Överspänning, överström, övergående spänning & omvänd polaritetsskyddskrets med RT1720 hot swap-styrenhet med fel timer

Ofta i en elektronisk krets är det absolut nödvändigt att använda en speciell skyddsenhet för att skydda kretsen från överspänning, överström, transient spänning och omvänd polaritet och så vidare. Så, för att skydda kretsen från dessa vågor, introducerade Richtek Semiconductor RT1720A IC, som är en förenklad skydds-IC utformad för att möta behoven. Den billiga lilla storleken och mycket få komponentkrav gör denna krets idealisk för att användas för många olika praktiska och inbäddade applikationer.

Så i den här artikeln ska jag designa, beräkna och testa denna skyddskrets och äntligen kommer det att finnas en detaljerad video som visar kretsens funktion, så låt oss komma igång. Kontrollera också våra tidigare skyddskretsar.

IC RT1720

Det är en IC för lågkostnadsskydd som är utformad för att förenkla implementeringen. Ett roligt faktum om IC är att storleken på denna IC bara är 4,8 x 2,9 x 0,75 mm. Så lur dig inte av bilden, den här IC är extremt liten och stiftens tonhöjd är bara 0,5 mm.

IC RT1720-funktioner:

Brett ingångsintervall: 5V till 80V
Negativ ingångsspänning till −60V
Justerbar utgångsspänning
Justerbart överströmsskydd
Programmerbar timer för felskydd
Låg avstängningsström
Intern laddningspump N-MOSFET Drive
Snabb 80mA MOSFET-avstängning för överspänning
Felindikering

Funktionslistan och dimensionsparametrarna hämtas från databladet.

Kretsschema

Som nämnts tidigare kan denna krets användas för:

Övergående spänningsdämpare
Överspänningsskyddskrets
Överströmsskyddskrets
Överspänningsskyddskrets
Omvänd polaritetsskyddskrets

Kontrollera också våra tidigare skyddskretsar:

Startbegränsning med NTC Thermistor
Överspänningsskyddskrets
Kortslutningsskyddskrets
Omvänd polaritetsskyddskrets
Elektronisk strömbrytare

Komponenter krävs

Sl. Nr	Delar	Typ	Kvantitet
1	RT1720	IC	1
2	MMBT3904	Transistor	1
3	1000pF	Kondensator	1
4	1N4148 (BAT20J)	Diod	1
5	470uF, 25V	Kondensator	1
6	1uF, 16V	Kondensator	1
7	100K, 1%	Motstånd	4
8	25mR	Motstånd	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Nätaggregat	30V, DC	1
11	Kontaktdon 5mm	Generisk	2
10	Cladboard	Generisk	1

Hur fungerar denna skyddskrets?

Om du tittar noga på ovanstående schemat kan du se att det finns två terminaler för ingång och andra för utdata. Ingångsspänningen matas genom ingångsterminalen.

Den 100K pull-up resistor R8 drar SHDN stift hög. Så, genom att göra denna stift hög möjliggör IC.

Den 25mR motståndet R7 sätter nuvarande gränsen för denna IC. Om du vill veta hur jag fick 25mR-värdet för det aktuella avkänningsmotståndet kan du hitta det i beräkningsavsnittet i den här artikeln.

Transistorn T1, dioden D2, motståndet R6 och MOSFET Q2 bildar tillsammans kretsen för omvänd polaritet. I allmänhet, när spänning appliceras på kretsens VIN- stift, drar spänningen först SHDN-stiftet högt och driver IC via VCC- stiftet, sedan strömmar det genom strömavkänningsmotståndet R6 nu är dioden D2 i framåtriktat tillstånd, detta gör att transistorn T1 är på och ström strömmar genom transistorn vilket gör att MOSFET Q2 som också gör att Q1 är på och nu kan ström strömma rakt igenom MOSFET på lasten.

Nu när en omvänd spänning appliceras på VIN- terminalen är dioden D2 i omvänd förspänning och kan nu inte flöda genom MOSFET. Motståndet R3 och R4 bildar en spänningsdelare som fungerar som återkoppling som möjliggör överspänningsskydd. Om du vill veta hur jag beräknade motståndsvärdena kan du hitta det i beräkningsavsnittet i den här artikeln.

