Circuito di protezione da sovratensione, sovracorrente, tensione transitoria e inversione di polarità utilizzando un controller hot-swap rt1720 con timer di guasto

Spesso in un circuito elettronico, è assolutamente necessario utilizzare una speciale unità di protezione per proteggere il circuito da sovratensione, sovracorrente, tensione transitoria, inversione di polarità e così via. Quindi, per proteggere il circuito da queste sovratensioni, Richtek Semiconductor ha introdotto l'IC RT1720A, un circuito integrato di protezione semplificato progettato per soddisfare le esigenze. Le dimensioni ridotte a basso costo e i pochissimi requisiti dei componenti rendono questo circuito ideale per essere utilizzato per molte diverse applicazioni pratiche e integrate.

Quindi, in questo articolo, progetterò, calcolerò e testerò questo circuito di protezione e alla fine ci sarà un video dettagliato che mostra il funzionamento del circuito, quindi iniziamo. Inoltre, controlla i nostri circuiti di protezione precedenti.

IC RT1720

È un CI di protezione a basso costo progettato per semplificare l'implementazione. Un fatto divertente dell'IC è che la dimensione di questo IC è di soli 4,8 x 2,9 x 0,75 mm. Quindi, non lasciarti ingannare dall'immagine, questo circuito integrato è estremamente piccolo e il passo del pin è di soli 0,5 mm .

Caratteristiche IC RT1720:

• Ampia gamma di operazioni in ingresso: da 5 V a 80 V.
• Tensione nominale di ingresso negativa fino a −60V
• Tensione di serraggio di uscita regolabile
• Protezione da sovracorrente regolabile
• Timer programmabile per la protezione dai guasti
• Bassa corrente di arresto
• Azionamento N-MOSFET della pompa di carica interna
• Spegnimento rapido MOSFET da 80 mA per sovratensione
• Indicazione dell'uscita di guasto

L'elenco delle caratteristiche ei parametri delle dimensioni sono presi dal foglio dati.

Schema elettrico

Come accennato in precedenza, questo circuito può essere utilizzato per:

1. Soppressore di sovratensioni transitorie
2. Circuito di protezione da sovratensioni
3. Circuito di protezione da sovracorrente
4. Circuito di protezione contro le sovratensioni
5. Circuito di protezione dall'inversione di polarità

Inoltre, controlla i nostri circuiti di protezione precedenti:

• Limitazione della corrente di spunto mediante termistore NTC
• Circuito di protezione da sovratensione
• Circuito di protezione da cortocircuito
• Circuito di protezione dall'inversione di polarità
• Interruttore di circuito elettronico

Componenti richiesti

Sl.No	Parti	genere	Quantità
1	RT1720	CIRCUITO INTEGRATO	1
2	MMBT3904	Transistor	1
3	1000pF	Condensatore	1
4	1N4148 (BAT20J)	Diodo	1
5	470uF, 25V	Condensatore	1
6	1uF, 16V	Condensatore	1
7	100.000, 1%	Resistore	4
8	25mR	Resistore	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Alimentatore	30 V, CC	1
11	Connettore 5mm	Generico	2
10	Cladboard	Generico	1

Come funziona questo circuito di protezione?

Se osservi attentamente lo schema sopra, puoi vedere che ci sono due terminali uno per l'input e l'altro per l'output. La tensione di ingresso viene alimentata attraverso il terminale di ingresso.

Il resistore di pull-up R8 da 100K tira in alto il pin SHDN. Quindi, rendendo alto questo pin si abilita l'IC.

Il resistore R7 da 25mR imposta il limite di corrente di questo IC. Se vuoi sapere come ho ottenuto il valore di 25mR per il resistore di rilevamento corrente, puoi trovarlo nella sezione di calcolo di questo articolo.

Il transistor T1, il diodo D2, il resistore R6 e il MOSFET Q2 formano insieme il circuito di protezione dall'inversione di polarità. In generale, quando la tensione viene applicata al pin VIN del circuito, la tensione prima tira il pin SHDN in alto e alimenta l'IC tramite il pin VCC, quindi scorre attraverso il resistore di rilevamento della corrente R6 ora il diodo D2 è in condizione di polarizzazione diretta, questo accende il transistor T1 e la corrente scorre attraverso il transistor che fa il MOSFET Q2 sul quale accende anche il Q1 e ora la corrente può fluire attraverso il MOSFET sul carico.

Ora, quando viene applicata una tensione inversa al terminale VIN, il diodo D2 è in condizione di polarizzazione inversa e ora non può fluire attraverso il MOSFET. I resistori R3 e R4 formano un partitore di tensione che funge da feedback che consente la protezione da sovratensione. Se vuoi sapere come ho calcolato i valori delle resistenze, puoi trovarlo nella sezione calcoli di questo articolo.

