Электронные предохранители

В статье приведена краткая информация о ИМС электронных предохранителей, выпус­каемых компанией Analog Devices. Приведены примеры моделей для испытаний электронных предохранителей на базе ИМС LTC4381. Ре­зультаты моделирования подтверждают за­явленные компанией параметры этих устройств.

В. Макаренко

Защита источников питания от перегрузки по току необходима для предотвращения их выхода из строя и, как следствие, отказа систем, которые они питают. Автомобильная, промышленная и авиа­ционная электроника должна выживать и работать в условиях скачков напряжения, характерных для их режимов работы. Традиционная защита от перена­пряжения (OV – Over Voltage) и перегрузки по току (OC – Over Current) основана на конденсаторах, ограничителях переходного напряжения (TVS), пре­дохранителях, диодах и катушках индуктивности, но эти решения либо имеют большие габариты и имеют малую точность, либо выходят из строя (пе­регорают) при длительной неисправности. Кроме того, время срабатывания таких устройств зачастую оказывается недопустимо большим.

Электронные ограничители перенапряжения и защиты от короткого замыкания заменяет эти пас­сивные компоненты контроллером и последова­тельно включенным защитным МОП-транзистором. Быстрое отключение неисправной подсистемы от общей шины питания позволяет остальным подси­стемам продолжать работу без перезагрузки или перехода в автономный режим.

Ограничители перенапряжения с низким током покоя обеспечивают надежную защиту автомобиль­ных источников питания в соответствии со стандар­тами ISO 7637-2 и ISO 16750-2.

В автомобильных источниках питания часто имеют место переходные процессы, создающие значительные броски напряжения переходные про­цессы, которые могут легко вывести из строя бор­товую электронику. Производители автомобилей независимо друг от друга разрабатывали стандар­ты и процедуры испытаний, чтобы предотвратить выход из строя чувствительную электронику при та­ких событиях. Однако в последнее время произво­дители автомобилей объединили усилия с между народной организацией по стандартизации (ISO) для разработки стандартов ISO 7637-2 и ISO 16750­2, описывающих возможные переходные процессы и регламентирующие методы тестирования для их имитации .

Хотя стандарт ISO 7637 в основном является спецификацией по электромагнитной совместимо­сти, до 2011 года он также включал переходные процессы, связанные с качеством электропитания. В 2011 году те разделы, которые касаются качества электроснабжения, а не электромагнитной совме­стимости, были перенесены в стандарт ISO 16750 “Дорожные транспортные средства – условия окру­жающей среды и испытания электрического и элек­тронного оборудования” во второй из пяти частей “Часть 2: Электрические нагрузки”.

В то время как большинство производителей по- прежнему придерживаются своих собственных спе­цификаций и требований, а не принимают ISO 7637­2 и ISO 16750-2 полностью, наблюдается тенденция к более точному соответствию стандартам ISO, при этом спецификации производителей соответствуют международным стандартам с незначительными изменениями.

Стандарты ISO 7637-2 и ISO 16750-2 содержат спецификации как для систем 12 В, так и для систем 24 В. Рассмотрим особенности работы схем защи­ты в различных режимах.

Сброс нагрузки

Сброс нагрузки является наиболее сложным из переходных процессов в источнике питания авто­мобилей из-за значительного расхода энергии в этом случае. Это происходит, когда генератор пере­менного тока заряжает аккумулятор, и в это время соединение с батареей теряется.

Генераторы переменного тока без внутренних ограничителей напряжения

Первоначально генераторы переменного тока в автомобилях не имели встроенных устройств ограничения напряжения и могли формировать чрезвычайно большие броски напряжения при сбросе нагрузки, около 100 В для систем 12 В. Но­вые генераторы переменного тока содержат ограничители, обеспечивающие более низкое значение напряжения во время сброса нагрузки. В связи с тем, что в настоящее время используются как старые генераторы переменного тока и некото­рые современные генераторы переменного тока, не содержащие ограничителей напряжения, специфи­кация при сбросе нагрузки в стандарте ISO 16750-2 разделена на “Тест A – без централизованного по­давления сброса нагрузки” и “Тест B – с централи­зованным подавлением сброса нагрузки”.

