最简单、最便宜、快速且占位面积最小的限流电路,在正常状态下具有低电阻

电器工程 保护 短路 输出 限流 多熔丝
2022-02-04 19:23:20

我有一个数字输出,由标称电压为 24V DC 的高端驱动器驱动。负载电流通常低于 100 mA。输出受到监控,因此如果我检测到负载侧的短路,我可以迅速将其关闭。问题是驱动器本身没有受到保护,短路使其产生大量烟雾。所以我需要的是驱动器输出端的一个简单电路:

  • 如果输出电流低于 100 mA,则电阻低于 10 Ω
  • 迅速增加其电阻以将驱动器电流限制在 500 mA 或更低水平
  • 短路电流的耐受能力应至少为 20 ms,以便检测到短路并关闭驱动器
  • 具有50V或更高的工作电压
  • 组件最少且价格便宜(每个通道最多 0.20 美元)
  • 不是单一来源供应商

我尝试了 PTC 可复位多熔断器,但它们太慢了。Microchip 的 FP0100 应该不错,但价格昂贵(我的 PCB 上至少需要 60 个通道)。Bourns TBU系列也还行,就是贵。

还有其他选择吗?

UPD1。我目前的输出电路是由74HC594移位寄存器驱动的MIC2981/82。在每个输出上我都有 Littelfuse 1206L012 PTC。在我的板上,我需要这样的 64 个通道,这是小型系列板,因此每个通道的总价格和占地面积很重要。

4个回答

您的典型双晶体管限流器可能是您的最佳选择。下面显示的是顶面和底面版本。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

请注意,该电路会产生大约一个电压降的损失。

购买单个 6 引脚封装的双晶体管。

小电阻会导致电流在达到 Vbe 时折回。另一个电阻器设置基极电流,需要计算以产生足够的集电极电流,同时考虑 Hfe。

但是:请注意,晶体管在短路期间需要处理几瓦,因为它只会将电流限制在您的阈值。

看看 ProFET 高边驱动器 IC。这些器件为您提供可切换的高侧驱动器,可提供各种保护,包括输出过流。

您可以从分销商那里轻松找到并选择 ProFET。

看看 BSP752T,它价格便宜、体积小,可以直接从 3.3 V 或 5 V 逻辑驱动。

在此处输入图像描述

特雷弗的出色回答为基础:

有半导体器件是恒流源(或汇);其中许多在内部看起来与 Trevor 的电路完全一样(可能会添加一些温度补偿元件)。

NSI50350AD是一款非常简单的设备(具有正好两个引脚的恒定电流吸收器,专为电压 <= 50 V 和最大/恒定电流 350 mA 设计)我不知道它在内部做什么,但数据表称它为“自偏置晶体管”,所以它可能是一些双极晶体管、一个 JFET 和内部几个电阻器的组合。

现在,您的 50 V 限制真的很痛苦——很难找到可以在该电压下工作的集成电流源。对于较小的电流,自偏置 JFET 可能会起作用,但在 100 mA 时会很昂贵。

所以,我真的很喜欢 Trevor 的解决方案,尽管我可能会推荐一些东西:

  • 检查您是否不能简单地提高故障检测的速度。那将解决问题。
  • 因为(据我所知——如果我错了,请纠正我)晶体管阵列很难获得(如果你需要减少工作量和电路板空间,你会更喜欢它),你可能想在组件上多花一点钱不仅仅是 Q4 的 NPN,而是通过在一种情况下使用具有多个比较器的设备来节省拾取和放置成本。幸运的是,4x 比较器和 4x 运算放大器的成本约为 13 ct,以数百美元的价格购买,因此每个通道的运算放大器约为 3ct;使用运算放大器/比较器将 R2 上的电压与恒定参考电压进行比较(在这里,一个简单的齐纳二极管可能会做)并驱动 Q3。请注意,您不再需要每个通道都使用 R3。(同样适用于 Q5/Q6 的高端方法)
  • 在热设计允许的情况下,使用电阻器阵列而不是单个电阻器。

另一种相对疯狂的方法是在负载之前使用高侧 8.2Ω 电阻器。之后,在负载和晶体管输出光耦合器的 LED 侧之间插入一个分流器,并具有适当的串联电阻。设计该串联电阻,以便对于 100 mA \$I_\text{Load}\$,晶体管处于饱和状态,但对于 500 mA,您会显着减少。将光耦合器输出的 CE 与负载串联在低端:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

Lite-On CNY17是光电耦合器的廉价候选者