Аналоговый детектор тока на ACS712
Микросхема ACS позволяет собрать простейший детектор пиков тока с инвертированным выходом добавив компаратор и пяток пассивных элементов, причём порог срабатывания можно сделать настраиваемым, использовав переменный резистор на несколько килоом.
Схема детектора пикового тока на ACS712
Данная схема взята из официального даташита на ACS712 и представляет собой защёлкиваемый детектор превышения тока с инвертированным выходом. Выход Fault будет иметь напряжение 0В до отключения источника питания.
Порог срабатывания определяется напряжением Vref, которое задаётся напряжением питания и делителем на R1 и R2:
При необходимости компаратор LMV7235 можно заменить на отечественный аналог, например на К521СА3. Это компараторы семейства LM311 с отдельными выводами открытого коллектора и эмиттера. Прямой заменой LMV7235 они не являются, поэтому потребуется изменить делитель напряжения и распиновку.
К521СА3 относится к семейству LM311, у которого при питании 5 В верхняя граница допустимого синфазного напряжения находится примерно на 1.5 В ниже положительной шины, то есть около 3.5 В. Поэтому при питании К521СА3 от 5 В порог 3.76 В, который обеспечит порог 12А находится вне гарантированного рабочего диапазона. При необходимости детектировать токи выше этого порога может решить проблему отдельное питание компаратора от 9–12 В.
Недостатки замены на К521СА3 (помимо смены корпуса):
Также LMV7235 можно заменить на TLV7041 — прямой pin-to-pin вариант для этой схемы. Брать нужно обычную версию без суффиксов S и L. Единственный недостаток такой замены: TLV7041 гораздо медленней срабатывает (3 мкс против 75 нс у LMV7235). Другой вариант замены это распространённый компаратор LMV331, однако у него выход находится на выводе 4, а +In на выводе 1.
Схема детектора пикового тока на ACS712
Данная схема взята из официального даташита на ACS712 и представляет собой защёлкиваемый детектор превышения тока с инвертированным выходом. Выход Fault будет иметь напряжение 0В до отключения источника питания.
Порог срабатывания определяется напряжением Vref, которое задаётся напряжением питания и делителем на R1 и R2:
Vref = Vpower · R2 / (R1 + R2) ≈ 3.76 В
Для ACS712-20A с чувствительностью 0.1 В/А указанные на схеме резисторы дают:
Iпорог = (3.76 − 2.5) / 0.1 ≈ 12.6 А
Как работает схема
LMV7235 имеет выход open-drain (т.е. открытый сток), поэтому резистор RPU в схеме используется для формирования высокого уровня. При нулевом токе на выходе ACS712 VIOUT ≈ 2.5 В, что больше напряжения делителя, поэтому выходной транзистор LMV7235 закрыт и RPU подтягивает Fault к 5 В. Когда измеряемый ток начинает расти VIOUT повышается и, после достижения порогового напряжения, происходит следующее:- Компаратор притягивает Fault к земле.
- Диод D1 открывается. Через него опорное напряжение на 3-м выводе компаратора падает примерно до 0.7 В.
- Даже когда измеряемый ток упадёт и VIOUT вернётся к 2.5 В, условие V− > V+ (необходимое для открытия компаратора) сохранится.
- Fault останется в нуле до выключения питания.
При необходимости компаратор LMV7235 можно заменить на отечественный аналог, например на К521СА3. Это компараторы семейства LM311 с отдельными выводами открытого коллектора и эмиттера. Прямой заменой LMV7235 они не являются, поэтому потребуется изменить делитель напряжения и распиновку.
| Точка в схеме | Вывод К521СА3 (в корпусе на 8 выводов) |
| Питание | 8 (V+) |
| Земля (GND) | 4 (V-) и 1 (эммитер) |
| Средняя точка делителя R1|R2 | 2 (+In) |
| Выход ACS712 | 3 (-In) |
| Выход детектора (Fault) | 7 (коллектор) |
| Не подключать | 5 и 6 |
К521СА3 относится к семейству LM311, у которого при питании 5 В верхняя граница допустимого синфазного напряжения находится примерно на 1.5 В ниже положительной шины, то есть около 3.5 В. Поэтому при питании К521СА3 от 5 В порог 3.76 В, который обеспечит порог 12А находится вне гарантированного рабочего диапазона. При необходимости детектировать токи выше этого порога может решить проблему отдельное питание компаратора от 9–12 В.
Недостатки замены на К521СА3 (помимо смены корпуса):
- задержка К521СА3 — порядка 300 нс, против 75 нс у LMV7235
- потребление — несколько миллиампер вместо примерно 65 мкА
- корпус значительно крупнее
Также LMV7235 можно заменить на TLV7041 — прямой pin-to-pin вариант для этой схемы. Брать нужно обычную версию без суффиксов S и L. Единственный недостаток такой замены: TLV7041 гораздо медленней срабатывает (3 мкс против 75 нс у LMV7235). Другой вариант замены это распространённый компаратор LMV331, однако у него выход находится на выводе 4, а +In на выводе 1.