แรงดันไฟฟ้าเกินกระแสไฟฟ้าชั่วคราวและวงจรป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับโดยใช้ตัวควบคุม hot swap rt1720 พร้อมตัวจับเวลาความผิดปกติ

บ่อยครั้งในวงจรอิเล็กทรอนิกส์จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใช้หน่วยป้องกันพิเศษเพื่อป้องกันวงจรจากแรงดันไฟฟ้าเกินกระแสเกินแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวและการกลับขั้วเป็นต้น ดังนั้นเพื่อป้องกันวงจรจากไฟกระชากเหล่านี้ Richtek Semiconductor จึงแนะนำ RT1720A IC ซึ่งเป็น IC ป้องกันแบบโอเวอร์ไซส์ที่ออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการ ขนาดเล็กต้นทุนต่ำและความต้องการส่วนประกอบน้อยมากทำให้วงจรนี้เหมาะอย่างยิ่งที่จะใช้กับแอพพลิเคชั่นในทางปฏิบัติและแบบฝัง

ดังนั้นในบทความนี้ฉันจะออกแบบคำนวณและทดสอบวงจรป้องกันนี้และในที่สุดก็จะมีวิดีโอโดยละเอียดที่แสดงการทำงานของวงจรดังนั้นมาเริ่มกันเลย ตรวจสอบวงจรป้องกันก่อนหน้านี้ด้วย

IC RT1720

เป็น IC ป้องกันต้นทุนต่ำที่ออกแบบมาเพื่อลดความซับซ้อนในการใช้งาน ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับ IC ก็คือขนาดของ IC นี้มีขนาดเพียง4.8 x 2.9 x 0.75 มม. ดังนั้นอย่าไปหลงกลกับภาพ IC นี้มีขนาดเล็กมากและพินพินเพียง 0.5 มม.

IC RT1720 คุณสมบัติ:

ช่วงการทำงานของอินพุตกว้าง: 5V ถึง 80V
อัตราแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็นลบถึง −60V
แรงดันขาออกที่ปรับได้
การป้องกันกระแสเกินที่ปรับได้
โปรแกรมตั้งเวลาสำหรับการป้องกันความผิดพลาด
กระแสไฟปิดต่ำ
ไดรฟ์ N-MOSFET ภายในปั๊มชาร์จ
การปิด MOSFET 80mA ที่รวดเร็วสำหรับ Overvoltage
การบ่งชี้เอาต์พุตผิดพลาด

รายการคุณลักษณะและพารามิเตอร์มิติจะนำมาจากแผ่นข้อมูล

แผนภูมิวงจรรวม

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้วงจรนี้สามารถใช้สำหรับ:

เครื่องป้องกันไฟกระชากแรงดันชั่วคราว
วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
วงจรป้องกันกระแสเกิน
วงจรป้องกันไฟกระชาก
วงจรป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ

ตรวจสอบวงจรป้องกันก่อนหน้านี้ด้วย:

การ จำกัด กระแสไฟเข้าโดยใช้ NTC Thermistor
วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร
วงจรป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ
เบรกเกอร์อิเล็กทรอนิกส์

ส่วนประกอบที่จำเป็น

ส. เลขที่	อะไหล่	ประเภท	ปริมาณ
1	RT1720	เข้าใจแล้ว	1
2	MMBT3904	ทรานซิสเตอร์	1
3	1,000pF	คาปาซิเตอร์	1
4	1N4148 (BAT20J)	ไดโอด	1
5	470uF, 25V	คาปาซิเตอร์	1
6	1uF, 16V	คาปาซิเตอร์	1
7	100K, 1%	ตัวต้านทาน	4
8	25mR	ตัวต้านทาน	1
9	IRF540	มอสเฟต	2
10	หน่วยจ่ายพลังงาน	30V, DC	1
11	ขั้วต่อ 5 มม	ทั่วไป	2
10	กาบ	ทั่วไป	1

วงจรป้องกันนี้ทำงานอย่างไร?

