Fuente de alimentación automotriz: consideraciones para seleccionar un fusible

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A continuación se muestra un circuito de alimentación para un dispositivo que funciona con la batería de 12V de un automóvil.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

LM7805 se utiliza para generar una fuente de alimentación de 5 V para el circuito: la corriente de carga máxima es de 200 mA. Un diodo delantero y un diodo TVS se utilizan para la protección de picos negativos / positivos (volcado de carga). Y se usa una resistencia de 10R y 2W para limitar la corriente de entrada debido a la tapa de 470uF en la entrada del LM7805. Para evitar que se produzcan disparos durante el volcado de carga o los eventos actuales de arranque, estoy usando un 3A slow- fusible de soplado (1.27 A2s).

Preguntas:

  1. Una situación de sobrecarga de corriente normal es la corriente de entrada debido a la tapa de 470uF (corriente de entrada = 1.2A pero podría ser 4x que si se produce un pico positivo enorme en el inicio). ¿Cómo calculo la duración del impulso de la corriente de arranque?

  2. Otra situación de sobrecarga de corriente normal es el volcado de carga en el que, según el impulso # 5 de ISO-7637-2, la duración del impulso puede ser de hasta ~ 500 ms (Vp ~ 100 V). El Vc para el diodo TVS que estoy usando es de 30 V, por lo que el circuito podría ver un impulso de corriente de (100-30) / 10 = 7A durante 500 ms debido al volcado de carga. ¿Mi cálculo es correcto?

3. Teniendo en cuenta lo anterior, estoy usando un fusible de fusión lenta de 3A, pero esto podría ser inútil, ya que el LM7805 debería evitar que se atraviesen más de 1.5A a través del circuito y si el nodo de entrada del LM7805 se cortocircuitaba, entonces un máximo de 12V / 10R = 1.2A (nominal) fluiría a través del circuito. Este 1.2A sería suficiente para quemar la resistencia & Es por lo tanto una preocupación. Sin embargo, si utilizo una clasificación de corriente más baja para el fusible (por ejemplo, 1 o 1.5A), podría explotar durante cualquiera de las 2 situaciones de sobrecarga de corriente normal mencionadas anteriormente. Además, si tomo un factor de reducción de 0.5x debido a los ciclos térmicos y la temperatura, un fusible de 1 o 1.5 A puede explotar mucho más fácilmente en un par de meses en la línea. Además, no creo que pueda aumentar mucho el valor de la resistencia: la caída de tensión máxima que puedo soportar es ~ 3V (mín. LM7805 i / p tensión = 7V y habrá una caída de tensión en el diodo y el fusible FWD) a R) que para una corriente de carga máxima de 200 mA significa 15 ohmios máximo. ¿Cuál sería la compensación óptima aquí con respecto a la selección del fusible?

  1. ¿Qué tipo de situaciones podrían resultar en un corto a GND en cualquiera de los nodos conectados a 7805 i / p? es decir, asumiendo que el dispositivo es mecánicamente robusto, ¿debería estar preocupado por un potencial corto a GND allí?
pregunta NK2020

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Primero, piensa en cuál es el propósito del fusible. Básicamente, lo que no desea es que todo lo que está protegido por el fusible (componentes, cableado, conectores) se inflame antes de que el fusible se rompa en condiciones de falla (ya sea simple o doble, dependiendo de lo seguro que quiera que sea su diseño). ser). Recuerde que cuando se produce el fallo, el sistema ya está dañado y el fusible solo está allí para evitar un fallo peligroso.

Así que analicemos las rutas de falla en su circuito:

  1. el cableado o los conectores entre el fusible y el cortocircuito de la unidad.
  2. Circuito abierto o cerrado con falla D1.
  3. Circuito abierto o cerrado con falla de resistencia de 10 ohmios.
  4. Circuito abierto o cerrado en falla D2, capacitor o regulador.

En el escenario (1), el fusible solo necesita fundirse antes de que lo haga el cableado, por lo tanto, a menos que los cables sean particularmente delgados, incluso un valor muy alto estaría bien. En (2) y (3) no hay riesgo de cortocircuito. El escenario (4) es donde empiezas a ver un problema. Si alguno de estos circuitos falla, la corriente fluirá en un bucle a través de D1 y la resistencia de 10 ohmios. Esto pondrá más de 10W a través de su resistencia que excede su calificación. Aun así, es posible que no represente un riesgo peligroso (es probable que la resistencia se queme y que sea corta, lo que hará que se queme el fusible o que se abra el circuito), pero es posible que desee reducir el fusible a un tamaño que proteja para esto o obtenga una resistencia de fusión no inflamable (que de todos modos es probable que necesite para la capacidad de descarga). Como se identificó, es posible que no pueda reducir el fusible lo suficiente debido a la corriente de descarga / carga de todos modos.

Como nota al margen, tenga en cuenta que el voltaje de la batería puede caer fácilmente a 7 V o menos durante las condiciones de arranque en frío. Su circuito actual no proporcionará el margen suficiente para evitar que el regulador se desconecte, por lo que es posible que deba reconsiderar su diseño si esto es un problema.

También tenga en cuenta que la mayoría de los vehículos modernos tienen un supresor de sobretensiones de descarga central en el alternador, por lo que los módulos individuales no necesitan protegerse contra esto. Esto hace que lograr la operación de voltaje de arranque en frío sea mucho más simple.

    
respondido por el Jon

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