Sirkuit pembatas arus jejak kaki yang paling sederhana, termurah, cepat dan minimum dengan resistansi rendah dalam kondisi normal


9

Saya memiliki output digital, didorong oleh driver sisi tinggi dengan tegangan nominal 24V DC. Arus beban biasanya di bawah 100 mA. Outputnya dimonitor, jadi saya bisa mematikannya dengan cepat jika saya mendeteksi korsleting di sisi beban. Masalahnya adalah pengemudi itu sendiri tidak terlindungi dan korsleting membuatnya menghasilkan banyak asap. Jadi yang saya butuhkan adalah rangkaian sederhana pada output driver yang:

  • memiliki resistansi rendah di bawah 10 Ω jika arus keluaran di bawah 100 mA
  • dengan cepat meningkatkan resistansi untuk membatasi arus pengemudi pada level 500 mA atau lebih rendah
  • kemampuan menahan pada arus hubung singkat harus paling sedikit 20 ms agar hubung singkat terdeteksi dan pengemudi dimatikan
  • memiliki tegangan kerja 50V atau lebih tinggi
  • memiliki komponen minimum dan murah ($ 0,20 per saluran maks)
  • bukan pemasok satu sumber

Saya mencoba polyfus PTC yang dapat direset, tetapi mereka terlalu lambat. FP0100 Microchip seharusnya bagus tapi mahal (saya butuh setidaknya 60 saluran pada PCB saya). Seri Bourns TBU juga OK, tetapi juga mahal.

Ada opsi lain?

UPD1. Sirkuit keluaran saya saat ini adalah MIC2981 / 82 digerakkan oleh register geser 74HC594. Pada setiap output saya memiliki Littelfuse 1206L012 PTC. Di papan saya, saya membutuhkan 64 saluran seperti ini, dan ini adalah papan seri kecil sehingga total harga per saluran dan jejak sangat penting.


Berapa banyak tegangan yang ingin Anda hilangkan?
Trevor_G

Apakah ini untuk satu pekerjaan? atau volume tinggi?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

1
Ini terlihat seperti aplikasi switching sisi tinggi tipikal yang ditemukan di unit ECU dan PLC. Hanya peringkat 50V Anda yang mengecualikan hampir semua sakelar di pasar (kecuali BTS4140N), dapatkah Anda menjelaskannya?
Jeroen3

1
Bisakah Anda menunjukkan kepada kami skema rangkaian driver sisi tinggi Anda?
Bruce Abbott

1
Ya, saya pikir ini adalah masalah XY. Anda harus benar-benar memposting seluruh rangkaian driver Anda. Mungkin ada cara yang lebih baik untuk mendapatkan apa yang Anda butuhkan.
siapkan

Jawaban:


12

Pembatas arus transistor ganda tipikal Anda mungkin yang terbaik. Yang ditunjukkan di bawah ini adalah versi sisi atas dan bawah.

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Perhatikan ada penalti tentang penurunan volt dengan sirkuit ini.

Beli transistor ganda dalam satu paket 6 pin.

Resistor kecil akan menyebabkan arus melipat kembali ketika mencapai Vbe. Resistor lain menetapkan arus basis dan perlu dihitung untuk menghasilkan arus kolektor yang cukup dengan memperhitungkan Hfe.

NAMUN: Ketahuilah bahwa transistor perlu menangani beberapa watt untuk durasi yang pendek karena hanya membatasi arus ke nilai ambang Anda.


1
Ke-2 ini. Saya hanya menggabungkan desain seperti itu untuk memberikan perlindungan ciruit pendek ke sirkuit RTD eksternal. Lulus BJT menjadi SOT223 dan arti BJT menjadi SOT23
JonRB

Hal lain yang perlu dipertimbangkan dengan ini adalah arus min / max yang Anda harapkan adalah untuk menarik & sama dengan min / maks yang Anda mampu tenggelam selama kekurangan / pendek. Variasi beta membuat topologi ini cukup rentan terhadap karakteristik perangkat TETAPI selama Anda tahu beban dan bagian-bagiannya semuanya baik.
JonRB

Sangat klasik. OP: Beri perhatian pada nilai tegangan!
Marcus Müller

1
Saya telah memposting jawaban yang didasarkan pada milik Anda dan berfokus pada penggunaan multi-channel. Tolong, saya ingin meminta Anda membaca bukti!
Marcus Müller

Beban saya bisa bermacam-macam - dari hanya beberapa LED yang mengambil serendah 5ma hingga relay, mengambil 20-30ma yang mungkin diparalelkan dengan transien yang sesuai. Sirkuit Anda terlihat menarik, terima kasih, tetapi memiliki 3 komponen, membuat jejak agak besar
syoma

7

Lihatlah IC driver sisi-tinggi ProFET. Perangkat ini memberi Anda drive sisi-tinggi yang dapat dipindahkan dengan perlindungan dari segala hal, termasuk keluaran berlebih.

