Sirkuit pembatas arus jejak kaki yang paling sederhana, termurah, cepat dan minimum dengan resistansi rendah dalam kondisi normal

Saya memiliki output digital, didorong oleh driver sisi tinggi dengan tegangan nominal 24V DC. Arus beban biasanya di bawah 100 mA. Outputnya dimonitor, jadi saya bisa mematikannya dengan cepat jika saya mendeteksi korsleting di sisi beban. Masalahnya adalah pengemudi itu sendiri tidak terlindungi dan korsleting membuatnya menghasilkan banyak asap. Jadi yang saya butuhkan adalah rangkaian sederhana pada output driver yang:

• memiliki resistansi rendah di bawah 10 Ω jika arus keluaran di bawah 100 mA
• dengan cepat meningkatkan resistansi untuk membatasi arus pengemudi pada level 500 mA atau lebih rendah
• kemampuan menahan pada arus hubung singkat harus paling sedikit 20 ms agar hubung singkat terdeteksi dan pengemudi dimatikan
• memiliki tegangan kerja 50V atau lebih tinggi
• memiliki komponen minimum dan murah ($ 0,20 per saluran maks)
• bukan pemasok satu sumber

Saya mencoba polyfus PTC yang dapat direset, tetapi mereka terlalu lambat. FP0100 Microchip seharusnya bagus tapi mahal (saya butuh setidaknya 60 saluran pada PCB saya). Seri Bourns TBU juga OK, tetapi juga mahal.

Ada opsi lain?

UPD1. Sirkuit keluaran saya saat ini adalah MIC2981 / 82 digerakkan oleh register geser 74HC594. Pada setiap output saya memiliki Littelfuse 1206L012 PTC. Di papan saya, saya membutuhkan 64 saluran seperti ini, dan ini adalah papan seri kecil sehingga total harga per saluran dan jejak sangat penting.

Pembatas arus transistor ganda tipikal Anda mungkin yang terbaik. Yang ditunjukkan di bawah ini adalah versi sisi atas dan bawah.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Perhatikan ada penalti tentang penurunan volt dengan sirkuit ini.

Beli transistor ganda dalam satu paket 6 pin.

Resistor kecil akan menyebabkan arus melipat kembali ketika mencapai Vbe. Resistor lain menetapkan arus basis dan perlu dihitung untuk menghasilkan arus kolektor yang cukup dengan memperhitungkan Hfe.

NAMUN: Ketahuilah bahwa transistor perlu menangani beberapa watt untuk durasi yang pendek karena hanya membatasi arus ke nilai ambang Anda.

Lihatlah IC driver sisi-tinggi ProFET. Perangkat ini memberi Anda drive sisi-tinggi yang dapat dipindahkan dengan perlindungan dari segala hal, termasuk keluaran berlebih.

Anda dapat menemukan dan memilih ProFET dengan cukup mudah dari distributor.

Lihatlah BSP752T, yang murah, kecil dan dapat didorong langsung dari 3,3 V atau 5 V logika.

Untuk membangun di atas jawaban Trevor yang sangat baik :

Ada perangkat semikonduktor yang merupakan sumber arus konstan (atau tenggelam); banyak dari ini akan terlihat persis seperti sirkuit Trevor (mungkin menambahkan beberapa elemen kompensasi suhu).

Satu perangkat yang sangat sederhana (wastafel arus konstan dengan tepat dua pin, dirancang untuk tegangan <= 50 V dan arus maks / konstan 350 mA) adalah NSI50350AD . Saya tidak tahu apa yang dilakukan secara internal, tetapi datasheet menyebutnya "transistor bias-diri", jadi kemungkinan itu mungkin kombinasi dari beberapa transistor bipolar, JFET dan beberapa resistor secara internal.

Sekarang, batas 50 V Anda benar-benar sakit - sulit untuk menemukan sumber arus terintegrasi yang akan bekerja pada tegangan itu. Untuk arus yang lebih kecil, JFET yang bias sendiri mungkin berhasil, tetapi pada 100 mA itu akan menjadi mahal.