หากคุณดูแผนผังข้างต้นอย่างละเอียดคุณจะเห็นว่ามีขั้วสองขั้วสำหรับอินพุตและอีกขั้วหนึ่งสำหรับเอาต์พุต แรงดันไฟฟ้าเข้าจะถูกป้อนผ่านขั้วอินพุต

100Kต้านทานดึงขึ้นR8ดึงขาสูง SHDN ดังนั้นการทำให้พินนี้สูงจะทำให้ IC

25MRต้านทานR7กำหนดวงเงินปัจจุบัน IC นี้ หากคุณต้องการทราบว่าฉันได้ค่า 25mR สำหรับตัวต้านทานความรู้สึกปัจจุบันอย่างไรคุณสามารถค้นหาได้ในส่วนการคำนวณของบทความนี้

ทรานซิสเตอร์T1, ไดโอดD2, ตัวต้านทานR6และ MOSFET Q2ทั้งหมดรวมกันเป็นวงจรป้องกันขั้วย้อนกลับ โดยทั่วไปเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากับขาVINของวงจรแรงดันไฟฟ้าจะดึงขา SHDN High ก่อนและจ่ายไฟ IC ผ่านขาVCCจากนั้นจะไหลผ่านตัวต้านทานความรู้สึกปัจจุบันR6ตอนนี้ไดโอดD2อยู่ในสภาพอคติไปข้างหน้า ทำให้ทรานซิสเตอร์T1เปิดและกระแสไหลผ่านทรานซิสเตอร์ซึ่งทำให้ MOSFET Q2ซึ่งทำให้Q1เปิดอยู่และตอนนี้กระแสสามารถไหลผ่าน MOSFET ไปยังโหลดได้

ตอนนี้เมื่อใช้แรงดันย้อนกลับกับขั้วVINไดโอดD2จะอยู่ในสภาพอคติย้อนกลับและตอนนี้ไม่สามารถไหลผ่าน MOSFET ได้ ตัวต้านทานR3และR4เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าซึ่งทำหน้าที่เป็นข้อเสนอแนะที่ช่วยป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน หากคุณต้องการทราบว่าฉันคำนวณค่าตัวต้านทานอย่างไรคุณสามารถค้นหาได้ในส่วนการคำนวณของบทความนี้

MOSFET Q1และQ2 สร้างสวิตช์โหลด N-MOSFET ภายนอก หากแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ตั้งไว้ซึ่งกำหนดโดยตัวต้านทานป้อนกลับภายนอกเกินแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์สาย IC RT1720 จะควบคุมโดยใช้ MOSFET สวิตช์โหลดภายนอกจนกว่าตัวจับเวลาความผิดปกติที่ปรับได้จะเดินทางและปิด MOSFET เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป

เมื่อโหลดดึงมากกว่าจุดที่กำหนดปัจจุบัน (ตั้งค่าโดยตัวต้านทานความรู้สึกภายนอกที่เชื่อมต่อระหว่าง SNS และ VCC) IC จะควบคุมสวิตช์โหลด MOSFET เป็นแหล่งกระแสเพื่อ จำกัด กระแสเอาต์พุตจนกว่าตัวจับเวลาความผิดพลาดจะเดินทางและปิด มอสเฟต นอกจากนี้เอาต์พุต FLT ยังต่ำส่งสัญญาณว่ามีข้อผิดพลาด MOSFET สวิตช์โหลดจะยังคงเปิดอยู่จนกว่า VTMR จะถึง 1.4V โดยให้เวลาในการทำความสะอาดระบบก่อนที่ MOSFET จะดับลง

เอาต์พุต PGOOD แบบเปิดท่อระบายน้ำ RT1720 จะเพิ่มขึ้นเมื่อสวิตช์โหลดเปิดเต็มที่และแหล่งจ่ายของ MOSFET เข้าใกล้แรงดันไฟฟ้าของท่อระบายน้ำ สัญญาณเอาท์พุตนี้สามารถใช้เพื่อเปิดใช้งานอุปกรณ์ดาวน์สตรีมหรือเพื่อส่งสัญญาณให้ระบบเริ่มการทำงานตามปกติได้แล้ว

อินพุต SHDN ของ IC จะปิดใช้งานฟังก์ชันทั้งหมดและลดกระแสไฟฟ้าที่หยุดนิ่งของ VCC ลงเหลือ7μA

หมายเหตุ: รายละเอียดเกี่ยวกับฟังก์ชันการทำงานภายในและแผนผังจะนำมาจากแผ่นข้อมูล

หมายเหตุ: IC นี้สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับได้ถึง 60V ด้านล่างโดยไม่มีความเสียหาย

การก่อสร้างวงจร

สำหรับการสาธิตวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินและกระแสเกินนี้ถูกสร้างขึ้นบน PCB ที่ทำด้วยมือด้วยความช่วยเหลือของแผนผัง ส่วนประกอบส่วนใหญ่ที่ใช้ในบทช่วยสอนนี้เป็นส่วนประกอบที่ติดตั้งบนพื้นผิวดังนั้น PCB จึงจำเป็นสำหรับการบัดกรีและวางทั้งหมดเข้าด้วยกัน

