Mạch bảo vệ quá áp, quá dòng, điện áp quá độ & phân cực ngược sử dụng bộ điều khiển trao đổi nóng rt1720 với bộ hẹn giờ lỗi

Thông thường trong mạch điện tử, nhất thiết phải sử dụng bộ bảo vệ đặc biệt để bảo vệ mạch khỏi quá áp, quá dòng, điện áp quá độ và phân cực ngược, v.v. Vì vậy, để bảo vệ mạch khỏi những đợt tăng này, Richtek Semiconductor đã giới thiệu IC RT1720A, một IC bảo vệ đơn giản hóa được thiết kế để đáp ứng nhu cầu. Kích thước nhỏ chi phí thấp và yêu cầu rất ít thành phần làm cho mạch này trở nên lý tưởng để được sử dụng cho nhiều ứng dụng nhúng và thực tế khác nhau.

Vì vậy, trong bài viết này, tôi sẽ thiết kế, tính toán và kiểm tra mạch bảo vệ này và cuối cùng, sẽ có một video chi tiết hiển thị hoạt động của mạch, chúng ta hãy bắt đầu. Ngoài ra, hãy kiểm tra các mạch bảo vệ trước đây của chúng tôi.

IC RT1720

Đó là một vi mạch bảo vệ chi phí thấp được thiết kế để đơn giản hóa việc thực hiện. Một sự thật thú vị về IC là kích thước của IC này chỉ là 4,8 x 2,9 x 0,75 mm. Vì vậy, đừng để bị lừa bởi hình ảnh, vi mạch này cực kỳ nhỏ, và bước chân chỉ 0,5mm.

Các tính năng của IC RT1720:

Phạm vi hoạt động đầu vào rộng: 5V đến 80V
Đánh giá điện áp đầu vào âm đến -60V
Điện áp kẹp đầu ra có thể điều chỉnh
Bảo vệ quá dòng có thể điều chỉnh
Hẹn giờ có thể lập trình để bảo vệ lỗi
Dòng tắt máy thấp
Bơm sạc bên trong Ổ đĩa N-MOSFET
Tắt MOSFET 80mA nhanh vì quá áp
Chỉ báo đầu ra lỗi

Danh sách các tính năng và các tham số kích thước được lấy từ biểu dữ liệu.

Sơ đồ mạch

Như đã đề cập trước đó, mạch này có thể được sử dụng cho:

Bộ triệt tiêu xung điện áp thoáng qua
Mạch bảo vệ quá áp
Mạch bảo vệ quá dòng
Mạch bảo vệ đột biến
Mạch bảo vệ phân cực ngược

Ngoài ra, hãy kiểm tra các mạch bảo vệ trước đây của chúng tôi:

Giới hạn dòng điện xâm nhập sử dụng nhiệt điện trở NTC
Mạch bảo vệ quá áp
Mạch bảo vệ ngắn mạch
Mạch bảo vệ phân cực ngược
Bộ ngắt mạch điện tử

Thành phần bắt buộc

SI. Không	Các bộ phận	Kiểu	Định lượng
1	RT1720	Vi mạch	1
2	MMBT3904	Bóng bán dẫn	1
3	1000pF	Tụ điện	1
4	1N4148 (BAT20J)	Diode	1
5	470uF, 25V	Tụ điện	1
6	1uF, 16V	Tụ điện	1
7	100 nghìn, 1%	Điện trở	4
số 8	25mR	Điện trở	1
9	IRF540	Mosfet	2
10	Máy phát điện	30V, DC	1
11	Đầu nối 5mm	Chung	2
10	Tấm ốp	Chung	1

Cách thức hoạt động của mạch bảo vệ này?

Nếu bạn nhìn kỹ vào sơ đồ trên, bạn có thể thấy có hai thiết bị đầu cuối dành cho đầu vào và thiết bị đầu cuối khác dành cho đầu ra. Điện áp đầu vào được cấp qua thiết bị đầu cuối đầu vào.

Các 100K pull-up resistor R8 kéo cao pin SHDN. Vì vậy, bằng cách làm cho chân này cao sẽ kích hoạt vi mạch.

Các 25mR điện trở R7 đặt ra giới hạn hiện tại của IC này. Nếu bạn muốn biết cách tôi lấy giá trị 25mR cho điện trở giác hiện tại, bạn có thể tìm nó trong phần tính toán của bài viết này.

Transistor T1, diode D2, điện trở R6 và MOSFET Q2 cùng nhau tạo thành mạch bảo vệ phân cực ngược. Nói chung, khi điện áp được đặt vào chân VIN của mạch, đầu tiên điện áp kéo chân SHDN lên Cao và cấp nguồn cho IC qua chân VCC sau đó nó chạy qua điện trở cảm nhận dòng điện R6 lúc này diode D2 ở điều kiện phân cực thuận, điều này làm cho bóng bán dẫn T1 bật và dòng điện chạy qua bóng bán dẫn làm cho MOSFET Q2 trên đó cũng làm cho Q1 bật và bây giờ dòng điện có thể chạy qua MOSFET vào tải.

Bây giờ khi một điện áp ngược được đặt vào đầu cuối VIN, diode D2 ở trong điều kiện phân cực ngược và bây giờ không thể chạy qua MOSFET. Điện trở R3 và R4 tạo thành một bộ phân áp hoạt động như phản hồi cho phép bảo vệ quá áp. Nếu bạn muốn biết cách tôi tính toán các giá trị điện trở, bạn có thể tìm thấy nó trong phần tính toán của bài viết này.

