Najprostszy, najtańszy, szybki i minimalny obwód ograniczający prąd o niskiej rezystancji w stanie normalnym

Mam wyjście cyfrowe, napędzane przez przetwornik wysokonapięciowy o napięciu znamionowym 24 V DC. Prąd obciążenia zwykle wynosi poniżej 100 mA. Wyjście jest monitorowane, więc mogę go szybko wyłączyć, jeśli wykryję zwarcie po stronie obciążenia. Problem polega na tym, że sam sterownik nie jest chroniony, a zwarcie powoduje, że wytwarza on dużo dymu. Potrzebuję więc prostego obwodu na wyjściu sterownika, który:

• ma niską rezystancję poniżej 10 Ω, jeśli prąd wyjściowy jest mniejszy niż 100 mA
• gwałtownie zwiększa swoją rezystancję, aby ograniczyć prąd sterownika na poziomie 500 mA lub niższym
• wytrzymałość na prąd zwarciowy musi wynosić co najmniej 20 ms, aby można było wykryć zwarcie i wyłączyć sterownik
• ma napięcie robocze 50 V lub wyższe
• ma minimum komponentów i jest tani (maks. 0,20 $ na kanał)
• nie jest pojedynczym dostawcą

Próbowałem resetowalnych PTC polyfuse, ale są one zbyt wolne. FP0100 Microchip powinien być dobry, ale jest drogi (potrzebuję co najmniej 60 kanałów na mojej płytce drukowanej). Bourns z serii TBU są również OK, ale także drogie.

Jakieś inne opcje?

UPD1. Mój obecny obwód wyjściowy to MIC2981 / 82 napędzany przez rejestr przesuwny 74HC594. Na każdym wyjściu mam Littelfuse 1206L012 PTC. Na mojej płycie potrzebuję 64 kanałów tego typu, a jest to płytka z niewielkiej serii, więc ważna jest łączna cena za kanał i ślad.

Twój typowy ogranicznik prądu z podwójnym tranzystorem może być najlepszym wyborem. Poniżej pokazano wersje górną i dolną.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Zauważ, że w tym obwodzie występuje kara około spadku napięcia.

Kup podwójne tranzystory w jednym pakiecie 6-stykowym.

Mały rezystor spowoduje, że prąd zwinie się, gdy osiągnie Vbe. Drugi rezystor ustawia prąd podstawowy i należy go obliczyć, aby wytworzyć wystarczający prąd kolektora z uwzględnieniem Hfe.

JEDNAK: Należy pamiętać, że tranzystor musi wytrzymać kilka watów przez czas trwania zwarcia, ponieważ ogranicza on prąd tylko do wartości progowej.

Spójrz na wysokiej klasy układy scalone sterowników ProFET. Urządzenia te zapewniają przełączany napęd wysokiego poziomu z ochroną przed wszelkiego rodzaju rzeczami, w tym nadprądem wyjściowym.

Możesz znaleźć i wybrać ProFET wystarczająco łatwo od dystrybutorów.

Spójrz na BSP752T, który jest tani, mały i może być sterowany bezpośrednio z logiki 3,3 V lub 5 V.

Aby wykorzystać doskonałą odpowiedź Trevora :

Istnieją urządzenia półprzewodnikowe, które są stałoprądowymi źródłami (lub odbiornikami); wiele z nich będzie wewnętrznie wyglądać dokładnie tak jak obwód Trevora (może dodać kilka elementów kompensujących temperaturę).

Jednym bardzo uproszczonym urządzeniem (odbiornik prądu stałego z dokładnie dwoma pinami, zaprojektowany dla napięć <= 50 V i maksymalnego / stałego prądu 350 mA) jest NSI50350AD . Nie wiem, co robi wewnętrznie, ale arkusz danych nazywa to „tranzystorem samobieżnym”, więc są szanse, że może to być kombinacja niektórych tranzystorów bipolarnych, JFET i kilku rezystorów wewnętrznie.

