El missatge explica un circuit de protecció contra sobretensió en forma de càrrega d’abocament automotriu per protegir l’electrònica moderna i sofisticada de l’automòbil dels pics elèctrics de corrent continu que emanen dels vehicles elèctrics.
Les tensions de bus transitòries són un factor de risc significatiu per als circuits integrats. La tensió de ruptura màxima que es pot especificar per tolerar un circuit integrat està determinada pel seu estil i enfocament de disseny que pot ser predominantment baix per a petits dispositius CMOS.
Què és el voltatge transitori
Les circumstàncies de voltatge transitòries o repetitives que derroten les especificacions de voltatge més altes d’una IC poden danyar irreversiblement un dispositiu.
La necessitat de seguretat contra sobretensió és particularment freqüent en dissenys de 12V i 24V d’automòbils en els quals els transitoris de “descàrrega de càrrega” màxims solen ser tan elevats com el GOV. Algunes estratègies de protecció de la càrrega deriven l'entrada transitòria cap a terra a través de dispositius similars als díodes d'allau i MOV.
La dificultat del mètode de derivació és que una gran quantitat de poder podria acabar processant-se.
Tècniques de derivació solen ser indesitjables en cas que hi hagi l’obligació de protegir contínuament en una situació de sobretensió (com passa amb la bateria dual).
El disseny
El circuit de protecció contra sobretensió per a l’abocament de càrrega automotriu que es mostra a la figura 1 és un circuit de desconnexió en sèrie o de tall de sèrie perfecte que s’ha construït per protegir una càrrega de regulador de commutació que posseïa un voltatge d’entrada òptim de 24 V.
El circuit està pensat per dispositius discrets econòmics i fa ús d’un sol Texas Instruments LMV431AIMF.
Tenint en compte que aquest circuit utilitza un dispositiu de pas PFET (Q1), pot haver-hi una caiguda de tensió cap endavant marginal o una pèrdua de potència relacionada.
Esquema de connexions
Figura 1
Cortesia : Circuit de protecció contra sobretensió per a abocament de càrrega automotriu
Com funciona el díode LM431AIMF
La referència adaptable LMV431AIMF (D1) funciona millor per a aquesta situació només perquè permet obtenir un mitjà econòmic per determinar un punt de trànsit meticulós i controlar la precisió òptima de la temperatura, cosa que es fa força difícil amb un díode zener o, igualment, mitjançant altres opcions alternatives (1% per Una versió, un 0,5% per a la versió B).
Per preservar aquesta precisió i fiabilitat, es selecciona que les resistències R1 i R2 tenen una tolerància de l’1% o bé es recomana una millor.
Les tensions de referència variables normalment es poden contemplar erròniament. Prenem per exemple: 'Quin és el tercer fil que finalitza amb aquest díode'?
Podeu trobar nombrosos tipus de referències de tensió variable. Diferents que posseeixen diferents voltatges configurats, mentre que altres tenen una polaritat de direcció de corrent altern.
Tots ells es poden identificar amb un parell d’etapes fonamentals (i bastant significatives): una referència de tensió de banda separada precisa i regulada per la temperatura, juntament amb un amplificador d’error de guany (incorporat com a comparador al circuit discutit).
La majoria de les peces presenten resultats uni-poIar incorporant un col·lector o emissor obert. La figura 2 indica conceptualment què es pot esperar dins de Texas Instruments LMV431AIMF.
Càlcul del límit de tall
La tensió d'entrada és controlada i controlada per l'LMV431 amb l'ajuda de divisor de tensió R1 i R2. El circuit detallat a la figura 1 està configurat per activar-se a 19,2 V, tot i que es pot optar per un tall de nivell arbitrari que es pot esbrinar mitjançant les següents equacions:
Vtrip = 1,24 x (R1 + R2 / R1)
R2 = R1 (Vtrip / 1,24 - 1)
Com funciona
La sortida del LMV431 es redueix tan aviat com es detecta que el pin de referència establert és superior a 1,24V. El càtode d'un LMV431 és capaç de reduir fins a un nivell de saturació d'aproximadament 1,2V.
El nivell esmentat pot ser suficient per apagar Q2. La Q2 es va escollir principalment a mà per portar un llindar elevat de la porta (> 1,3V). No es recomana utilitzar una substitució per Q2 sense tenir-ho en compte.
Les condicions de funcionament del xip per a D1, Q2 i Q1 s’indiquen a la taula 1 per a la condició d’un tall de punt de 19,2V.
Les condicions de funcionament dels circuits es detallen a la Figura 3. Es pot esperar que el tall de nivell sigui aproximadament de 2,7 V a GOV. Per sota d’uns 2,7 V, el circuit es pot veure passant a la situació d’aturada.
La raó és l'absència de suficient voltatge d'entrada per pujar de nivell la porta fins als llindars de font de Q1 i Q2.
Mentre es troba en estat apagat, el circuit ofereix al voltant de 42 kQ a l'entrada (càrrega de repòs de l'estat apagat). Els díodes Zener D2 i D3 són crucials per restringir la porta de sobretiro a les tensions de la font, tal com s’expressa per Q i Q2 (que potser no es permet que superin els 20V).
D3 també inhibeix el càtode de D, disparant per sobre del seu límit especificat de 35V. Resistor Rd assegura un biaix compromès a Q2 perquè pugui satisfer les fuites de drenatge de Q2 en estat apagat.
És important veure el díode corporal en Q, això implica que no comporta cap salvaguarda de la càrrega de la bateria connectada incorrectament (tensions d’entrada de polaritat oposades).
Per poder salvaguardar l'estat d'una polaritat incorrecta de la bateria, pot ser recomanable incorporar un díode de bloqueig o un PFET alternatiu reforçat (un darrere l'altre).
Es pot veure que el circuit s’actua a l’instant tot i que restableix les condicions amb força lentitud. El condensador C, presenta una descàrrega ràpida a negatiu a través del LMV431 en un parell de sobretensió que detecta.
Tan bon punt la situació es restableix a la normalitat, la reconnexió es manté lleugerament per les variables de retard de temps R3-C1.
Un nombre significatiu de càrregues (que poden ser reguladors) utilitzen condensadors d’entrada substancials que permeten retardar el temps de funcionament del circuit de tall inhibint la velocitat de rotació transitòria.
El patró de treball del transitori estàndard i la capacitat disponible esdevenen responsables de fixar el temps de resposta del retard previst.
La implementació del tancament del circuit de protecció contra sobretensió proposat per a l’abocador de càrrega automotriu té lloc aproximadament en dotze segons. Els períodes de pujada transitòria més elevats esperats es limiten en un nivell equilibrat als períodes esmentats per C (càrrega).
Aquest circuit es va verificar amb una C (càrrega) d'1 pF. Es pot provar una càrrega més gran i està bé tenint en compte que hi ha una transició d’impedància de font reduïda que augmenta ràpidament.
Anterior: Inversor d’estat sòlid / Circuits de canvi de corrent altern utilitzant Triacs Següent: feu aquest circuit SMPS de 3,3 V, 5 V, 9 V
