Mạch giới hạn dòng điện chân đơn giản nhất, rẻ nhất, nhanh nhất và tối thiểu với điện trở thấp ở trạng thái bình thường

Tôi có một đầu ra kỹ thuật số, được điều khiển bởi trình điều khiển phía cao với điện áp danh định là 24 V DC. Dòng tải thông thường dưới 100 mA. Đầu ra được theo dõi, vì vậy tôi có thể tắt nó nhanh chóng nếu tôi phát hiện ngắn mạch ở phía tải. Vấn đề là bản thân trình điều khiển không được bảo vệ và đoản mạch khiến nó tạo ra nhiều khói. Vì vậy, những gì tôi cần là một mạch đơn giản ở đầu ra của trình điều khiển:

• có điện trở thấp dưới 10 nếu dòng điện đầu ra dưới 100 mA
• tăng nhanh sức đề kháng của nó để giới hạn dòng điện trình điều khiển ở mức 500 mA hoặc thấp hơn
• khả năng chịu được dòng điện ngắn mạch tối thiểu 20 ms để phát hiện ngắn mạch và tắt trình điều khiển
• có điện áp làm việc từ 50V trở lên
• có các thành phần tối thiểu và giá rẻ (0,20 $ cho mỗi kênh tối đa)
• không phải là nhà cung cấp nguồn đơn

Tôi đã thử các polyfuses có thể đặt lại PTC, nhưng chúng quá chậm. Micro01ip của Microchip sẽ tốt nhưng đắt tiền (tôi cần ít nhất 60 kênh trên PCB của mình). Dòng TBU của Morrs cũng ổn, nhưng cũng đắt.

Còn lựa chọn nào khác không?

CẬP NHẬT1. Mạch đầu ra hiện tại của tôi là MIC2981 / 82 được điều khiển bởi thanh ghi thay đổi 74HC594. Trên mỗi đầu ra tôi có Littelfuse 1206L012 PTC. Trên bảng của tôi, tôi cần 64 kênh như thế này và đây là bảng mạch nhỏ nên tổng giá cho mỗi kênh và dấu chân là rất quan trọng.

Bộ giới hạn dòng bán dẫn đôi điển hình của bạn có thể là đặt cược tốt nhất của bạn. Dưới đây là các phiên bản phía trên và phía dưới.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Lưu ý có một hình phạt khoảng một volt giảm với mạch này.

Mua bóng bán dẫn kép trong một gói 6 pin duy nhất.

Điện trở nhỏ sẽ khiến dòng điện gập lại khi chạm tới Vbe. Các điện trở khác đặt dòng cơ sở và cần được tính toán để tạo ra dòng thu đủ có tính đến Hfe.

TUY NHIÊN: Lưu ý rằng bóng bán dẫn cần xử lý một vài watt trong thời gian ngắn vì nó chỉ giới hạn dòng điện tới giá trị ngưỡng của bạn.

Hãy xem IC điều khiển cao cấp của ProFE. Các thiết bị này cung cấp cho bạn một ổ đĩa phía cao có thể chuyển đổi với sự bảo vệ khỏi tất cả các loại, bao gồm cả đầu ra quá dòng.

Bạn có thể tìm và chọn ProFE đủ dễ dàng từ các nhà phân phối.

Hãy xem BSP752T, giá rẻ, nhỏ và có thể được điều khiển trực tiếp từ logic 3,3 V hoặc 5 V.

Để xây dựng dựa trên câu trả lời xuất sắc của Trevor :

Có các thiết bị bán dẫn là nguồn hiện tại không đổi (hoặc chìm); nhiều trong số này sẽ trông giống hệt như mạch của Trevor (có thể thêm một vài yếu tố bù nhiệt độ).

Một thiết bị rất đơn giản (chìm dòng không đổi với chính xác hai chân, được thiết kế cho điện áp <= 50 V và dòng tối đa / không đổi 350 mA) là NSI50350AD . Tôi không biết bên trong nó làm gì, nhưng bảng dữ liệu gọi nó là "bóng bán dẫn tự phân cực", vì vậy rất có thể nó là sự kết hợp của một số bóng bán dẫn lưỡng cực, JFE và một cặp điện trở trong.

