Ochranný obvod proti prepätiu, nadprúdu, prechodnému napätiu a reverznej polarite pomocou ovládača hot swap rt1720 s časovačom porúch

V elektronickom obvode je často nevyhnutne potrebné použiť špeciálnu ochrannú jednotku na ochranu obvodu pred prepätím, nadprúdom, prechodným napätím a opačnou polaritou atď. Aby bol obvod chránený pred týmito prepätiami, spoločnosť Richtek Semiconductor predstavila integrovaný obvod RT1720A, čo je zjednodušený ochranný integrovaný obvod navrhnutý tak, aby vyhovoval potrebám. Vďaka nízkym nákladom a malým požiadavkám na komponenty je tento obvod ideálny na použitie pre mnoho rôznych praktických a zabudovaných aplikácií.

V tomto článku teda navrhnem, vypočítam a otestujem tento ochranný obvod a nakoniec bude podrobné video, ktoré ukazuje fungovanie obvodu, takže poďme na to. Skontrolujte tiež naše predchádzajúce ochranné obvody.

IC RT1720

Jedná sa o nízkonákladový ochranný integrovaný obvod navrhnutý na zjednodušenie implementácie. Zábavným faktom o IC je, že veľkosť tohto IC je iba iba 4,8 x 2,9 x 0,75 mm. Nenechajte sa preto oklamať obrázkom, tento IC je extrémne malý a rozstup pinov je iba 0,5 mm.

Vlastnosti IC RT1720:

Široký prevádzkový rozsah vstupu: 5V až 80V
Negatívne hodnotenie vstupného napätia do -60V
Nastaviteľné výstupné napätie svorky
Nastaviteľná ochrana proti nadprúdu
Programovateľný časovač pre ochranu proti poruchám
Nízky vypínací prúd
Pohon interného nabíjacieho čerpadla N-MOSFET
Rýchle 80mA MOSFET vypnutie pre prepätie
Indikácia chybového výstupu

Zoznam prvkov a parametre dimenzie sú prevzaté z údajového listu.

Schéma zapojenia

Ako už bolo spomenuté, tento obvod je možné použiť na:

Potlačovač prepätia prechodového napätia
Obvod ochrany proti prepätiu
Obvod nadprúdovej ochrany
Obvod prepäťovej ochrany
Obvod ochrany proti prepólovaniu

Skontrolujte tiež naše predchádzajúce ochranné obvody:

Obmedzenie zapínacieho prúdu pomocou NTC termistora
Obvod ochrany proti prepätiu
Ochranný obvod proti skratu
Obvod ochrany proti prepólovaniu
Elektronický istič

Súčasti sú povinné

Č	Diely	Typ	Množstvo
1	RT1720	IC	1
2	MMBT3904	Tranzistor	1
3	1 000 pF	Kondenzátor	1
4	1N4148 (BAT20J)	Dióda	1
5	470uF, 25V	Kondenzátor	1
6	1uF, 16V	Kondenzátor	1
7	100 tis., 1%	Rezistor	4
8	25 mR	Rezistor	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Napájací zdroj	30 V, jednosmerný prúd	1
11	Konektor 5mm	Generické	2
10	Opláštenie	Generické	1

Ako funguje tento ochranný obvod?

Ak sa pozriete pozorne na vyššie uvedenú schému, uvidíte, že existujú dva terminály, jeden pre vstup a druhý pre výstup. Vstupné napätie sa privádza cez vstupnú svorku.

100K pull-up odpor R8 ťahá pin vysoko SHDN. Takže, keď je tento pin vysoký, umožňuje to IC.

Rezistor R7 25 mR nastavuje prúdový limit tohto IC. Ak chcete vedieť, ako som získal hodnotu 25 mR pre prúdový rezistor, nájdete ju v sekcii výpočtu v tomto článku.

Tranzistor T1, dióda D2, odpor R6 a MOSFET Q2 tvoria ochranný obvod reverznej polarity. Všeobecne platí, že keď je na kolík VIN obvodu pripojené napätie, napätie najskôr vytiahne kolík SHDN High a napája IC cez kolík VCC, potom preteká rezistorom R6 na snímanie prúdu, teraz je dióda D2 v stave predpätia, toto zapne tranzistor T1 a prúd bude prúdiť cez tranzistor, vďaka čomu bude MOSFET Q2, na ktorom bude tiež zapnutý Q1, a teraz môže prúdiť priamo cez MOSFET na záťaž.

Teraz, keď je na svorku VIN privádzané reverzné napätie, je dióda D2 v stave spätného skreslenia a teraz nemôže prúdiť cez MOSFET. Rezistor R3 a R4 tvoria delič napätia, ktorý slúži ako spätná väzba, ktorá umožňuje prepäťovú ochranu. Ak chcete vedieť, ako som vypočítal hodnoty rezistorov, nájdete ich v sekcii výpočtu v tomto článku.

MOSFET Q1 a Q2 tvoria externý prepínač zaťaženia N-MOSFET. Ak napätie stúpne nad nastavené napätie, ktoré je nastavené externým spätnoväzbovým rezistorom, prekročí prahové napätie, riadi IC RT1720 pomocou externého spínača záťaže MOSFET, kým sa nevypne nastaviteľný časovač poruchy a nevypne MOSFET, aby sa zabránilo prehriatiu.