MOSFET Q1 och Q2 bildar en extern N-MOSFET-belastningsomkopplare. Om spänningen stiger över den inställda spänningen som ställs in av det externa återkopplingsmotståndet överskrider tröskelspänningen reglerar RT1720 IC-linjen med hjälp av den externa belastningsomkopplaren MOSFET, tills den justerbara feltimern löser ut och stänger av MOSFET för att förhindra överhettning.

När belastningen drar mer än det aktuella börvärdet (ställs in av det externa avkänningsmotståndet som är anslutet mellan SNS och VCC) styr IC laddningsomkopplaren MOSFET som en strömkälla för att begränsa utgångsströmmen tills feluret stannar MOSFET. FLT-utgången blir också låg, vilket signalerar ett fel. Lastomkopplaren MOSFET förblir på tills VTMR når 1.4V, vilket ger tid för systemhushållning innan MOSFET stängs av.

RT1720 PGOOD-utgången med öppen dränering stiger när lastomkopplaren slås på helt och MOSFETs källa närmar sig sin avloppsspänning. Denna utsignal kan användas för att möjliggöra nedströmsanordningar eller för att signalera ett system om att normal drift nu kan börja.

IC: s SHDN-ingång inaktiverar alla funktioner och minskar VCC-vilströmmen till 7μA.

Obs! Detaljer om den interna funktionaliteten och schematisk hämtas från databladet.

Obs! Denna IC kan motstå spänningar för omvänd matning upp till 60 V under mark utan skador

Kretskonstruktion

För demonstration är denna överspännings- och överströmsskyddskrets konstruerad på en handgjord kretskort med hjälp av schemat. De flesta komponenter som används i denna handledning är ytmonterade komponenter, därför är ett kretskort obligatoriskt för lödning och placering av allt.

Notera! Alla komponenter placerades så nära som möjligt för att minska parasitisk kapacitans, induktans och motstånd

Beräkningar

Databladet för denna IC ger oss alla detaljer som behövs för att beräkna felstimern, överspänningsskyddet och överströmsskyddet för denna IC.

Beräkning av felfunktionskondensator

I händelse av ett långt fel slås GATE på och av flera gånger. På / av-tidpunkterna (tGATE_ON och tGATE_OFF) styrs av TMR-laddnings- och urladdningsströmmarna (iTMR_UP och iTMR_DOWN) och spänningsskillnaden mellan TMR-spärr- och upplåsningströsklarna (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

Strömavkänningsresistorberäkning

Strömavkänningsmotståndet kan beräknas med följande formel

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

Obs! 50mV-värdet som ges av databladet

Beräkning av överspänningsskydd

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

Testning av överspänning och strömskyddskrets

För att testa kretsen används följande verktyg och inställningar,

12 V strömbrytare för strömbrytare (SMPS)
Meco 108B + multimeter
Hantech 600BE USB PC Oscilloskop

För att konstruera kretsen används 1% metallfilmresistorer och kondensatorernas tolerans beaktas inte.

Rumstemperaturen var 22 grader Celsius under testningen.

Testinställningen

Följande inställningar används för att testa kretsen

För demonstrationsändamål använde jag en buck-omvandlare för att variera kretsens ingångsspänning

De 10 ohm effektmotstånden fungerar som belastningar,
Strömställaren är där för att snabbt lägga till överbelastning. Du kan observera det i videon nedan.
Mecho 108B + visar ingångsspänningen.
Mecho 450B + visar belastningsströmmen.

Nu som du kan se i bilden ovan har jag ökat ingångsspänningen och IC börjar begränsa strömmen eftersom den är i felförhållande nu.

Om kretsens arbetsprincip inte är tydlig, titta på videon.

Obs! Observera att för demonstrationsändamål har jag ökat värdet för feltimern.

Applikationer

Detta är en mycket användbar IC och kan användas för många applikationer, några av dem listade nedan

Automotive / Avionic Surge Protection
Hot-Swap / Live-insättning
Högsidig omkopplare för batteridrivna system
Inbyggda säkerhetsapplikationer
Omvänd polaritetsskydd

Jag hoppas att du gillade den här artikeln och lärde dig något nytt. Fortsätt läsa, fortsätt lära, fortsätt bygga så ser jag dig i nästa projekt.