Qual è il modo consigliato per proteggere un circuito da sovratensioni non transitorie?

Sto progettando un controller di illuminazione portatile a batteria 12V e spesso mi viene chiesto di migliorare il tempo di esecuzione. Il modo più semplice è aggiungere una seconda batteria in parallelo, ma spesso mi preoccupo che gli utenti possano sbagliare, collegare le batterie in serie e fornire invece 24V.

Qual è il modo migliore / consigliato per proteggere un dispositivo da una situazione di sovratensione come questa (dove il doppio della tensione viene applicato per un periodo di tempo che non considero transitorio)?

In questo caso, il controller utilizza non più di 100 mA poiché questo particolare fa semplicemente lampeggiare i LED invece di fornire molta corrente. Ha un paio di regolatori di tensione in grado di gestire solo input fino a 15V.

Ho sperimentato diodi Zener e soppressori di tensioni transitorie (TVS) ma con risultati contrastanti. Preferirei che una situazione di sovratensione (come quella a 24 V applicata) per far scattare un interruttore (fusibile PTC) e proteggere i regolatori di tensione e i microcontrollori. Se qualcuno collega il dispositivo alla rete elettrica (120 V), sono soli!

Qualcosa del genere dovrebbe funzionare:

Usa zener 12V, scegli un mosfet con soglia di gate bassa preferibilmente Vth <3V, Vgs <12V e capace di alta corrente istantanea.

Se una tensione Vin supera i 12V, Vin - Vz apparirà al gate del mosfet. Quando questa tensione supera la tensione di soglia, mosfet si accende e mette in corto circuito l'ingresso a terra tramite un fusibile, il fusibile si brucia.

Ripensandoci, un piccolo resistore potrebbe essere messo sullo scarico del mosfet per proteggerlo dalle sovracorrenti. Il valore del resistore deve essere abbastanza alto da 24 V / R <Imax per mosfet, ma abbastanza basso da consentire al fusibile di bruciare 24 V / R> Ifuse.

Puoi usare PTC invece di miccia, ma questi tendono ad essere più lenti, quindi probabilmente avresti bisogno di un mosfet più robusto.

Ho pensato, che in un caso con PTC, potrebbe esserci una situazione, quando zener e mosfet regolano solo una caduta su PTC in modo che zener esegua solo un po 'e mosfet sia aperto solo un po', guardando dall'esterno potrebbe cucire il il circuito funziona perfettamente, quindi ho pensato che il LED "collegamento batteria difettoso" potrebbe essere utile:

D'altra parte, mosfet probabilmente non è la soluzione migliore in questo caso, SCR sarebbe migliore in quanto si blocca.

Sei sulla strada giusta. L'unica soluzione è isolare il carico dalla sovratensione. Ci sono molti modi per farlo, e un fusibile (PTC monouso o ripristinabile) è un approccio tradizionale. Lo zener / TVS si assicura che il circuito assorba abbastanza corrente in presenza di sovratensione per far scattare il fusibile. Puoi anche usare un SCR per frenare la fornitura e far scattare il fusibile.

Gli approcci più elaborati includono l'uso di un transistor ad alta tensione per isolare attivamente il carico dall'alimentazione. Ciò può fornire una risposta più rapida, riducendo lo stress sul resto dei componenti.