Keď záťaž čerpá viac ako nastavená hodnota prúdu (nastavená externým snímacím rezistorom pripojeným medzi SNS a VCC), IC riadi záťažový spínač MOSFET ako zdroj prúdu, aby obmedzil výstupný prúd, až kým sa nevypne časovač poruchy a nevypne MOSFET. Tiež poklesne výstup FLT, ktorý signalizuje poruchu. Spínač záťaže MOSFET zostáva zapnutý, kým VTMR nedosiahne 1,4 V, čo poskytuje čas na prípadné upratovanie systému pred vypnutím MOSFET.

Výstup PGOOD s otvoreným odtokom RT1720 stúpa, keď sa spínač záťaže úplne zapne a zdroj MOSFET sa priblíži k odtokovému napätiu. Tento výstupný signál možno použiť na povolenie nadväzujúcich zariadení alebo na signalizáciu systému, ktorý teraz môže začať s normálnou prevádzkou.

Vstup SHDN IC zakazuje všetky funkcie a znižuje pokojový prúd VCC až na 7 μA.

Poznámka: Podrobnosti o interných funkciách a schémach sú prevzaté z údajového listu.

Poznámka: Tento integrovaný obvod vydrží bez poškodenia reverzné napájacie napätie do 60 V pod zemou

Stavba obvodu

Pre demonštráciu je tento obvod na ochranu proti prepätiu a nadprúdu skonštruovaný na ručnej doske s plošnými spojmi pomocou schémy; Väčšina komponentov použitých v tomto návode sú súčiastky montované na povrch, preto je na spájkovanie a umiestnenie všetkých dohromady nevyhnutná doska plošných spojov.

Poznámka! Všetky komponenty boli umiestnené čo najbližšie, aby sa znížila parazitická kapacita, indukčnosť a odpor

Výpočty

Datasheet tohto IC poskytuje všetky podrobnosti potrebné na výpočet časovača porúch, prepäťovej ochrany a nadprúdovej ochrany pre tento IC.

Výpočet kondenzátora časovača porúch

V prípade dlhej poruchy sa GATE opakovane zapína a vypína. Časovanie zapínania a vypínania (tGATE_ON a tGATE_OFF) je riadené nabíjacími a vybíjacími prúdmi TMR (iTMR_UP a iTMR_DOWN) a rozdielom napätia medzi prahovými hodnotami západky a odblokovania TMR (VTMR_L - VTMR_UL):

t _{GATE_ON} = C _TMR * (_{VTMR_L} - _{VTMR_UL}) / (i _{TMR_UP}) tGATE_ON = 4,7uF x (1,40V - 0,5V) / 25uA = 169 mS t _{GATE_OFF =} C _{TMR *} (V _{TMR_L -} V _{TMR_UL}) / (i _{TMR_DOWN}) tGATE_OFF = 4,7uF x (1,40V - 0,5V) / 3uA = 1,41 S.

Výpočet odporu súčasného snímania

Aktuálny odpor snímača je možné vypočítať podľa nasledujúceho vzorca

Rsns = VSNS / ILIM = 50 mV / 2A = 25 mR

Poznámka: Hodnota 50 mV uvedená v údajovom liste

Výpočet prepäťovej ochrany

VOUT_OVP = 1,25 V x (1+ R2 / R1) = 1,25 x (1+ 100 k / 10 k) = 1,25 x (11) = 13,75 V

Testovanie obvodu ochrany proti prepätiu a prúdu

Na testovanie obvodu sa používajú nasledujúce nástroje a nastavenia,

12V spínaný zdroj napájania (SMPS)
Multimetr Meco 108B +
USB osciloskop Hantech 600BE

Na konštrukciu obvodu sa používajú 1% kovové filmové rezistory a tolerancia kondenzátorov sa neberie do úvahy.

Teplota v miestnosti bola počas testovania 22 stupňov Celzia.

Nastavenie testu

Nasledujúce nastavenie sa používa na testovanie obvodu

Na demonštračné účely som použil buck prevodník na zmenu vstupného napätia obvodu

Výkonové odpory 10 Ohmov pôsobia ako zaťaženie,
Prepínač slúži na rýchle pridanie nadmerného zaťaženia. Môžete to sledovať na videu uvedenom nižšie.
Mecho 108B + ukazujúci vstupné napätie.
Mecho 450B + zobrazujúci záťažový prúd.

Teraz, ako vidíte na obrázku vyššie, som zvýšil vstupné napätie a IC začne obmedzovať prúd, pretože je teraz v poruchovom stave.

Ak vám pracovný princíp obvodu nie je jasný, pozrite si video.

Poznámka: Upozorňujeme, že na demonštračné účely som zvýšil hodnotu časovača porúch.

Aplikácie

Toto je veľmi užitočné IC a dá sa použiť pre mnoho aplikácií, niektoré z nich uvedené nižšie

Automobilová / avionická ochrana proti prepätiu
Hot-Swap / živé vkladanie
High-Side Switch pre systémy napájané z batérie
Aplikácie pre vnútornú bezpečnosť
Ochrana proti prepólovaniu

Dúfam, že sa vám tento článok páčil a dozvedeli ste sa niečo nové. Čítajte ďalej, učte sa, pokračujte v budovaní a uvidíme sa v ďalšom projekte.