Υπερβολική τάση, υπέρταση, παροδική τάση & κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας με χρήση ελεγκτή εναλλαγής θερμότητας rt1720 με χρονόμετρο σφάλματος

Συχνά σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα, είναι απολύτως απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μια ειδική μονάδα προστασίας για την προστασία του κυκλώματος από υπέρταση, υπερβολικό ρεύμα, παροδική τάση και αντίστροφη πολικότητα και ούτω καθεξής. Έτσι, για την προστασία του κυκλώματος από αυτές τις υπερτάσεις, η Richtek Semiconductor παρουσίασε το RT1720A IC που είναι ένα υπερ-απλοποιημένο IC προστασίας που έχει σχεδιαστεί για να καλύψει τις ανάγκες. Το μικρό μέγεθος και οι ελάχιστες απαιτήσεις εξαρτημάτων καθιστούν αυτό το κύκλωμα ιδανικό για χρήση σε πολλές διαφορετικές πρακτικές και ενσωματωμένες εφαρμογές.

Έτσι, σε αυτό το άρθρο, πρόκειται να σχεδιάσω, να υπολογίσω και να δοκιμάσω αυτό το κύκλωμα προστασίας και επιτέλους, θα υπάρξει ένα λεπτομερές βίντεο που θα δείχνει τη λειτουργία του κυκλώματος, οπότε ας ξεκινήσουμε. Επίσης, ελέγξτε τα προηγούμενα κυκλώματα προστασίας.

IC RT1720

Είναι ένα IC χαμηλού κόστους που έχει σχεδιαστεί για να απλοποιεί την εφαρμογή. Ένα διασκεδαστικό γεγονός για το IC είναι ότι το μέγεθος αυτού του IC είναι μόνο 4,8 x 2,9 x 0,75 mm. Λοιπόν, μην ξεγελιέστε από την εικόνα, αυτό το IC είναι εξαιρετικά μικροσκοπικό και το πινέλο είναι μόλις 0,5 mm.

Χαρακτηριστικά IC RT1720:

• Ευρύ εύρος λειτουργίας εισαγωγής: 5V έως 80V
• Αξιολόγηση αρνητικής τάσης εισόδου έως −60V
• Ρυθμιζόμενη τάση σφιγκτήρα εξόδου
• Ρυθμιζόμενη υπερένταση προστασία
• Προγραμματιζόμενος χρονοδιακόπτης για προστασία από σφάλματα
• Χαμηλό ρεύμα τερματισμού
• Εσωτερική αντλία φόρτισης N-MOSFET Drive
• Γρήγορη απενεργοποίηση MOSFET 80mA για υπέρταση
• Ένδειξη εξόδου σφάλματος

Η λίστα χαρακτηριστικών και οι παράμετροι διαστάσεων λαμβάνονται από το φύλλο δεδομένων.

Διάγραμμα κυκλώματος

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αυτό το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για:

1. Καταπιεστής παροδικής τάσης
2. Κύκλωμα προστασίας από υπέρταση
3. Κύκλωμα προστασίας υπερέντασης
4. Κύκλωμα προστασίας από υπερτάσεις
5. Κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας

Επίσης, ελέγξτε τα προηγούμενα κυκλώματα προστασίας:

• Περιορισμός ρεύματος εισροής με χρήση NTC Thermistor
• Κύκλωμα προστασίας από υπέρταση
• Κύκλωμα προστασίας βραχυκυκλώματος
• Κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας
• Ηλεκτρονικός διακόπτης κυκλώματος

Απαιτούμενα στοιχεία

Sl. Όχι	Ανταλλακτικά	Τύπος	Ποσότητα
1	RT1720	IC	1
2	MMBT3904	Τρανζίστορ	1
3	1000pF	Πυκνωτής	1
4	1N4148 (BAT20J)	Δίοδος	1
5	470uF, 25V	Πυκνωτής	1
6	1uF, 16V	Πυκνωτής	1
7	100Κ, 1%	Αντίσταση	4
8	25mR	Αντίσταση	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Τροφοδοτικό	30V, συνεχές ρεύμα	1
11	Συνδετήρας 5mm	Γενικός	2
10	Πρόχειρο	Γενικός	1

Πώς λειτουργεί αυτό το κύκλωμα προστασίας;

Αν κοιτάξετε προσεκτικά το παραπάνω σχηματικό, μπορείτε να δείτε ότι υπάρχουν δύο τερματικά για είσοδο και άλλο για έξοδο. Η τάση εισόδου τροφοδοτείται μέσω του τερματικού εισόδου.

