ЭЛЕКТРОНИКА Защита МК по току, нужна ли?

[SanYch]

День добрый.
Заинтересовал вопрос разнообразных защитных схем, от переполюсовки, перенапряжения и т.д.
Полистав немного интернет пришёл к подобной схеме (см ниже) аппаратной защиты по току на основе ОУ/ компаратора, вроде как для "скоростных" систем это оптимальный вариант. И если с ИБП понятно где это можно применить и почему возникнуть, то с защитой МК встал вопрос, а оно вообще нужно? Где в цепях МК и микросхем может возникнуть КЗ или просто лавинное увеличение потребляемого тока? Пины понятно можно оснастить токоограничивающими резисторами.
Собственно вот, прошу строго не судить, по делу.

 

[Геннадий П]

Долго думал над схемой, так и не понял где вход питания, где выход, и как она работает на защиту по току.

Где в цепях МК и микросхем может возникнуть КЗ или просто лавинное увеличение потребляемого тока?

Нигде, только в космосе лавинный пробой транзисторов из-за космических лучей. Но там применяются другие решения.

 

[SanYch]

@Геннадий П, вход очевидно +5V, выход GND, нагрузка LED7. Схема смотрит напряжение на шунте R63, потом ОУ усиливает сигнал до приемлемых для работы значений и сравнивает на компараторе с опорным напряжением, исходя из сравнения открывает или нет мосфет.

 

[Геннадий П]

@SanYch, Вы "придумали" схему стабилизатора тока. Мосфет будет не в ключевом, а в линейном режиме при превышении тока на нагрузке.

 

[SanYch]

@Геннадий П, я не смог смоделировать ситуацию когда в схеме может понадобиться защита по току, но у меня знаний в электронике не много.

@SanYch, Вы "придумали" схему стабилизатора тока. Мосфет будет не в ключевом, а в линейном режиме при превышении тока на нагрузке.

Почему? Компаратор вроде как цифровой прибор, а не аналоговый.
Если на пине 6 напряжение больше чем на пине 5 компаратора, то на выходе должен быть 0, и мосфет просто открыт будет, иначе сигнал 1 и мосфет закрыт.
Может я конечно не всё понимаю.

 

[Геннадий П]

@SanYch, Компаратор - это аналоговое устройство. Мало того, TP8606ARZ - это операционный усилитель.

 

[SanYch]

@SanYch, Компаратор - это аналоговое устройство. Мало того, TP8606ARZ - это операционный усилитель.

Я имел ввиду, что у него выход это цифровой сигнал.
Ну вроде как ОУ может работать как компаратор, без проблем.

 

[Геннадий П]

@SanYch, Если поставить компаратор на выход, то при превышении тока на нагрузке появится меандр с частотой зависящей от скорости срабатывания всей схемы. Иногда это гораздо хуже чем простое ограничение тока на основе ОУ.

 

[SanYch]

@Геннадий П, Спасибо за советы, проверю схему вживую пожалуй. Но в принципе как я понял она не нужна по факту? как и любая защита по току для микросхем?

 

[Геннадий П]

@SanYch, Главное в этой схеме мосфет на радиатор поставить, т.к. при использовании операционного усилителя мосфет при ограничении тока уходит в линейный режим, выделяя соответствующее кол-во тепла.

 

[SanYch]

@SanYch, Главное в этой схеме мосфет на радиатор поставить, т.к. при использовании операционного усилителя мосфет при ограничении тока уходит в линейный режим, выделяя соответствующее кол-во тепла.

Не могу понять почему ... Может подтянуть питание на затвор? чтобы была всегда "единица" на затворе если компаратор не подтягивает к нулю.
Предполагаю, что выход на ОУ будет менее напряжения необходимого для полного открытия мосфета.

 

[Геннадий П]

@SanYch, Ну, начнем со схемы стабилизатора тока на ОУ (операционных усилителях).
У каждого ОУ есть так называемое напряжение смещения. Допустим напряжение смещения 1 мВ. Тогда при разнице напряжений на входе (ессвено один отрицательный, второй положительный) +-1мВ напряжение на выходе ОУ будет изменять от минимального до максимального напряжения питания.
Мосфет при определенном напряжении на затворе сначала входит в линейный (полуоткрытый) режим.