На рис. 1 показана схема соединения 3-фазных обмоток статора генератора переменного тока и выпрямителя, который формирует постоянный ток для заряда аккумулятора. При обрыве соединения с аккумулятором результирующий ток протекает так, как показано на рис. 2. Без батареи, поглощающей ток статора, выходное напряжение возрастает до очень высоких напряжений, наблюдаемых при сбросе нагрузки, как показано на рис. 3 (специфи­кация ISO 16750-2).

Рис. 1. Формирование тока заряда аккумулятора в стандартном генераторе

Рис. 2. Скачок напряжения до 100 при потере соединения с аккумулятором во время его зарядки при использовании стандартного генератора

Рис. 3. Ограничение скачка напряжения величиной 35 В при использовании генератора со встроенной системой ограничения напряжения

Это соответствует ситуации с использованием генератора переменного тока без встроенного ограничителя напряжения в “Тесте А – без централизованного подавления сброса нагруз­ки”.

Генераторы переменного тока с внутренними ограничителями напряжения

В новых генераторах переменного тока исполь­зуются лавинные диоды, которые имеют четко за­данные напряжения обратного пробоя и ограничи­вают максимальное напряжение при сбросе нагруз­ки. На рис. 3 показан выброс напряжения в генера­торе со встроенной системой ограничения напря­жения при сбросе нагрузки в соответствии ISO 16750-2 (Тест В).

Проблемы защиты с помощью TVS-диодов

Внутреннее сопротивление Ri генератора пере­менного тока (рис. 4) как в тесте A, так и в тесте B указано в стандарте ISO 16750-2 в диапазоне от 0.5 Ом до 4 Ом. Это ограничивает максимальную энергию, отдаваемую в цепи защиты.

Рис. 4. Схема включения защитного TVS-диода в генераторе

Если бортовая электроника локально защищена шунтирующим устройством, таким как TVS-диод с напряжением пробоя менее 35 В, то этот диод дол­жен поглощать энергию генератора переменного тока. В этом случае внутренняя схема защиты в ге­нераторе приносит мало пользы. Вся энергия, вы­деляемая во время сброса нагрузки, поступает на TVS-диод в бортовой электронике.

Иногда и в бортовой электронике включают бал­ластный резистор, но это приводит к падению на­пряжения и рассеиванию мощности на нем даже при нормальной работе.

Преимущества активной защиты с ограничителем перенапряжения

Лучшим решением является использование последовательных устройств активной защиты, та­ких как электронные предохранители. Компания Analog Devices выпускает большое число электрон­ных предохранителей , предназначенных как для защиты автомобильной электроники, так и для за­щиты других устройств. Диапазон входных напря­жений таких устройств находятся в диапазоне от 0 до 500 В. В табл. 1 приведены основные характери­стики устройств защиты, выпускаемых компанией.

Рассмотрим кратко основные характеристики некоторых электронных предохранителей.

Ограничитель перенапряжения c низким тока покоя LTC4380

Ограничитель перенапряжения с низким током покоя LTC4380 защищает нагрузку от переходных процессов с высоким значением максимального на­пряжения. Защита от перенапряжения обеспечива­ется путем ограничения напряжения затвора внеш­него N-канального МОП-транзистора для ограниче­ния выходного напряжения до безопасного значе­ния во время бросков напряжения на входе при сбросе нагрузки в автомобилях. Фиксированное на­пряжение затвора выбирается для систем 12 В и 24/28 В. Для систем с пиковыми напряжениями до 72 В необходимо использовать предохранители с регулируемым напряжением на затворе. В этой ИМС предусмотрена защита от перегрузки по току.

Структурная схема LTC4380 приведена на рис. 5. Внутренний генератор формирует ток вывода TMR, пропорциональный VDS и ID, так что время ра­боты как в условиях перегрузки по току, так и в усло­виях перенапряжения ограничено в соответствии с напряжением на МОП-транзисторе.

Для версий ИМС LTC4380-1 и LTC4380-2 доступ­ны два различных напряжения на затворе – 31,5 В, что ограничивает выходное напряжение значением примерно 27 В для использования в системах 12 В, и 50 В, что ограничивает выходное напряжение значением 45 В для использования в системах 24 В и 28 В. Напряжение затвора выбирается с помощью подачи сигнала управления на вывод SEL. Напряже­ние на затворе ограничено значением на 13.5 В выше напряжения на выводе VCC.

