控制器中，显示出其性能可靠、稳定性好，是一个很值得信赖的器件。