Anda dapat menemukan dan memilih ProFET dengan cukup mudah dari distributor.

Lihatlah BSP752T, yang murah, kecil dan dapat didorong langsung dari 3,3 V atau 5 V logika.

masukkan deskripsi gambar di sini


Terima kasih. BSP752T berharga 0,9 € per saluran. Ini agak terlalu mahal. Saat ini 1.2A, jadi agak terlalu besar. Apakah ada alternatif biaya / peringkat yang lebih rendah?
syoma

@syoma, sama-sama :-) Sesuai jawabannya, Anda dapat mencari situs web distributor (mis. Digikey, Farnell) untuk ProFET dan melihat karakteristik vs harga lokal untuk Anda. Hanya Anda yang tahu biaya dan kendala bisnis Anda.
TonyM

Ya akan lakukan. Apa yang membuat saya heran adalah bahwa untuk switching sisi tinggi hampir tidak ada array switching yang tersedia, dan yang tersedia sangat mahal.
syoma

@yyoma, harga biasanya menjelaskan permintaan kepada kami. Ini meminta banyak satu paket untuk membawa banyak disipasi daya pada voltase dan daya hubung singkat yang Anda lihat, dan Anda ingin yang kecil dan sangat murah. Jika satu saluran diambil di luar perlindungannya dan menggedor, itu akan memakan waktu lebih sedikit atau tidak ada sama sekali, yang mungkin sangat penting dalam aplikasi lain. Anda bilang mahal, tapi tidak punya anggaran ...? Kalau tidak, habiskan 90c / chan dan nikmati manfaat perlindungannya.
TonyM

Saya menemukan alternatif yang lebih murah dari Infineon - ITS41k0S sebesar 0,5 $. Ini terdengar harga yang masuk akal untuk itu. Ini juga akan menghilangkan kebutuhan untuk PTC, jadi saya menghemat beberapa sen. Untuk mengendarainya saya perlu mengubah ke tpic6c595 atau serupa.
syoma

5

Untuk membangun di atas jawaban Trevor yang sangat baik :

Ada perangkat semikonduktor yang merupakan sumber arus konstan (atau tenggelam); banyak dari ini akan terlihat persis seperti sirkuit Trevor (mungkin menambahkan beberapa elemen kompensasi suhu).

Satu perangkat yang sangat sederhana (wastafel arus konstan dengan tepat dua pin, dirancang untuk tegangan <= 50 V dan arus maks / konstan 350 mA) adalah NSI50350AD . Saya tidak tahu apa yang dilakukan secara internal, tetapi datasheet menyebutnya "transistor bias-diri", jadi kemungkinan itu mungkin kombinasi dari beberapa transistor bipolar, JFET dan beberapa resistor secara internal.

Sekarang, batas 50 V Anda benar-benar sakit - sulit untuk menemukan sumber arus terintegrasi yang akan bekerja pada tegangan itu. Untuk arus yang lebih kecil, JFET yang bias sendiri mungkin berhasil, tetapi pada 100 mA itu akan menjadi mahal.

Jadi, saya akan benar-benar menggunakan solusi Trevor, meskipun saya mungkin akan merekomendasikan beberapa hal:

  • Periksa apakah Anda tidak bisa sekadar meningkatkan kecepatan deteksi kesalahan Anda. Itu akan memecahkan masalah.
  • Karena (sejauh yang saya tahu - memperbaiki saya jika saya salah) sulit didapat oleh array transistor (yang Anda lebih suka jika Anda perlu mengurangi usaha dan ruang papan), Anda mungkin ingin menghabiskan sedikit lebih banyak pada komponen dari sekedar NPN untuk Q4, tetapi menghemat biaya pick & place dengan menggunakan perangkat dengan banyak komparator dalam satu kasus. Untungnya, 4x komparator dan opamp 4x berharga sekitar 13 ct ketika dibeli dalam ratusan, jadi itulah 3 opamp dalam opamp per saluran; gunakan opamp / komparator untuk membandingkan tegangan lebih dari R2 ke tegangan referensi konstan (di sini, zener sederhana mungkin dilakukan) dan untuk mendorong Q3. Perhatikan bahwa Anda tidak memerlukan R3 untuk setiap saluran lagi. (Hal yang sama berlaku untuk pendekatan sisi tinggi dengan Q5 / Q6)
  • Gunakan array resistor bukan resistor individu, desain termal memungkinkan.

sayaBeban

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Kandidat murah untuk optocoupler adalah Lite-On CNY17 .


