Overspenning, overstrøm, forbigående spenning og omvendt polaritetsbeskyttelseskrets med RT1720 hot swap-kontroller med feiltimer

Ofte i en elektronisk krets er det helt nødvendig å bruke en spesiell beskyttelsesenhet for å beskytte kretsen mot overspenning, overstrøm, transient spenning og omvendt polaritet og så videre. Så, for å beskytte kretsen mot disse spenningene, introduserte Richtek Semiconductor RT1720A IC, som er en forenklet beskyttelse IC designet for å dekke behovene. Billig liten størrelse og svært få komponentkrav gjør denne kretsen ideell til bruk for mange forskjellige praktiske og innebygde applikasjoner.

Så i denne artikkelen skal jeg designe, beregne og teste denne beskyttelseskretsen, og til slutt vil det være en detaljert video som viser hvordan kretsen fungerer, så la oss komme i gang. Sjekk også våre tidligere beskyttelseskretser.

IC RT1720

Det er en billig beskyttelse IC designet for å forenkle implementeringen. Et morsomt faktum om IC er at størrelsen på denne IC bare er 4,8 x 2,9 x 0,75 mm. Så ikke la deg lure av bildet, denne IC er ekstremt liten, og pinhøyde er bare bare 0,5 mm.

IC RT1720 Funksjoner:

• Bredt inngangsdriftområde: 5V til 80V
• Negativ inngangsspenningsgrad til −60V
• Justerbar utgangsspenningsspenning
• Justerbar overstrømsbeskyttelse
• Programmerbar timer for feilbeskyttelse
• Lav avstengningsstrøm
• Intern ladepumpe N-MOSFET-stasjon
• Rask 80mA MOSFET-avstenging for overspenning
• Indikasjon for feilutgang

Funksjonslisten og dimensjonsparametrene er hentet fra databladet.

Kretsdiagram

Som nevnt tidligere kan denne kretsen brukes til:

1. Transient spenningsoverspenningsdemper
2. Overspenningsvernkrets
3. Overstrømsvernkrets
4. Overspenningsvernkrets
5. Omvendt polaritetsbeskyttelseskrets

Sjekk også våre tidligere beskyttelseskretser:

• Begrensende strømbegrensning ved hjelp av NTC Thermistor
• Overspenningsvernkrets
• Kortslutningsbeskyttelseskrets
• Omvendt polaritetsbeskyttelseskrets
• Elektronisk effektbryter

Komponenter kreves

Sl.nr	Deler	Type	Mengde
1	RT1720	IC	1
2	MMBT3904	Transistor	1
3	1000pF	Kondensator	1
4	1N4148 (BAT20J)	Diode	1
5	470uF, 25V	Kondensator	1
6	1uF, 16V	Kondensator	1
7	100K, 1%	Motstand	4
8	25mR	Motstand	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Strømforsyningsenhet	30V, DC	1
11	Kontakt 5mm	Generisk	2
10	Cladboard	Generisk	1

Hvordan fungerer denne beskyttelseskretsen?

Hvis du ser nøye på skjemaet ovenfor, kan du se at det er to terminaler som er for inngang og andre for utgang. Inngangsspenningen mates gjennom inngangsterminalen.

Den 100K pull-up-motstand R8 trekker SHDN tapp høy. Så, ved å gjøre denne pinnen høy aktiverer IC.

Den 25mR motstanden R7 angir det samme som nivået av denne IC. Hvis du vil vite hvordan jeg fikk 25mR-verdien for den nåværende følemotstanden, kan du finne den i beregningsdelen av denne artikkelen.

Transistoren T1, dioden D2, motstanden R6 og MOSFET Q2 sammen danner omvendt polaritetsbeskyttelseskrets. Generelt, når spenning påføres VIN- pinnen i kretsen, trekker spenningen først SHDN-pinnen High og driver IC via VCC- pinnen, så strømmer den gjennom den nåværende følemotstanden R6, nå er dioden D2 i forspent tilstand, dette gjør transistoren T1 på og strøm strømmer gjennom transistoren som gjør MOSFET Q2 som også gjør Q1 på og nå kan strøm strømme rett gjennom MOSFET på belastningen.

Når en omvendt spenning påføres VIN- terminalen, er dioden D2 i omvendt forspenningstilstand og kan ikke nå strømme gjennom MOSFET. Motstanden R3 og R4 danner en spenningsdeler som fungerer som tilbakemelding som muliggjør overspenningsbeskyttelse. Hvis du vil vite hvordan jeg beregnet motstandsverdiene, kan du finne det i beregningsdelen av denne artikkelen.

