Em termos de proteção, como é esse circuito de fonte de alimentação automotiva?

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Prefácio

Este é um circuito de fonte de alimentação que eu projetei que fará parte de um dispositivo maior. A intenção muito básica é que ele consuma energia automotiva padrão de + 12V e gere uma saída de 5V e uma saída de 3,3V, enquanto protege o dispositivo em geral contra as ameaças que podem estar presentes em seu sistema elétrico automotivo comum . Isso inclui, mas não se limita a:

  • polaridade reversa
  • sobre corrente
  • despejos de carga
  • transientes rápidos (- / + 200V)

Para obter feedback construtivo, tentarei explicar por que projetei o circuito como ele é publicado. Eu pesquisei no Google e obtive ajuda de um profissional de EE. Esse é o ponto culminante de toda essa pesquisa e ajuda.

Projeto

Comecei com o LT1963 da Linear. Este é o regulador de tensão linear básico que eu projetei todo o circuito da fonte de alimentação. É bem direto, fornece a corrente que eu quero sem precisar paralelizar ou pegar carona em um transistor, etc.

Em seguida, eu sabia que a classificação máxima absoluta de 20V poderia ser um pouco baixa, considerando alguns pacotes de bateria que os caminhões de emergência automáticos podem ter 24V. Acrescente a isso o fato de você ter despejos de carga e transientes rápidos de 200V que podem estar à espreita em seu sistema elétrico ... e foi um pequeno salto para decidir que eu precisava de proteção contra sobretensão.

Fui com uma abordagem em duas frentes: decidi usar o limitador de sobretensão IC LT4356 da Linear e o diodo SMDJ40CA TVS da Littelfuse. O LT4356, em poucas palavras, fornece proteção configurável contra sobretensão, proteção contra subtensão e proteção contra sobrecorrente, controlando um MOSFET para limitar o fluxo de tensão / corrente. Ele foi examinado por um usuário nesta questão e, pelo que entendi, foi usado em um dispositivo de veículo de emergência. Bom o suficiente para mim! Quanto ao TVS, depois de fazer muita leitura sobre a questão mencionada, juntamente com outras fontes ... decidi seguir com uma tensão de aperto de ~ 48V e classificação de manuseio de energia de 5000W. Com base no post acima mencionado, este parece ser um bom ponto de partida.

Ao usar o LT4356, obtive proteção de sobrecorrente de graça, mas decidi colocar um fusível PTC porque, bem, talvez algo à frente da carga exija muito. Quem sabe. Seguro barato para mim. Também adicionei um diodo Schottky padrão, classificado para o meu uso atual, para estabelecer proteção contra polaridade reversa. Eu poderia ter usado MOSFETs consecutivos, mas decidi que era muita complexidade, considerando que a perda de energia que evitaria se manifestaria como mais calor nos reguladores de tensão.

Nesse ponto, eu havia conseguido proteção contra subtensão, sobretensão e sobrecorrente. O TVS deve ser capaz de lidar com despejos de carga razoavelmente bem. Por recomendação do EE com quem conversei, também coloquei uma tampa de cerâmica de 100pF nas entradas de energia do JP1 para ajudar com os picos realmente rápidos.

Circuito (clique para versão grande)

insira a descrição da imagem aqui

Minha pergunta a vocês, excelentes companheiros

De uma maneira muito básica "sim, não é ruim / eh, ele precisa de algum trabalho" ... como isso parece para vocês? Não estou projetando um produto para outra empresa com especificações e padrões que ele tenha que cumprir. Estou apenas projetando este dispositivo para mim e quero que ele funcione bem e não fique frito se o sistema elétrico do meu carro for acionado ou se houver um despejo de carga ou pico, etc. Qualquer crítica construtiva sobre como conseguir isso é melhor. Seja bem-vindo, mas por favor, não transforme isso em um debate acadêmico sobre perguntas ou algo do tipo, se você puder ajudar. :)