Bây giờ, giới hạn 50 V của bạn thực sự rất đau - thật khó để tìm các nguồn hiện tại tích hợp sẽ hoạt động ở điện áp đó. Đối với các dòng điện nhỏ hơn, JFE tự phân cực có thể hoạt động, nhưng ở mức 100 mA sẽ rất tốn kém.

Vì vậy, tôi thực sự lăn lộn với giải pháp của Trevor, mặc dù tôi có thể đề xuất một vài điều:

• Kiểm tra xem bạn không thể đơn giản tăng tốc độ phát hiện lỗi của bạn. Điều đó sẽ giải quyết vấn đề.
• Bởi vì (theo như tôi biết - sửa tôi nếu tôi sai) thật khó để đến với mảng bóng bán dẫn (mà bạn thích nếu bạn cần giảm nỗ lực và không gian bảng), bạn có thể muốn chi thêm một chút cho thành phần thay vì chỉ là NPN cho Q4, nhưng tiết kiệm chi phí chọn và đặt bằng cách sử dụng một thiết bị có nhiều bộ so sánh trong một trường hợp. May mắn thay, bộ so sánh 4x và opamp 4x có giá khoảng 13 ct khi được mua hàng trăm, vì vậy đó là khoảng 3ct trong opamp trên mỗi kênh; sử dụng opamp / bộ so sánh để so sánh điện áp trên R2 với điện áp tham chiếu không đổi (ở đây, một zener đơn giản có thể làm) và để lái Q3. Lưu ý rằng bạn không cần R3 cho mỗi kênh nữa. (áp dụng tương tự cho cách tiếp cận phía cao với Q5 / Q6)
• Sử dụng mảng điện trở thay vì điện trở riêng lẻ, cho phép thiết kế nhiệt.

$I_\text{Load}$

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Một ứng cử viên giá rẻ cho bộ ghép quang sẽ là Lite-On CNY17 .

Công cụ này có giá tới 0,2 đô la / cổng x16 https://ca.mouser.com/ ProducttDetail / NXP-Freescale /MCZ33996EKR2?

Dưới đây là ý tưởng cơ bản cho mạch SCR. Có thể phải thêm một điện trở nối tiếp với PTC1 để có giá trị điện trở phù hợp. Tổng trở song song với đường nối cực phát cơ sở của Q1 sẽ đặt dòng điện. Khi Q1 bắt đầu tiến hành, SCR sẽ kích hoạt và sau đó tải sẽ được bảo vệ cho đến khi PTC ngắt. Q1 có thể là SOT-23. R3 và R4 chỉ là phỏng đoán. Họ chỉ ở đó để ngăn chặn giảm quá dòng đến Q1. Hầu hết các SCR là loại lớn. Tôi sẽ cho bạn xem nếu bạn có thể tìm thấy một đủ nhỏ phù hợp với nhu cầu của bạn.

Lưu ý: Một khi SCR kích hoạt, có thể bạn sẽ phải ngừng cấp điện cho nguồn điện trước khi nó ngừng kéo xuống đường ray.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Tôi sẽ đề xuất mạch bán dẫn đôi loạt nhưng Trevor_G đã hoàn thành xuất sắc công việc đó.

Thay vào đó tôi nghĩ rằng nó đáng để xem lại tùy chọn cầu chì PTC. Bạn nói rằng chúng quá chậm, nhưng điều đó cho thấy bạn có thể có thiết kế cung cấp năng lượng cận biên thay thế.

Hãy xem xét Littelfuse RXEF017. Mặc dù có thể mất 8 giây để di chuyển ở 500mA, nhưng chắc chắn đó là dòng điện đủ thấp để bảo vệ ngắn mạch của bạn có thời gian để khởi động? Ở thời gian chuyến đi 2A là <0,2s, đó không phải là một năng lượng lớn trong hệ thống 24V. Trong thực tế, điểm của cầu chì là thành phần dễ bị ảnh hưởng nhất trong mạch điện, do đó, có một chút lo lắng rằng một cái gì đó khác có thể từ bỏ khói trước cầu chì.

Tôi chỉ sợ rằng bạn sẽ gặp rắc rối khi giới hạn dòng điện vào một cửa sổ hẹp dưới 500mA, và sau đó thấy những thứ khác trở nên khó khăn vì chúng không thể hút đủ dòng điện vội vàng để sạc mũ hoặc điều khiển xung hoặc thứ gì đó.