Obwód zabezpieczający przed przepięciem, przetężeniem, napięciem przejściowym i odwrotną polaryzacją wykorzystujący kontroler rt1720 typu hot swap z zegarem błędu

Często w obwodzie elektronicznym absolutnie konieczne jest użycie specjalnego zespołu zabezpieczającego, aby chronić obwód przed przepięciem, przetężeniem, napięciem przejściowym, odwrotną polaryzacją i tak dalej. Tak więc, aby chronić obwód przed tymi przepięciami, Richtek Semiconductor wprowadził układ scalony RT1720A, który jest nadmiernie uproszczonym układem ochronnym zaprojektowanym w celu spełnienia potrzeb. Niedrogi mały rozmiar i bardzo niewiele wymagań dotyczących komponentów sprawiają, że obwód ten jest idealny do wielu różnych zastosowań praktycznych i wbudowanych.

Tak więc w tym artykule zamierzam zaprojektować, obliczyć i przetestować ten obwód zabezpieczający, a na koniec zostanie wyświetlony szczegółowy film pokazujący działanie obwodu, więc zaczynajmy. Sprawdź również nasze poprzednie obwody zabezpieczające.

IC RT1720

Jest to niedrogi układ ochrony, zaprojektowany w celu uproszczenia implementacji. Zabawnym faktem dotyczącym układu scalonego jest to, że jego rozmiar to zaledwie 4,8 x 2,9 x 0,75 mm. Więc nie daj się zwieść obrazowi, ten układ scalony jest niezwykle mały, a rozstaw pinów wynosi zaledwie 0,5 mm.

Funkcje IC RT1720:

• Szeroki zakres działania wejściowego: od 5 V do 80 V.
• Ujemne napięcie wejściowe do -60V
• Regulowane napięcie zacisku wyjściowego
• Regulowana ochrona przeciwprzepięciowa
• Programowalny zegar do ochrony przed błędami
• Niski prąd wyłączenia
• Wewnętrzny napęd N-MOSFET pompy ładującej
• Szybkie wyłączanie MOSFET 80mA w przypadku przepięcia
• Wskazanie błędu na wyjściu

Lista funkcji i parametry wymiarów są pobierane z arkusza danych.

Schemat obwodu

Jak wspomniano wcześniej, ten obwód może być używany do:

1. Tłumik przepięć przejściowych
2. Obwód ochrony przeciwprzepięciowej
3. Obwód zabezpieczenia nadprądowego
4. Obwód przeciwprzepięciowy
5. Obwód zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją

Sprawdź również nasze poprzednie obwody ochronne:

• Ograniczanie prądu rozruchowego za pomocą termistora NTC
• Obwód ochrony przed przepięciem
• Obwód zabezpieczający przed zwarciem
• Obwód zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją
• Elektroniczny wyłącznik automatyczny

Wymagane składniki

Sl.No	Części	Rodzaj	Ilość
1	RT1720	IC	1
2	MMBT3904	Tranzystor	1
3	1000pF	Kondensator	1
4	1N4148 (BAT20J)	Dioda	1
5	470uF, 25V	Kondensator	1
6	1uF, 16V	Kondensator	1
7	100 tys., 1%	Rezystor	4
8	25mR	Rezystor	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Zasilacz	30 V DC	1
11	Złącze 5mm	Ogólny	2
10	Cladboard	Ogólny	1

Jak działa ten obwód ochronny?

Jeśli przyjrzysz się uważnie powyższemu schematowi, zobaczysz, że są dwa terminale, jeden do wejścia, a drugi do wyjścia. Napięcie wejściowe jest podawane przez zacisk wejściowy.

100K rezystor podciągającego R8 wyciąga kołek wysoko SHDN. Tak więc, tworząc ten pin wysoki, włącza układ scalony.

25mR rezystor R7 określa aktualny limit tego IC. Jeśli chcesz wiedzieć, w jaki sposób uzyskałem wartość 25 mR dla obecnego rezystora sensora, możesz ją znaleźć w sekcji obliczeń tego artykułu.

Tranzystor T1, dioda D2, rezystor R6 i MOSFET Q2 razem tworzą obwód zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją. Ogólnie rzecz biorąc, gdy napięcie jest przyłożone do styku VIN obwodu, napięcie najpierw ciągnie pin SHDN High i zasila układ scalony przez pin VCC, a następnie przepływa przez rezystor wykrywający prąd R6, teraz dioda D2 jest w stanie przewodzenia, to włącza tranzystor T1 i prąd przepływa przez tranzystor, co powoduje włączenie tranzystora MOSFET Q2, który również włącza tranzystor Q1, a teraz prąd może przepływać bezpośrednio przez MOSFET do obciążenia.

Teraz, gdy napięcie wsteczne jest przyłożone do zacisku VIN, dioda D2 jest w stanie odwrotnego polaryzacji i nie może teraz przepływać przez MOSFET. Rezystor R3 i R4 tworzą dzielnik napięcia, który działa jako sprzężenie zwrotne, które umożliwia ochronę przed przepięciem. Jeśli chcesz wiedzieć, jak obliczyłem wartości rezystorów, możesz je znaleźć w sekcji obliczeniowej tego artykułu.

