En términos de protección, ¿cómo se ve este circuito de suministro de energía automotriz?

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Prefacio

Este es un circuito de suministro de energía que diseñé que será parte de un dispositivo más grande. La intención muy básica es que tomará energía automotriz estándar de +12 V y generará una salida de 5 V y una salida de 3.3 V, todo mientras protege el dispositivo en general de las molestias que pueden estar presentes en su sistema eléctrico automotriz corriente. . Esto incluye, pero no se limita a:

  • polaridad inversa
  • sobrecorriente
  • volcados de carga
  • transitorios rápidos (- / + 200V)

En aras de obtener comentarios constructivos, intentaré explicar por qué diseñé el circuito tal como está publicado. Busqué en Google y obtuve ayuda de un EE profesional, así que esta es la culminación de toda esa investigación y ayuda.

Diseño

Comencé con el LT1963 de Linear. Este es el regulador de voltaje lineal básico sobre el que diseñé todo el circuito de suministro de energía. Es bastante sencillo, suministra la corriente que quiero sin necesidad de conectarlo en paralelo o de un transistor, etc. Lo probé en banco, funciona bien y sigo adelante.

A continuación, sabía que la clasificación máxima absoluta de 20 V podría ser un poco baja teniendo en cuenta que algunos paquetes de baterías que tienen los camiones de emergencia automáticos pueden ser de 24 V. Agregue a eso el hecho de que tiene descargas de carga y transitorios rápidos de 200V que podrían estar al acecho en su sistema eléctrico ... y fue un salto corto decidir que necesitaba protección contra sobretensión.

Fui con un enfoque doble: decidí usar el IC de detención de sobretensión LT4356 de Linear y el diodo SMDJ40CA TVS de Littelfuse. El LT4356, en pocas palabras, me brinda protección configurable contra sobrevoltaje, protección contra bajo voltaje y protección contra sobrecorriente al controlar un MOSFET para limitar el flujo de voltaje / corriente. Fue examinado por un usuario en esta pregunta y, según tengo entendido, se usó en un dispositivo de emergencia para vehículos. ¡Suficientemente bueno para mi! En cuanto al TVS, después de leer mucho sobre la pregunta mencionada, junto con otras fuentes ... decidí ir con un voltaje de sujeción de ~ 48V y una clasificación de manejo de potencia de 5000W. Según la publicación mencionada anteriormente, parece que debería ser un buen punto de partida.

Al usar el LT4356, obtuve protección contra sobrecorriente de forma gratuita, pero decidí poner un fusible PTC porque, bueno, tal vez algo delante de la carga dibujará demasiado. Quién sabe. Seguro barato para mi. También agregué un diodo Schottky estándar, clasificado para mi uso actual dado, para establecer la protección de polaridad inversa. Podría haber optado por MOSFET consecutivos, pero decido que era demasiado complejo teniendo en cuenta que la pérdida de potencia que evitaría se manifiesta solo como más calor en los reguladores de voltaje.

En este punto, había logrado protección contra subvoltaje, sobrevoltaje y sobrecorriente. El TVS debería poder manejar los volcados de carga bastante bien. Por recomendación del EE con el que he estado chateando, también puse una tapa de cerámica de 100pF a través de las entradas de alimentación en JP1 para ayudar con los picos realmente rápidos.

Circuito (haga clic para ver la versión grande)

ingrese la descripción de la imagen aquí

Mi pregunta para ustedes buenos compañeros

En una forma muy básica de "sí, no está mal / eh, necesita algo de trabajo" ... ¿cómo les parece a ustedes? No estoy diseñando un producto para otra compañía con especificaciones y estándares que tenga que cumplir. Solo estoy diseñando este dispositivo para mí y solo quiero que funcione bien y no se estropee si se salta el sistema eléctrico de mi automóvil o si hay un volcado o un pico de carga, etc. Cualquier crítica constructiva sobre cómo lograrlo mejor es bienvenido, pero no lo conviertas en un debate académico sobre preguntas o algo así si puedes evitarlo. :)

