آی‌سی LM324 چیست و چه نقشی در محافظ کلی برق آنی دارد؟

LM324 یک آی‌سی از خانواده تقویت‌کننده‌های عملیاتی (Operational Amplifier) است که درون خود چهار تقویت‌کننده عملیاتی مستقل دارد. این آی‌سی برای کار با تغذیه تک‌منبع نیز مناسب است و به همین دلیل در بسیاری از مدارهای کنترل و اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

LM324 در محافظ کلی آنی چه کاری انجام می‌دهد؟

برای درک نقش LM324 بهتر است عملکرد محافظ را مرحله‌به‌مرحله ببینیم.

برق ورودی واحد وارد مدار محافظ می‌شود. مدار الکترونیکی، مقدار ولتاژ را دریافت و به یک سیگنال قابل پردازش برای بخش کنترل تبدیل می‌کند.

سپس این سیگنال با ولتاژ مرجع مقایسه می‌شود.

LM324 در این قسمت از مدار به پردازش و مقایسه سیگنال‌های مربوط به ولتاژ کمک می‌کند.

به زبان ساده:

ولتاژ ورودی → نمونه‌برداری و تبدیل → مقایسه توسط مدار کنترل → تصمیم به وصل یا قطع → فرمان به رله

بنابراین LM324 خودش مستقیماً برق ۲۲۰ ولت را قطع و وصل نمی‌کند؛ بلکه در بخش کنترل و تصمیم‌گیری الکترونیکی نقش دارد.

چرا از چهار تقویت‌کننده داخل LM324 استفاده می‌شود؟

یکی از ویژگی‌های مهم LM324 این است که چهار تقویت‌کننده عملیاتی مستقل را در یک تراشه در اختیار طراح مدار قرار می‌دهد. این موضوع اجازه می‌دهد قسمت‌های مختلف مدار کنترل با استفاده از یک آی‌سی مدیریت شوند.در یک مدار محافظ ولتاژ، می‌توان از این بخش‌ها برای وظایف مختلفی مانند:

  • پردازش سیگنال اندازه‌گیری ولتاژ
  • مقایسه با ولتاژ مرجع
  • ایجاد شرایط مناسب برای فرمان قطع و وصل
  • پردازش سیگنال‌های کنترلی

استفاده کرد.

البته نحوه دقیق تقسیم وظایف بین چهار تقویت‌کننده به طراحی همان مدار بستگی دارد و نباید صرفاً بر اساس نام LM324 فرض کرد که هر چهار بخش دقیقاً وظایف مشخص و یکسانی دارند.

LM324 چگونه به تشخیص نوسان برق کمک می‌کند؟

فرض کنیم ولتاژ ورودی در شرایط عادی قرار دارد.

مدار اندازه‌گیری، یک سیگنال متناسب با ولتاژ ورودی ایجاد می‌کند. این سیگنال به بخش کنترل می‌رود و با مقدار مرجع مقایسه می‌شود.اگر نتیجه مقایسه نشان دهد که ولتاژ در محدوده قابل قبول است، مدار اجازه می‌دهد فرآیند وصل برق ادامه پیدا کند.اما اگر ولتاژ بیش از حد بالا یا پایین برود، وضعیت مقایسه تغییر می‌کند و مدار کنترل می‌تواند فرمان قطع خروجی را صادر کند.

در نتیجه، نقش LM324 را می‌توان مانند یک بخش از سیستم تصمیم‌گیری الکترونیکی محافظ در نظر گرفت.

LM324 چگونه باعث قطع و وصل رله می‌شود؟

LM324 به‌تنهایی توانایی قطع برق مصرف‌کننده را ندارد.

فرآیند به این شکل انجام می‌شود:

۱. اندازه‌گیری ولتاژ

مدار ورودی، وضعیت ولتاژ را دریافت می‌کند.

۲. پردازش و مقایسه

سیگنال اندازه‌گیری‌شده در مدار کنترل بررسی می‌شود و LM324 در این بخش نقش دارد.

۳. تولید فرمان

اگر شرایط برق مناسب یا نامناسب تشخیص داده شود، خروجی مدار کنترل تغییر می‌کند.

۴. راه‌اندازی بخش رله

این فرمان به مدار درایور رله منتقل می‌شود.

۵. قطع یا وصل برق خروجی

رله مسیر برق مصرف‌کننده را وصل یا قطع می‌کند.

بنابراین می‌توان گفت:

> LM324 تصمیم‌سازِ بخش کنترل است؛ رله اجراکننده فرمان قطع و وصل است.