Jadi, saya akan benar-benar menggunakan solusi Trevor, meskipun saya mungkin akan merekomendasikan beberapa hal:

• Periksa apakah Anda tidak bisa sekadar meningkatkan kecepatan deteksi kesalahan Anda. Itu akan memecahkan masalah.
• Karena (sejauh yang saya tahu - memperbaiki saya jika saya salah) sulit didapat oleh array transistor (yang Anda lebih suka jika Anda perlu mengurangi usaha dan ruang papan), Anda mungkin ingin menghabiskan sedikit lebih banyak pada komponen dari sekedar NPN untuk Q4, tetapi menghemat biaya pick & place dengan menggunakan perangkat dengan banyak komparator dalam satu kasus. Untungnya, 4x komparator dan opamp 4x berharga sekitar 13 ct ketika dibeli dalam ratusan, jadi itulah 3 opamp dalam opamp per saluran; gunakan opamp / komparator untuk membandingkan tegangan lebih dari R2 ke tegangan referensi konstan (di sini, zener sederhana mungkin dilakukan) dan untuk mendorong Q3. Perhatikan bahwa Anda tidak memerlukan R3 untuk setiap saluran lagi. (Hal yang sama berlaku untuk pendekatan sisi tinggi dengan Q5 / Q6)
• Gunakan array resistor bukan resistor individu, desain termal memungkinkan.

$I_\text{Load}$

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Kandidat murah untuk optocoupler adalah Lite-On CNY17 .

Yang ini berhasil menjadi $ 0,2 / port x16 https://ca.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/MCZ33996EKR2?qs=sGAEpiMZZMuCmTIBzycWfKe9ppy40BrEybgj5eCsa3I%3d

Inilah ide dasar untuk sirkuit SCR. Mungkin harus menambahkan resistor secara seri dengan PTC1 untuk mendapatkan nilai resistansi yang tepat. Resistan total secara paralel dengan persimpangan basis emitor Q1 akan mengatur perjalanan saat ini. Setelah Q1 mulai melakukan, SCR akan menyala, dan kemudian beban akan dilindungi sampai perjalanan PTC. Q1 bisa menjadi SOT-23. R3 dan R4 hanyalah tebakan. Mereka hanya di sana untuk mencegah bendungan over-current ke Q1. Kebanyakan SCR agak besar. Saya akan membiarkan Anda melihat untuk melihat apakah Anda dapat menemukan satu yang cukup kecil sesuai dengan kebutuhan Anda.

Catatan: Setelah SCR menyala, Anda mungkin harus mematikan energi catu daya sebelum berhenti menarik rel.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Saya akan menyarankan rangkaian rangkaian transistor ganda tetapi Trevor_G telah melakukan pekerjaan dengan sangat baik.

Sebaliknya saya pikir itu layak meninjau kembali opsi sekering PTC. Anda mengatakan mereka terlalu lambat, tetapi itu menunjukkan bahwa Anda mungkin memiliki desain catu daya marginal.

Pertimbangkan Littelfuse RXEF017. Meskipun mungkin diperlukan 8 detik untuk mencapai 500mA, tentunya itu adalah arus yang cukup rendah untuk perlindungan hubung singkat Anda untuk memiliki waktu untuk menendang? Pada 2A waktu perjalanan adalah <0,2 detik, yang bukan merupakan energi besar dalam sistem 24V. Sebenarnya titik sekering adalah menjadi komponen yang paling rentan dalam rangkaian ke arus, jadi agak khawatir bahwa sesuatu yang lain bisa melepaskan asapnya sebelum sekering.

Saya hanya khawatir Anda akan kesulitan untuk membatasi arus ke jendela sempit di bawah 500mA, dan kemudian menemukan hal-hal lain menjadi marjinal karena mereka tidak dapat menarik arus terburu-buru yang cukup untuk mengisi daya topi atau menggerakkan pulsa atau sesuatu.