Разделим схему на левую и правую часть.
Левая часть - это неинвертирующий усилитель напряжения падения на шунте R63 до приемлемых значений. Условно говоря при токе нагрузки 1 А на выходе левого ОУ будет 1 В. Это зависит от номинала шунта и коэфициента усиления, задаваемого R59 и R58.
Правая часть собственно сравнивает напряжение заданное источником опорного напряжения U21 и усиленное напряжение с шунта.

При ограничении тока правый ОУ из-за наличия определенного напряжения смещения будет приоткрывать мосфет на столько, чтобы уравновесить напряжения с источника опорного напряжения и усиленное напряжение с шунта.

В случае использования в правой части компаратора при ограничении тока будет происходить следующее.
Вначале компаратор открывает мосфет, нагрузка дает существенное напряжение падения на шунте, в зависимости от времени реакции компаратор "видит" что нужно закрывать мосфет, закрывает его, на шунте падение напряжения пропадает, компаратор открывает мосфет и все повторяется.
В зависимости от схемы частота возбуждения может доходить до мегагерц.

Как то так.

 

[te238s]

Так и не понятен остался смысл данной схемы. Тут ведь получается положительная обратная связь? Начнет переключаться вкл.-выкл. с неопределенной частотой. Проще на полевике и резисторе источник тока простейший сделать.
А вообще,касаемо темы надежности схем.
Правильно спроектированная схема при выходе из строя какого либо компонента,не должна "тянуть за собой" остальные.

 

[Геннадий П]

Мне лень рисовать схему, но проще поменять схему под N-канальный мосфет.
Единственние отличия в этом случае: мосфет в нижнем плече и положительный с отрицательным входы ОУ меняются местами.

Примерно как на этой схеме. Только тут нет источника опорного напряжения и усиления с шунта.

 

[Геннадий П]

Правильно спроектированная схема при выходе из строя какого либо компонента,не должна "тянуть за собой" остальные.

Зависит от схемы. Бывает, что нет вариантов и например мощные инверторы горят так что половина схемы сгорает не от того что мощные транзисторы взорвались, а например дуга пошла по плате или из-за возникшего электромагнитного импульса выходит из строя цифровая часть.

А маломощную нагрузку, ну можно понапихать по схеме кучу стабилитронов, для штучного производства сойдет, для продакшена это удорожание производства.

 

[SanYch]

@Геннадий П, Я наверное неправильно понял, что без обратной связи ОУ = компаратор. Имеется ввиду статьи из интернетов. В общем и целом как я понял нужно заменить "правый" ОУ на компаратор и схема должна работать, только вот зачем остался вопрос.
"FROM DAC" это куда ведёт?

 

[SanYch]

@Геннадий П, подумал над вашими комментариями и немного изменил схему, так должно работать наверное

 

[Эдуард Анисимов]

Готовое решение.

 

[SanYch]

@Эдуард Анисимов, спасибо за наводку, не знал о подобных устройствах. Первичный поиск говорит, что судя по всему это дорогие решения.

 

[te238s]

@SanYch,а точно требуется реагировать на превышение тока? Может мы тут речь о стабилизации тока? Для светодиода(-ов)? Принципы подхода к обоим вариантам разные всё-таки.

 

[Эдуард Анисимов]

@SanYch, Хорошо, дёшево не бывает.
Если покупать в ЧИП ДИП, это дорого, если в Китае. То норм.

 

[SanYch]

Ну в общем собрал я эту схему "вживую", как и говорил уважаемый Геннадий П, при срабатывании защиты схема начинает то включатся то выключаться, на выходе имеем порядка 130 мВольт при таком режиме, вряд ли из этого получатся значительные токи конечно. Жаль нет осциллографа, чтобы внимательнее рассмотреть.
Кнопка старта не нужна от слова совсем, при всех непонятных состояниях на выходе сигнал GND.

 

[Геннадий П]

@SanYch, Как уже писал, такую схему делают на операционном усилителе как стабилизатор тока, например для мощных светодиодов.

А чтобы схема просто отключала питание по достижении определенного тока то нужно ставить триггер-защелку. Возможно с неким таймером на RC-цепочке для повторного перезапуска.

 

[SanYch]

@SanYch,
А чтобы схема просто отключала питание по достижении определенного тока то нужно ставить триггер-защелку. Возможно с неким таймером на RC-цепочке для повторного перезапуска.

В общем триггер легко получилось реализовать на NE555 и паре резисторах.