Circuito de protección contra sobretensión, sobrecorriente, voltaje transitorio y polaridad inversa utilizando un controlador de intercambio en caliente rt1720 con temporizador de fallas

A menudo, en un circuito electrónico, es absolutamente necesario utilizar una unidad de protección especial para proteger el circuito de sobretensión, sobrecorriente, tensión transitoria y polaridad inversa, etc. Entonces, para proteger el circuito de estas sobretensiones, Richtek Semiconductor presentó el RT1720A IC, que es un IC de protección simplificado diseñado para satisfacer las necesidades. El tamaño pequeño de bajo costo y los pocos requisitos de componentes hacen que este circuito sea ideal para ser utilizado en muchas aplicaciones prácticas e integradas diferentes.

Entonces, en este artículo, voy a diseñar, calcular y probar este circuito de protección y, por fin, habrá un video detallado que muestra el funcionamiento del circuito, así que comencemos. Además, consulte nuestros circuitos de protección anteriores.

IC RT1720

Es un circuito integrado de protección de bajo costo diseñado para simplificar la implementación. Un dato divertido sobre el IC es que el tamaño de este IC es de solo 4,8 x 2,9 x 0,75 mm. Por lo tanto, no se deje engañar por la imagen, este IC es extremadamente pequeño y el paso de los pines es de solo 0,5 mm.

Características de IC RT1720:

• Amplio rango de operación de entrada: 5 V a 80 V
• Valor nominal de voltaje de entrada negativo a -60 V
• Voltaje de abrazadera de salida ajustable
• Protección ajustable contra sobrecorriente
• Temporizador programable para protección contra fallas
• Corriente de apagado baja
• Bomba de carga interna Unidad N-MOSFET
• Apagado rápido del MOSFET de 80 mA por sobretensión
• Indicación de salida de falla

La lista de características y los parámetros de dimensión se toman de la hoja de datos.

Diagrama de circuito

Como se mencionó anteriormente, este circuito se puede utilizar para:

1. Supresor de sobretensión transitoria
2. Circuito de protección contra sobretensión
3. Circuito de protección contra sobrecorriente
4. Circuito de protección contra sobretensiones
5. Circuito de protección de polaridad inversa

Además, consulte nuestros circuitos de protecciones anteriores:

• Limitación de la corriente de entrada mediante termistor NTC
• Circuito de protección contra sobretensión
• Circuito de protección contra cortocircuitos
• Circuito de protección de polaridad inversa
• Disyuntor electrónico

Componentes requeridos

Si. No	Partes	Tipo	Cantidad
1	RT1720	IC	1
2	MMBT3904	Transistor	1
3	1000pF	Condensador	1
4	1N4148 (BAT20J)	Diodo	1
5	470 uF, 25 V	Condensador	1
6	1uF, 16V	Condensador	1
7	100.000, 1%	Resistor	4
8	25mR	Resistor	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Unidad de fuente de alimentación	30 V, CC	1
11	Conector de 5 mm	Genérico	2
10	Tablero	Genérico	1

¿Cómo funciona este circuito de protección?

Si observa de cerca el esquema anterior, puede ver que hay dos terminales, uno para entrada y otro para salida. El voltaje de entrada se alimenta a través del terminal de entrada.

La resistencia de pull-up de 100K R8 eleva el pin SHDN hacia arriba. Entonces, al hacer que este pin sea alto, habilita el IC.

La resistencia R7 de 25mR establece el límite de corriente de este IC. Si desea saber cómo obtuve el valor de 25 mR para la resistencia de detección actual, puede encontrarlo en la sección de cálculo de este artículo.

El transistor T1, el diodo D2, la resistencia R6 y el MOSFET Q2 forman todos juntos el circuito de protección de polaridad inversa. En general, cuando se aplica voltaje al pin VIN del circuito, el voltaje primero tira del pin SHDN High y alimenta el IC a través del pin VCC, luego fluye a través de la resistencia de detección de corriente R6 ahora el diodo D2 está en condición de polarización directa, esto hace que el transistor T1 se encienda y la corriente fluya a través del transistor, lo que hace que el MOSFET Q2 se encienda, lo que también enciende el Q1 y ahora la corriente puede fluir directamente a través del MOSFET hacia la carga.

Ahora, cuando se aplica un voltaje inverso al terminal VIN, el diodo D2 está en condición de polarización inversa y ahora no puede fluir a través del MOSFET. Las resistencias R3 y R4 forman un divisor de voltaje que actúa como retroalimentación que habilita la protección contra sobretensiones. Si desea saber cómo calculé los valores de la resistencia, puede encontrarlo en la sección de cálculo de este artículo.

MOSFET Q1 y Q2 forman un interruptor de carga N-MOSFET externo. Si el voltaje se eleva por encima del voltaje establecido que es establecido por la resistencia de retroalimentación externa excede el voltaje de umbral, la línea RT1720 IC regula usando los MOSFET del interruptor de carga externo, hasta que el temporizador de falla ajustable se dispara y apaga el MOSFET para evitar el sobrecalentamiento.