نقش LM324 در زمان تأخیر محافظ

محافظ کلی آنی فقط وظیفه تشخیص وضعیت ولتاژ و قطع برق را ندارد؛ پس از برگشت شرایط مناسب برق نیز وصل مجدد بلافاصله انجام نمی‌شود.در مدار محافظ، بخش زمان‌سنج یا TIMER وجود دارد که زمان تأخیر را ایجاد می‌کند.در شماتیک مدار، قسمت مربوط به TIMER و قطعاتی مانند مقاومت و خازن مربوط به آن دیده می‌شود.

در نتیجه فرآیند کلی می‌تواند به این صورت باشد:

نوسان ولتاژ → تشخیص وضعیت نامناسب → قطع رله → صبر کردن → پایدار شدن شرایط → پایان زمان تأخیر → فرمان وصل → وصل رله

در مدل موردنظر شما، زمان تأخیر ۸ دقیقه است.

چرا LM324 برای چنین مدارهایی مناسب است؟

LM324 از آی‌سی‌های شناخته‌شده در طراحی مدارهای آنالوگ و کنترل است. نسخه استاندارد LM324 در مشخصات سازندگان به‌عنوان یک تقویت‌کننده عملیاتی چهارکاناله معرفی شده و امکان کار با تغذیه تک‌منبع را دارد. برای نمونه، STMicroelectronics محدوده تغذیه تک‌منبع ۳ تا ۳۰ ولت را برای خانواده LM324x ذکر می‌کند.

همچنین TI برای LM324 استاندارد، چهار کانال، محدوده تغذیه ۳ تا ۳۰ ولت و پهنای باند بهره معمول ۱٫۲ مگاهرتز را اعلام کرده است.

این ویژگی‌ها باعث می‌شوند این خانواده از آی‌سی‌ها برای بسیاری از مدارهای کنترل، مقایسه و پردازش سیگنال مناسب باشند.

LM324 با رله چه تفاوتی دارد؟

گاهی ممکن است تصور شود که LM324 همان قطعه‌ای است که برق را قطع می‌کند، اما این‌طور نیست.

LM324:

وظیفه‌اش در این مدار، پردازش و مقایسه سیگنال‌های الکتریکی در بخش کنترل است.

رله:

فرمان بخش کنترل را دریافت کرده و مسیر برق خروجی را قطع یا وصل می‌کند.

به شکل ساده:

LM324 → تصمیم و فرمان

مدار درایور → تقویت/راه‌اندازی فرمان

رله → قطع یا وصل مسیر برق

این تفکیک باعث می‌شود مدار بتواند بخش کنترل الکترونیکی را از بخش قدرت جدا کند.

بنابراین عملکرد محافظ نتیجه کار یک قطعه به‌تنهایی نیست؛ بلکه حاصل همکاری چندین بخش الکترونیکی با یکدیگر است.

آیا LM324 خودش محافظ برق است؟خیر.

این نکته مهم است.

LM324 به‌تنهایی یک محافظ برق نیست. این آی‌سی یک قطعه الکترونیکی است که می‌تواند در مدارهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

در محافظ کلی آنی، LM324 یکی از اجزای مدار کنترل است و در کنار قطعات دیگری مانند مدار تغذیه، شبکه‌های اندازه‌گیری، مدار زمان‌سنج، درایور رله و خود رله کار می‌کند.

به همین دلیل عملکرد نهایی محافظ را باید حاصل مجموعه مدار الکترونیکی طراحی‌شده برای آن دانست.

جمع‌بندی

اگر بخواهیم عملکرد LM324 در محافظ کلی آنی را در یک جمله بیان کنیم:

> LM324 یکی از قطعات مهم بخش کنترل محافظ است که به پردازش و مقایسه سیگنال‌های مربوط به ولتاژ کمک می‌کند تا مدار بتواند شرایط مناسب یا نامناسب برق را تشخیص داده و فرمان لازم را برای قطع یا وصل خروجی صادر کند.در کنار آن، مدار زمان‌سنج، ترانزیستور راه‌انداز، رله و سایر قطعات روی برد با یکدیگر کار می‌کنند تا محافظ بتواند وظیفه خود را انجام دهد.به همین دلیل، محافظ کلی آنی فقط یک «رله داخل جعبه» نیست؛ بلکه یک سیستم الکترونیکی کنترل و حفاظت است که وضعیت برق را بررسی کرده و بر اساس شرایط آن، مسیر خروجی را مدیریت می‌کند.

منبع مشخصات فنی LM324: اطلاعات فنی ارائه‌شده توسط سازندگان این آی‌سی، از جمله Texas Instruments و STMicroelectronics.