¿Es posible hacer un detector de cortocircuito para una fuente de alimentación de batería?

El siguiente circuito usa un monitor de derivación de corriente de bajo costo (AD8210) y una serie de comparadores para cumplir con sus requisitos. Estoy usando una batería de 9V por separado para alimentar los circuitos de prueba, de modo que incluso si la batería principal se cortocircuita completamente, los circuitos de prueba seguirán funcionando. Esto también permite que los circuitos de prueba funcionen con una batería principal de 3V a 12V sin que se requiera un convertidor de aceleración para generar los 5V necesarios. En su lugar, estoy usando un regulador económico de tipo 7805 en un estuche TO-92, ya que el consumo de corriente es de solo unas pocas decenas de miliamperios cuando uno o más de los LED están encendidos, y de otro modo los microamps.

(Haga clic con el botón derecho y seleccione Ver imagen para ver una versión más grande de este esquema).

El resistor en derivación R1 de 0.2 Ω aplica una carga mínima al circuito, reduciendo el voltaje de la batería solo 0.1V con una carga de 500 mA. El chip IC3 de derivación de corriente mide el voltaje en la resistencia, lo amplifica con una ganancia de 20 y genera un voltaje proporcional a la corriente en el pin 5.

Por ejemplo, esa caída de 100 mV a través de la resistencia para la carga de 500 mA hace que el IC emita un voltaje de 2V. La proporción es de 20 voltios por voltio a través de la resistencia de derivación, o 20V / V como se indica en el diagrama.

Del mismo modo, una carga de solo 50 mA dará como resultado un voltaje de salida de 200 mV. Así que configuré el LED verde para que se encienda para este umbral, es decir, 50 mA, que indica alguna actividad. Si lo desea, puede ajustar el valor de los resistores R11 / R12.

Todos los valores de referencia del comparador se configuran con divisores de voltaje, usando resistores de alto valor para evitar cargar la batería.

El comparador para la condición corta IC2B está configurado para que se dispare con una carga de 500 mA (2V). Obviamente esto no es un corto completo, pero representa mucha corriente. Una vez más, puede ajustar las cosas según sea necesario. Con la resistencia de derivación actual, solo puede medir con precisión hasta 1.25 A. Si necesita dispararse en un valor superior a ese, entonces querrá cambiar la resistencia de derivación a 0.1 Ω y ajustar todos los divisores de voltaje en consecuencia. Escogí 0.2 Ω para que hubiera suficiente voltaje para la medición de baja corriente para el LED verde.

En lugar de encender el LED rojo directamente, la salida de IC2B establece el IC5A de flip-flop. Esto, a su vez, desactiva Q2, que a su vez desactiva Q1, rompiendo el camino hacia el circuito bajo carga para que la batería no se ponga en cortocircuito más, evitando posibles daños a los circuitos. El flip-flop, una vez establecido, también enciende el LED rojo y apaga el LED verde. Para restablecer la energía de la batería en el circuito, se debe presionar el botón RESTAURAR, restablecer el flip-flop.

El comparador inferior es para el LED amarillo. Dependiendo de la resistencia utilizada para R8, se iluminará si el voltaje de la batería es superior a 3v (el umbral en realidad es de 3.5V) con un valor de resistencia de 105K, o superior a 6v (umbral de 6.5V) con un valor de resistencia de 237K. El circuito permite voltajes de batería desde 3V a 12V, ya que el divisor de resistencia R4 / R5 divide el voltaje de la batería entre 4 antes de ser comparado.

Aunque no lo mostré, puedes agregar un interruptor DPDT para encender y apagar ambas baterías al mismo tiempo.

Obviamente, esto podría hacerse con un microcontrolador, pero aún necesitará gran parte de los circuitos de E / S: la resistencia de derivación y el IC, la potencia de control de dos MOSFET, tres LED (y probablemente tres MOSFET más para impulsarlos), más Las pilas y el pulsador. Así que no se guarda mucho (tres comparadores, una compuerta NAND, flip-flop, y algunas resistencias y tapas). Creo que un circuito como este demuestra la solución mejor que mostrar un montón de código (si está incluido en la respuesta). Después de todo, este es un sitio de EE.

Mi primera reacción es hacer esto con más cuidado de lo que otros han sugerido, especialmente porque parece que lo intentas como un producto real.