Cuando la carga consume más que el punto de ajuste actual (establecido por la resistencia de detección externa conectada entre SNS y VCC), el IC controla el interruptor de carga MOSFET como una fuente de corriente para limitar la corriente de salida, hasta que el temporizador de falla se dispara y apaga el MOSFET. Además, la salida FLT baja, lo que indica una falla. El MOSFET del interruptor de carga permanece encendido hasta que el VTMR alcanza los 1.4V, dando tiempo para que ocurra cualquier limpieza del sistema antes de que el MOSFET se apague.

La salida PGOOD de drenaje abierto RT1720 aumenta cuando el interruptor de carga se enciende completamente y la fuente del MOSFET se acerca a su voltaje de drenaje. Esta señal de salida se puede utilizar para habilitar dispositivos aguas abajo o para señalar a un sistema que ahora puede comenzar el funcionamiento normal.

La entrada SHDN del IC desactiva todas las funciones y reduce la corriente de reposo de VCC a 7μA.

Nota: Los detalles sobre la funcionalidad interna y el esquema se obtienen de la hoja de datos.

Nota: Este IC puede soportar voltajes de suministro inverso de hasta 60 V bajo tierra sin daños

Construcción de circuitos

A modo de demostración, este circuito de protección contra sobretensión y sobrecorriente se construye en un PCB hecho a mano con la ayuda del esquema; La mayoría de los componentes utilizados en este tutorial son componentes montados en la superficie, por lo tanto, una PCB es obligatoria para soldar y colocar todo junto.

¡Nota! Todos los componentes se colocaron lo más cerca posible para reducir la capacitancia, inductancia y resistencia parásitas

Cálculos

La hoja de datos de este IC nos brinda todos los detalles necesarios para calcular el temporizador de falla, la protección contra sobretensión y la protección contra sobrecorriente para este IC.

Cálculo del condensador del temporizador de fallas

En el caso de una falla prolongada, GATE se encenderá y apagará repetidamente. Los tiempos de encendido y apagado (tGATE_ON y tGATE_OFF) están controlados por las corrientes de carga y descarga de TMR (iTMR_UP e iTMR_DOWN) y la diferencia de voltaje entre los umbrales de enclavamiento y desbloqueo de TMR (VTMR_L - VTMR_UL):

t _{GATE_ON} = C _TMR * (_{VTMR_L} - _{VTMR_UL}) / (i _{TMR_UP}) tGATE_ON = 4.7uF x (1.40V - 0.5V) / 25uA = 169 mS t _{GATE_OFF =} C _{TMR *} (V _{TMR_L -} V _{TMR_UL}) / (i _{TMR_DOWN}) tGATE_OFF = 4.7uF x (1.40V - 0.5V) / 3uA = 1.41 S

Cálculo de resistencia de detección de corriente

La resistencia de detección actual se puede calcular mediante la siguiente fórmula

Rsns = VSNS / ILIM = 50mV / 2A = 25mR

Nota: el valor de 50 mV proporcionado por la hoja de datos

Cálculo de protección contra sobretensión

VOUT_OVP = 1,25 V x (1+ R2 / R1) = 1,25 x (1+ 100 k / 10 k) = 1,25 x (11) = 13,75 V

Prueba del circuito de protección contra sobretensión y corriente

Para probar el circuito, se utilizan las siguientes herramientas y configuración,

1. Fuente de alimentación conmutada de 12 V (SMPS)
2. Multímetro Meco 108B +
3. Osciloscopio USB para PC Hantech 600BE

Para construir el circuito se utilizan resistencias de película metálica al 1% y no se tiene en cuenta la tolerancia de los condensadores.

La temperatura ambiente fue de 22 grados Celsius durante la prueba.

La configuración de la prueba

La siguiente configuración se utiliza para probar el circuito

Para fines de demostración, utilicé un convertidor reductor para variar el voltaje de entrada del circuito

• Las resistencias de potencia de 10 ohmios actúan como cargas,
• El interruptor está ahí para agregar rápidamente el exceso de carga. Puedes observarlo en el video que se muestra a continuación.
• El mecho 108B + muestra el voltaje de entrada.
• El mecho 450B + muestra la corriente de carga.

Ahora, como puede ver en la imagen de arriba, he aumentado el voltaje de entrada y el IC comienza a limitar la corriente porque ahora está en condición de falla.

Si el principio de funcionamiento del circuito no le resulta claro, mire el vídeo.

Nota: tenga en cuenta que, con fines de demostración, he aumentado el valor del temporizador de fallos.

Aplicaciones

Este es un IC muy útil y se puede utilizar para muchas aplicaciones, algunas de las cuales se enumeran a continuación

• Protección contra sobretensiones automotriz / aviónica
• Inserción en vivo / intercambio en caliente
• Interruptor de lado alto para sistemas a batería
• Aplicaciones de seguridad intrínseca
• Protección contra polaridad inversa

Espero que les haya gustado este artículo y hayan aprendido algo nuevo. Sigue leyendo, sigue aprendiendo, sigue construyendo y nos vemos en el próximo proyecto.