Apa cara yang disarankan untuk melindungi sirkuit dari tegangan lebih tidak transien?

Saya merancang pengontrol pencahayaan portabel yang dioperasikan dengan baterai 12V, dan sering ditanya tentang cara meningkatkan waktu pengoperasian. Cara paling sederhana adalah menambahkan baterai kedua secara paralel, tetapi saya sering khawatir bahwa pengguna akan salah, menghubungkan baterai secara seri, dan menyediakan 24V sebagai gantinya.

Apa cara terbaik / yang disarankan untuk melindungi perangkat dari situasi tegangan lebih seperti ini, (di mana dua kali tegangan diterapkan untuk jangka waktu yang saya tidak anggap sementara)?

Dalam hal ini, pengontrol menggunakan tidak lebih dari 100mA karena yang satu ini hanya berkedip LED daripada sumber banyak arus. Ini memiliki beberapa regulator tegangan yang hanya mampu menangani input hingga 15V.

Saya telah bereksperimen dengan dioda Zener dan penekan tegangan transien (TVS) tetapi dengan hasil yang beragam. Saya lebih suka bahwa situasi tegangan lebih (seperti diterapkan 24V) untuk trip pemutus sirkuit (sekering PTC) dan melindungi regulator tegangan dan mikrokontroler. Jika seseorang menghubungkan perangkat ke sumber listrik (120V), itu milik mereka sendiri!

Sesuatu seperti ini seharusnya bekerja:

Gunakan 12V zener, pilih MOSFET dengan ambang gerbang rendah lebih disukai Vth <3V, Vgs <12V dan mampu arus instan tinggi.

Jika voltase Vin mencapai di atas 12V, Vin - Vz akan muncul di gerbang MOSFET. Ketika tegangan ini melampaui tegangan ambang batas, MOSFET menyala dan menyingkat input ke tanah melalui sekering, sekering meledak.

Setelah dipikir-pikir, sebuah resistor kecil dapat diletakkan pada saluran MOSFET untuk melindunginya dari arus berlebih. Nilai resistor harus cukup tinggi sehingga 24V / R <Imax untuk MOSFET, tetapi cukup rendah untuk sekering untuk meniup 24V / R> Ifuse.

Anda dapat menggunakan PTC daripada sekering, tetapi ini cenderung lebih lambat, jadi Anda mungkin akan membutuhkan MOSFET yang lebih besar.

Saya pikir, bahwa dalam sebuah kasus dengan PTC, mungkin ada situasi, ketika zener dan MOSFET hanya mengatur setetes pada PTC sehingga Zener melakukan sedikit dan MOSFET terbuka sedikit, melihat dari luar itu dapat rangkaian berfungsi dengan baik-baik saja, jadi saya pikir, "indikasi koneksi baterai buruk" LED bisa digunakan:

Di sisi lain, MOSFET mungkin bukan solusi terbaik dalam hal ini, SCR akan lebih baik karena terkunci.

Anda berada di jalur yang benar. Satu-satunya solusi adalah mengisolasi beban dari tegangan lebih. Ada banyak cara untuk mencapai itu, dan sekering (PTC sekali pakai atau dapat disetel ulang) adalah salah satu pendekatan tradisional. Zener / TVS memastikan bahwa rangkaian menarik arus yang cukup dengan adanya tegangan lebih untuk trip sekering. Anda juga dapat menggunakan SCR untuk mem-linggis persediaan dan menjatuhkan sekring.

Pendekatan yang lebih menarik termasuk menggunakan transistor tegangan tinggi untuk secara aktif mengisolasi beban dari suplai. Ini dapat memberikan respons yang lebih cepat, mengurangi tekanan pada komponen lainnya.