我曾經設計過一個系統，這個系統中安裝許多個分佈的設備，所有設備都由一個總電源供電。
這個電源除了供電之後，還需要管理系統設計的工作狀態。
因此，該電源內部集成了PIC16F1936處理器。通過該處理器進行狀態管理以及故障保護。
對於電源，短路、過流、過壓、過溫等保護是至關重要的功能。
否則，電源非常容易被損壞。
在我設計的這個系統之前，公司的其它類似產品使用簡單的閾值判斷進行過流保護。
當檢測到超過額定電流的1.2倍左右時，切斷輸出。
為什麼不能用閾值判斷法進行過流保護
這個做法最致命的缺點是，
1） 所有的電源都有一定的過流能力，只要散發的熱量不超過其能承受的範圍，短時間的過流沒有任何問題。
2） 所有的設備的電源輸入都連接了一些大電容，用於儲能和去耦，上電瞬間，電源以比較大的電流向這些電容充電，由於系統中連接的設備數比較大，所有設備同時上電，充電電流可以超過額定電流的許多倍。
3） 設備上電時的電流並非一種非此即彼的二值曲線，而是一種動態變化的曲線，如下圖：
上電電流波形
如果按上電電流的峰值進行保護，則不能發揮電源的最大性能，使用系統中能連接的設備數減少。
如果按上電電流的中間值進行保護，有可能保護不及時，損壞電源；
什麼是反時限保護
按照焦耳定律，電源所耗散的熱量與負載電流的平方成正比。
如果電源允許的溫升為一個固定值，則允許耗散的熱量為固定值。根據下述關係式：
功率 P∝I*I，
熱量Q=P*t∝I*I*t。
從而t∝Q/(I*I)。
可見，當Q固定時，I*I的數值越大，則t時間越小。
電流與保護時間的反時限關係曲線如下：
過流的反時限保護曲線
基於上述的考慮，我在上設計了一套適合運行在ROM/RAM等都非常有限的PIC16F1936上的反時限過流保護的算法：
1)電路一如既往的簡單，一個0.17R的負載電流採樣電阻將電流轉成電壓之後，經過R/C組成的低通濾波器送入單片機AD口。
電路原理圖
２)考慮到RAM的限制，採用一個int型的變量(16bits)記錄熱量值，保護熱量值設置為50000。
３)根據電源的過流特性，設計檢測電流所得到的AD值與熱量值的關係表，
已知AD值與電流關係為：0.17*I/3.3*4096。
每隔1ms採樣AD並計算一次熱量，
比如額定電流為1.2A的電源，當電流超過額定電流3倍，即3.6A時，立即保護。
ADC值大於760時，熱量為50000。
過流2倍，ADC為506時，1.5 秒之後保護，熱量為50000/1000/1.5=33。
過流1.5位， ADC為379時，2秒之後保護，熱量為50000/1000/2=25。
依此類推，可以得到一個關係表。
單片機程序每隔1ms做一次AD轉換，將轉換到的AD做如下的邏輯處理：
如果大於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應的數值加入到熱量變量中。
如果小於253，則將熱量變量值置為-5，使得電源能夠在5秒之後嘗試再次輸出，同時在過流判斷時，能夠根據散熱情況實現一些恢復的機制。
如果熱量變量值大於等於50000，則斷開輸出，進入故障狀態。
在故障狀態，如果熱量變量值減到0,則再次輸出；
軟件代碼如下：
<code>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;
}
}
}
/<code>
