Control de límite de corriente mediante microcontrolador

Aquí está el concepto básico:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El voltaje a través de R4,

$V_X = I_{OUT} R_4 (Rs/ R_1)$

Elegiría R3 y D1 (o usaría un regulador de derivación como TLV431) para obtener un voltaje regulado adecuado para el amplificador operacional.

Rs se selecciona para proporcionar la caída de voltaje deseada. R1 establece la relación de corriente R4 establece el voltaje de salida y debe tener una impedancia lo suficientemente baja como para que su ADC esté satisfecho.

Tendrá que proteger la entrada contra sobretensiones sujetándola. En el peor de los casos, podría ser Vin/R1, suponiendo que nada falle.

El amplificador operacional debe tener entrada de riel a riel, y muchos de esos amplificadores operacionales están contentos con suministros de 5V. Las resistencias en serie a las entradas pueden ser una buena idea para la protección contra cortocircuitos. También puede poner una resistencia en serie con el colector de Q1 siempre que no baje demasiado el voltaje con Vin mínimo y corriente máxima. Eso permitiría una sujeción segura para la MCU independientemente de lo que suceda con el circuito de detección de corriente.

Las principales fuentes de error son las tolerancias de las resistencias, incluidas las resistencias de conexión a R2 y el voltaje de compensación del amplificador operacional. El error debido a esto último es un desplazamiento 'cero' de Vos/R2. Entonces, un desplazamiento de 100uV con 10m$\Omega$resistencia representa un error de +/-10mA en la corriente medida. Dado que el circuito solo proporciona una salida para corrientes positivas, pueden pasar 10 mA antes de que comience a leer más de cero, o puede leer 10 mA sin que fluya corriente. Por esa razón, desea un amplificador operacional con un voltaje de compensación relativamente bajo, tal vez un tipo estabilizado por helicóptero.

Puede usar una conexión Kelvin a R2 (cuatro conexiones con las conexiones externas que llevan la corriente alta).

También es posible usar un MOSFET de modo de mejora de canal P en lugar del BJT, pero generalmente no hay una ventaja significativa (hay un pequeño error de la corriente base en el circuito que se muestra, pero generalmente un poco menos que las tolerancias de resistencia).

Mida la corriente que fluye a través del MOSFET desde la entrada hasta la salida.

La forma más fácil/sencilla y potencialmente más barata de proporcionar una medida precisa es usar un dispositivo de efecto Hall aislado como el ACS712 (ahora reemplazado por el ACS723, pero todavía disponible). Viene en varios niveles de FSD, pero el +/-5A debería satisfacer la necesidad. Estos están disponibles en Ebay por unos pocos $ como un módulo completo.
Dado que el SCS7xx tiene una buena referencia interna, el voltaje de salida refleja con precisión la corriente a través de la ruta de detección a 400 mV/A. Aquí hay una resistencia de ruta muy baja de típicamente 0,65 mOhms, por lo que la caída de voltaje probablemente no tenga consecuencias.

No ha definido cómo pretende manejar el límite actual de 3A.
¿Tiene la intención de:

1. Limite la corriente a 3A, lo que potencialmente requeriría que el FET en serie dispare más de 100 W con la salida en cortocircuito.
2. Apague el FET serie si la corriente supera los 3A. Aquí debe almacenar el estado de sobrecarga y proporcionar una MCU o un restablecimiento manual.
3. Proporcione una reversión de la corriente después de alcanzar 3S. Por ejemplo, puede retroceder a 100 mA, que con un cortocircuito se mantendría en esa condición. Sin embargo, podría reiniciarse automáticamente si está diseñado para hacerlo.

No da idea de la velocidad a la que aumentaría la corriente en condiciones de falla. Esto hace que una respuesta de la MCU parezca bastante inapropiada. Tendría que usar un A / D para resolver la corriente o un umbral fijo (pin de E / S), pero la MCU responderá lentamente. Usando un suministro de batería con una capacitancia de salida considerable, podría disparar fácilmente a 3A, pero romper 30A o más para cuando responda.
Es por eso que la mayor parte de la detección y limitación de sobrecorriente se realiza en hardware analógico.

Ahora a su circuito sugerido. Ciertamente no funcionará como se muestra.
Incluyó un divisor resistivo a los pies de la puerta P-Chan, lo cual es bueno, pero los valores son incorrectos. La mayoría de los FET tienen límites de V (GS) de alrededor de 10-12 V, por lo que debe limitar el voltaje en todas las condiciones a menos de este límite. Su divisor daría como resultado casi 36 V a través de la puerta con su voltaje más alto aplicado.

No sugeriré un circuito hasta que decida cuál debería ser la respuesta a la sobrecorriente.

Puede que esta no sea la forma en que desea hacerlo, pero Analog Devices tiene una línea de piezas que actúan como fusibles electrónicos. Utilicé el limitador de sobretensiones LTC4361 para esta aplicación https://www.analog.com/en/products/ltc4361.html Puede que sea más de lo que busca, pero tiene algunas características interesantes.