Точный компаратор, подключенный к контакту ON, контролирует уровень напряжения входного ис­точника питания и при снижении напряжения ниже заданного уровня отключает выход, снижая ток по­требления до 6 мкА.

Контроль перегрузки по току осуществляется компаратором IA, подключенным к выводам датчика тока RSNS. При превышении напряжения, заданного опорным источником, компаратор срабатывает и закрывает транзистор М1, отключая нагрузку. В приведены соотношения для расчета сопротивле­ния резисторов RSNS и RDRN для получения требуе­мых значений срабатывания схем защиты. Более подробно с описанием функциональной схемы LTC4380 можно ознакомиться в .

Типовая схема включения LTC4380-2 приведена на рис. 6, а результаты ее работы – на рис. 7 . Как следует из рис. 7, напряжение на выходе схемы за­щиты ограничено величиной 27 В.

Для защиты электроники от обратного напряже­ния обычно используется блокировочный диод. Но использование диода приводит к дополнительным потерям мощности и снижает напряжение, отдавае­мое на нагрузку. В автомобилях во время холодного пуска двигателя дополнительное падение напряже­ния на диоде особенно нежелательно. ИМС LTC4380 спроектирована так, что может выдерживать обрат­ное напряжение на входе. К выводам VCC, ON и SEL можно прикладывать отрицательное напряжение величиной до 60 В.

При использовании двух МОП-транзисторов, включенных встречно, можно построить ограничи­тель перенапряжения с защитой от обратного на­пряжения на входе, как показано на рис. 8.

Примеры других устройств с использованием LTC4380 можно найти в .

Рис. 5. Структурная схема LTC4380

Рис. 6. Типовая схема включения предохранителя LTC4380-2

Рис. 7. Осциллограммы входного и выходного сигналов предохранителя LTC4380-2

Таблица 1. Основные характеристики электронных предохранителей компании Analog Devices

Тип Число каналов Выполняемые функции Диапазон входного напряжения, В Ток покоя Порог автоматиче­ского выключения
LTC4381 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного напряжения, ограничитель перенапряже­ния, блокировка при пониженном напряжении 4…72 В 6 мкА 50 мА
LTC4249 2 Автоматический выключатель 1.5…65 В 1 мА
LTC4246 8 Автоматический выключатель 0…13.2 В 2.5 мА от 50 мА до 1.5 A
LTC7862 1 Автоматический выключатель 4…140 В 1.2 мА 50 мА
LTC4368 1 Автоматический выключатель, отключение при отсут­ствии входного напряжения, блокировка обратного тока, защита от обратного напряжения, блокировка при пони­женном напряжении 2.5… 60 В 80 мкА ±50 мА
LTC4380 1 4…72 В 8 мкА 50 мА
LTC4367 1 2.5…60 В 70 мкА
LTC7860 1 Автоматический выключатель, отключение при отсут­ствии входного напряжения, блокировка обратного тока, защита от обратного напряжения 60…200 В 770 мкА 95 мА
LTM4641 1 Ограничение тока, отключение при отсутствии входного напряжения, регулятор uModule, блокировка при пони­женном напряжении 4.5…38 В 8 мА
LTC4364 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, блоки­ровка обратного тока, защита обратного входа, защита обратного выхода, ограничитель перенапряжения, блоки­ровка при пониженном напряжении 4…80 В 483 мкА 50 мА
LT4363 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного напряжения, ограничитель перенапряже­ния, блокировка при пониженном напряжении 4…80 В 970 мкА 50 мА
LTC4366 1 Защита от обратного напряжения, ограничитель перена­пряжения 9…500 В 159 мкА
LTC4365 1 Отключение при отсутствии входного напряжения, защи­та от обратного напряжения, блокировка при понижен­ном напряжении 2.5…34 В 125 мкА
LTC4362 1 Автоматический выключатель, разъединитель OV, защита от обратного напряжения 2.5…5.5 В 220 мкА
LTC4360 1 2.5…5.5 В 230 мкА
LTC4361 1 2.5…5.5 В 230 мкА 50 мА
LT4356-3 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного напряжения, ограничитель перенапряжения 4…80 В 1.21 мА 50 мА
LT4356MP-1 1 4…80 В 1.21 мА 50 мА
LT4356MP-2 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного напряжения, ограничитель перенапряже­ния, блокировка при пониженном напряжении 4…80 В 1.21 мА 50 мА
LT4356-1 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного напряжения, ограничитель перенапряжения 4…80 В 1.21 мА 50 мА
LT4356-2 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного напряжения, ограничитель перенапряже­ния, блокировка при пониженном напряжении 4…80 В 1.21 мА 50 мА
LTC1696 2 Отключение при отсувтствии входного напряжения 0.8..24 В 170 мкА