Η αντίσταση pull-up 100K R8 τραβάει τον πείρο SHDN ψηλά. Έτσι, κάνοντας αυτόν τον ακροδέκτη ψηλό ενεργοποιεί το IC.

Η αντίσταση 25mR R7 ορίζει το τρέχον όριο αυτού του IC. Εάν θέλετε να μάθετε πώς πήρα την τιμή 25mR για την τρέχουσα αντίσταση αίσθησης, μπορείτε να την βρείτε στην ενότητα υπολογισμού αυτού του άρθρου.

Το τρανζίστορ T1, η δίοδος D2, η αντίσταση R6 και το MOSFET Q2 μαζί σχηματίζουν το κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας. Σε γενικές γραμμές, όταν εφαρμόζεται τάση στον πείρο VIN του κυκλώματος, η τάση τραβάει πρώτα τον πείρο SHDN Υψηλός και τροφοδοτεί το IC μέσω του πείρου VCC και στη συνέχεια ρέει μέσω της τρέχουσας αντίστασης αίσθησης R6 τώρα η δίοδος D2 είναι σε κατάσταση μεροληψίας προς τα εμπρός, αυτό ενεργοποιεί το τρανζίστορ T1 και το ρεύμα ρέει μέσω του τρανζίστορ το οποίο κάνει το MOSFET Q2 στο οποίο επίσης ενεργοποιεί το Q1 και τώρα το ρεύμα μπορεί να ρέει κατευθείαν μέσω του MOSFET στο φορτίο.

Τώρα, όταν εφαρμόζεται μια αντίστροφη τάση στον ακροδέκτη VIN, η δίοδος D2 είναι σε κατάσταση αντίστροφης πόλωσης και τώρα δεν μπορεί να ρέει μέσω του MOSFET. Η αντίσταση R3 και R4 σχηματίζει ένα διαχωριστικό τάσης που λειτουργεί ως ανάδραση που επιτρέπει προστασία από υπέρταση. Εάν θέλετε να μάθετε πώς υπολόγισα τις τιμές της αντίστασης, μπορείτε να την βρείτε στην ενότητα υπολογισμού αυτού του άρθρου.

Τα MOSFET Q1 και Q2 σχηματίζουν έναν εξωτερικό διακόπτη φόρτωσης N-MOSFET. Εάν η τάση αυξηθεί πάνω από την καθορισμένη τάση που ορίζεται από την εξωτερική αντίσταση ανάδρασης υπερβαίνει την τάση κατωφλίου, η γραμμή IC RT1720 ρυθμίζει τη χρήση του εξωτερικού διακόπτη φορτίου MOSFETs, έως ότου ο ρυθμιζόμενος χρονοδιακόπτης σφάλματος σβήσει και απενεργοποιήσει το MOSFET για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση.

Όταν το φορτίο αντλεί περισσότερο από το τρέχον σημείο ρύθμισης (που ορίζεται από την εξωτερική αντίσταση αίσθησης που συνδέεται μεταξύ SNS και VCC), το IC ελέγχει το διακόπτη φορτίου MOSFET ως πηγή ρεύματος για να περιορίσει το ρεύμα εξόδου, έως ότου ο χρονοδιακόπτης σφάλματος ενεργοποιηθεί και απενεργοποιηθεί MOSFET. Επίσης, η έξοδος FLT είναι χαμηλή, σηματοδοτώντας ένα σφάλμα. Ο διακόπτης φόρτωσης MOSFET παραμένει αναμμένος έως ότου το VTMR φτάσει τα 1.4V, δίνοντας χρόνο για να πραγματοποιηθεί οποιαδήποτε υπηρεσία καθαρισμού συστήματος πριν απενεργοποιηθεί το MOSFET.

Η έξοδος PGOOD ανοιχτού αποστράγγισης RT1720 αυξάνεται όταν ο διακόπτης φορτίου ενεργοποιηθεί πλήρως και η πηγή του MOSFET πλησιάζει την τάση αποστράγγισης. Αυτό το σήμα εξόδου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ενεργοποιήσει τις κατάντη συσκευές ή για να σηματοδοτήσει ένα σύστημα που μπορεί τώρα να ξεκινήσει η κανονική λειτουργία.

Η είσοδος SHDN του IC απενεργοποιεί όλες τις λειτουργίες και μειώνει το ρεύμα ηρεμίας VCC στα 7μA.

Σημείωση: Οι λεπτομέρειες σχετικά με την εσωτερική λειτουργικότητα και το σχηματικό λαμβάνονται από το φύλλο δεδομένων.

