Il post spiega un circuito di protezione da interruzione di sovratensione sotto forma di carico di scarico automobilistico per proteggere l'elettronica automobilistica moderna sensibile e sofisticata dai picchi elettrici CC transitori emanati nell'elettricità del veicolo.
Le tensioni transitorie del bus sono un fattore di rischio significativo per i circuiti integrati. La massima tensione di rottura che un circuito integrato può essere specificato per tollerare è determinata dal suo stile e dall'approccio progettuale che può essere prevalentemente basso per piccoli dispositivi CMOS.
Cos'è la tensione transitoria
Circostanze di sovratensione transitorie o ripetitive che annullano la specifica di tensione massima assoluta di un circuito integrato possono danneggiare irreversibilmente un dispositivo.
La necessità di sicurezza da sovratensione è particolarmente diffusa nei modelli di automobili a 12 V e 24 V in cui i picchi transitori di 'scarico del carico' sono solitamente molto elevati quanto il GOV. Alcune strategie di salvaguardia del carico trasmettono il transiente di ingresso a terra attraverso dispositivi simili ai diodi a valanga e ai MOV.
La difficoltà con il metodo shunt è che una grande quantità di potenza potrebbe finire per essere elaborata.
Tecniche di shunt di solito sono indesiderabili se ci fosse l'obbligo di fornire una protezione continua durante una situazione di sovratensione (come accade con la doppia batteria).
Il design
Il circuito di protezione da sovratensione per lo scarico del carico automobilistico mostrato nella Figura 1 è un circuito di disconnessione in serie perfetto o interruzione in serie che è stato costruito per salvaguardare un carico del regolatore di commutazione che possedeva una tensione di ingresso ottimale di 24V.
Il circuito è concepito da dispositivi discreti economici e fa uso di un singolo Texas Instruments LMV431AIMF.
Dato che questo circuito utilizza un dispositivo PFET pass (Q1), potrebbe esserci una caduta di tensione diretta marginale o una relativa perdita di potenza.
Schema elettrico
Figura 1
Cortesia : Circuito di protezione da sovratensione per scarico del carico automobilistico
Come funziona il diodo LM431AIMF
Il riferimento adattabile LMV431AIMF (D1) funziona meglio per questa situazione solo perché consente un mezzo economico per accertare un punto di scatto meticoloso e monitorare la precisione della temperatura ottimale che diventa piuttosto difficile con un diodo zener o allo stesso modo utilizzando altre opzioni alternative (1% per il Versione A, 0,5% per la versione B).
Per preservare questa precisione e affidabilità, i resistori R1 e R2 sono selezionati con una tolleranza dell'1% o può essere raccomandato un valore ancora migliore.
Le tensioni di riferimento variabili possono essere generalmente considerate erroneamente. Prendiamo ad esempio: 'Cos'è quel terzo filo che termina con quel diodo'? '
È possibile trovare numerosi tipi di riferimenti a tensione variabile. Diverso che possiede una diversa tensione impostata incorporata mentre altri con una polarità di direzione della corrente alternata.
Tutti possono essere identificati con un paio di stadi fondamentali (e piuttosto significativi): un riferimento di tensione di band gap preciso e regolato in base alla temperatura, insieme a un amplificatore di errore di guadagno (incorporato come comparatore nel circuito discusso).
La maggior parte delle parti mostra risultati unici incorporando un collettore aperto o un emettitore. La Figura 2 indica concettualmente cosa ci si può aspettare all'interno di Texas Instruments LMV431AIMF.
Calcolo del taglio della soglia
La tensione di ingresso viene controllata e controllata dall'LMV431 con l'ausilio di divisore di tensione R1 e R2. Il circuito descritto nella Figura 1 è configurato per attivarsi a 19,2 V sebbene sia possibile optare per un taglio arbitrario di livello che può essere calcolato utilizzando le seguenti equazioni:
Vtrip = 1,24 x (R1 + R2 / R1)
R2 = R1 (Vtrip / 1.24 - 1)
Come funziona
L'uscita dell'LMV431 si interrompe non appena viene rilevato che il pin di riferimento impostato è superiore a 1,24 V. Il catodo di un LMV431 è in grado di abbassare il livello di saturazione di circa 1.2V.
Il livello menzionato potrebbe essere appena sufficiente per disattivare Q2. Q2 è stato selezionato prevalentemente a mano per portare una soglia di gate elevata (> 1,3 V). Non è consigliabile utilizzare una sostituzione per Q2 senza tenerne conto.
Le condizioni operative del chip per D1, Q2 e Q1 sono indicate nella Tabella 1 per la condizione che coinvolge un taglio del punto di 19,2 V.
Le condizioni di funzionamento dei circuiti sono descritte in dettaglio nella Figura 3. Ci si può aspettare che il taglio di livello sia approssimativamente compreso tra 2,7 V e GOV nelle vicinanze. Al di sotto di circa 2,7 V si può vedere il circuito transitare nella situazione di spento.
Il motivo è l'assenza di una tensione di ingresso sufficiente per livellare il gate alle soglie di source di Q1 e Q2.
Mentre è nello stato off, il circuito offre circa 42 kQ all'ingresso (carico quiescente in stato off). I diodi Zener D2 e D3 sono cruciali per limitare il gate di sovratensione alle tensioni di sorgente espresse da Q e Q2 (che potrebbe non essere consentito di andare oltre i 20 V).
Allo stesso modo D3 impedisce al catodo di D di sparare al di sopra del limite specificato di 35V. Il resistore Rd assicura un bias compromesso a Q2 in modo che possa soddisfare la perdita di drenaggio di Q2 in condizione off.
È importante osservare il diodo del corpo in Q, implica che non porta alcuna protezione al carico per la batteria collegata in modo errato (tensioni di ingresso di polarità opposta).
Per essere in grado di salvaguardare la condizione di una polarità errata della batteria, potrebbe essere consigliabile incorporare un diodo di blocco o un PFET alternativo rinforzato (uno dietro l'altro) potrebbe essere necessario anche.
Si può vedere che il circuito si attiva istantaneamente sebbene ristabilisca le condizioni piuttosto lentamente. Il condensatore C mostra una scarica rapida in negativo tramite l'LMV431 in caso di rilevamento di sovratensione.
Non appena la situazione torna alla normalità, la riconnessione viene leggermente ostacolata dalle variabili di ritardo R3-C1.
Un numero significativo di carichi (che possono essere regolatori) impiega condensatori di ingresso sostanziali che consentono un ritardo di tempo per il funzionamento del circuito di interruzione inibendo la velocità di risposta transitoria.
Il modello di funzionamento del transiente standard e la capacità disponibile diventano responsabili fissano il tempo di risposta del ritardo previsto.
L'implementazione dello spegnimento dal circuito di protezione da sovratensione proposto per lo scarico del carico automobilistico avviene in circa dodici secondi. I periodi di aumento transitorio più elevato previsti sono vincolati a un livello equilibrato ai periodi menzionati da C (carico).
Questo circuito è stato verificato con un C (carico) di 1 pF. È possibile provare un carico maggiore e va bene considerando che devono essere presenti picchi rapidi e transitori di impedenza della sorgente ridotti.
Precedente: Inverter a stato solido / Circuiti di commutazione CA di rete che utilizzano triac Avanti: crea questo circuito SMPS da 3,3 V, 5 V, 9 V.
