Projetando uma fonte de alimentação eficaz para produtos embarcados

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Atualmente, estou projetando vários produtos de microcontroladores incorporados para serem alimentados por uma tomada de parede. Planejo usar fontes de alimentação de parede para fornecer uma entrada de aproximadamente 5-9V DC, mas quero que a entrada do meu dispositivo funcione em até 30V apenas por uma questão de compatibilidade e facilidade de uso. A saída deste circuito de fonte de alimentação deve ser de 3,3V a aproximadamente 500 mA no máximo. Também quero proteção contra tensão reversa, caso um usuário se conecte a uma tomada de barril com terminais negativos no centro. Abaixo está o meu design. Usei um fusível PTC para evitar problemas de curto-circuito / sobrecorrente e um MOSFET de canal P para impedir que a polaridade reversa atinja o regulador de comutação. O diodo Zener permite altas tensões de entrada para não fritar o MOSFET.

Design da fonte de alimentação DC-DC

Minhas principais perguntas são: Este regulador de comutação funciona com o MOSFET do canal P que protege o pino Vin? Alguma das minhas escolhas de parte é obviamente ruim? Existem erros óbvios que impedirão que isso funcione?

Nota: Algumas dessas peças são encontradas no LCSC apenas por causa de seu baixo preço e integração com o serviço PCB que eu uso, caso você não consiga encontrar o mfg. número da peça em qualquer lugar.

EDIT: Eu modifiquei meu design para evitar corrente de irrupção acima de aproximadamente 15-25A. Projeto revisado da fonte de alimentação DC-DC

dylanweber
fonte
Por favor, encontre anser atualizado. Resumo: você deve conectar as fontes , não os drenos.
Huisman

Respostas:

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A proteção contra polaridade funciona corretamente como explicado em Mosfet na proteção contra polaridade reversa .
O restante são os aplicativos típicos fornecidos pela Microchip na folha de dados MCP16301 / H.
Portanto, não vejo nenhum problema lá.

Não sei se você considerou a corrente de irrupção ao aplicar 30V enquanto C2 inicialmente forma uma curta: ela não deve exceder a corrente máxima de diodo corporal pulsada que o diodo corporal pode suportar nem a corrente máxima de drenagem pulsada que é de -27 A .

O PTC tem uma resistência mínima de 0,400 Ω mais a VHS de C2 mais a resistência de contato de J2 mais a "resistência" do diodo corporal de Q2 ou canal ligado lentamente provavelmente limitam a corrente de irrupção, mas é melhor simular e / ou medir isto.

EDIT 1
O diodo do corpo está sempre conduzindo; portanto, a lenta ativação do Q2 devido a R3 ou de um capacitor adicional na fonte de porta do Q2 (= através de D2) não limitará a corrente de irrupção.

É melhor você usar um resistor de 1 ohm. Juntamente com a resistência mínima conhecida do PTC, a corrente é limitada a 30V / 1,4 Ω = 21,4 A.

Com entrada de 30V, saída de 3,3V e 600 mA, eficiência de 80%, Iin = 83 mA, portanto perdas em 1 ohm = 6,8 mW.
Com entrada de 12V, saída de 3,3V e 600 mA, eficiência de 80%, Iin = 206 mA, portanto perdas em 1 ohm = 43 mW.

Nota: Um NTC funcionará, mas não esqueça que não ajuda muito quando está quente. Portanto, a contagem até 10 antes de ligar um dispositivo depois de desligá-lo se aplica.

EDIT 2
Adicionando outro PMOS lado a lado seria uma solução também.
No entanto, amarrar os drenos levaria à seguinte condição inicial :

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

As tensões entre C3 e C2 são inicialmente 0V. Eu desenhei este curto (apenas) para C3 para mostrar o que acontece no circuito acima. As tensões de porta para ambos os PMOS são, portanto, inicialmente de 0V. Portanto, os dois PMOS serão ligados desde o início e ainda produzirão uma enorme corrente de irrupção.
Observe que conectar C2 entre os dois PMOS não ajudará: o diodo do corpo de M2 ​​terá o mesmo efeito que D2.

Melhor é amarrar as fontes :

esquemático

simule este circuito

Novamente, as tensões entre C3 e C2 são inicialmente de 0V.
Qualquer voltagem maior que 0V na fonte de M2 ​​fará com que seu diodo corporal seja invertido, de modo que um C3 inicialmente em curto não terá efeito em C2 e D1 e R1.
Como o diodo do corpo de M1 é polarizado para a frente e C2 é inicialmente 0V, a tensão da porta será inicialmente igual à tensão da fonte de alimentação, mantendo os dois PMOS fechados.
O C2 está carregando lentamente pelo diodo do corpo de M1 e R1 e ativará os dois PMOS lentamente dessa maneira, limitando a corrente de energização.
O tempo de ativação é determinado por R1 e C1 e a tensão limite dos mosfets.

Huisman
fonte
Como você recomendaria limitar a corrente de irrupção? NTC? Onde eu colocaria isso?
21419 dylanweber
Ou devo adicionar um capacitor em D2 (100 nF) para causar uma inicialização lenta?
21819 dylanweber
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Você pode adicionar outro P-FET em série com uma polaridade oposta (os drenos e os portões conectados juntos) e, em seguida, adicionar o capacitor que lentamente abre os dois.
TemeV
Eu adicionei o MOSFET de canal P adicional para evitar a corrente de irrupção. Dê uma olhada para ver se meu design está correto. Usei o material de referência do ON Semiconductor e do FTDI para ver como eu deveria projetar adequadamente um limitador de irrupção e usei suas equações para o valor de C10.
dylanweber 10/07/19
. @TemeV eu não prestei atenção às "drenos ligados entre si * Eu acho que é melhor ter as fontes conectadas Ver a minha atualização..
Huisman