MOSFET Q1 i Q2 tworzą zewnętrzny przełącznik obciążenia N-MOSFET. Jeśli napięcie wzrośnie powyżej ustawionego napięcia, które jest ustawione przez zewnętrzny rezystor sprzężenia zwrotnego, przekroczy napięcie progowe, linia układu scalonego RT1720 reguluje za pomocą zewnętrznego przełącznika obciążenia MOSFET, do momentu, gdy regulowany zegar błędu zadziała i wyłączy MOSFET, aby zapobiec przegrzaniu.

Gdy obciążenie pobiera więcej niż aktualna nastawa (ustawiona przez zewnętrzny rezystor pomiarowy podłączony między SNS i VCC), układ scalony steruje przełącznikiem obciążenia MOSFET jako źródłem prądu w celu ograniczenia prądu wyjściowego, aż do momentu wyzwolenia i wyłączenia przekaźnika MOSFET. Również wyjście FLT staje się niskie, sygnalizując błąd. Przełącznik obciążenia MOSFET pozostaje włączony, dopóki VTMR nie osiągnie 1,4 V, dając czas na przeprowadzenie wszelkich czynności porządkowych w systemie, zanim MOSFET się wyłączy.

Wyjście PGOOD z otwartym drenem RT1720 wzrasta, gdy przełącznik obciążenia włącza się całkowicie, a źródło MOSFET zbliża się do napięcia drenu. Ten sygnał wyjściowy może zostać użyty do włączenia dalszych urządzeń lub do zasygnalizowania systemowi, że teraz może rozpocząć się normalna praca.

Wejście SHDN układu scalonego wyłącza wszystkie funkcje i zmniejsza prąd spoczynkowy VCC do 7μA.

Uwaga: Szczegóły dotyczące wewnętrznej funkcjonalności i schematu pochodzą z arkusza danych.

Uwaga: Ten układ scalony może wytrzymać odwrotne napięcia zasilania do 60 V poniżej ziemi bez uszkodzeń

Budowa obwodu

Dla celów demonstracyjnych, ten obwód ochrony przed przepięciem i przepięciem jest zbudowany na ręcznie wykonanej płytce drukowanej za pomocą schematu; Większość komponentów użytych w tym samouczku to elementy montowane powierzchniowo, dlatego płytka drukowana jest niezbędna do lutowania i umieszczania wszystkiego razem.

Uwaga! Wszystkie komponenty zostały umieszczone jak najbliżej, aby zmniejszyć pasożytniczą pojemność, indukcyjność i rezystancję

Obliczenia

Arkusz danych tego układu scalonego zawiera wszystkie szczegóły potrzebne do obliczenia czasu awarii, zabezpieczenia przed przepięciem i zabezpieczenia nadprądowego dla tego układu scalonego.

Obliczanie kondensatora czasowego awarii

W przypadku długiej usterki GATE będzie się wielokrotnie włączać i wyłączać. Czasy włączania i wyłączania (tGATE_ON i tGATE_OFF) są kontrolowane przez prądy ładowania i rozładowania TMR (iTMR_UP i iTMR_DOWN) oraz różnicę napięcia między progami zatrzasku i odblokowania 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

Obliczanie aktualnego rezystora wykrywania

Aktualny rezystor czujnikowy można obliczyć według następującego wzoru

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

Uwaga: wartość 50 mV podana w arkuszu danych

Obliczanie ochrony przed przepięciem

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

Testowanie obwodu zabezpieczającego przed przepięciem i prądem

Aby przetestować obwód, używane są następujące narzędzia i konfiguracja,

1. Zasilacz impulsowy 12 V (SMPS)
2. Meco 108B + multimetr
3. Oscyloskop komputerowy Hantech 600BE USB

Do budowy obwodu stosuje się rezystory z metalowej folii 1%, a tolerancja kondensatorów nie jest brana pod uwagę.

Podczas badania temperatura pokojowa wynosiła 22 stopnie Celsjusza.

Konfiguracja testu

Poniższa konfiguracja służy do testowania obwodu

Dla celów demonstracyjnych użyłem konwertera buck do zmiany napięcia wejściowego obwodu

• Rezystory mocy 10 Ohm działają jako obciążenia,
• Przełącznik służy do szybkiego dodawania nadmiernego obciążenia. Możesz to zaobserwować na poniższym filmie.
• Mecho 108B + pokazujący napięcie wejściowe.
• Mecho 450B + pokazujący prąd obciążenia.

Teraz, jak widać na powyższym obrazku, zwiększyłem napięcie wejściowe i układ scalony zaczyna ograniczać prąd, ponieważ jest teraz w stanie błędu.

Jeśli zasada działania obwodu nie jest dla Ciebie jasna, obejrzyj wideo.

Uwaga: Należy pamiętać, że w celach demonstracyjnych zwiększyłem wartość licznika błędów.

Aplikacje

Jest to bardzo przydatny układ scalony i może być używany do wielu aplikacji, niektóre z nich są wymienione poniżej

• Motoryzacyjna / awioniczna ochrona przeciwprzepięciowa
• Hot-Swap / Live Insertion
• Przełącznik high-side do systemów zasilanych z baterii
• Aplikacje iskrobezpieczne
• Ochrona przed odwrotną polaryzacją

Mam nadzieję, że spodobał Ci się ten artykuł i nauczyłeś się czegoś nowego. Czytaj dalej, ucz się, buduj dalej, a do zobaczenia w następnym projekcie.