Circuito limitador de corrente mais simples, mais barato, rápido e mínimo, com baixa resistência no estado normal


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Eu tenho uma saída digital, acionada pelo driver do lado superior com tensão nominal de 24V DC. A corrente de carga normalmente está abaixo de 100 mA. A saída é monitorada, para que eu possa desligá-la rapidamente se detectar um curto-circuito no lado da carga. O problema é que o driver em si não está protegido e um curto-circuito gera muita fumaça. Então, o que eu preciso é de um circuito simples na saída do driver que:

  • tem baixa resistência abaixo de 10 Ω se a corrente de saída estiver abaixo de 100 mA
  • aumenta rapidamente sua resistência para limitar a corrente do driver em nível de 500 mA ou menos
  • a capacidade de suportar a corrente de curto-circuito deve ser de pelo menos 20 ms para que o curto-circuito seja detectado e o motorista desligado
  • tem uma tensão de trabalho de 50V ou superior
  • tem componentes mínimos e barato (0,20 $ por canal, no máximo)
  • não é fornecedor de fonte única

Tentei polifusores rearmáveis ​​PTC, mas eles são muito lentos. O FP0100 do Microchip deve ser bom, mas é caro (eu preciso de pelo menos 60 canais no meu PCB). A série TBU de Bourns também está OK, mas também é cara.

Alguma outra opção?

UPD1. Meu circuito de saída atual é MIC2981 / 82 acionado pelo registro de deslocamento 74HC594. Em cada saída, tenho o Littelfuse 1206L012 PTC. No meu quadro, preciso de 64 canais como este, e este é um quadro de pequenas séries, por isso o preço total por canal e a pegada são importantes.


Quanta voltagem você está disposto a perder?
Trevor_G 28/01

Isso é para um único trabalho? ou volume alto?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75 /

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Parece uma aplicação típica de comutação lateral alta encontrada em unidades de ECU e CLP. Somente sua classificação de 50V exclui quase todos os comutadores do mercado (exceto BTS4140N), você pode elaborar isso?
precisa saber é o seguinte

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Você pode nos mostrar um esquema do seu circuito de motorista do lado superior?
Bruce Abbott

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Sim, acho que esse é um problema XY. Você realmente deve postar todo o seu circuito de driver. Pode haver uma maneira melhor de obter o que você precisa.
Mkeith

Respostas:


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Seu limitador de corrente típico de transistor duplo pode ser sua melhor aposta. Abaixo, são mostradas as versões superior e inferior.

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Observe que há uma penalidade de cerca de uma queda de volt neste circuito.

Compre transistores duplos em um único pacote de 6 pinos.

O pequeno resistor fará com que a corrente se dobre quando atingir Vbe. O outro resistor define a corrente de base e precisa ser calculado para produzir corrente de coletor suficiente, levando em consideração Hfe.

NO ENTANTO: Esteja ciente de que o transistor precisa lidar com alguns watts durante o curto prazo, uma vez que limita apenas a corrente ao seu valor limite.


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2º isso. Estou apenas incorporando esse projeto para fornecer proteção contra curto-circuito a um circuito externo de RTD. O BJT de passe sendo um SOT223 e o BJT de senso sendo um SOT23
JonRB 28/08/18

A outra coisa a considerar é a corrente mínima / máxima que sua carga esperada é consumida e igualmente a mínima / máxima que você pode dar ao luxo de afundar durante uma falha / curto. A variação da versão beta torna essa topologia bastante suscetível às características do dispositivo, contanto que você conheça a carga e as peças.
precisa saber é o seguinte

Muito clássico. OP: preste atenção na classificação de tensão!
Marcus Müller

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Publiquei uma resposta que se baseia na sua e se concentra no uso de vários canais. Eu gostaria de pedir uma revisão, por favor!
Marcus Müller

Minha carga pode ser variada - de apenas alguns LEDs de até 5ma a relés, de 20 a 30ma, que talvez sejam paralelos aos transitórios apropriados. Seu circuito parece interessante, obrigado, mas possui 3 componentes, tornando a área um pouco maior
syoma

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Dê uma olhada nos ICs dos drivers ProFET. Esses dispositivos oferecem uma unidade lateral selecionável, com proteção contra todo tipo de coisa, incluindo sobrecarga de saída.

