Защита от неисправности с помощью следящего ограничения тока

Монолитные линейные регуляторы можно использовать в большинстве приложений при токах ниже 5 А. Для предотвращения повреждений в аварийных ситуациях большинство производителей этих устройств интегрируют в них цепи ограничения тока и отключения при перегреве. Для токов более 5 А в большинстве линейных источников питания используются контроллеры, позволяющие пользователю выбирать внешний проходной элемент, соответствующий различным требованиям по току. Хотя эти линейные контроллеры могут поддерживать ограничение тока, тепловое отключение в них, как правило, не предусмотрено. Это ограничение требует, чтобы конструкция выдерживала максимальную рассеиваемую мощность и поддерживала приемлемую температуру перехода проходного элемента. К примеру, представим, что используется линейный источник питания 1.8 В/8 А, работающий от шины 2.5 В. Мощность, рассеиваемая проходным элементом, равна

Вебинар «Новые решения STMicroelectronics в области спутниковой навигации» (17.11.2021)

В заданном температурном диапазоне проходной элемент должен быть способен рассеивать это количество энергии и иметь при этом температуру перехода ниже максимально допустимой для данного устройства. Для реализации такого подхода, возможно, потребуется от трех до четырех MOSFET в корпусах габарита D-Pack. Серьезная проблема возникает, когда большая мощность рассеивается при длительном коротком замыкании. Тогда проходной элемент должен обеспечивать рассеивание мощности 20 Вт. В этом случае для поддержания приемлемой температуры перехода пришлось бы включить параллельно 10 MOSFET в корпусах D-Pack. Это значит, что для обеспечения устойчивости устройства к возможным неисправностям потребуется перепроектирование источника питания, которое повлечет за собой увеличение стоимости и размеров печатной платы. Схема на Рисунке 1 решает проблему мощности, рассеиваемой ограничителем тока.

Эта схема обеспечивает прогрессирующее ограничение тока, снижая требования к мощности, рассеиваемой проходным элементом.
Рисунок 1. Эта схема обеспечивает прогрессирующее ограничение тока, снижая требования
к мощности, рассеиваемой проходным элементом.

В схеме используется отдельный контур управления, выполняющий следящее ограничение токов во время неисправности, и не создающий проблем для линейного ограничения тока. При линейном ограничении могут возникать проблемы с отключением ограничителя тока во время запуска схемы и с возвращением к режиму полной нагрузки после исчезновения неисправности. Эти проблемы, как правило, приводят к блокировке регулятора в состоянии ограничения тока. Микросхема IC3, подключенная к верхней шине питания, формирует опорное напряжение, меньшее напряжения питания, которое подается на инвертирующий вход компаратора IC2. Компаратор сравнивает это опорное напряжение с потенциалом вывода резистора R1, подключенного к MOSFET. Когда ток превышает порог ограничения, напряжение на инвертирующем входе IC2 становится выше, чем на неинвертирующем. В этом состоянии на выходе компаратора устанавливается низкий уровень, притягивающий токоизмерительный вход IS микросхемы IC1 к «земле». Порог ограничения тока LIM можно рассчитать по следующей формуле:

Циклическое изменение тока в схеме на Рисунке 1 в случае неисправности.
Рисунок 2. Циклическое изменение тока в схеме на Рисунке 1
в случае неисправности.

Когда напряжение на токоизмерительном выводе становится на 50 мВ ниже входного, выход регулятора отключается. Это приводит к уменьшению тока до нуля и появлению высокого уровня на выходе компаратора. Компаратор имеет выход с открытым коллектором, поэтому напряжение на выводе IS нарастает со скоростью, определяемой постоянной времени R6C3. Выход регулятора остается отключенным, не потребляя тока, до тех пор, пока напряжение на входе IS не достигнет уровня, на 50 мВ меньшего, чем VIN. В этот момент выход включается вновь. R5 и C2 обеспечивают задержку перед повторным включением ограничения тока. Эта задержка предотвращает преждевременное срабатывание ограничителя от тока, заряжающего выходные конденсаторы. Это также дает схеме время для стабилизации и определения того, может ли она обеспечить нагрузку необходимым выходным током. Если нагрузка все еще остается слишком большой, ограничитель срабатывает снова. На Рисунке 2 представлены осциллограммы, иллюстрирующие работу схемы. Хотя это циклическое изменение тока периодически увеличивает его до максимального значения IPK, во времени он интегрируется в более низкий средний ток. Средний ток IAVG можно рассчитать как произведение пикового тока IPK на отношение времени включенного (TON) и выключенного (TOFF) состояния:

Такое снижение среднего тока эквивалентно снижению рассеиваемой мощности. При токе 1.2 А рассеиваемая мощность снижается до 3 Вт.

  1. Datasheet Microchip LM4041
  2. Datasheet Microchip MIC5159
  3. Datasheet Microchip MIC7221
  4. Datasheet Vishay SUB15P01

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 396
сейчас смотрят 8
представлено поставщиков 1570
загружено
позиций
25 067 862