Что такое датчик тока? В этой статье представлена схема датчика контроля и потребления тока общего назначения, которая выдает предупреждение, когда ток проходящий через устройство превышает определенный предел. Эта простая схема создана на микросхеме линейного датчика тока ACS712 на основе эффекта Холла. Авторский опытный образец представлен на картинке ниже.
Авторский образец на макетной плате
Что такое датчик тока — принципиальная схема и особенности работы
Предложенная здесь для повторения принципиальная схема дает понятие, что такое датчик тока, который предназначен для контроля корректного значения токовой нагрузки, показана на рис. 2. В основе этого устройства задействованы такие компоненты, как датчик тока ACS712, операционный усилитель LM393 (IC1), диод 1N4007 (D1), pnp-транзистор BC557 (T1), реле однократного переключения 5В (RL1) и несколько других элементов.
Рис.2: Принципиальная схема датчика тока
Здесь предлагается вам узнать, что такое датчик и как он используется в токовых цепях. В частности рассмотрим 5-амперный датчик тока ACS712. Выходная чувствительность датчика, рассчитанного на работу с одно полярным питанием 5В, составляет 185 мВ/А, а его выходное напряжение покоя (выходное напряжение датчика при нулевом первичном токе) номинально остается на уровне Vcc/2.
Остальная часть схемы представляет собой обычный компаратор, построенный на одной из частей популярного LM393 (IC1). Аналоговый выход модуля ACS712 подключен к инвертирующему входу (контакт 2) IC1, а неинвертирующий вход (контакт 3) IC1 подключен к регулируемому делителю напряжения (VR1, R2 и R3).
Подтягивающий к питанию резистор (R4) и индикатор перегрузки по току (LED2) подключены к выходу (контакт 1) IC1. Этот выходной контакт 1 с открытым коллектором переходит на низкий уровень (L) при возникновении состояния отказа из-за перегрузки по току.
Для лучшего понимания, остановимся чуть подробнее на этом моменте и узнаем, что такое датчик тока ACS712. Данный прибор собран в корпусе SOIC8 и предназначен для поверхностного монтажа, с которым некоторым производителям часто трудно обращаться и паять. К счастью, вы можете приобрести у многих онлайн-поставщиков компонентов, не дорогой и компактный, предварительно смонтированный модуль ACS712 (рис. 3).
Поскольку LM393 имеет выход с открытым коллектором, вы можете безопасно подключить эту схему к плате микроконтроллера на 5В или 3,3В через разъем CON3. Во время изготовления печатной платы, сделайте так, чтобы при необходимости на плату можно было бы добавить дополнительные выходные компоненты (R4-R5-LED2).
Рис.3: Модуль ACS712
Если вы хотите реализовать дополнительную схему, самый простой способ — это использовать простую схему драйвера электромагнитного реле, построенную на транзисторе T1, диоде D1 и реле RL1. Он может включать такие устройства, как сигнализатор (или подключать/отключать любые электрические приборы), подключенные через CON4, когда ток достигает определенного уровня.
Конструкция и калибровка
Схема печатной платы фактического размера для датчика перегрузки по току показана на рис. 4, а расположение его компонентов — на рис. 5. После сборки схемы на печатной плате подключите 5В к CON2. Подключите батарею 12В к IP + и нагрузку к IP- модуля датчика ACS712.
Рис.4: Схема печатной платы датчика перегрузки по току
Рис.5: Компоновка элементов печатной платы
Для того, чтобы повторить схему и лучше понять, что такое датчик тока, загрузите PDF-файлы с макетами разводки и компоновки печатных плат: нажмите здесь
Точку срабатывания можно легко настроить с помощью потенциометра (VR1). Порог срабатывания в авторском проекте установлен на 3А.
Чтобы настроить датчик для конкретной программы, вы можете изменить значения VR1 и R2. Предположим, что вам нужно выявить проблему с перегрузкой по току чуть выше 2А. При токе 2 А модуль ACS712 дает на выходе примерно 2,87В, и такое же напряжение должно быть на его инвертирующем входном контакте. Поэтому вам следует настроить VR1 на соответствующее напряжение в цепи неинвертирующего входа IC1, чтобы он выдавал сигнал предупреждения о перегрузке по току (низкий логический уровень), когда уровень тока превышает 2А.
Примечание: Процесс калибровки требует как теоретических, так и эмпирических навыков. Используемый здесь датчик тока ACS712 может выдерживать ток до 5А. Он может преобразовывать входной ток в аналоговое выходное напряжение около 2,5В плюс 185 мВ/А. Одним из недостатков датчика ACS712 является его нестабильность при более низких токах. Он сверхчувствителен к внешним магнитным полям, поэтому держите рабочую цепь вдали от сильных магнитных полей.