Você pode encontrar e selecionar ProFETs prontamente o suficiente dos distribuidores.

Dê uma olhada no BSP752T, que é barato, pequeno e pode ser acionado diretamente a partir da lógica de 3,3 V ou 5 V.

insira a descrição da imagem aqui


Obrigado. O BSP752T custa 0,9 € por canal. Isso é um pouco caro. Sua corrente é 1.2A, então um pouco grande demais. Existem alternativas de classificação de menor custo / menor?
syoma

@ syyoma, você é bem-vindo :-) Conforme a resposta, você pode pesquisar o ProFET em sites de distribuidores (por exemplo, Digikey, Farnell) e verificar as características versus o preço local. Somente você conhece seus custos e restrições de negócios.
TonyM

Sim vai fazer. O que me surpreende é que, para a comutação do lado superior, quase não há matrizes de comutação disponíveis e as disponíveis são muito caras.
syoma

@ syoma, o preço geralmente explica a demanda para nós. É pedir muito de um pacote para transportar muita dissipação de energia nas tensões e no curto-circuito que você está olhando, e você quer pequeno e muito barato. Se um canal for levado além de sua proteção e estragar, levará menos ou nenhum com ele, o que pode ser muito importante em outras aplicações. Você diz muito caro, mas não dá orçamento ...? Caso contrário, gaste o 90c / chan e aproveite os benefícios de proteção.
TonyM

Encontrei alternativa mais barata da Infineon - ITS41k0S por 0,5 $. Parece um preço razoável por isso. Isso também eliminaria a necessidade de PTC, então economizo alguns centavos. Para controlá-lo, precisarei mudar para tpic6c595 ou similar.
syoma

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Para aproveitar a excelente resposta de Trevor :

Existem dispositivos semicondutores que são fontes de corrente constantes (ou sumidouros); muitos deles parecerão internamente exatamente como o circuito de Trevor (talvez adicionando alguns elementos de compensação de temperatura).

Um dispositivo muito simplista (dissipador de corrente constante com exatamente dois pinos, projetado para tensões <= 50 V e uma corrente máxima / constante de 350 mA) é o NSI50350AD . Não sei o que ele faz internamente, mas a folha de dados o chama de "transistor auto-polarizado"; portanto, é possível que seja uma combinação de alguns transistores bipolares, um JFET e alguns resistores internamente.

Agora, seu limite de 50 V realmente dói - é difícil encontrar fontes de corrente integradas que funcionem nessa tensão. Para correntes menores, um JFET auto-tendencioso pode funcionar, mas a 100 mA será caro.

Então, eu realmente rolaria com a solução de Trevor, embora eu possa recomendar algumas coisas:

  • Verifique se você não pode simplesmente aumentar a velocidade da sua detecção de falhas. Isso resolveria o problema.
  • Como (até onde eu sei - me corrija se estiver errado), é difícil encontrar matrizes de transistor (que você prefere se precisar reduzir o esforço e o espaço da placa), talvez você queira gastar um pouco mais no componente do que apenas um NPN para o quarto trimestre, mas economize nos custos de escolher e colocar usando um dispositivo com vários comparadores em um caso. Felizmente, 4x comparadores e 4x opamps custam cerca de 13 ct quando comprados em centenas, então isso é ca 3ct em opamp por canal; use o opamp / comparador para comparar a tensão acima de R2 com uma tensão de referência constante (aqui, um simples zener pode fazer) e para acionar Q3. Observe que você não precisa mais de um R3 para cada canal. (o mesmo se aplica à abordagem do lado superior com Q5 / Q6)
  • Use matrizes de resistores em vez de resistores individuais, se o projeto térmico permitir.

EuCarga

esquemático

simule este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Um candidato barato para o acoplador óptico seria o Lite-On CNY17 .


