Proteção contra sobretensão para despejo de carga automotiva

A postagem explica um circuito de proteção contra corte de sobretensão na forma de carga de despejo automotiva para proteger a eletrônica automotiva moderna e sensível de picos elétricos DC transitórios que emanam da eletricidade do veículo.

Tensões de barramento transientes são um fator de risco significativo para circuitos integrados. A tensão de ruptura máxima que um circuito integrado pode ser especificado para tolerar é determinada por seu estilo e abordagem de design, que pode ser predominantemente baixa para dispositivos CMOS minúsculos.

O que é tensão transiente

Circunstâncias de sobretensão transitórias ou repetitivas que anulam a especificação de tensão mais alta absoluta de um IC podem danificar irreversivelmente um dispositivo.

A necessidade de segurança contra sobretensão é notavelmente prevalente em projetos automotivos de 12 V e 24 V, nos quais os transientes de 'despejo de carga' de pico são geralmente tão altos quanto GOV. Certas estratégias de proteção de carga desviam o transiente da entrada para o solo por meio de dispositivos semelhantes a diodos de avalanche e MOVs.

A dificuldade com o método shunt é que uma grande quantidade de energia pode acabar sendo processada.

Técnicas de shunt são geralmente indesejáveis ​​caso haja uma obrigação de fornecer proteção contínua durante uma situação de sobretensão (como ocorre com bateria dupla).

O design

O Circuito de Proteção de Sobretensão para Descarga de Carga Automotiva mostrado na Figura 1 é uma desconexão em série perfeita ou circuito de corte em série que foi construído para proteger uma carga do regulador de chaveamento que possuía uma tensão de entrada ideal de 24 V.

O circuito destina-se a dispositivos discretos econômicos e faz uso de um único Instrumentos Texas LMV431AIMF.

Dado que este circuito emprega um dispositivo de passagem PFET (Q1), pode haver uma queda marginal de tensão direta ou perda de energia relacionada.

Diagrama de circuito

Figura 1

Cortesia : Circuito de proteção contra sobretensão para despejo de carga automotiva

Como funciona o diodo LM431AIMF

A referência adaptável LMV431AIMF (D1) funciona melhor para esta situação apenas porque permite um meio barato de determinar um ponto de desarme meticuloso e monitorar a precisão de temperatura ideal que se torna bastante difícil com um diodo zener ou da mesma forma usando outras opções alternativas (1% para o Versão A, 0,5% para a versão B).

Para preservar essa precisão e confiabilidade, os resistores R1 e R2 são selecionados para ter tolerância de 1% ou um ainda melhor pode ser recomendado.

As tensões de referência variáveis ​​geralmente podem ser consideradas incorretamente. Tomemos, por exemplo: 'Qual é o terceiro fio que termina naquele diodo'? '

Você pode encontrar vários tipos de referências de tensão variável. Diferentes possuindo diferentes tensões de ajuste embutidas enquanto outros com uma polaridade de direção de corrente alternada.

Todos eles podem ser identificados com alguns estágios fundamentais (e bastante significativos): Uma referência de tensão de gap de banda precisa e regulada por temperatura, junto com um amplificador de erro de ganho (incorporado como um comparador no circuito discutido).

A maioria das peças exibe resultados unipolares ao incorporar um coletor ou emissor aberto. A Figura 2 indica conceitualmente o que pode ser esperado dentro do Texas Instruments LMV431AIMF.

Calculando o Limite de Corte

A tensão de entrada é verificada e controlada pelo LMV431 com o auxílio de divisor de tensão R1 e R2. O circuito detalhado na Figura 1 está configurado para ativar a 19,2 V, embora um corte arbitrário de nível pudesse ser optado, o que pode ser descoberto usando as seguintes equações:

Vtrip = 1,24 x (R1 + R2 / R1)

R2 = R1 (Vtrip / 1,24 - 1)

Como funciona

A saída do LMV431 é reduzida assim que o pino de referência definido for detectado como acima de 1,24 V. O cátodo de um LMV431 é capaz de reduzir a um nível de saturação de aproximadamente 1,2V.

O nível mencionado pode ser apenas o suficiente para desligar Q2. Q2 foi predominantemente escolhido manualmente para transportar um limiar de porta elevado (> 1,3 V). Não é recomendado usar uma substituição para Q2 sem levar isso em consideração.

As condições de operação do chip para D1, Q2 e Q1 são indicadas na Tabela 1 para a condição envolvendo um corte de 19,2 V do ponto.

A condição de operação dos circuitos é detalhada na Figura 3. O corte de nível deve ser de aproximadamente 2,7 V para a vizinhança de GOV. Abaixo de cerca de 2,7 V, o circuito pode ser visto em trânsito para a situação desligado.

A razão é a ausência de tensão de entrada suficiente para nivelar a porta para os limites de origem de Q1 e Q2.

Enquanto está no estado desligado, o circuito oferece cerca de 42 kQ para a entrada (carga quiescente de status desligado). Os diodos Zener D2 e ​​D3 são cruciais para restringir a porta de disparo excessivo às tensões da fonte, conforme expresso por Q e Q2 (que pode não ser permitido ir além de 20 V).

D3 da mesma forma inibe o cátodo de D, de disparar acima de seu limite especificado de 35V. Resistor Rd garante uma polarização comprometida para Q2 de modo que possa preencher o vazamento de drenagem de Q2 na condição desligada.

É importante observar o diodo do corpo em Q, isso implica que ele não carrega nenhuma proteção para a carga de bateria conectada incorretamente (tensões de entrada de polaridade oposta).

Para poder proteger a condição de polaridade incorreta da bateria, pode ser aconselhável incorporar um diodo de bloqueio ou um PFET alternativo reforçado (um atrás do outro) também pode ser necessário.

O circuito pode ser atribuído a atuar instantaneamente, embora restabeleça as condições de maneira bastante lenta. O capacitor C exibe rápida descarga para negativo através do LMV431 em um caso de detecção de sobretensão.

Assim que a situação voltar ao normal, a reconexão é ligeiramente retida pelas variáveis ​​de retardo de tempo R3-C1.

Um número significativo de cargas (que podem ser reguladores) emprega capacitores de entrada substanciais que permitem um retardo de tempo para que o circuito de corte funcione, inibindo a taxa de variação transiente.

O padrão de trabalho do transiente padrão e a capacitância disponível tornam-se responsáveis ​​por fixar o tempo de resposta de retardo pretendido.

A implementação do desligamento do circuito de proteção contra sobretensão proposto para despejo de carga automotiva ocorre em aproximadamente doze segundos. Os períodos de aumento transiente mais altos esperados são restringidos em um nível equilibrado aos períodos mencionados por C (carga).

Este circuito foi verificado com um C (carga) de 1 pF. Uma carga maior pode ser tentada e está tudo bem, considerando o rápido surto, transientes de impedância de fonte reduzida devem estar presentes.