La publicación explica un circuito de protección de corte de sobrevoltaje en forma de carga de descarga automotriz para proteger la electrónica automotriz moderna, sensible y sofisticada, de picos eléctricos transitorios de CC que emanan en la electricidad del vehículo.
Los voltajes de bus transitorios son un factor de riesgo significativo para los circuitos integrados. El voltaje de ruptura máximo que se puede especificar que tolere un circuito integrado está determinado por su estilo y enfoque de diseño que puede ser predominantemente bajo para dispositivos CMOS diminutos.
¿Qué es voltaje transitorio?
Circunstancias de sobrevoltaje transitorias o repetitivas que anulan la especificación de voltaje más alta absoluta de un IC pueden dañar irreversiblemente un dispositivo.
La necesidad de seguridad contra sobretensiones prevalece notablemente en los diseños de automóviles de 12 V y 24 V en los que los transitorios máximos de 'descarga de carga' suelen ser tan altos como GOV. Ciertas estrategias de protección de carga derivan la entrada transitoria a tierra a través de dispositivos similares a diodos de avalancha y MOV.
La dificultad con el método de derivación es que una gran cantidad de energía podría terminar siendo procesada.
Técnicas de derivación son generalmente indeseables en caso de que exista la obligación de brindar protección continua durante una situación de sobrevoltaje (como sucede con la batería dual).
El diseño
El circuito de protección contra sobrevoltaje para volcado de carga automotriz que se muestra en la Figura 1 es un circuito de desconexión o corte en serie perfecto que se ha construido para salvaguardar una carga de regulador de conmutación que posee un voltaje de entrada óptimo de 24V.
El circuito está diseñado a partir de dispositivos discretos económicos y hace uso de un solo Instrumentos Texas LMV431AIMF.
Dado que este circuito emplea un dispositivo de paso PFET (Q1), puede haber una caída de voltaje directa marginal o una pérdida de potencia relacionada.
Diagrama de circuito
Figura 1
Cortesía : Circuito de protección contra sobretensión para volcado de carga automotriz
Cómo funciona el diodo LM431AIMF
La referencia adaptable LMV431AIMF (D1) funciona mejor para esta situación solo porque permite un medio económico para determinar un punto de disparo meticuloso y monitorear la precisión de temperatura óptima, lo que se vuelve bastante difícil con un diodo Zener o de manera similar utilizando otras opciones alternativas (1% para el Versión A, 0,5% para la versión B).
Para preservar esta precisión y confiabilidad, las resistencias R1 y R2 se seleccionan para tener una tolerancia del 1% o se puede recomendar una mejor.
Los voltajes de referencia variables generalmente se pueden contemplar erróneamente. Tomemos, por ejemplo: '¿Qué es ese tercer cable que termina en ese diodo'?
Puede encontrar numerosos tipos de referencias de voltaje variable. Diferentes que poseen un voltaje de conjunto incorporado diferente, mientras que otros tienen una polaridad de dirección de corriente alterna.
Todos ellos pueden identificarse con un par de etapas fundamentales (y bastante significativas): Una referencia de voltaje de banda prohibida precisa y regulada por temperatura, junto con un amplificador de error de ganancia (incorporado como comparador en el circuito discutido).
La mayoría de las piezas exhiben resultados unipolares al incorporar un colector abierto o emisor. La Figura 2 indica conceptualmente lo que se puede esperar dentro de Texas Instruments LMV431AIMF.
Cálculo del umbral de corte
El voltaje de entrada es verificado y controlado por el LMV431 con la ayuda de divisor de voltaje R1 y R2. El circuito que se detalla en la Figura 1 está configurado para activarse a 19.2V, aunque se podría optar por un corte arbitrario de nivel que se puede resolver usando las siguientes ecuaciones:
Vtrip = 1,24 x (R1 + R2 / R1)
R2 = R1 (Vtrip / 1,24 - 1)
Cómo funciona
La salida del LMV431 se reduce tan pronto como se detecta que el pin de referencia establecido está por encima de 1,24 V. El cátodo de un LMV431 es capaz de bajar a un nivel de saturación de aproximadamente 1.2V.
El nivel mencionado puede ser suficiente para apagar Q2. Q2 se eligió predominantemente a mano para llevar un umbral de puerta elevado (> 1,3 V). No se recomienda utilizar una sustitución para Q2 sin tener esto en cuenta.
Las condiciones de operación del chip para D1, Q2 y Q1 se indican en la Tabla 1 para la condición que involucra un punto de corte de 19.2V.
La condición de operación de los circuitos se detalla en la Figura 3. Se puede esperar que el corte de nivel sea aproximadamente en la vecindad de 2.7V a GOV. Por debajo de aproximadamente 2,7 V, se puede ver el circuito en tránsito hacia la situación de apagado.
La razón es la ausencia de voltaje de entrada suficiente para nivelar la puerta a los umbrales de origen de Q1 y Q2.
Mientras está en estado apagado, el circuito ofrece alrededor de 42 kQ a la entrada (carga inactiva en estado apagado). Los diodos Zener D2 y D3 son cruciales para restringir la puerta de disparo excesivo a los voltajes de origen expresados por Q y Q2 (que no pueden ir más allá de 20 V).
D3 también inhibe el cátodo de D, de dispararse por encima de su límite especificado de 35V. La resistencia Rd asegura un sesgo comprometido a Q2 para que pueda cumplir con la fuga de drenaje de Q2 en la condición de apagado.
Es importante observar el diodo del cuerpo en Q, ya que implica que no protege la carga de la batería mal conectada (voltajes de entrada de polaridad opuesta).
Para poder salvaguardar la condición de una polaridad incorrecta de la batería, puede ser recomendable incorporar un diodo de bloqueo o un PFET alternativo reforzado (uno detrás del otro) también puede ser necesario.
Se puede ver que el circuito se acciona instantáneamente aunque restablece las condiciones con bastante lentitud. El condensador C muestra una descarga rápida a negativo a través del LMV431 en un par de detección de sobretensión.
Tan pronto como la situación vuelva a la normalidad, las variables de retardo de tiempo R3-C1 retrasan ligeramente la reconexión.
Un número significativo de cargas (que pueden ser reguladores) emplean condensadores de entrada sustanciales que permiten un retardo de tiempo para que el circuito de corte funcione inhibiendo la velocidad de respuesta transitoria.
El patrón de trabajo del transitorio estándar y la capacitancia disponible se vuelven responsables de fijar el tiempo de respuesta de retardo previsto.
La implementación de apagado del circuito de protección de sobrevoltaje propuesto para descarga de carga automotriz se lleva a cabo en aproximadamente doce segundos. Los períodos de aumento transitorio más altos esperados están restringidos en un nivel equilibrado a los períodos mencionados por C (carga).
Este circuito se verificó con una C (carga) de 1 pF. Se puede probar una carga más grande y está bien considerando que se producirán transitorios de impedancia de fuente reducidos y sobretensión rápida.
Anterior: Inversor de estado sólido / Circuitos de conmutación de CA de red utilizando triacs Siguiente: Haga este circuito SMPS de 3.3V, 5V, 9V
