Circuito limitador de corrente mais simples, mais barato, rápido e mínimo, com baixa resistência no estado normal

Eu tenho uma saída digital, acionada pelo driver do lado superior com tensão nominal de 24V DC. A corrente de carga normalmente está abaixo de 100 mA. A saída é monitorada, para que eu possa desligá-la rapidamente se detectar um curto-circuito no lado da carga. O problema é que o driver em si não está protegido e um curto-circuito gera muita fumaça. Então, o que eu preciso é de um circuito simples na saída do driver que:

• tem baixa resistência abaixo de 10 Ω se a corrente de saída estiver abaixo de 100 mA
• aumenta rapidamente sua resistência para limitar a corrente do driver em nível de 500 mA ou menos
• a capacidade de suportar a corrente de curto-circuito deve ser de pelo menos 20 ms para que o curto-circuito seja detectado e o motorista desligado
• tem uma tensão de trabalho de 50V ou superior
• tem componentes mínimos e barato (0,20 $ por canal, no máximo)
• não é fornecedor de fonte única

Tentei polifusores rearmáveis ​​PTC, mas eles são muito lentos. O FP0100 do Microchip deve ser bom, mas é caro (eu preciso de pelo menos 60 canais no meu PCB). A série TBU de Bourns também está OK, mas também é cara.

Alguma outra opção?

UPD1. Meu circuito de saída atual é MIC2981 / 82 acionado pelo registro de deslocamento 74HC594. Em cada saída, tenho o Littelfuse 1206L012 PTC. No meu quadro, preciso de 64 canais como este, e este é um quadro de pequenas séries, por isso o preço total por canal e a pegada são importantes.

Seu limitador de corrente típico de transistor duplo pode ser sua melhor aposta. Abaixo, são mostradas as versões superior e inferior.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Observe que há uma penalidade de cerca de uma queda de volt neste circuito.

Compre transistores duplos em um único pacote de 6 pinos.

O pequeno resistor fará com que a corrente se dobre quando atingir Vbe. O outro resistor define a corrente de base e precisa ser calculado para produzir corrente de coletor suficiente, levando em consideração Hfe.

NO ENTANTO: Esteja ciente de que o transistor precisa lidar com alguns watts durante o curto prazo, uma vez que limita apenas a corrente ao seu valor limite.

Dê uma olhada nos ICs dos drivers ProFET. Esses dispositivos oferecem uma unidade lateral selecionável, com proteção contra todo tipo de coisa, incluindo sobrecarga de saída.

Você pode encontrar e selecionar ProFETs prontamente o suficiente dos distribuidores.

Dê uma olhada no BSP752T, que é barato, pequeno e pode ser acionado diretamente a partir da lógica de 3,3 V ou 5 V.

Para aproveitar a excelente resposta de Trevor :

Existem dispositivos semicondutores que são fontes de corrente constantes (ou sumidouros); muitos deles parecerão internamente exatamente como o circuito de Trevor (talvez adicionando alguns elementos de compensação de temperatura).

Um dispositivo muito simplista (dissipador de corrente constante com exatamente dois pinos, projetado para tensões <= 50 V e uma corrente máxima / constante de 350 mA) é o NSI50350AD . Não sei o que ele faz internamente, mas a folha de dados o chama de "transistor auto-polarizado"; portanto, é possível que seja uma combinação de alguns transistores bipolares, um JFET e alguns resistores internamente.

Agora, seu limite de 50 V realmente dói - é difícil encontrar fontes de corrente integradas que funcionem nessa tensão. Para correntes menores, um JFET auto-tendencioso pode funcionar, mas a 100 mA será caro.

Então, eu realmente rolaria com a solução de Trevor, embora eu possa recomendar algumas coisas:

• Verifique se você não pode simplesmente aumentar a velocidade da sua detecção de falhas. Isso resolveria o problema.
• Como (até onde eu sei - me corrija se estiver errado), é difícil encontrar matrizes de transistor (que você prefere se precisar reduzir o esforço e o espaço da placa), talvez você queira gastar um pouco mais no componente do que apenas um NPN para o quarto trimestre, mas economize nos custos de escolher e colocar usando um dispositivo com vários comparadores em um caso. Felizmente, 4x comparadores e 4x opamps custam cerca de 13 ct quando comprados em centenas, então isso é ca 3ct em opamp por canal; use o opamp / comparador para comparar a tensão acima de R2 com uma tensão de referência constante (aqui, um simples zener pode fazer) e para acionar Q3. Observe que você não precisa mais de um R3 para cada canal. (o mesmo se aplica à abordagem do lado superior com Q5 / Q6)
• Use matrizes de resistores em vez de resistores individuais, se o projeto térmico permitir.

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^{simule este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Um candidato barato para o acoplador óptico seria o Lite-On CNY17 .

Este funciona com US $ 0,2 / porta x16 https://ca.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/MCZ33996EKR2?qs=sGAEpiMZZMuCmTIBzycWfKe9ppy40BrEybgj5eCsa3I%3d

Aqui está a idéia básica para o circuito SCR. Pode ser necessário adicionar um resistor em série com PTC1 para obter o valor certo de resistência. A resistência total em paralelo com a junção do emissor base de Q1 definirá a corrente de disparo. Quando o Q1 começar a ser conduzido, o SCR disparará e a carga será protegida até o PTC disparar. Q1 pode ser um SOT-23. R3 e R4 são apenas suposições. Eles estão lá apenas para evitar sobrecarga de corrente no Q1. A maioria dos SCRs são grandes. Vou deixar você olhar para ver se consegue encontrar um pequeno o suficiente para atender às suas necessidades.

Nota: Depois que o SCR disparar, você provavelmente terá que desenergizar a fonte de alimentação antes que ela pare de puxar o trilho.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Eu sugeriria o circuito de transistor duplo da série, mas Trevor_G já fez um excelente trabalho nisso.

Em vez disso, achei que valeria a pena revisitar a opção de fusível do PTC. Você diz que eles eram muito lentos, mas isso sugere que você pode ter um design marginal de fonte de alimentação.

Considere o Littelfuse RXEF017. Embora possa demorar 8s para disparar a 500mA, certamente essa corrente é baixa o suficiente para que sua proteção contra curto-circuito tenha tempo de entrar? Em 2A, o tempo de viagem é <0,2s, o que não é uma grande quantidade de energia em um sistema de 24V. De fato, o objetivo de um fusível é ser o componente mais suscetível do circuito à corrente, por isso é um pouco preocupante que outra coisa possa deixar de fumar antes do fusível.

Eu só temo que você se dê ao trabalho de limitar a corrente a uma janela estreita abaixo de 500mA e depois encontre outras coisas que se tornam marginais porque não conseguem extrair corrente de pressa suficiente para carregar tampas ou acionar um pulso ou algo assim.