Teraz twój limit 50 V naprawdę boli - trudno jest znaleźć zintegrowane źródła prądu, które będą działać przy tym napięciu. W przypadku mniejszych prądów może działać samowystarczalny JFET, ale przy 100 mA będzie to drogie.

Tak więc naprawdę rzuciłbym się na rozwiązanie Trevora, chociaż mógłbym polecić kilka rzeczy:

• Sprawdź, czy nie możesz po prostu zwiększyć prędkości wykrywania błędów. To rozwiązałoby problem.
• Ponieważ (o ile wiem - popraw mnie, jeśli się mylę) trudno jest znaleźć tablice tranzystorowe (które wolisz, jeśli potrzebujesz zmniejszyć wysiłek i miejsce na płycie), możesz chcieć wydać trochę więcej na komponent niż tylko NPN na czwarty kwartał, ale oszczędzaj na kosztach pick & place, używając urządzenia z wieloma komparatorami w jednym przypadku. Na szczęście 4x komparatory i 4x opampy kosztują około 13 ct przy zakupie w setkach, więc to około 3 ct w opampie na kanał; użyj opamp / komparatora, aby porównać napięcie na R2 ze stałym napięciem odniesienia (tutaj mógłby zrobić prosty zener) i sterować Q3. Zauważ, że nie potrzebujesz już R3 dla każdego kanału. (to samo dotyczy podejścia wysokiego poziomu z Q5 / Q6)
• Zamiast pojedynczych rezystorów należy stosować tablice rezystorów, jeśli pozwala na to konstrukcja termiczna.

$I_\text{Load}$

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Tanim kandydatem na transoptor byłby Lite-On CNY17 .

Ten działa na 0.2 USD / port x16 https://ca.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/MCZ33996EKR2?qs=sGAEpiMZZMuCmTIBzycWfKe9ppy40BrEybgj5eCsa3I%3d

Oto podstawowy pomysł na obwód SCR. Może być konieczne dodanie rezystora szeregowo z PTC1, aby uzyskać odpowiednią wartość rezystancji. Całkowita rezystancja równolegle do złącza podstawowego emitera Q1 ustawi prąd wyzwalający. Gdy Q1 zacznie przewodzić, SCR uruchomi się, a następnie ładunek będzie chroniony aż do zadziałania PTC. Q1 może być SOT-23. R3 i R4 to tylko domysły. Są tylko po to, aby zapobiec nadmiernemu przepięciu w Q1. Większość SCR jest dość duża. Pozwolę ci sprawdzić, czy możesz znaleźć taki, który jest wystarczająco mały, aby spełnić Twoje potrzeby.

Uwaga: po uruchomieniu SCR prawdopodobnie będziesz musiał odłączyć zasilanie, zanim przestanie on ciągnąć szynę.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Chciałem zasugerować obwód podwójnego tranzystora, ale Trevor_G już to zrobił.

Zamiast tego pomyślałem, że warto ponownie rozważyć opcję bezpiecznika PTC. Mówisz, że były one zbyt wolne, ale to sugeruje, że zamiast tego możesz mieć marginalny projekt zasilacza.

Rozważ Littelfuse RXEF017. Chociaż zadziałanie 8s może zająć 8 sekund przy 500 mA, to z pewnością jest to wystarczająco niski prąd, aby zabezpieczyć Cię przed zwarciem, aby mieć czas na uruchomienie? Przy 2 A czas zadziałania wynosi <0,2 s, co nie stanowi dużej ilości energii w systemie 24 V. W rzeczywistości celem bezpiecznika jest bycie najbardziej podatnym elementem w obwodzie na prąd, więc trochę martw się, że coś innego może rzucić dym przed bezpiecznikiem.

Obawiam się, że postarasz się ograniczyć prąd do wąskiego okna poniżej 500mA, a potem odkryjesz, że inne rzeczy stają się marginalne, ponieważ nie mogą pobierać wystarczającej ilości prądu rozruchowego, aby naładować czapki lub uruchomić impuls lub coś w tym rodzaju.