Überspannung, Überstrom, transiente Spannung und Verpolungsschutzschaltung unter Verwendung des Hot-Swap-Controllers rt1720 mit Fehlerzeitgeber

In einer elektronischen Schaltung ist es häufig unbedingt erforderlich, eine spezielle Schutzeinheit zu verwenden, um die Schaltung vor Überspannung, Überstrom, transienter Spannung, Verpolung usw. zu schützen. Um die Schaltung vor diesen Überspannungen zu schützen, hat Richtek Semiconductor den RT1720A-IC eingeführt, einen stark vereinfachten Schutz-IC, der speziell auf diese Anforderungen zugeschnitten ist. Die kostengünstige geringe Größe und die sehr geringen Anforderungen an die Komponenten machen diese Schaltung ideal für viele verschiedene praktische und eingebettete Anwendungen.

In diesem Artikel werde ich diese Schutzschaltung entwerfen, berechnen und testen. Schließlich wird es ein detailliertes Video geben, das die Funktionsweise der Schaltung zeigt. Beginnen wir also. Überprüfen Sie auch unsere vorherigen Schutzschaltungen.

IC RT1720

Es ist ein kostengünstiger Schutz-IC, der die Implementierung vereinfachen soll. Eine lustige Tatsache über den IC ist, dass die Größe dieses IC nur 4,8 x 2,9 x 0,75 mm beträgt. Lassen Sie sich also nicht vom Bild täuschen, dieser IC ist extrem klein und der Pin-Abstand beträgt nur 0,5 mm.

IC RT1720 Merkmale:

• Breiter Eingangsbetriebsbereich: 5V bis 80V
• Negative Eingangsspannung bis -60V
• Einstellbare Ausgangsspannungsspannung
• Einstellbarer Überstromschutz
• Programmierbarer Timer für den Fehlerschutz
• Niedriger Abschaltstrom
• Interner N-MOSFET-Antrieb der Ladepumpe
• Schnelle 80-mA-MOSFET-Abschaltung für Überspannung
• Fehlerausgangsanzeige

Die Feature-Liste und die Dimensionsparameter stammen aus dem Datenblatt.

Schaltplan

Wie bereits erwähnt, kann diese Schaltung verwendet werden für:

1. Transient Voltage Surge Suppressor
2. Überspannungsschutzschaltung
3. Überstromschutzschaltung
4. Überspannungsschutzschaltung
5. Verpolungsschutzschaltung

Überprüfen Sie auch unsere vorherigen Schutzschaltungen:

• Einschaltstrombegrenzung mit NTC-Thermistor
• Überspannungsschutzschaltung
• Kurzschlussschutzschaltung
• Verpolungsschutzschaltung
• Elektronischer Leistungsschalter

Erforderliche Komponenten

Sl. Nein	Teile	Art	Menge
1	RT1720	IC	1
2	MMBT3904	Transistor	1
3	1000pF	Kondensator	1
4	1N4148 (BAT20J)	Diode	1
5	470 uF, 25 V.	Kondensator	1
6	1 uF, 16 V.	Kondensator	1
7	100 K, 1%	Widerstand	4
8	25mR	Widerstand	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Netzteil	30 V, DC	1
11	Stecker 5mm	Generisch	2
10	Cladboard	Generisch	1

Wie funktioniert diese Schutzschaltung?

Wenn Sie sich das obige Schema genau ansehen, sehen Sie, dass es zwei Anschlüsse gibt, einen für die Eingabe und einen für die Ausgabe. Die Eingangsspannung wird über den Eingangsanschluss eingespeist.

Der 100K- Pull-up-Widerstand R8 zieht den SHDN-Pin hoch. Wenn Sie diesen Pin hoch machen, wird der IC aktiviert.

Der 25-mR- Widerstand R7 stellt die Strombegrenzung dieses IC ein. Wenn Sie wissen möchten, wie ich den 25-mR-Wert für den Stromerfassungswiderstand erhalten habe, finden Sie ihn im Berechnungsabschnitt dieses Artikels.

Der Transistor T1, die Diode D2, der Widerstand R6 und der MOSFET Q2 bilden zusammen die Schutzschaltung für die umgekehrte Polarität. Wenn eine Spannung an den VIN- Pin der Schaltung angelegt wird, zieht die Spannung im Allgemeinen zuerst den SHDN-Pin hoch und versorgt den IC über den VCC- Pin, dann fließt sie durch den Stromerfassungswiderstand R6, jetzt befindet sich die Diode D2 in einem Vorwärtsvorspannungszustand macht den Transistor T1 an und Strom fließt durch den Transistor, wodurch der MOSFET Q2 eingeschaltet wird, der auch den Q1 einschaltet, und jetzt kann Strom direkt durch den MOSFET auf die Last fließen.

Wenn nun eine Sperrspannung an den VIN- Anschluss angelegt wird, befindet sich die Diode D2 in einem Sperrvorspannungszustand und kann nun nicht durch den MOSFET fließen. Die Widerstände R3 und R4 bilden einen Spannungsteiler, der als Rückkopplung dient und einen Überspannungsschutz ermöglicht. Wenn Sie wissen möchten, wie ich die Widerstandswerte berechnet habe, finden Sie diese im Berechnungsabschnitt dieses Artikels.

