Circuito limitatore di corrente di ingombro più semplice, economico, veloce e minimo con bassa resistenza in stato normale

Ho un'uscita digitale, pilotata dal driver high-side con tensione nominale di 24 V DC. La corrente di carico è normalmente inferiore a 100 mA. L'uscita viene monitorata, quindi posso spegnerla rapidamente se rilevo un cortocircuito sul lato del carico. Il problema è che il guidatore stesso non è protetto e il cortocircuito lo fa generare molto fumo. Quindi quello di cui ho bisogno è un semplice circuito all'uscita del driver che:

• ha una bassa resistenza inferiore a 10 Ω se la corrente di uscita è inferiore a 100 mA
• aumenta rapidamente la sua resistenza per limitare la corrente del driver a livello di 500 mA o inferiore
• la capacità di resistere alla corrente di cortocircuito deve essere di almeno 20 ms per rilevare il cortocircuito e spegnere il conducente
• ha una tensione di funzionamento di 50 V o superiore
• ha componenti minimi ed economici (0,20 $ per canale massimo)
• non è un fornitore unico

Ho provato i polifusibili ripristinabili PTC, ma sono troppo lenti. L'FP0100 di Microchip dovrebbe essere buono ma è costoso (ho bisogno di almeno 60 canali sul mio PCB). Anche le serie TBU di Bourns sono OK, ma anche costose.

Altre opzioni?

UPD1. Il mio attuale circuito di uscita è MIC2981 / 82 pilotato dal registro a scorrimento 74HC594. Su ogni uscita ho Littelfuse 1206L012 PTC. Sulla mia scheda ho bisogno di 64 canali come questo, e questa è una scheda di piccole serie, quindi il prezzo totale per canale e l'impronta sono importanti.

Il tipico limitatore di corrente a doppio transistor potrebbe essere la soluzione migliore. Di seguito sono mostrate le versioni lato superiore e lato inferiore.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Si noti che vi è una penalità di circa una caduta di volt con questo circuito.

Acquista transistor doppi in un unico pacchetto a 6 pin.

Il piccolo resistore farà ripiegare la corrente quando raggiunge Vbe. L'altro resistore imposta la corrente di base e deve essere calcolato per produrre una corrente di collettore sufficiente tenendo conto di Hfe.

TUTTAVIA: Tenere presente che il transistor deve gestire alcuni watt per la durata del corto poiché limita solo la corrente al valore di soglia.

Dai un'occhiata ai circuiti integrati dei driver high-side ProFET. Questi dispositivi offrono un'unità high-side commutabile con protezione da ogni cosa, inclusa la sovracorrente in uscita.

È possibile trovare e selezionare i ProFET abbastanza facilmente dai distributori.

Dai un'occhiata al BSP752T, che è economico, piccolo e può essere pilotato direttamente dalla logica da 3,3 V o 5 V.

Per costruire sulla risposta eccellente di Trevor :

Ci sono dispositivi a semiconduttore che sono fonti di corrente costante (o pozzi); molti di questi appariranno internamente esattamente come il circuito di Trevor (forse aggiungendo alcuni elementi di compensazione della temperatura).

Un dispositivo molto semplicistico (dissipatore a corrente costante con esattamente due pin, progettato per tensioni <= 50 V e una corrente massima / costante di 350 mA) è l' NSI50350AD . Non so cosa faccia internamente, ma il foglio dati lo chiama "transistor auto-polarizzato", quindi è probabile che potrebbe essere una combinazione di alcuni transistor bipolari, un JFET e un paio di resistori internamente.

Ora, il tuo limite di 50 V fa davvero male: è difficile trovare fonti di corrente integrate che funzionino a quella tensione. Per correnti più piccole, potrebbe funzionare un JFET auto-polarizzato, ma a 100 mA sarà costoso.

Quindi, mi piacerebbe davvero rotolare con la soluzione di Trevor, anche se potrei raccomandare alcune cose:

• Verifica se non riesci semplicemente ad aumentare la velocità di rilevamento dei guasti. Ciò risolverebbe il problema.
• Perché (per quanto ne so - correggimi se sbaglio) è difficile ottenere array di transistor (che preferiresti se hai bisogno di ridurre lo sforzo e lo spazio sulla scheda), potresti voler spendere un po 'di più sul componente di un semplice NPN per Q4, ma risparmia sui costi di pick & place utilizzando un dispositivo con più comparatori in un caso. Fortunatamente, 4x comparatori e 4x opamp costano circa 13 ct se acquistati in centinaia, quindi questo è circa 3 ct in opamp per canale; usa l'opamp / comparatore per confrontare la tensione su R2 con una tensione di riferimento costante (qui potrebbe fare un semplice zener) e per guidare Q3. Si noti che non è più necessario un R3 per ogni singolo canale. (lo stesso vale per l'approccio high-side con Q5 / Q6)
• Utilizzare matrici di resistenze invece di singole resistenze, a seconda della progettazione termica.

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^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Un candidato economico per il fotoaccoppiatore sarebbe Lite-On CNY17 .

Questo funziona a $ 0,2 / porta x16 https://ca.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/MCZ33996EKR2?qs=sGAEpiMZZMuCmTIBzycWfKe9ppy40BrEybgj5eCsa3I%3d

Ecco l'idea di base per il circuito SCR. Potrebbe essere necessario aggiungere un resistore in serie con PTC1 per ottenere il giusto valore di resistenza. La resistenza totale in parallelo con la giunzione dell'emettitore di base di Q1 imposterà la corrente di intervento. Una volta che Q1 inizia a condurre, l'SCR si attiva e quindi il carico sarà protetto fino allo scatto del PTC. Q1 può essere un SOT-23. R3 e R4 sono solo ipotesi. Sono lì solo per prevenire danni da sovracorrente a Q1. La maggior parte degli SCR sono abbastanza grandi. Ti farò vedere se riesci a trovarne uno abbastanza piccolo da soddisfare le tue esigenze.

Nota: una volta che l'SCR si accende, probabilmente sarà necessario diseccitare l'alimentatore prima che smetta di abbassare il binario.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Stavo per suggerire il doppio circuito a transistor serie ma Trevor_G ha già fatto un ottimo lavoro.

Invece ho pensato che valesse la pena rivisitare l'opzione dei fusibili PTC. Dici che erano troppo lenti, ma ciò suggerisce che potresti avere un design marginale dell'alimentazione.

Considera il Littelfuse RXEF017. Mentre potrebbero essere necessari 8 secondi per scattare a 500 mA, sicuramente è una corrente abbastanza bassa per la tua protezione da cortocircuito da avere il tempo di entrare? A 2 A il tempo di intervento è <0,2 s, che non è una grande quantità di energia in un sistema a 24 V. In effetti il ​​punto di un fusibile è di essere il componente più suscettibile nel circuito alla corrente, quindi è un po 'preoccupante che qualcos'altro possa smettere di fumare prima del fusibile.

Temo solo che avrai il problema di limitare la corrente a una finestra stretta al di sotto di 500 mA, e poi scoprirai che altre cose diventano marginali perché non possono assorbire abbastanza corrente di punta per caricare tappi o guidare un impulso o qualcosa del genere.