MOSFET Q1 và Q2 tạo thành công tắc tải N-MOSFET bên ngoài. Nếu điện áp tăng cao hơn điện áp đặt được đặt bởi điện trở phản hồi bên ngoài vượt quá điện áp ngưỡng, dòng IC RT1720 điều chỉnh bằng cách sử dụng công tắc tải bên ngoài MOSFETs, cho đến khi bộ hẹn giờ lỗi điều chỉnh hoạt động và tắt MOSFET để ngăn quá nhiệt.

Khi tải rút ra nhiều hơn điểm đặt hiện tại (được đặt bởi điện trở cảm giác bên ngoài được kết nối giữa SNS và VCC), IC điều khiển công tắc tải MOSFET như một nguồn hiện tại để giới hạn dòng ra, cho đến khi bộ hẹn giờ lỗi hoạt động và tắt MOSFET. Ngoài ra, đầu ra FLT thấp, báo hiệu lỗi. Công tắc tải MOSFET vẫn bật cho đến khi VTMR đạt 1.4V, cho thời gian để mọi công việc quản lý hệ thống xảy ra trước khi MOSFET tắt.

Đầu ra PGOOD thoát hở RT1720 tăng khi công tắc tải bật hoàn toàn và nguồn của MOSFET tiếp cận điện áp xả của nó. Tín hiệu đầu ra này có thể được sử dụng để kích hoạt các thiết bị hạ nguồn hoặc để báo hiệu một hệ thống đã có thể bắt đầu hoạt động bình thường.

Đầu vào SHDN của IC vô hiệu hóa tất cả các chức năng và giảm dòng tĩnh VCC xuống 7μA.

Lưu ý: Thông tin chi tiết về chức năng bên trong và sơ đồ được lấy từ biểu dữ liệu.

Lưu ý: IC này có thể chịu được điện áp cung cấp ngược lên đến 60V dưới mặt đất mà không bị hỏng

Xây dựng mạch

Để chứng minh, mạch bảo vệ quá áp và quá dòng này được xây dựng trên PCB thủ công với sự trợ giúp của sơ đồ; Hầu hết các thành phần được sử dụng trong hướng dẫn này là các thành phần được gắn trên bề mặt, do đó, PCB là bắt buộc để hàn và đặt tất cả lại với nhau.

Ghi chú! Tất cả các thành phần được đặt càng gần càng tốt để giảm điện dung, độ tự cảm và điện trở ký sinh

Tính toán

Biểu dữ liệu của IC này cung cấp cho chúng ta tất cả các chi tiết cần thiết để tính toán Bộ hẹn giờ lỗi, bảo vệ quá áp và bảo vệ quá dòng cho vi mạch này.

Tính toán tụ điện hẹn giờ lỗi

Trong trường hợp bị lỗi lâu, GATE sẽ bật và tắt liên tục. Thời gian bật và tắt (tGATE_ON và tGATE_OFF) được điều khiển bởi dòng sạc và xả TMR (iTMR_UP và iTMR_DOWN) và chênh lệch điện áp giữa ngưỡng chốt TMR và ngưỡng mở chốt (VTMR_L - VTMR_UL):

t _{GATE_ON} = C _TMR * (_{VTMR_L} - _{VTMR_UL}) / (i _{TMR_UP}) tGATE_ON = 4.7uF x (1.40V - 0.5V) / 25uA = 169 mS t _{GATE_OFF =} C _{TMR *} (V _{TMR_L -} V _{TMR_UL}) / (i _{TMR_DOWN}) tGATE_OFF = 4,7uF x (1,40V - 0,5V) / 3uA = 1,41 S

Tính toán điện trở cảm giác hiện tại

Điện trở cảm nhận hiện tại có thể được tính theo công thức sau

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

Lưu ý: Giá trị 50mV được đưa ra bởi biểu dữ liệu

Tính toán bảo vệ quá áp

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

Kiểm tra mạch bảo vệ quá áp và dòng điện

Để kiểm tra mạch, các công cụ và thiết lập sau được sử dụng,

Nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch 12V (SMPS)
Meco 108B + Đồng hồ vạn năng
Máy hiện sóng USB PC Hantech 600BE

Để xây dựng mạch, điện trở màng kim loại 1% được sử dụng và dung sai của tụ điện không được tính đến.

Nhiệt độ phòng là 22 độ C trong quá trình thử nghiệm.

Thiết lập thử nghiệm

Cài đặt sau được sử dụng để kiểm tra mạch

Với mục đích trình diễn, tôi đã sử dụng bộ chuyển đổi buck để thay đổi điện áp đầu vào của mạch

Điện trở công suất 10 Ohms hoạt động như tải,
Công tắc ở đó để nhanh chóng thêm tải dư thừa. Bạn có thể quan sát nó trong video dưới đây.
Mecho 108B + hiển thị điện áp đầu vào.
Mecho 450B + hiển thị dòng tải.

Bây giờ như bạn có thể thấy trong hình trên, tôi đã tăng điện áp đầu vào và IC bắt đầu hạn chế dòng điện vì nó đang ở tình trạng lỗi.

Nếu nguyên lý làm việc của mạch chưa rõ các bạn vui lòng xem video.

Lưu ý: Xin lưu ý rằng vì mục đích trình diễn, tôi đã tăng giá trị cho bộ đếm thời gian lỗi.

Các ứng dụng

Đây là một vi mạch rất hữu ích và có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng, một số trong số chúng được liệt kê dưới đây

Bảo vệ chống sét lan truyền cho ô tô / Avionic
Hoán đổi nóng / Chèn trực tiếp
Công tắc bên cao cho hệ thống chạy bằng pin
Ứng dụng an toàn nội tại
Bảo vệ phân cực ngược

Tôi hy vọng bạn thích bài viết này và học được điều gì đó mới. Tiếp tục đọc, tiếp tục học hỏi, tiếp tục xây dựng và tôi sẽ gặp bạn trong dự án tiếp theo.