Рис. 8. Устройство защиты от перенапряжения и обратного напряжения с использованием N-канальных МОП-транзисторов и LTC4380

LTC4381 работает при напряжении питания до 72 В, потребляя всего 6 мкА в режиме покоя. Напряже­ние пробоя внутреннего МОП-транзистора 100 В (BVDSS), сопротивление открытого канала (RDS(ON)) не более 9 мОм. Максимальный ток че­рез встроенный транзистор 10 А. LTC4381 имеет че­тыре режима повторной попытки включения после сбоя.

Функциональность ограничителя перенапряже­ния LTC4381 может быть легко расширена для рабо­ты в качестве электронного предохранителя . На рис. 10 показана схема подключения LTC4381-4 для использования в качестве электронного предохра­нителя 48 В, 10 А, который защищает источник пи­тания от перегрузки или короткого замыкания на выходе.

Рис. 9. Структурная схема LTC4381

Во время нормальной работы выход VOUT под­ключается к входу питания VIN через внутренний си­ловой МОП-транзистор и внешний резистор RSNS, выполняющий функцию датчика тока. Когда паде­ние напряжения на резисторе RSNS превышает предельный порог 50 мВ во время перегрузки или короткого замыкания на выходе, напряжение на конденсаторе CTMR начинает увеличиваться. В на­чальном состоянии (при отсутствии короткого за­мыкания) напряжение на этом конденсаторе равно нулю. Внутренний МОП-транзистор закрывается, когда напряжение на конденсаторе CTMR достигает 1,215 В. При значении сопротивления резистора RSNS = 4 мОм типичный порог перегрузки по току составляет 12,5 А (50 мВ/4 мОм) и минимальный по­рог 11,25 А (45 мВ/4 мОм), обеспечивая достаточ­ный запас по току нагрузки 10 А.

Из-за паразитной индуктивности дорожки или кабеля, соединяющих источник питания с входом LTC4381, входное напряжение значительно превы­шает нормальное рабочее напряжение всякий раз, когда внутренний МОП-транзистор закрывается при срабатывании защиты. Стабилитрон D1 защи­щает вывод VCC ИМС LTC4381 от абсолютного мак­симального напряжения 80 В, в то время как D2 за­щищает внутренний МОП-транзистор от лавинооб­разного разрушения. D1 также ограничивает напря­жение на выходе величиной 66,5 В (56 В + 10,5 В) в случае, если D2 не используется. Фильтр R1, C1 сглаживает броски напряжения VIN. Если на плате имеется емкость, расположенная близкая к LTC4381, то вывод VCC может быть напрямую под­ключен к VIN. В этом случае D1, D2, R1 и C1 могут быть исключены из схемы.

При токе 10 А, протекающем через внутренний МОП-транзистор во время нормальной работы, на­чальное падение напряжения между входом и выхо­дом LTC4381 составляет 90 мВ, а рассеиваемая мощность составляет 900 мВт, что приводит к повы­шению температуры корпуса LTC4381 примерно до 100 °C на оценочной плате DC2713A-D при комнат­ной температуре окружающей среды. При такой температуре сопротивление открытого транзисто­ра RDS возрастает в 2 раза и, как следствие, паде­ние напряжения между входом и выходом ИМС уве­личивается до 180 мВ. На резисторе RSNS падение напряжения составляет еще 40 мВ при токе 10 А. Чтобы снизить повышение температуры LTC4381 необходимо увеличить площадь меди. Для справки, площадка меди под узлом SNS DC2713A-D имеет площадь 2,5 см2 и равномерно распределена по двум внешним слоям платы.

Поведение LTC4381 при пуске

При отключении вывода ON от общего провода начинается зарядка выходного конденсатора CLOAD (рис. 10), как показано на рис. 11. Предполагается, что максимальное напряжение источника питания 48 В не превышает 60 В. Емкость нагрузки не долж­на превышать 220 мкФ (при условии отсутствия до­полнительного тока нагрузки во время включения) чтобы ИМС начала нормально функционировать.