MOSFET Q1 und Q2 bilden einen externen N-MOSFET-Lastschalter. Wenn die Spannung über die vom externen Rückkopplungswiderstand eingestellte Spannung steigt und die Schwellenspannung überschreitet, regelt die IC-Leitung RT1720 mithilfe der externen Lastschalter-MOSFETs, bis der einstellbare Fehlerzeitgeber auslöst und den MOSFET ausschaltet, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Wenn die Last mehr als den Stromsollwert zieht (eingestellt durch den zwischen SNS und VCC angeschlossenen externen Erfassungswiderstand), steuert der IC den Lastschalter-MOSFET als Stromquelle, um den Ausgangsstrom zu begrenzen, bis der Fehlerzeitgeber auslöst und den ausschaltet MOSFET. Außerdem wird der FLT-Ausgang niedrig und signalisiert einen Fehler. Der Lastschalter-MOSFET bleibt eingeschaltet, bis der VTMR 1,4 V erreicht, sodass Zeit für die Systemreinigung bleibt, bevor der MOSFET ausgeschaltet wird.

Der Open-Drain-PGOOD-Ausgang RT1720 steigt an, wenn der Lastschalter vollständig eingeschaltet wird und sich die Source des MOSFET seiner Drain-Spannung nähert. Dieses Ausgangssignal kann verwendet werden, um nachgeschaltete Geräte zu aktivieren oder einem System zu signalisieren, dass jetzt der normale Betrieb beginnen kann.

Der SHDN-Eingang des IC deaktiviert alle Funktionen und reduziert den VCC-Ruhestrom auf 7 μA.

Hinweis: Details zur internen Funktionalität und zum Schaltplan sind dem Datenblatt entnommen .

Hinweis: Dieser IC kann Sperrspannungen bis zu 60 V unter der Erde ohne Beschädigung standhalten

Schaltungsaufbau

Zur Demonstration wird diese Überspannungs- und Überstromschutzschaltung mit Hilfe des Schaltplans auf einer handgefertigten Leiterplatte aufgebaut. Die meisten in diesem Lernprogramm verwendeten Komponenten sind oberflächenmontierte Komponenten. Daher ist eine Leiterplatte zum Löten und Zusammenfügen obligatorisch.

Hinweis! Alle Komponenten wurden so eng wie möglich platziert, um die parasitäre Kapazität, Induktivität und den Widerstand zu verringern

Berechnungen

Das Datenblatt dieses ICs enthält alle Details, die zur Berechnung des Fehlerzeitgebers, des Überspannungsschutzes und des Überstromschutzes für diesen IC erforderlich sind.

Berechnung des Fehlerzeitkondensators

Im Falle eines langen Fehlers wird GATE wiederholt ein- und ausgeschaltet. Die Ein- und Ausschaltzeiten (tGATE_ON und tGATE_OFF) werden durch die TMR-Lade- und Entladeströme (iTMR_UP und iTMR_DOWN) und die Spannungsdifferenz zwischen den Schwellenwerten für TMR-Latch und Unlatch (VTMR_L - VTMR_UL) gesteuert:

t _{GATE_ON} = C _TMR * (_{VTMR_L} - _{VTMR_UL}) / (i _{TMR_UP}) tGATE_ON = 4,7 uF x (1,40 V - 0,5 V) / 25 uA = 169 mS t _{GATE_OFF =} C _{TMR *} (V _{TMR_L -} V _{TMR_UL}) / (i _{TMR_DOWN)}) tGATE_OFF = 4,7 uF x (1,40 V - 0,5 V) / 3 uA = 1,41 S.

Berechnung des Stromwiderstandswiderstands

Der Stromerfassungswiderstand kann nach der folgenden Formel berechnet werden

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

Hinweis: Der im Datenblatt angegebene 50-mV-Wert

Berechnung des Überspannungsschutzes

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

Testen der Überspannungs- und Stromschutzschaltung

Zum Testen der Schaltung werden die folgenden Tools und Einstellungen verwendet:

1. 12-V-Schaltnetzteil (SMPS)
2. Meco 108B + Multimeter
3. Hantech 600BE USB PC Oszilloskop

Für den Aufbau der Schaltung werden 1% Metallfilmwiderstände verwendet und die Toleranz der Kondensatoren wird nicht berücksichtigt.

Die Raumtemperatur betrug während des Tests 22 Grad Celsius.

Das Test-Setup

Das folgende Setup wird zum Testen der Schaltung verwendet

Zu Demonstrationszwecken habe ich einen Tiefsetzsteller verwendet, um die Eingangsspannung der Schaltung zu variieren

• Die 10 Ohm Leistungswiderstände wirken als Lasten,
• Der Schalter ist da, um schnell überschüssige Last hinzuzufügen. Sie können es in dem unten angegebenen Video beobachten.
• Der Mecho 108B + zeigt die Eingangsspannung an.
• Der Mecho 450B + zeigt den Laststrom an.

Wie Sie im obigen Bild sehen können, habe ich die Eingangsspannung erhöht und der IC beginnt, den Strom zu begrenzen, da er sich jetzt in einem Fehlerzustand befindet.

Wenn Ihnen das Funktionsprinzip der Schaltung nicht klar ist, schauen Sie sich bitte das Video an.

Hinweis: Bitte beachten Sie, dass ich zu Demonstrationszwecken den Wert für den Fehler-Timer erhöht habe.

Anwendungen

Dies ist ein sehr nützlicher IC, der für viele Anwendungen verwendet werden kann, von denen einige unten aufgeführt sind

• Überspannungsschutz für Kraftfahrzeuge / Avionik
• Hot-Swap / Live-Einfügung
• High-Side-Schalter für batteriebetriebene Systeme
• Eigensicherheitsanwendungen
• Verpolungsschutz

Ich hoffe, Ihnen hat dieser Artikel gefallen und Sie haben etwas Neues gelernt. Lesen Sie weiter, lernen Sie weiter, bauen Sie weiter und wir sehen uns im nächsten Projekt.