Tampak menarik ...
Trevor_G

Pada dasarnya ide saya bukan untuk melindungi driver itu sendiri tetapi tetap hidup sampai saya mendeteksi SC dan mematikan output. Batasan driver saat ini adalah bahwa ia tidak jenuh pada arus tinggi dan rusak. Jadi ide bodoh saya yang lain adalah mengambil sesuatu seperti tpic6c595 dan transistor PNP untuk sisi-tinggi (misalnya PBSS9110T). Itu dapat bertahan hingga 3ampl singkat, cukup lama untuk memicu perlindungan.
syoma

2

1
Bisakah Anda menjelaskan bagaimana batas atas sirkuit saat ini? Saya tidak mengikuti
Scott Seidman

Contoh itu hanya menunjukkan penginderaan arus Vdrop ultra rendah. Jelas bukan solusi lengkap atau bahkan praktis dengan 60 saluran. Saya akan menghapusnya.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Ini adalah saklar sisi rendah - ada banyak alternatif yang tersedia. Sayangnya saya butuh sisi yang tinggi.
syoma

OK lalu gunakan ITS4880R. itu adalah 3/8 dari biaya per port dibandingkan dengan BSP752T
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

0

Inilah ide dasar untuk sirkuit SCR. Mungkin harus menambahkan resistor secara seri dengan PTC1 untuk mendapatkan nilai resistansi yang tepat. Resistan total secara paralel dengan persimpangan basis emitor Q1 akan mengatur perjalanan saat ini. Setelah Q1 mulai melakukan, SCR akan menyala, dan kemudian beban akan dilindungi sampai perjalanan PTC. Q1 bisa menjadi SOT-23. R3 dan R4 hanyalah tebakan. Mereka hanya di sana untuk mencegah bendungan over-current ke Q1. Kebanyakan SCR agak besar. Saya akan membiarkan Anda melihat untuk melihat apakah Anda dapat menemukan satu yang cukup kecil sesuai dengan kebutuhan Anda.

Catatan: Setelah SCR menyala, Anda mungkin harus mematikan energi catu daya sebelum berhenti menarik rel.

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab


-1

Saya akan menyarankan rangkaian rangkaian transistor ganda tetapi Trevor_G telah melakukan pekerjaan dengan sangat baik.

Sebaliknya saya pikir itu layak meninjau kembali opsi sekering PTC. Anda mengatakan mereka terlalu lambat, tetapi itu menunjukkan bahwa Anda mungkin memiliki desain catu daya marginal.

Pertimbangkan Littelfuse RXEF017. Meskipun mungkin diperlukan 8 detik untuk mencapai 500mA, tentunya itu adalah arus yang cukup rendah untuk perlindungan hubung singkat Anda untuk memiliki waktu untuk menendang? Pada 2A waktu perjalanan adalah <0,2 detik, yang bukan merupakan energi besar dalam sistem 24V. Sebenarnya titik sekering adalah menjadi komponen yang paling rentan dalam rangkaian ke arus, jadi agak khawatir bahwa sesuatu yang lain bisa melepaskan asapnya sebelum sekering.

Saya hanya khawatir Anda akan kesulitan untuk membatasi arus ke jendela sempit di bawah 500mA, dan kemudian menemukan hal-hal lain menjadi marjinal karena mereka tidak dapat menarik arus terburu-buru yang cukup untuk mengisi daya topi atau menggerakkan pulsa atau sesuatu.


1
Tidak. Seperti yang saya tulis dalam pertanyaan saya, saya menggunakan Littelfuse 1206L012 PTC. Ketika saya menonton dengan Oscilloscope apa yang terjadi pada output driver saya ketika hubungan pendek terjadi, saya telah melihat, bahwa ada penurunan tegangan sekitar 10V pada PTC, menunjukkan bahwa saya memiliki sekitar 3-4 Amps arus selama waktu itu. Sayangnya sisa 24 Volts saya jatuh di atas pengemudi, yang terlalu panas.
syoma

Baik. Itu sekering yang bahkan lebih konservatif daripada yang saya nilai, jadi jika itu masih tidak cukup untuk melindungi pengemudi Anda daripada Anda harus mengambil tindakan lebih drastis. Mungkin pengemudi lemah, tetapi mungkin Anda kurang beruntung dan PTC menempatkan pengemudi dalam hubungan pendek parsial yang cukup tinggi untuk merusak pengemudi tetapi terlalu rendah untuk meledakkan sekering dengan cepat.
Heath Raftery

Sekering PTC semacam itu terlalu lambat untuk dilindungi dari korsleting. Saya telah memeriksa bahwa selama milidetik pertama itu tidak meningkatkan resistensi secara signifikan. Dalam desain saya PTC bertindak sebagai perlindungan overload - driver memiliki batas arus konstan 100mA per saluran.
syoma

@yyoma maka pilihan desain CC Anda salah bukan karena korsleting. apa itu? Itu bisa saya buat dengan integral SCP
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.