I MOSFET Q1 e Q2 formano un interruttore di carico N-MOSFET esterno. Se la tensione sale al di sopra della tensione impostata, impostata dal resistore di feedback esterno, supera la tensione di soglia, la linea dell'IC RT1720 si regola utilizzando i MOSFET dell'interruttore di carico esterno, fino a quando il timer di guasto regolabile scatta e spegne il MOSFET per evitare il surriscaldamento.

Quando il carico assorbe più del setpoint di corrente (impostato dal resistore di rilevamento esterno collegato tra SNS e VCC), l'IC controlla il MOSFET dell'interruttore di carico come sorgente di corrente per limitare la corrente di uscita, finché il timer di guasto non scatta e spegne il MOSFET. Inoltre, l'uscita FLT diventa bassa, segnalando un guasto. Il MOSFET dell'interruttore di carico rimane acceso fino a quando VTMR non raggiunge 1,4 V, dando il tempo per qualsiasi intervento di manutenzione del sistema prima che il MOSFET si spenga.

L'uscita PGOOD a drenaggio aperto dell'RT1720 aumenta quando l'interruttore di carico si accende completamente e la sorgente del MOSFET si avvicina alla sua tensione di drain. Questo segnale di uscita può essere utilizzato per abilitare i dispositivi a valle o per segnalare a un sistema che ora può iniziare il normale funzionamento.

L'ingresso SHDN dell'IC disabilita tutte le funzioni e riduce la corrente di riposo VCC fino a 7μA.

Nota: i dettagli sulla funzionalità interna e lo schema sono presi dal foglio dati.

Nota: questo circuito integrato può resistere a tensioni di alimentazione inverse fino a 60 V sotto terra senza danni

Costruzione del circuito

Per dimostrazione, questo circuito di protezione da sovratensione e sovracorrente è costruito su un PCB fatto a mano con l'aiuto dello schema; La maggior parte dei componenti utilizzati in questo tutorial sono componenti montati in superficie, quindi un PCB è obbligatorio per la saldatura e il posizionamento del tutto insieme.

Nota! Tutti i componenti sono stati posizionati il ​​più vicino possibile per ridurre la capacità, l'induttanza e la resistenza parassite

Calcoli

La scheda tecnica di questo IC ci fornisce tutti i dettagli necessari per calcolare il Fault Timer, la protezione da sovratensione e la protezione da sovracorrente per questo IC.

Calcolo del condensatore del temporizzatore di guasto

In caso di guasto lungo, GATE si accenderà e spegnerà ripetutamente. I tempi di accensione e spegnimento (tGATE_ON e tGATE_OFF) sono controllati dalle correnti di carica e scarica TMR (iTMR_UP e iTMR_DOWN) e dalla differenza di tensione tra le soglie di latch e unlatch 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

Calcolo del resistore di rilevamento corrente

Il resistore di rilevamento della corrente può essere calcolato con la seguente formula

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

Nota: il valore di 50mV fornito dalla scheda tecnica

Calcolo della protezione da sovratensione

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

Test di sovratensione e circuito di protezione corrente

Per testare il circuito, vengono utilizzati i seguenti strumenti e impostazioni,

1. Alimentatore Switch Mode 12V (SMPS)
2. Meco 108B + Multimetro
3. Oscilloscopio per PC USB Hantech 600BE

Per costruire il circuito, vengono utilizzati resistori a film metallico all'1% e la tolleranza dei condensatori non viene presa in considerazione.

La temperatura della stanza era di 22 gradi Celsius durante il test.

La configurazione di prova

La seguente configurazione viene utilizzata per testare il circuito

A scopo dimostrativo, ho usato un convertitore buck per variare la tensione di ingresso del circuito

• Le resistenze di potenza da 10 ohm agiscono come carichi,
• L'interruttore è lì per aggiungere rapidamente un carico in eccesso. Puoi osservarlo nel video riportato di seguito.
• Il mecho 108B + che mostra la tensione di ingresso.
• Il mecho 450B + mostra la corrente di carico.

Ora come puoi vedere nell'immagine sopra ho aumentato la tensione di ingresso e l'IC inizia a limitare la corrente perché ora è in condizione di guasto.

Se il principio di funzionamento del circuito non ti è chiaro guarda il video.

Nota: si prega di notare che a scopo dimostrativo ho aumentato il valore per il timer di guasto.

Applicazioni

Questo è un IC molto utile e può essere utilizzato per molte applicazioni, alcune delle quali elencate di seguito

• Protezione contro le sovratensioni automobilistiche / avioniche
• Inserimento hot-swap / live
• Interruttore high-side per sistemi alimentati a batteria
• Applicazioni a sicurezza intrinseca
• Protezione dall'inversione di polarità

Spero che questo articolo ti sia piaciuto e abbia imparato qualcosa di nuovo. Continua a leggere, continua ad imparare, continua a costruire e ci vediamo nel prossimo progetto.