Рис. 10. Предохранитель 10 А на основе ИМС LTC4381

Если емкость конденсатора CLOAD = 220 мкФ заряжается до 60 В при максимальном токе 12.5 А, время включения составляет (220 мкФ Ч 60 В)/12,5 А = 1.06 мс. График безопасной рабочей зоны (SOA) МОП-транзистора LTC4381, как показано на рис. 12, показывает, что он может выдерживать 12.5 А и 30 В в течение 1 мс.

Поскольку конденсатор на выводе GATE (Затво­ра) отсутствует, выходной конденсатор заряжается в течение 2 мс, а пусковой ток достигает 17 А, пре­вышая пороговое значение предела тока, прежде чем его можно будет контролировать (рис. 2). LTC4381 имеет пороговое значение ограничения тока 12,5 А с чувствительным резистором 4 мОм, когда напряжение на выводе OUT превышает 3 В. Но при напряжении на выходе ИМС меньше 1.5 В паде­ние напряжения на резисторе RSNS увеличивается до 62 мВ, что соответствует току 15.5 А, как показа­но на рис. 13.

Формы сигналов на рис. 11 показывают, что им­пульсы пускового тока не регулируются из-за отсут­ствия конденсатора затвора, необходимого для стабильности контура. Фактически, ток отключает­ся примерно через 0.5 мс во время скачка напряже­ния 60 В. Напряжение на выводе TMR LTC4381 про­порционально рассеиваемой мощности во внутрен­нем МОП-транзисторе. Следовательно, напряже­ние на выводе TMR увеличивается во время пуска, даже если выходной ток ниже предельного значе­ния тока. Конденсатор затвора намеренно отклю­чен, а режим включения обеспечивает конденсатор, подключенный к выводу TMR. Одновременно этот конденсатор позволяет защитить МОП-транзистор во время короткого замыкания.

Минимальное значение емкости конденсатора CTMR – 68 нФ. При таком значение емкости напря­жение на выводе TMR возрастает примерно до 0.7 В при включении и формировании на выходе напря­жения 60 В. При значении емкости 47 нФ напряже­ние на выводе TMR достигает 1.15 В при пуске, что очень близко к порогу отключения затвора 1.215 В. Пиковое напряжение на выводе TMR равное 0.7 В выбрано таким образом, чтобы обеспечить доста­точный запас по сравнению с порогом отключения затвора 1.215 В с учетом следующих допусков: ±50% для тока срабатывания, ±10% для конденса­тора CTMR и ±3% для порога отключения затвора при VTMR = 1.215 В.

В табл. 2 приведены рекомендуемый значения емкости конденсатора CTMR при максимальной на­грузке, чтобы ограничить повышение напряжения TMR примерно до 0,7 В при пуске с напряжением 60 В.

Таблица 2. Рекомендуемый значения CTMR для заданного значения CLOAD

CLOAD(MAX) CTMR
12 мкФ 10 нФ
47 мкФ 22 нФ
90 мкФ 33 нФ
140 мкФ 47 нФ
220 мкФ 68 нФ

Рис. 11. Осциллограммы сигналов LTC4381 при токе 10 A и максимальном выходном напряжении 48 В (а) и 60 В (б)

Рис. 12. Безопасная рабочая зона МОП-транзистора LTC4381

Рис. 13. Зависимость падения напряжения на датчике тока от выходного напряжения

Поведение LTC4381 при коротком замыкании на выходе

Основное назначение схемы, приведенной на рис. 10 – защита источника питания от перегрузки по току и короткого замыкания, как при включении, так и при нормальной работе. На рис. 14 показано, как LTC4381 включает МОП-транзистор при нали­чии короткого замыкания на выходе. Напряжение на затворе (синяя кривая) увеличивается. Когда оно превышает пороговое напряжение 3 В, вклю­чается МОП-транзистор, и начинает течь ток (зе­леная кривая).

Рис. 14. Временные диаграммы сигналов во время включения LTC4381 при формировании выходного напряжения 48 В

Из-за короткого замыкания на выходе и отсут­ствия конденсатора затвора ток МОП-транзистора быстро возрастает, превышая порог ограничения тока 15.5 А, и достигает максимального значения 21 А, прежде чем LTC4381 отреагирует, чтобы сни­зить напряжение на затворе МОП-транзистора и закрыть его.