Parece interessante ...
Trevor_G 28/01

Basicamente, minha idéia não era proteger o driver por si só, mas apenas mantê-lo vivo até eu detectar o SC e desligar a saída. A limitação do driver atual é que ele não satura em altas correntes e quebras. Portanto, minha outra idéia estúpida é usar algo como o transistor tpic6c595 e PNP para o lado superior (por exemplo, PBSS9110T). Pode sobreviver com até 3 lâmpadas em breve, tempo suficiente para acionar a proteção.
syoma

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Você pode explicar como o circuito superior limita a corrente? Eu não sigo
Scott Seidman

Esse exemplo apenas demonstra uma detecção de corrente Vdrop ultra baixa. Obviamente, não é uma solução completa ou mesmo prática com 60 canais. Eu vou deletá-lo.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Esse é o botão do lado inferior - existem muitas alternativas disponíveis. Infelizmente eu preciso do lado alto.
syoma

OK, então use um ITS4880R. é 3/8 do custo por porta em comparação com o BSP752T
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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Aqui está a idéia básica para o circuito SCR. Pode ser necessário adicionar um resistor em série com PTC1 para obter o valor certo de resistência. A resistência total em paralelo com a junção do emissor base de Q1 definirá a corrente de disparo. Quando o Q1 começar a ser conduzido, o SCR disparará e a carga será protegida até o PTC disparar. Q1 pode ser um SOT-23. R3 e R4 são apenas suposições. Eles estão lá apenas para evitar sobrecarga de corrente no Q1. A maioria dos SCRs são grandes. Vou deixar você olhar para ver se consegue encontrar um pequeno o suficiente para atender às suas necessidades.

Nota: Depois que o SCR disparar, você provavelmente terá que desenergizar a fonte de alimentação antes que ela pare de puxar o trilho.

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab


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Eu sugeriria o circuito de transistor duplo da série, mas Trevor_G já fez um excelente trabalho nisso.

Em vez disso, achei que valeria a pena revisitar a opção de fusível do PTC. Você diz que eles eram muito lentos, mas isso sugere que você pode ter um design marginal de fonte de alimentação.

Considere o Littelfuse RXEF017. Embora possa demorar 8s para disparar a 500mA, certamente essa corrente é baixa o suficiente para que sua proteção contra curto-circuito tenha tempo de entrar? Em 2A, o tempo de viagem é <0,2s, o que não é uma grande quantidade de energia em um sistema de 24V. De fato, o objetivo de um fusível é ser o componente mais suscetível do circuito à corrente, por isso é um pouco preocupante que outra coisa possa deixar de fumar antes do fusível.

Eu só temo que você se dê ao trabalho de limitar a corrente a uma janela estreita abaixo de 500mA e depois encontre outras coisas que se tornam marginais porque não conseguem extrair corrente de pressa suficiente para carregar tampas ou acionar um pulso ou algo assim.


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Não. Como escrevi na minha pergunta, estava usando o Littelfuse 1206L012 PTC. Quando eu estava assistindo com o osciloscópio o que acontece na saída do driver quando ocorre um curto-circuito, eu vi que há uma queda de tensão de cerca de 10V no PTC, sugerindo que eu tenho cerca de 3-4 Amperes de corrente durante esse período. Infelizmente, o resto dos meus 24 Volts está caindo sobre o motorista, o que o aquece demais.
syoma

OK. Esse é um fusível ainda mais conservador do que o que eu avaliei; portanto, se ainda não for suficiente para proteger seu motorista, você terá que tomar medidas mais drásticas. Talvez o motorista esteja fraco, mas talvez você tenha tido azar e o PTC tenha colocado o motorista em um curto-circuito parcial alto o suficiente para danificá-lo, mas baixo demais para queimar rapidamente o fusível.
Heath Raftery

Esses fusíveis PTC são simplesmente lentos demais para proteger contra curtos-circuitos. Eu verifiquei que durante os primeiros milissegundos não aumenta significativamente a resistência. No meu projeto, o PTC está atuando principalmente como proteção contra sobrecarga - o driver tem um limite de corrente constante de 100ma por canal.
syoma

@ syyoma, então sua escolha do projeto de CC é a falha, não o curto-circuito. O que é isso? Pode me feito com SCP integral
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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