power-supply automotive Toby Lawrence
fonte
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Não precisamos ver a segunda página do esquema? Ele diz "Folha 1/2". // Alguns rótulos, como VIN e BPOS, aparecem apenas uma vez. Onde eles vão? // Quanto custa VCLEAN para você?
Telaclavo
O esquema não é tão limpo quanto precisa ser. :( Há outra planilha em branco no esquema, mas a planilha que publiquei é a seção de fonte de alimentação na íntegra. Como mencionado no meu comentário abaixo, fiz um bote nas etiquetas de rede na primeira passagem, por isso preciso postar a nova, versão atualizada quando voltar ao PC doméstico. :) VCLEAN é simplesmente a alimentação protegida da bateria para os reguladores.
perfil completo de Toby Lawrence
Atualizou o post original com um novo número da peça, algumas correções de números e um novo esquema com as etiquetas direcionais, etc etc
Toby Lawrence
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Você poderia re-hospedar a imagem do circuito, talvez no imgur ou algo assim.
bluehavana

Respostas:

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Primeira passagem:

  1. Seu esquema é confuso. Qual é a relação entre JP1-1, VIN, BPOS e a tensão da bateria?

  2. Você deve ter o fusível na entrada positiva 'à frente' do seu circuito de proteção (no lado da bateria). Você nunca sabe como as coisas podem falhar na vida real.

    Dada a orientação de D2, a alimentação da bateria deve ser JP1-1, correto? Nesse caso, e se você tiver a bateria reversa, seu TVS unidirecional conduzirá uma grande corrente (de fato atuará como um diodo) e derreterá coisas, e seu PTC não poderá ajudar.

    Você pode considerar o TVS bidirecional 5.0SMDJ30CA (observe o C extra) para que ele fique preso independentemente da polaridade.

    Se o VIN for a alimentação da bateria, seu circuito não funcionará, pois o D2 estará bloqueando o tempo todo.

Adam Lawrence
fonte
1.) Percebi, depois de postar, que as etiquetas estavam bagunçadas. Não estou em um computador com o Eagle para corrigi-lo, mas: VIN = BPOS = JP1-1. JP1-1 é a entrada da bateria do carro. Tenho rótulos direcionais de rede na versão atualizada, mas nenhum link para uma imagem atualizada. :( 2.) Observado! Meu pensamento, depois de analisá-lo por um tempo, mas primeiro colocar a tampa (para amortecer melhor os picos), depois o fusível, depois o diodo de polaridade reversa e depois o TVS. Basicamente, vire toda essa pequena seção. No entanto, talvez um TVS bidirecional seja melhor para que eu possa colocar na frente do D2 para protegê-lo.
Toby Lawrence
@TobyLawrence Você precisa fazer algo para limitar a corrente do TVS na condição de bateria reversa. Movê-lo após o diodo de bloqueio conseguirá isso, mas você ainda deve ter algum tipo de dispositivo limitador de corrente diretamente em série com a tensão da bateria, antes de qualquer outro circuito. Seria sensato vincular seu retorno ao chassi do seu produto, para que, se ele for energizado pela bateria, o dispositivo limitador de corrente isolará o circuito e manterá tudo seguro.
Adam Lawrence
Err, mas para o TVS fornecido, a tensão mínima de ruptura está em torno de ~ 33V. Então, supondo que eu tivesse um TVS bidirecional, teoricamente deveria ser capaz de viver bem na frente do D2, não? Claro, picos e despejos de carga e qualquer coisa acima de 33V fará com que o diodo conduza, mas em um sistema automotivo de 12V, esses devem ser eventos transitórios, e é exatamente por isso que o TVS é tão grande.
perfil completo de Toby Lawrence
@TobyLawrence Um TVS unidirecional age como um zener. O seu quebrará em 33V se o cátodo for trazido mais alto que o ânodo, mas age como um diodo normal se o ânodo for trazido mais alto que o cátodo. Se você deseja prender, independentemente da polaridade, está correto ao precisar de um TVS bidirecional. Na produção, é mais seguro usar um TVS bidirecional, pois se o fabricante o instalar ao contrário, o comportamento permanecerá inalterado.
Adam Lawrence
Certo, faz sentido. :) Fui em frente e alterei o esquema de um TVS bidirecional. Bem, eu mudei para dois deles para um pouco mais de manuseio de energia e tensão da braçadeira um pouco mais alta. : D
Toby Lawrence