Схема защиты от перенапряжения, перегрузки по току, переходного напряжения и обратной полярности с использованием контроллера горячей замены rt1720 с таймером неисправности

Часто в электронной схеме абсолютно необходимо использовать специальный блок защиты для защиты схемы от перенапряжения, перегрузки по току, переходного напряжения, обратной полярности и т. Д. Итак, чтобы защитить схему от этих скачков напряжения, Richtek Semiconductor представила микросхему RT1720A, которая представляет собой упрощенную микросхему защиты, предназначенную для удовлетворения потребностей. Недорогой, малый размер и очень мало требований к компонентам делают эту схему идеальной для использования во многих различных практических и встроенных приложениях.

Итак, в этой статье я собираюсь спроектировать, рассчитать и протестировать эту схему защиты и, наконец, будет подробное видео, показывающее работу схемы, так что давайте начнем. Также проверьте наши предыдущие схемы защиты.

IC RT1720

Это недорогая ИС защиты, предназначенная для упрощения внедрения. Интересным фактом об ИС является то, что размер этой ИС составляет всего 4,8 х 2,9 х 0,75 мм. Так что не обманывайтесь изображением, эта микросхема чрезвычайно крошечная, а шаг выводов составляет всего 0,5 мм.

Особенности IC RT1720:

• Широкий рабочий диапазон входного сигнала: от 5 В до 80 В
• Отрицательное входное напряжение до −60 В
• Регулируемое выходное напряжение зажима
• Регулируемая защита от перегрузки по току
• Программируемый таймер для защиты от сбоев
• Низкий ток отключения
• Внутренний насос заряда N-MOSFET Привод
• Быстрое отключение полевого МОП-транзистора 80 мА при перенапряжении
• Индикация выхода неисправности

Список функций и параметры размеров взяты из таблицы.

Принципиальная электрическая схема

Как упоминалось ранее, эту схему можно использовать для:

1. Ограничитель скачков напряжения
2. Схема защиты от перенапряжения
3. Схема защиты от перегрузки по току
4. Схема защиты от перенапряжения
5. Схема защиты от обратной полярности

Также проверьте наши предыдущие схемы защиты:

• Ограничение пускового тока с помощью термистора NTC
• Схема защиты от перенапряжения
• Схема защиты от короткого замыкания
• Схема защиты от обратной полярности
• Электронный автоматический выключатель

Необходимые компоненты

Sl.No	Запчасти	Тип	Количество
1	RT1720	IC	1
2	MMBT3904	Транзистор	1
3	1000 пФ	Конденсатор	1
4	1N4148 (BAT20J)	Диод	1
5	470 мкФ, 25 В	Конденсатор	1
6	1 мкФ, 16 В	Конденсатор	1
7	100 тыс., 1%	Резистор	4
8	25мр	Резистор	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Блок питания	30 В, постоянный ток	1
11	Коннектор 5мм	Универсальный	2
10	Вагонка	Универсальный	1

Как работает эта схема защиты?

Если вы внимательно посмотрите на приведенную выше схему, вы увидите, что есть два терминала: один для ввода, а другой - для вывода. Входное напряжение подается через входную клемму.

100K нагрузочного резистора R8 тянет контактную высокую SHDN. Таким образом, установив высокий уровень на этом выводе, можно включить IC.

25МР резистор R7 устанавливает текущий предел этого IC. Если вы хотите узнать, как я получил значение 25 мР для резистора считывания тока, вы можете найти его в разделе расчетов этой статьи.

Транзистор T1, диод D2, резистор R6 и полевой МОП-транзистор Q2 вместе образуют схему защиты от обратной полярности. В общем, когда напряжение подается на вывод VIN схемы, напряжение сначала подтягивает вывод SHDN к высокому уровню и питает IC через вывод VCC, затем оно протекает через резистор измерения тока R6, теперь диод D2 находится в состоянии прямого смещения, это включает транзистор T1, и ток течет через транзистор, который включает MOSFET Q2, на котором также включается Q1, и теперь ток может течь прямо через MOSFET на нагрузку.

Теперь, когда на клемму VIN подается обратное напряжение, диод D2 находится в состоянии обратного смещения и теперь не может проходить через полевой МОП-транзистор. Резисторы R3 и R4 образуют делитель напряжения, который действует как обратная связь, обеспечивающая защиту от перенапряжения. Если вы хотите узнать, как я рассчитал номиналы резисторов, вы можете найти их в разделе расчетов этой статьи.

MOSFET Q1 и Q2 образуют внешний переключатель нагрузки N-MOSFET. Если напряжение поднимается выше установленного напряжения, которое устанавливается внешним резистором обратной связи, превышает пороговое напряжение, линия RT1720 IC регулирует с помощью полевых МОП-транзисторов внешнего переключателя нагрузки до тех пор, пока регулируемый таймер неисправности не сработает и не отключит полевой МОП-транзистор для предотвращения перегрева.

