Qual é a maneira recomendada para proteger um circuito contra sobretensão não transitória?

Estou projetando um controlador de iluminação portátil operado por bateria de 12V e frequentemente me perguntam sobre como melhorar o tempo de execução. A maneira mais simples é adicionar uma segunda bateria em paralelo, mas muitas vezes me preocupo que os usuários errem, conectem as baterias em série e forneçam 24V.

Qual é a melhor / recomendada maneira de proteger um dispositivo de uma situação de sobretensão como essa (onde o dobro da tensão é aplicado por um período de tempo que eu não consideraria transitório)?

Nesse caso, o controlador não usa mais do que 100mA, pois este em particular simplesmente pisca os LEDs, em vez de fornecer muita corrente. Possui alguns reguladores de tensão que são capazes apenas de lidar com entradas de até 15V.

Eu tenho experimentado com diodos Zener e supressores de tensão transitória (TVS), mas com resultados mistos. Eu preferiria que uma situação de sobretensão (como 24V aplicada) desarme um disjuntor (fusível PTC) e proteja os reguladores de tensão e microcontroladores. Se alguém conectar o dispositivo à rede elétrica (120V), estará por conta própria!

Algo assim deve funcionar:

Use zener de 12V, escolha um mosfet com baixo limiar de porta preferencialmente Vth <3V, Vgs <12V e capaz de alta corrente instantânea.

Se uma tensão Vin ficar acima de 12V, Vin-Vz aparecerá no portão do mosfet. Quando essa tensão ultrapassa a tensão limite, o mosfet liga e coloca a entrada no terra via fusível, o fusível queima.

Pensando bem, um pequeno resistor pode ser colocado no dreno do mosfet para protegê-lo da sobrecorrente. O valor do resistor deve ser alto o suficiente para que 24V / R <Imax para mosfet, mas baixo o suficiente para o fusível queimar 24V / R> Ifuse.

Você pode usar PTC em vez de fusível, mas estes tendem a ser mais lentos, portanto, provavelmente você precisaria de um mosfet mais robusto.

Eu pensei que, em um caso com PTC, pode haver uma situação, quando zener e mosfet apenas regulam uma queda no PTC para que o zener conduz apenas um pouco e o mosfet seja aberto um pouco, olhando de fora para costurar o O circuito funciona perfeitamente, então pensei que o LED indicador de "conexão da bateria com defeito" poderia ser útil:

Por outro lado, o mosfet provavelmente não é a melhor solução nesse caso, o SCR seria melhor, pois trava.

Você está no caminho certo. A única solução é isolar a carga da sobretensão. Há muitas maneiras de conseguir isso, e um fusível (PTC de uso único ou reinicializável) é uma abordagem tradicional. O zener / TVS garante que o circuito consuma corrente suficiente na presença de sobretensão para disparar o fusível. Você também pode usar um SCR para controlar o suprimento e disparar o fusível.

As abordagens mais sofisticadas incluem o uso de um transistor de alta tensão para isolar ativamente a carga da fonte. Isso pode fornecer respostas mais rápidas, reduzindo o estresse no restante dos componentes.