Sobretensão, corrente excessiva, tensão transiente e circuito de proteção de polaridade reversa usando o controlador hot swap rt1720 com temporizador de falha

Freqüentemente, em um circuito eletrônico, é absolutamente necessário usar uma unidade de proteção especial para proteger o circuito de sobretensão, sobrecorrente, tensão transiente e polaridade reversa e assim por diante. Portanto, para proteger o circuito desses surtos, a Richtek Semiconductor introduziu o IC RT1720A, que é um IC de proteção simplificado projetado para atender às necessidades. O tamanho pequeno de baixo custo e poucos requisitos de componentes tornam este circuito ideal para ser usado em muitas aplicações práticas e embarcadas diferentes.

Portanto, neste artigo, vou projetar, calcular e testar este circuito de proteção e, por último, haverá um vídeo detalhado mostrando o funcionamento do circuito, então vamos começar. Além disso, verifique nossos circuitos de proteção anteriores.

IC RT1720

É um IC de proteção de baixo custo projetado para simplificar a implementação. Um fato engraçado sobre o IC é que o tamanho dele é apenas 4,8 x 2,9 x 0,75 mm. Portanto, não se deixe enganar pela imagem, este IC é extremamente minúsculo e o pin pitch é de apenas 0,5 mm.

Características do IC RT1720:

Ampla faixa de operação de entrada: 5 V a 80 V
Classificação de tensão de entrada negativa para −60V
Tensão ajustável do grampo de saída
Proteção ajustável de sobrecorrente
Temporizador programável para proteção de falhas
Baixa corrente de desligamento
Unidade N-MOSFET da bomba de carga interna
Desligamento rápido do MOSFET 80mA para sobretensão
Indicação de saída de falha

A lista de recursos e os parâmetros de dimensão são retirados da folha de dados.

Diagrama de circuito

Conforme mencionado anteriormente, este circuito pode ser usado para:

Supressor de surto de tensão transiente
Circuito de proteção contra sobretensão
Circuito de proteção de sobrecorrente
Circuito de proteção contra surtos
Circuito de proteção de polaridade reversa

Além disso, verifique nossos circuitos de proteção anteriores:

Limitação de corrente de pico usando termistor NTC
Circuito de proteção contra sobretensão
Circuito de proteção contra curto-circuito
Circuito de proteção de polaridade reversa
Disjuntor Eletrônico

Componentes necessários

Sim. Não	Peças	Tipo	Quantidade
1	RT1720	IC	1
2	MMBT3904	Transistor	1
3	1000pF	Capacitor	1
4	1N4148 (BAT20J)	Diodo	1
5	470uF, 25V	Capacitor	1
6	1uF, 16V	Capacitor	1
7	100K, 1%	Resistor	4
8	25mR	Resistor	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Carregador	30V, DC	1
11	Conector 5mm	Genérico	2
10	Cladboard	Genérico	1

Como funciona esse circuito de proteção?

Se você observar atentamente o esquema acima, verá que há dois terminais, um para entrada e outro para saída. A tensão de entrada é alimentada através do terminal de entrada.

O resistor pull-up R8 de 100K puxa o pino SHDN alto. Portanto, ao tornar este pino alto habilita o IC.

O resistor R7 de 25mR define o limite de corrente deste IC. Se você quiser saber como obtive o valor de 25mR para o resistor de detecção de corrente, pode encontrá-lo na seção de cálculo deste artigo.

O transistor T1, o diodo D2, o resistor R6 e o MOSFET Q2 juntos formam o circuito de proteção de polaridade reversa. Em geral, quando a tensão é aplicada ao pino VIN do circuito, a tensão primeiro puxa o pino SHDN para Alta e alimenta o IC via pino VCC, em seguida, ele flui através do resistor de detecção de corrente R6, agora o diodo D2 está em condição de polarização direta, este liga o transistor T1 e a corrente flui através do transistor, o que faz o MOSFET Q2, que também liga o Q1, e agora a corrente pode fluir direto do MOSFET para a carga.

Agora, quando uma tensão reversa é aplicada ao terminal VIN, o diodo D2 está na condição de polarização reversa e agora não pode fluir através do MOSFET. Os resistores R3 e R4 formam um divisor de tensão que atua como feedback que habilita a proteção contra sobretensão. Se você quiser saber como eu calculei os valores do resistor, você pode encontrá-lo na seção de cálculo deste artigo.

MOSFET Q1 e Q2 formam uma chave de carga N-MOSFET externa. Se a tensão subir acima da tensão definida, que é definida pelo resistor de feedback externo, exceder a tensão limite, a linha RT1720 IC regula usando os MOSFETs de chave de carga externa, até que o temporizador de falha ajustável desarme e desligue o MOSFET para evitar o superaquecimento.