Скачок тока выше 15.5 А длится менее 50 мкс. Из-за кратковременного рассеивания мощности в МОП-транзисторе напряжение на выводе TMR (красная кривая) увеличивается примерно на 200 мВ. Поскольку TMR намного ниже порога отключе­ния затвора 1.215 В, затвор снова включается, что приводит к еще одному скачку тока. С каждым скачком тока напряжение на выводе TMR прибли­жается к 1.215 В.

После нескольких таких скачков тока напряже­ние на выводе TMR достигает порога отключения затвора 1.215 В, и МОП-транзистор отключается. После этого ИМС входит в цикл охлаждения и МОП-транзистор остается закрытым до окончания цикла охлаждения.

Для конденсатора CTMR емкостью 68 нФ цикл охлаждения составляет 33.3 х 0.068 = 2.3 с, соглас­но техническим характеристикам LTC4381 . По­скольку LTC4381-4 повторяет попытку автоматиче­ски, то циклы включения и охлаждения будет по­вторяться бесконечно, пока не будет устранено ко­роткое замыкание на выходе. Аналогичный про­цесс происходит, если короткое замыкание на вы­ходе возникает во время нормальной работы, то есть, когда выход уже включен.

Проверить реакцию предохранителя на основе LTC4381 при различных испытательных сигналах можно путем моделирования в LTspice. На рис. 15 приведена модель для испытания предохранителя в соответствии требованиями стандарта ISO7637-2 при использовании испытательного импульса Pulse3b_12V.

Рис. 15. Модель для испытания предохранителя на основе LTC4381 на соответствие требованиями стандарта ISO7637-2 при использовании импульса Pulse3b_12V

Рис. 16. Временные диаграммы сигналов на выходе  генератора испытательных сигналов (зеленая) и на выходе предохранителя (красная) при использовании импульса Pulse3b_12V

На рис. 16 приведены временные диаграммы сигналов на выходе генератора испытательных сигналов и на выходе предохранителя. Там же по­казан выходной сигнал предохранителя в увели­ченном масштабе.

Как следует из рис. 16, импульс амплитудой 145 В на входе блокируется предохранителем. Кроме импульса Pulse3b_12V для анализа на соот­ветствие стандарту ISO7637-2 доступны испыта­тельные импульсы, перечень которых показан на рис. 17.

Рис. 17. Перечень испытательных импульсов на соответствие стандарту ISO7637-2

Результаты проверки на соответствие стандар­ту ISO7637-2 при использовании одиночного им­пульса Pulse2a_12V приведены на рис. 18. Как сле­дует из рисунка, работа предохранителя восста­навливается через 2 мс после окончания испыта­тельного сигнала – напряжение на входе и на выхо де совпадают начиная с 10-й миллисекунды.

Модель для испытаний предохранителя на со­ответствие стандарту ISO16750-2 при воздействии отрицательного напряжения на входе приведена на рис. 19. Для испытаний используется генера­тор, формирующий импульс 4-7_24V_Reversed- VoltageCase2. Кроме этого импульса генератор позволяет формировать импульсы перечень кото­рых приведен на рис. 20.

Результаты испытания на воздействие на вход предохранителя отрицательного напряжения при­ведены на рис. 21.

Рис. 18. Результаты проверки на соответствие стандарту ISO7637-2 при использовании оди- ночного импульса Pulse2a_12V

Рис. 19. Модель для испытаний предохранителя на основе LTC4381 на соответствие стандарту ISO16750-2 при воздействии отрицательного напряжения на входе

Рис. 20. Перечень испытательных импульсов на соответствие стандарту ISO16750-2

Рис. 21. Результаты проверки на соответствие стандарту ISO16750-2 при использовании импульса 4-7_24V_ReversedVoltageCase2

Как следует из рис. 21, на выходе предохрани­теля отрицательное напряжение не превышает – 1.06 В при воздействии на вход напряжения -28 В.