บันทึก! ส่วนประกอบทั้งหมดถูกวางไว้อย่างใกล้ชิดที่สุดเพื่อลดความจุของปรสิตการเหนี่ยวนำและความต้านทาน

การคำนวณ

แผ่นข้อมูลของ IC นี้ให้รายละเอียดทั้งหมดที่จำเป็นในการคำนวณ Fault Timer การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินและการป้องกันกระแสเกินสำหรับ IC นี้

การคำนวณตัวเก็บประจุตัวตั้งเวลาผิดพลาด

ในกรณีที่เกิดความผิดพลาดเป็นเวลานาน GATE จะเปิดและปิดซ้ำ ๆ การกำหนดเวลาเปิดและปิด (tGATE_ON และ tGATE_OFF) ถูกควบคุมโดยประจุ TMR และกระแสดิสชาร์จ (iTMR_UP และ iTMR_DOWN) และความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างสลัก TMR และขีด จำกัด การปลด (VTMR_L - VTMR_UL):

เสื้อ_{GATE_ON} = C _TMR * (_{VTMR_L} - _{VTMR_UL}) / (ฉัน_{TMR_UP}) tGATE_ON = 4.7uF x (1.40V - 0.5V) / 25uA = 169 mS เสื้อ_{GATE_OFF =} C _{TMR *} (V _{TMR_L -} V _{TMR_UL}) / (ฉัน_{TMR_DOWN}) tGATE_OFF = 4.7uF x (1.40V - 0.5V) / 3uA = 1.41 วินาที

การคำนวณตัวต้านทานความรู้สึกปัจจุบัน

ตัวต้านทานความรู้สึกปัจจุบันสามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้

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

หมายเหตุ: ค่า 50mV ที่กำหนดโดยแผ่นข้อมูล

การคำนวณการป้องกันแรงดันเกิน

VOUT_OVP = 1.25V x (1+ R2 / R1) = 1.25 x (1+ 100k / 10k) = 1.25 x (11) = 13.75V

การทดสอบวงจรป้องกันแรงดันและกระแสเกิน

ในการทดสอบวงจรจะใช้เครื่องมือและการตั้งค่าต่อไปนี้

แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ 12V (SMPS)
Meco 108B + มัลติมิเตอร์
Hantech 600BE USB PC Oscilloscope

ในการสร้างวงจรจะใช้ตัวต้านทานฟิล์มโลหะ 1% และไม่คำนึงถึงความทนทานของตัวเก็บประจุ

ระหว่างการทดสอบอุณหภูมิห้องอยู่ที่ 22 องศาเซลเซียส

การตั้งค่าการทดสอบ

การตั้งค่าต่อไปนี้ใช้เพื่อทดสอบวงจร

เพื่อจุดประสงค์ในการสาธิตฉันใช้ตัวแปลงบั๊กเพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของวงจร

ตัวต้านทานกำลังไฟ 10 โอห์มทำหน้าที่เป็นโหลด
สวิตช์อยู่ที่นั่นเพื่อเพิ่มภาระส่วนเกินอย่างรวดเร็ว คุณสามารถสังเกตได้จากวิดีโอด้านล่าง
mecho 108B + แสดงแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
mecho 450B + แสดงโหลดปัจจุบัน

ตอนนี้อย่างที่คุณเห็นในภาพด้านบนฉันได้เพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและ IC เริ่ม จำกัด กระแสเนื่องจากอยู่ในสภาพผิดปกติ

หากหลักการทำงานของวงจรไม่ชัดเจนสำหรับคุณโปรดดูวิดีโอ

หมายเหตุ: โปรดทราบว่าเพื่อจุดประสงค์ในการสาธิตฉันได้เพิ่มค่าตัวจับเวลาผิดพลาด

การใช้งาน

นี่เป็น IC ที่มีประโยชน์มากและสามารถใช้กับแอพพลิเคชั่นได้มากมาย

ระบบป้องกันไฟกระชากสำหรับยานยนต์ / Avionic
การแทรกแบบ Hot-Swap / Live
High-Side Switch สำหรับระบบที่ใช้แบตเตอรี่
การใช้งานด้านความปลอดภัยที่แท้จริง
การป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ

ฉันหวังว่าคุณจะชอบบทความนี้และเรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ อ่านต่อไปเรียนรู้สร้างต่อไปและฉันจะพบคุณในโครงการต่อไป