Schaltungen benötigen auch Schutz: Eine IC-Lösung für Überspannung, Unterspannung und umgekehrte Polarität

Calling All Cars: Crime v. Time / One Good Turn Deserves Another / Hang Me Please (November 2018).

Anonim

Schaltungen benötigen auch Schutz: Eine IC-Lösung für Überspannung, Unterspannung und umgekehrte Polarität


Ein neuer Stromversorgungs-IC von Linear Tech, der LTC4368, ist ein hochintegriertes Gerät, mit dem Sie Ihre Schaltungen vor problematischen Spannungs- und Strombedingungen schützen können.

Jedes Gerät benötigt eine Stromversorgung. In der Fantasiewelt von Schaltplänen und Blockdiagrammen erfüllt dieses Netzteil die ganze Zeit genau das, was Sie von ihm erwarten. Wenn es sich um einen 5-V-Schaltregler handelt, ist der Ausgang immer 5 V, das Rauschen ist vernachlässigbar usw. Außerdem hat der 28-V-Flugzeugbus, der den Umschalter versorgt, immer 28 V, das Rauschen ist vernachlässigbar usw. Und natürlich 28 V sind immer 28 V und Masse ist immer geerdet - außer wenn jemand den Stecker falsch einsteckt.

Die Dinge werden etwas komplizierter, wenn wir in die Realität übergehen müssen. Die Versorgungsspannungen sind bei weitem nicht perfekt und können im Extremfall Ihren Stromkreis dauerhaft beschädigen, wenn Sie nicht die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen getroffen haben. Drei allgemeine Fehlermodi sind Überspannung, Unterspannung und umgekehrte Polarität.

Schutz vor Unterspannung, Überspannung und Verpolung: Der Ausgang verfolgt den Eingang, wenn der Eingang im zulässigen Bereich liegt. Andernfalls wird der Ausgang auf 0 V gehalten. Bild mit freundlicher Genehmigung von Linear Technology

Ich kann mir nicht leicht ein Szenario vorstellen, in dem Unterspannung Schaden verursachen würde, aber es kann sicherlich zu einer Fehlfunktion der Schaltung führen (und außerdem kann die Schaltung so ausfallen, dass die Diagnose ziemlich schwierig wird). Überspannung und umgekehrte Polarität können andererseits höchstwahrscheinlich Schaden verursachen. Ein Beispiel dafür ist die Tendenz von Tantalkondensatoren zu explodieren, wenn ihre Nennspannung überschritten wird.

Es ist auch möglich, dass eine Schaltung so funktioniert, dass sie die Stromversorgung beeinflusst, aber nicht durch die Stromversorgung verursacht wird. Hier beziehe ich mich auf aktuelle Fehler. Das bekanntere Beispiel ist ein Downstream-Fehler, der einen übermäßigen Versorgungsstrom zieht; Zu viel Strom aus einem Regler könnte zu Überhitzung führen. Es ist jedoch auch möglich, dass Strom von der Last zur Versorgung fließt (dh das Gegenteil von dem, was Sie wollen). Dies könnte beispielsweise auftreten, wenn eine Komponente, die mit 5 V gespeist wird, an einem anderen Knoten im System mit einem 12 V-Knoten kurzgeschlossen wird.

Viele Designs ignorieren einige oder alle dieser Fehlermodi, und das ist im Allgemeinen kein Problem für Prototypen oder experimentelle Systeme oder Geräte, die mit gut funktionierenden Quellen (z. B. Batterien) betrieben werden. Aber wenn Robustheit und Zuverlässigkeit erforderlich sind, benötigen Sie Schutzschaltungen, und wie üblich ist es viel bequemer (und in der Regel effektiver), sich auf einen IC zu verlassen, der speziell für diese Aufgabe entwickelt wurde. Der LTC4368 ist ein neues Produkt von Linear Tech, das definitiv in Betracht kommt.

Das LTC4368 Blockdiagramm. Fühlen Sie sich frei, dieses in den kundenspezifischen Schaltungen zu duplizieren, wenn Sie das bevorzugen; Ich werde mich für den IC entscheiden. Bild mit freundlicher Genehmigung von Linear Tech (PDF)

Strom erfassen, Spannung vergleichen

Die folgende Anwendungsschaltung vermittelt die Grundfunktionalität des LTC4368.

Bild mit freundlicher Genehmigung von Linear Tech

Der Überstrom- und Rückstromschutz basiert auf dem Widerstand zwischen den SENSE- und V OUT- Pins. Die internen Stromfehlerschwellenwerte sind fest, daher müssen Sie den Sense-Widerstand variieren, um die Funktionalität anzupassen. Beachten Sie auch, dass es zwei Versionen des LTC4368 gibt: Einer hat die gleichen Schwellenwerte für Vorwärts- und Rückwärtsstrom und der andere hat einen viel kleineren Schwellenwert für den Rückwärtsstrom.

Die Über- und Unterspannungserkennung erfolgt über externe Widerstände und interne Komparatoren.

Bild mit freundlicher Genehmigung von Linear Tech (PDF)

Externe Komponenten erforderlich

Wie Sie in der Anwendungsschaltung sehen können, benötigt der LTC4368 tatsächlich ein wenig Hilfe von externen Komponenten. Neben den typischen Kondensatoren und Widerständen brauchen Sie etwas, um den Strom der Stromversorgung zu unterbrechen.

Wenn Sie sich die Anwendungsschaltung ansehen, können Sie sehen, dass die Stromleitung nicht durch den LTC4368 geht; Es geht vielmehr über externe Geräte, die vom LTC4368 gesteuert werden. Wie der Name des Steueranschlusses ("GATE") andeutet, sind die externen Bauelemente MOSFETs, genauer gesagt zwei N-Kanal-MOSFETs (oder nur einer, wenn Sie keinen Verpolungsschutz benötigen). Eine interne Ladungspumpenschaltung stellt eine hohe Gate-Ansteuerspannung bereit, die wiederum einen niedrigen Durchlasswiderstand für den gesamten durch die FETs fließenden Versorgungsstrom sicherstellt.

Low-Power-Schutz

Im LTC4368 steckt eine Menge Funktionalität. Zusätzliche Funktionen umfassen einen Fehleranzeige-Ausgang, einen Wiederherstellungsverzögerungs-Timer und eine automatische Wiederholungs-Folge-Überstrom-Funktion (Sie benötigen dazu einen externen Kondensator). Und trotz allem stellt der LTC4368 nicht viel vom Energieverbrauch her: Man muss sich die Leistungskurven ansehen, um die Details zu erhalten, aber eine Spezifikation für den Betriebsstrom liegt bei 80 μA.


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