MOSFET Q1 og Q2 danner en ekstern N-MOSFET lastbryter. Hvis spenningen stiger over den innstilte spenningen som er innstilt av den eksterne tilbakemeldingsmotstanden, overstiger terskelspenningen, regulerer RT1720 IC-linjen ved hjelp av MOSFETs for den eksterne belastningsbryteren, til den justerbare feiltimeren utløser og slår MOSFET av for å forhindre overoppheting.

Når belastningen trekker mer enn det nåværende settpunktet (angitt av den eksterne følemotstanden som er koblet mellom SNS og VCC), styrer IC belastningsbryteren MOSFET som en strømkilde for å begrense utgangsstrømmen, til feiltimeren utløser og slår av MOSFET. Dessuten blir FLT-utgangen lav, noe som signaliserer en feil. Lastbryteren MOSFET forblir på til VTMR når 1,4 V, noe som gir tid for systemhushald før MOSFET slås av.

RT1720 PGOOD-utgangen med åpen avløp stiger når lastbryteren slås på helt og MOSFETs kilde nærmer seg avløpsspenningen. Dette utgangssignalet kan brukes til å aktivere nedstrøms enheter eller for å signalisere et system som nå kan starte normal drift.

ICs SHDN-inngang deaktiverer alle funksjoner og reduserer VCC-hvilestrømmen ned til 7μA.

Merk: Detaljer om intern funksjonalitet og skjematisk er hentet fra databladet.

Merk: Denne IC kan tåle omvendt forsyningsspenning opptil 60V under bakken uten skade

Kretsbygging

For demonstrasjon er denne overspennings- og overstrømsbeskyttelseskretsen konstruert på et håndlaget PCB ved hjelp av skjematisk; De fleste av komponentene som brukes i denne opplæringen, er overflatemonterte komponenter, og det er derfor en PCB obligatorisk for lodding og plassering av alt sammen.

Merk! Alle komponentene ble plassert så tett som mulig for å redusere parasittisk kapasitans, induktans og motstand

Beregninger

Dataarket til denne IC gir oss alle detaljene som trengs for å beregne feiltimeren, overspenningsbeskyttelsen og overstrømsbeskyttelsen for denne IC.

Beregning av feiltidskondensator

I tilfelle en lang feil vil GATE slå seg av og på gjentatte ganger. På og av-timingene (tGATE_ON og tGATE_OFF) styres av TMR-ladnings- og utladningsstrømmen (iTMR_UP og iTMR_DOWN) og spenningsforskjellen mellom TMR-sperre- og utløserterskler (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

Current Sense Resistor Calculation

Den nåværende følemotstanden kan beregnes med følgende formel

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

Merk: 50mV-verdien gitt av databladet

Beregning av overspenningsbeskyttelse

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

Testing av overspenning og strømbeskyttelseskrets

For å teste kretsen brukes følgende verktøy og oppsett,

1. 12V brytermodus strømforsyning (SMPS)
2. Meco 108B + multimeter
3. Hantech 600BE USB PC oscilloskop

For å konstruere kretsen brukes 1% metallfilmresistorer og toleransen til kondensatorene blir ikke tatt i betraktning.

Romtemperaturen var 22 grader Celsius under testing.

Testoppsettet

Følgende oppsett brukes til å teste kretsen

For demonstrasjonsformål brukte jeg en buck-omformer for å variere inngangsspenningen til kretsen

• De 10 ohm effektmotstandene fungerer som belastninger,
• Bryteren er der for raskt å legge til overflødig belastning. Du kan observere det i videoen gitt nedenfor.
• Mecho 108B + viser inngangsspenningen.
• Mecho 450B + som viser belastningsstrømmen.

Nå som du kan se i bildet ovenfor har jeg økt inngangsspenningen og IC begynner å begrense strømmen fordi den er i feiltilstand nå.

Hvis arbeidsprinsippet til kretsen ikke er klart for deg, kan du se videoen.

Merk: Vær oppmerksom på at jeg for demonstrasjonsformål har økt verdien for feiltimeren.

applikasjoner

Dette er en veldig nyttig IC og kan brukes til mange applikasjoner, noen av dem er oppført nedenfor

• Automotive / Avionic Surge Protection
• Hot-Swap / Live innsetting
• Bryter på høy side for batteridrevne systemer
• Intrinsiske sikkerhetsapplikasjoner
• Omvendt polaritetsbeskyttelse

Jeg håper du likte denne artikkelen og lærte noe nytt. Fortsett å lese, fortsett å lære, fortsett å bygge og jeg ser deg i neste prosjekt.