Estoy pensando en un módulo de fuente de alimentación en el que colocas un montón de baterías AA, que luego proporciona 5 V razonablemente regulados a través de un regulador de dólar. Es posible que encuentres un chip regulador que no esté en la estantería y que también pueda limitar la corriente, pero lo haría con un microcontrolador porque quieres muchas otras características. El micro estaría accionando el interruptor Buck desde una salida PWM, y el firmware proporcionaría el control de voltaje de bucle cerrado. El firmware también estaría vigilando la corriente y haciendo la limitación de corriente. Ya que sabe si está en modo de regulación de voltaje o límite de corriente, es fácil para el firmware encender un LED y activar una señal acústica durante la limitación de corriente.

El micro estaría midiendo regularmente el voltaje de la batería, y proporcionará una advertencia de batería baja. Probablemente tenga un LED verde poco iluminado cuando la unidad esté encendida, y lo hará parpadear cuando las baterías se agoten.

Una de las ventajas de usar un convertidor reductor es que en realidad no consumirá una corriente excesiva de las baterías cuando la salida esté en cortocircuito. Esta unidad sería bastante robusta, con poco que un niño pueda hacer para dañarla.

En cuanto a la detección de múltiples suministros encadenados, eso no es posible desde dentro de uno de los suministros.

La solución más simple es un solo led que está encendido cuando no hay cortocircuito, y apagado cuando lo hay. Para proporcionar la limitación actual, un solo polifusible o PPTC reiniciable funcionaría. A diferencia de un fusible normal que se quema y necesita ser reemplazado, un PPTC ve la corriente de cortocircuito y comienza a aumentar la resistencia. Elimine el cortocircuito, comienza a enfriarse y vuelve a su estado normal de baja resistencia. Solo tiene que dimensionarlo para la corriente típica de su kit.

Todas las respuestas anteriores ciertamente funcionan y, muy interesante, cada una muestra un enfoque muy diferente a este problema.

Me gustaría sugerir otro que sea

• bastante simple,
• basado en un circuito "clásico",
• solo usa las partes más comunes: resistencias, transistores, leds y (¡para los puntos de bonificación!) un diodo Zener.

Sin embargo, ten en cuenta que yo nunca construí este circuito , y como soy bastante nuevo en este tema de la electrónica, es posible que me haya equivocado por completo.

Ahora comencemos con la carne del circuito:

El limitador de corriente

Paraentendercómofuncionaesacosa,primerorecuerda2cosassobrelostransistores:

• Lacorrientequefluyefueradelcolectorpuedeserhastaaproximadamente100veceslacorrientequefluyefueradelabase,

• Lacorrientefluyedesdelabasesiemprequelabasetengaunadesviacióndealrededorde0.7vpordebajodelemisor:launión"Base-emisor" se comporta como cualquier diodo de silicio.

(Esto es para transistores PNP; para NPN simplemente reemplace "de" con "en" y "abajo" con "arriba".)

Mientraslacarga(entreVout1yGnd1,nosemuestraaquí)nointenteextraermásde100mA,R7tienemenosde680mVensusterminales,porloqueQ4noestálosuficientementesesgado:establoqueandoLuego,R8extraelacorrientedelabaseQ3y,porlotanto,Q3seenciende:latensiónentresucolectoryelemisoresbajaylacorrientequefluyeatravésdelacorrienteesnecesaria.

Ahora, si la carga intenta extraer más de 100 mA, el voltaje en R7 aumenta lo suficiente como para sesgar Q4, por lo que el exceso de corriente fluiría desde la base Q4 . Esto enciende el Q4 y eleva la base del Q3 para que la base del Q3 ya no esté sesgada *. Ahora Q3 entra en su régimen de "bloqueo", la caída de voltaje entre su colector y el emisor aumenta y eso limita el voltaje a la carga.

* en este caso, la corriente a través de R8 proviene de Q4, no de Q3

En última instancia, este circuito ajusta el voltaje entre Vout y Gnd para que la carga no tome más corriente que la que genera 0.7V en R7.

El circuito completo

Aquí está el circuito completo, con los leds:

El led rojo: En caso de cortocircuito, la tensión aumentará en Q1 (de casi nada a casi la tensión de alimentación), por lo que se encenderá el led rojo. De lo contrario, la tensión en Q1 será mucho menor que la tensión directa del led (aproximadamente 2V): el led estará apagado.

El led verde: Este estará siempre encendido. Es posible lograr que se active en caso de que sea un corto, pero esto agregaría 2 transistores y no creo que sea útil

El led amarillo: Este se encenderá tan pronto como el voltaje de suministro esté por encima del voltaje Zener más el voltaje directo del led (yo diría, alrededor de 2,5 V).

Una vez más, no estoy 100% seguro de que esto funcione, ¡así que agradecería cualquier comentario sobre esto!