Σημείωση: Αυτό το IC μπορεί να αντέξει αντίστροφη τάση τροφοδοσίας έως 60V κάτω από τη γη χωρίς ζημιά

Κατασκευή κυκλώματος

Για επίδειξη, αυτό το κύκλωμα προστασίας από υπέρταση και ρεύμα είναι κατασκευασμένο σε χειροποίητο PCB με τη βοήθεια του σχηματικού. Τα περισσότερα από τα συστατικά που χρησιμοποιούνται σε αυτό το σεμινάριο είναι εξαρτήματα τοποθετημένα στην επιφάνεια, επομένως, ένα PCB είναι υποχρεωτικό για συγκόλληση και τοποθέτηση όλων μαζί.

Σημείωση! Όλα τα συστατικά τοποθετήθηκαν όσο το δυνατόν πιο κοντά για να μειώσουν την παρασιτική χωρητικότητα, την επαγωγή και την αντίσταση

Υπολογισμοί

Το δελτίο δεδομένων αυτού του IC μας δίνει όλες τις λεπτομέρειες που απαιτούνται για τον υπολογισμό του χρονοδιακόπτη βλαβών, της προστασίας από υπέρταση και της προστασίας υπερέντασης για αυτό το IC.

Υπολογισμός πυκνωτή χρονοδιακόπτη σφάλματος

Σε περίπτωση μεγάλης βλάβης, το GATE θα ενεργοποιείται και θα απενεργοποιείται επανειλημμένα. Οι χρονισμοί ενεργοποίησης και απενεργοποίησης (tGATE_ON και tGATE_OFF) ελέγχονται από τα ρεύματα φόρτισης και εκφόρτισης TMR (iTMR_UP και iTMR_DOWN) και τη διαφορά τάσης μεταξύ των ορίων μανδάλωσης TMR και απελευθέρωσης (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

Υπολογισμός αντίστασης τρεχουσών αισθήσεων

Η τρέχουσα αντίσταση αίσθησης μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο

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

Σημείωση: Η τιμή 50mV που δίνεται από το φύλλο δεδομένων

Υπολογισμός προστασίας υπέρτασης

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

Δοκιμή κυκλώματος υπέρτασης και ρεύματος

Για να ελέγξετε το κύκλωμα, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα εργαλεία και ρυθμίσεις,

1. Τροφοδοτικό 12V Mode Switch (SMPS)
2. Meco 108B + Πολύμετρο
3. Hantech 600BE USB PC Oscilloscope

Για την κατασκευή του κυκλώματος, χρησιμοποιούνται αντιστάσεις 1% μεταλλικής μεμβράνης και δεν λαμβάνεται υπόψη η ανοχή των πυκνωτών.

Η θερμοκρασία δωματίου ήταν 22 βαθμοί Κελσίου κατά τη διάρκεια της δοκιμής.

Η ρύθμιση δοκιμής

Η ακόλουθη ρύθμιση χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του κυκλώματος

Για λόγους επίδειξης, χρησιμοποίησα έναν μετατροπέα buck για να μεταβάλω την τάση εισόδου του κυκλώματος

• Οι αντιστάσεις ισχύος 10 Ohms λειτουργούν ως φορτία,
• Ο διακόπτης είναι εκεί για να προσθέσετε γρήγορα υπερβολικό φορτίο. Μπορείτε να το παρατηρήσετε στο παρακάτω βίντεο.
• Το mecho 108B + δείχνει την τάση εισόδου.
• Το mecho 450B + δείχνει το τρέχον φορτίο.

Τώρα όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, έχω αυξήσει την τάση εισόδου και το IC αρχίζει να περιορίζει το ρεύμα επειδή βρίσκεται σε κατάσταση βλάβης τώρα.

Εάν η αρχή λειτουργίας του κυκλώματος δεν είναι σαφής για εσάς, παρακαλώ παρακολουθήστε το βίντεο.

Σημείωση: Σημειώστε ότι για λόγους επίδειξης έχω αυξήσει την τιμή για το χρονόμετρο σφάλματος.

Εφαρμογές

Αυτό είναι ένα πολύ χρήσιμο IC και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλές εφαρμογές, μερικές από αυτές αναφέρονται παρακάτω

• Αυτοκινητοβιομηχανία / Προστασία από ηλεκτρονικά κύματα
• Εισαγωγή Hot-Swap / Live
• Διακόπτης υψηλής πλευράς για συστήματα με μπαταρία
• Εσωτερικές εφαρμογές ασφάλειας
• Προστασία αντίστροφης πολικότητας

Ελπίζω να σας άρεσε αυτό το άρθρο και να μάθετε κάτι νέο. Συνεχίστε να διαβάζετε, συνεχίζετε να μαθαίνετε, συνεχίστε να χτίζετε και θα σας δω στο επόμενο έργο.