Для проверки реакции предохранителя на ос­нове LTC4381 на короткое замыкание в нагрузке использована модель, приведенная на рис. 22. Ко­роткое замыкание создается с помощью, управ­ляемого напряжением, ключа SW. Ключ замыкает­ся через 10 мс после начала моделирования. Ин­тервал времени, на котором поддерживается ко­роткое замыкание, установлен равным 10 мс. Сиг­нал управления ключом формируется с помощью генератора V2. Для отслеживания реакции предо­хранителя на восстановление нормального со­стояния нагрузки время анализа установлено рав ным 3 с.

Результат исследования реакции предохрани­теля на короткое замыкания в нагрузке приведен на рис. 23.

Рис. 22. Модель для исследования работы предохранителя на ИМС LTC4381 при коротком замыкании в нагрузке

Рис. 23. Результат исследования реакции предохранителя на короткое замыкания в нагрузке-2 при использовании импульса 4-7_24V_ReversedVoltageCase2

Начальный участок временных диаграмм вход­ного и выходного сигналов в увеличенном времен­ном масштабе показан в поле рисунка. Сигнал ге­нератора, управляющего ключом, показан синим цветом. Как следует из рисунка предохранитель автоматически восстановил свою нормальную ра­боту через 2.3 мс (красная кривая), что полностью совпадает с рассчитанным значением.

Напряжение на выходе предохранителя состав­ляет 47.86 В при входном напряжении 48 В и токе в нагрузке 10 А. Предохранитель на ИМС LTC4381 позволяет осуществлять защиту цепей, включен­ных на его выходе, в широком диапазоне напряже ний. Минимальное напряжение, при котором со­храняется работоспособность с элементами ука­занными на рис. 23, составляет 4 В.

Проведенные эксперименты показывают, что такое устройство можно использовать не только в автомобильной или авиационной электронике, но и во многих других приложениях.

ВЫВОДЫ

Наличие внутреннего силового МОП-транзи­стора LTC4381 позволяет реализовать компактное устройство защиты от перенапряжения, от отрица­тельного напряжения на входе и от короткого за­мыкания в нагрузке в диапазоне входных напряже­ний от 4 до 48 В и максимальном токе 10 А. При не­обходимости увеличения значения макимального тока можно использовать внешний силовой МОП- транзистор.

В рассматриваемой схеме отсутствуют пульси­рующие токи во время короткого замыкания. Од­нако в момент включения возникают кратковре­менные переходные процессы, длящиеся менее нескольких миллисекунд. Наличие выходной емко­сти позволяет снизить помехи в цепях питания, особенно если источник питает несколько плат од­новременно – – например, на объединительной плате.

С другими ИМС для построения электронных предохранителей можно ознакомиться в и на сайте компании Analog Devices.

ЛИТЕРАТУРА

  1. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/technical-articles/M139_EN- Surge_Stopper.pdf
  2. https://www.analog.com/en/parametric- search/11394#/
  3. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/LTC4380.pdf
  4. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ltc4381.pdf
  5. Pinkesh SACHDEV 10 A Electronic Fuse En­ables Compact Overcurrent Protection for 48 V Power Supplies / https://www.analog.com/media/en/tech- nical-documentation/tech-articles/compact-overcur- rent-protection-for-48-v-power-supplies.pdf
  6. https://www.analog.com/media/en/techni- cal-documentation/product-selector-card/Surge- Stoppers.pdf

Останні новини

Надтонкі джерела живлення MEAN WELL серії XDR потужністю до 960 Вт
Brands

Надтонкі джерела живлення MEAN WELL серії XDR потужністю до 960 Вт

ПЛК MEAN WELL PLC-DPLC-32MT/ET для промислової автоматизації
Brands

ПЛК MEAN WELL PLC-DPLC-32MT/ET для промислової автоматизації

Двонаправлені перетворювачі MEAN WELL BIC-5K 5 кВт
Brands

Двонаправлені перетворювачі MEAN WELL BIC-5K 5 кВт

Інтелектуальні системи живлення 1–18 кВт на базі AC/DC-перетворювачів MEAN WELL серії RCP
Brands

Інтелектуальні системи живлення 1–18 кВт на базі AC/DC-перетворювачів MEAN WELL серії RCP

VD MAIS стає членом Global Electronics Association
VD MAIS

VD MAIS стає членом Global Electronics Association

Mean Well SHP — промислові джерела живлення великої потужності (10–30 кВт)
Brands

Mean Well SHP — промислові джерела живлення великої потужності (10–30 кВт)