Когда нагрузка потребляет больше, чем текущая уставка (установленная внешним измерительным резистором, подключенным между SNS и VCC), IC управляет переключателем нагрузки MOSFET в качестве источника тока для ограничения выходного тока, пока таймер неисправности не сработает и не отключит МОП-транзистор. Кроме того, на выходе FLT появляется низкий уровень, сигнализирующий о неисправности. MOSFET переключателя нагрузки остается включенным до тех пор, пока VTMR не достигнет 1,4 В, давая время для выполнения любых операций по обслуживанию системы, прежде чем MOSFET отключится.

Выходной сигнал PGOOD с открытым стоком RT1720 повышается, когда переключатель нагрузки полностью включается и исток полевого МОП-транзистора приближается к напряжению стока. Этот выходной сигнал можно использовать для включения последующих устройств или для подачи сигнала системе о том, что теперь можно начать нормальную работу.

Вход SHDN IC отключает все функции и снижает ток покоя VCC до 7 мкА.

Примечание. Подробная информация о внутренних функциях и схемах взята из таблицы.

Примечание: эта ИС может выдерживать обратные напряжения питания до 60 В под землей без повреждений.

Конструкция схемы

Для демонстрации эта схема защиты от перенапряжения и перегрузки по току построена на печатной плате ручной работы с помощью схемы; Большинство компонентов, используемых в этом руководстве, являются компонентами для поверхностного монтажа, поэтому для пайки и размещения всех вместе требуется печатная плата.

Запись! Все компоненты были размещены как можно ближе, чтобы уменьшить паразитную емкость, индуктивность и сопротивление.

Расчеты

Техническое описание этой ИС дает нам все данные, необходимые для расчета таймера отказа, защиты от перенапряжения и максимальной токовой защиты для этой ИС.

Расчет конденсатора таймера неисправности

В случае длительного сбоя GATE будет многократно включаться и выключаться. Время включения и выключения (tGATE_ON и tGATE_OFF) контролируется токами заряда и разряда TMR (iTMR_UP и iTMR_DOWN) и разностью напряжений между порогами фиксации и разблокировки TMR (VTMR_L - VTMR_UL):

t _{GATE_ON} = C _TMR * (_{VTMR_L} - _{VTMR_UL}) / (i _{TMR_UP}) tGATE_ON = 4,7 мкФ x (1,40 В - 0,5 В) / 25 мкФ = 169 мСм t _{GATE_OFF =} C _{TMR *} (V _{TMR_L -} V _{TMR_UL}) / (i _{TMR_DOWN}) tGATE_OFF = 4,7 мкФ x (1,40 В - 0,5 В) / 3 мкА = 1,41 с

Расчет резистора датчика тока

Резистор считывания тока можно рассчитать по следующей формуле

Rsns = VSNS / ILIM = 50 мВ / 2 А = 25 мР

Примечание: значение 50 мВ, указанное в таблице данных

Расчет защиты от перенапряжения

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

Проверка цепи защиты от перенапряжения и тока

Для тестирования схемы используются следующие инструменты и настройки:

1. Импульсный источник питания 12 В (SMPS)
2. Meco 108B + мультиметр
3. Осциллограф Hantech 600BE USB для ПК

Для построения схемы используются 1% металлопленочные резисторы, допуск конденсаторов не принимается во внимание.

Во время тестирования температура в помещении составляла 22 градуса по Цельсию.

Тестовая установка

Следующая установка используется для проверки схемы

В демонстрационных целях я использовал понижающий преобразователь для изменения входного напряжения схемы.

• Силовые резисторы 10 Ом действуют как нагрузка,
• Переключатель предназначен для быстрого добавления лишней нагрузки. Вы можете увидеть это на видео, приведенном ниже.
• Mecho 108B + показывает входное напряжение.
• Mecho 450B + показывает ток нагрузки.

Теперь, как вы можете видеть на изображении выше, я увеличил входное напряжение, и ИС начинает ограничивать ток, потому что сейчас она находится в неисправном состоянии.

Если принцип работы схемы вам непонятен, посмотрите видео.

Примечание. Обратите внимание, что в демонстрационных целях я увеличил значение таймера неисправности.

Приложения

Это очень полезная ИС, которую можно использовать во многих приложениях, некоторые из которых перечислены ниже.

• Автомобильная / авиационная защита от скачков напряжения
• Горячая замена / прямая вставка
• Переключатель высокого давления для систем с батарейным питанием
• Приложения искробезопасности
• Защита от обратной полярности

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали что-то новое. Продолжайте читать, продолжайте учиться, продолжайте строить, и я увижу вас в следующем проекте.