Toby Lawrence
fuente
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¿No necesitamos ver la segunda página del esquema? Dice "Hoja 1/2". // Algunas etiquetas, como VIN y BPOS, solo aparecen una vez. ¿A dónde van? // ¿Cuánto cuesta VCLEAN para ti?
Telaclavo
El esquema no es tan limpio como debe ser. :( Hay otra hoja en blanco en el esquema, pero la hoja que publiqué es la sección de fuente de alimentación en su totalidad. Como se menciona en mi comentario a continuación, boté las etiquetas de red en la primera pasada, así que necesito publicar la nueva, versión actualizada cuando vuelva a la PC de mi casa. :) VCLEAN es simplemente la alimentación de batería protegida a los reguladores.
Toby Lawrence
Actualización del post original con un nuevo número de parte, algunas correcciones número y un nuevo esquema con las etiquetas de dirección, etc etc.
Toby Lawrence
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¿Podrías volver a alojar la imagen del circuito?
bluehavana

Respuestas:

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Primer pase:

  1. Tu esquema es confuso. ¿Cuál es la relación entre JP1-1, VIN, BPOS y el voltaje de la batería?

  2. Debe tener el fusible en la entrada positiva 'por delante' de su circuito de protección (en el lado de la batería). Nunca se sabe cómo pueden fallar las cosas en la vida real.

    Dada la orientación de D2, la alimentación de la batería debe ser JP1-1, ¿correcto? Si es así, y si tiene una batería inversa, su TVS unidireccional conducirá una gran corriente (de hecho, actuará como un diodo) y derretirá las cosas, y su PTC no podrá ayudarlo.

    Es posible que desee considerar el TVS 5.0SMDJ30CA bidireccional (observe la C adicional) para que se sujete independientemente de la polaridad.

    Si VIN es la alimentación de la batería, su circuito no funcionará ya que D2 se bloqueará todo el tiempo.

Adam Lawrence
fuente
1.) Me di cuenta después de publicar que tenía las etiquetas en mal estado. No estoy en una computadora con Eagle para corregirlo, pero: VIN = BPOS = JP1-1. JP1-1 es la entrada de la batería del automóvil. Tengo etiquetas de red direccionales en la versión actualizada pero no tengo un enlace a una imagen actualizada. :( 2.) Notado! Pensé, después de mirarlo por un tiempo, pero primero tener la tapa (para amortiguar mejor los picos), luego el fusible, luego el diodo de polaridad inversa y LUEGO el TV. Esencialmente voltea esa pequeña sección entera. Sin embargo, tal vez un TVS bidireccional sería mejor para poder ponerlo frente a D2 para protegerlo.
Toby Lawrence
@TobyLawrence Debe hacer algo para limitar la corriente de TVS en una condición de batería inversa. Moverlo después del diodo de bloqueo logrará esto, pero aún debe tener algún tipo de dispositivo de limitación de corriente directamente en serie con el voltaje de la batería, antes que cualquier otro circuito. Sería conveniente vincular su retorno al chasis de su producto, de modo que si la batería lo energiza, el dispositivo limitador de corriente aislará el circuito y mantendrá todo a salvo.
Adam Lawrence
Err, pero para el TVS dado, el voltaje de ruptura mínimo es de alrededor de ~ 33V. Entonces, suponiendo que tuviera un TVS bidireccional, en teoría debería poder vivir bien frente a D2, ¿no? Claro, picos y descargas de carga y cualquier cosa por encima de ~ 33V hará que el diodo conduzca, pero en un sistema automotor de 12V, esos deberían ser eventos transitorios, razón por la cual el TVS tiene un tamaño tan grande.
Toby Lawrence
@TobyLawrence Un TVS unidireccional actúa como un zener. El suyo se descompondrá a 33V si el cátodo se eleva más alto que el ánodo, pero actúa como un diodo normal si el ánodo se eleva más alto que el cátodo. Si desea sujetar independientemente de la polaridad, tiene razón en que necesita un TVS bidireccional. En producción, es más seguro optar por un TVS bidireccional ya que si el fabricante lo instala al revés, el comportamiento no cambia.
Adam Lawrence
Bien, tiene sentido. :) Seguí adelante y modifiqué el esquema para un TVS bidireccional. Bueno, en realidad cambié a dos de ellos para un poco más de manejo de potencia y un voltaje de abrazadera ligeramente más alto. : D
Toby Lawrence