我曾經(jīng)設(shè)計(jì)過一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)中安裝許多個(gè)分布的設(shè)備，所有設(shè)備都由一個(gè)總電源供電。

這個(gè)電源除了供電之后，還需要管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)。

因此，該電源內(nèi)部集成了PIC16F1936處理器。通過該處理器進(jìn)行狀態(tài)管理以及故障保護(hù)。

對(duì)于電源，短路、過流、過壓、過溫等保護(hù)是至關(guān)重要的功能。

否則，電源非常容易被損壞。

在我設(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)之前，公司的其它類似產(chǎn)品使用簡(jiǎn)單的閾值判斷進(jìn)行過流保護(hù)。

當(dāng)檢測(cè)到超過額定電流的1.2倍左右時(shí)，切斷輸出。

為什么不能用閾值判斷法進(jìn)行過流保護(hù)

這個(gè)做法最致命的缺點(diǎn)是，

1） 所有的電源都有一定的過流能力，只要散發(fā)的熱量不超過其能承受的范圍，短時(shí)間的過流沒有任何問題。

2） 所有的設(shè)備的電源輸入都連接了一些大電容，用于儲(chǔ)能和去耦，上電瞬間，電源以比較大的電流向這些電容充電，由于系統(tǒng)中連接的設(shè)備數(shù)比較大，所有設(shè)備同時(shí)上電，充電電流可以超過額定電流的許多倍。

3） 設(shè)備上電時(shí)的電流并非一種非此即彼的二值曲線，而是一種動(dòng)態(tài)變化的曲線，如下圖：

上電電流波形

如果按上電電流的峰值進(jìn)行保護(hù)，則不能發(fā)揮電源的最大性能，使用系統(tǒng)中能連接的設(shè)備數(shù)減少。

如果按上電電流的中間值進(jìn)行保護(hù)，有可能保護(hù)不及時(shí)，損壞電源；

什么是反時(shí)限保護(hù)

按照焦耳定律，電源所耗散的熱量與負(fù)載電流的平方成正比。

如果電源允許的溫升為一個(gè)固定值，則允許耗散的熱量為固定值。根據(jù)下述關(guān)系式：

功率 P∝I*I，

熱量Q=Pt∝II*t。

從而t∝Q/(I*I)。

可見，當(dāng)Q固定時(shí)，I*I的數(shù)值越大，則t時(shí)間越小。

電流與保護(hù)時(shí)間的反時(shí)限關(guān)系曲線如下：

過流的反時(shí)限保護(hù)曲線

基于上述的考慮，我在上設(shè)計(jì)了一套適合運(yùn)行在ROM/RAM等都非常有限的PIC16F1936上的反時(shí)限過流保護(hù)的算法：

1)電路一如既往的簡(jiǎn)單，一個(gè)0.17R的負(fù)載電流采樣電阻將電流轉(zhuǎn)成電壓之后，經(jīng)過R/C組成的低通濾波器送入單片機(jī)AD口。

電路原理圖

２)考慮到RAM的限制，采用一個(gè)int型的變量(16bits)記錄熱量值，保護(hù)熱量值設(shè)置為50000。

３)根據(jù)電源的過流特性，設(shè)計(jì)檢測(cè)電流所得到的AD值與熱量值的關(guān)系表，

已知AD值與電流關(guān)系為：0.17I/3.34096。

每隔1ms采樣AD并計(jì)算一次熱量，

比如額定電流為1.2A的電源，當(dāng)電流超過額定電流3倍，即3.6A時(shí)，立即保護(hù)。

ADC值大于760時(shí)，熱量為50000。

過流2倍，ADC為506時(shí)，1.5 秒之后保護(hù)，熱量為50000/1000/1.5=33。

過流1.5位， ADC為379時(shí)，2秒之后保護(hù)，熱量為50000/1000/2=25。

依此類推，可以得到一個(gè)關(guān)系表。

單片機(jī)程序每隔1ms做一次AD轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換到的AD做如下的邏輯處理：

如果大于760，將熱量變量值置為50000。

如果在253與760之間，從上述的表中找到對(duì)應(yīng)的數(shù)值加入到熱量變量中。

如果小于253，則將熱量變量值置為-5，使得電源能夠在5秒之后嘗試再次輸出，同時(shí)在過流判斷時(shí)，能夠根據(jù)散熱情況實(shí)現(xiàn)一些恢復(fù)的機(jī)制。

如果熱量變量值大于等于50000，則斷開輸出，進(jìn)入故障狀態(tài)。

在故障狀態(tài)，如果熱量變量值減到0,則再次輸出；

軟件代碼如下：

osdet.adcres = convert(); index = os_getindex(osdet.adcres); if(index >= TAB_NUM){ osdet.heatsum = HEATER_MAX; osdet.state = STATE_OVER; } else { if(uidata < AD_OVERCURRENT) { minus = TRUE; } wtemp = pstab[index]; if(flag) { if(minus) { if( osdet.heatsum >= 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; } } }