Quando a carga atrai mais do que o ponto de ajuste atual (definido pelo resistor de detecção externo conectado entre SNS e VCC), o IC controla a chave de carga MOSFET como uma fonte de corrente para limitar a corrente de saída, até que o temporizador de falha desarme e desligue o MOSFET. Além disso, a saída FLT fica baixa, sinalizando uma falha. O MOSFET da chave de carga permanece ligado até que o VTMR alcance 1,4 V, dando tempo para que qualquer manutenção do sistema ocorra antes que o MOSFET seja desligado.

A saída Pgood de dreno aberto RT1720 aumenta quando a chave de carga é totalmente ligada e a fonte do MOSFET se aproxima de sua tensão de dreno. Este sinal de saída pode ser usado para habilitar dispositivos downstream ou para sinalizar um sistema que agora a operação normal pode começar.

A entrada SHDN do IC desativa todas as funções e reduz a corrente quiescente VCC para 7μA.

Nota: Os detalhes sobre a funcionalidade interna e o esquema são retirados da folha de dados.

Nota: Este IC pode suportar tensões de alimentação reversas de até 60 V abaixo do solo sem danos

Construção de Circuito

Para demonstração, este circuito de proteção contra sobretensão e sobrecorrente é construído em um PCB feito à mão com a ajuda do esquema; A maioria dos componentes usados neste tutorial são componentes montados em superfície, portanto, um PCB é obrigatório para soldar e colocá-los todos juntos.

Nota! Todos os componentes foram colocados o mais próximo possível para reduzir a capacitância, indutância e resistência parasitas

Cálculos

A folha de dados deste IC nos dá todos os detalhes necessários para calcular o temporizador de falha, a proteção de sobretensão e a proteção de sobrecorrente para este IC.

Cálculo do capacitor do temporizador de falha

No caso de uma falha longa, o GATE liga e desliga repetidamente. Os tempos de ativação e desativação (tGATE_ON e tGATE_OFF) são controlados pelas correntes de carga e descarga TMR (iTMR_UP e iTMR_DOWN) e a diferença de tensão entre os limites de trava e destravar TMR (VTMR_L - VTMR_UL):

t _{GATE_ON} = C _TMR * (_{VTMR_L} - _{VTMR_UL}) / (i _{TMR_UP}) tGATE_ON = 4,7uF x (1,40 V - 0,5 V) / 25uA = 169 mS t _{GATE_OFF =} C _{TMR *} (V _{TMR_L -} V _{TMR_UL}) / (i _{TMR_DOWN}) tGATE_OFF = 4,7uF x (1,40 V - 0,5 V) / 3uA = 1,41 S

Cálculo do Resistor de Sentido Atual

O resistor de detecção de corrente pode ser calculado pela seguinte fórmula

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

Nota: O valor de 50mV fornecido pela folha de dados

Cálculo de proteção de sobretensão

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

Teste do circuito de proteção contra sobretensão e corrente

Para testar o circuito, as seguintes ferramentas e configurações são usadas,

Fonte de alimentação comutada de 12 V (SMPS)
Meco 108B + multímetro
Osciloscópio Hantech 600BE USB PC

Para construir o circuito, são usados 1% de Resistores de Filme de Metal e a tolerância dos capacitores não é levada em consideração.

A temperatura ambiente era de 22 graus Celsius durante o teste.

A configuração do teste

A seguinte configuração é usada para testar o circuito

Para fins de demonstração, usei um conversor Buck para variar a tensão de entrada do circuito

Os resistores de potência de 10 Ohms estão agindo como cargas,
A opção existe para adicionar rapidamente o excesso de carga. Você pode observar isso no vídeo abaixo.
O mecho 108B + mostrando a tensão de entrada.
O mecho 450B + mostrando a corrente de carga.

Agora, como você pode ver na imagem acima, aumentei a tensão de entrada e o IC começa a limitar a corrente porque está em condição de falha agora.

Se o princípio de funcionamento do circuito não estiver claro para você, assista ao vídeo.

Nota: Observe que, para fins de demonstração, aumentei o valor do temporizador de falha.

Formulários

Este é um IC muito útil e pode ser usado para muitos aplicativos, alguns deles listados abaixo

Proteção contra surtos automotivos / aviônicos
Hot-Swap / Live Insertion
Interruptor de lado alto para sistemas alimentados por bateria
Aplicações de segurança intrínseca
Proteção contra polaridade reversa

Espero que tenha gostado deste artigo e aprendido algo novo. Continue lendo, continue aprendendo, continue construindo e até o próximo projeto.