MOSFET de canal P Límite de corriente de arranque

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He estado buscando en EESE y Google varias semanas para encontrar una solución a este problema, y aunque encontré algunas propuestas que parecían prometedoras, la implementación en el mundo real no alcanzó las expectativas.

Tengo un regulador de voltaje en una placa con una capacitancia de entrada de 10uF, para ayudar a proteger contra las condiciones de apagón. Tengo un fusible en serie con una fuente de alimentación de 125 mA por varias razones, y para ser claros, no he encontrado ninguna versión de golpe lento que cumpla con mis requisitos. La fuente de alimentación puede ser de 5 voltios a 15 voltios CC, probablemente una batería de plomo-ácido. Cuando la batería se conecta por primera vez, veo una corriente de arranque con un pico de aproximadamente 8 amperios por encima de 8 us, que se quema muy rápidamente el fusible de 125 mA. Bueno, entonces necesito limitar la corriente de entrada. No es gran cosa, ¿verdad?

Probé varias opciones diferentes, pero esta es la que me pareció más prometedora:

R1yR2formanundivisordevoltajequelimitalosVgsparaevitardañosalMOSFET,yjuntoconelcondensadorformanunretardoRCquepermitequelosVgsdelFETaumentenmáslentamente,manteniendoelFETensuregiónóhmicadurantemástiempocantidaddetiempo.Tienemuchosentido.Mayorcapacitancia=encendidomáslento=menoscorrientedeentrada.

Bueno,esoestodoexcelenteyelegante,exceptoquedespuésdeaumentarelcondensadorde1uFa4.7uFa10uF,medicuentadequetoquéfondoconunacorrientedeentradadeaproximadamente1.5Apksobre2us.Despuésdellegaraesepunto,noimportalacapacidadqueagreguéparaC1(probéhasta47uF),lacorrientedearranquenocaeríamásbajoque1.5Apk.Obviamente,estacorrienteaúnerademasiadoaltayquemaríamifusibleenuninstante.Nopuedoaumentarlacalificaciónactualdelfusible,porloquenecesitoencontrarunamaneradehacerqueestofuncione.

Mihipótesisactualesesta:

Cgs y Cgd son las capacitancias intrínsecas de compuerta de entrada y compuerta del MOSFET, y aunque son relativamente muy pequeñas (50pF-700pF), mi teoría es que están actuando como un paso cuando Vin está primero. aplicado. Como estas capacidades no se pueden reducir, (especialmente Cgd) son los factores limitantes que me impiden reducir la corriente de entrada por debajo de 1.5Apk.

¿Qué otras opciones existen para limitar la corriente de entrada? He encontrado varias soluciones de un chip para aplicaciones de intercambio en caliente, pero tienen una topología similar a la del circuito anterior y me imagino que tendrían inconvenientes similares.

Vin puede ser tan bajo como 5 voltios, por lo que si tengo en cuenta la protección contra polaridad inversa provista por un diodo Schottky, la caída de voltaje en el fusible, la caída en la resistencia de encendido del MOSFET y las caídas debido al cable ( puede ser bastante largo) al conectar esta placa a la fuente de alimentación, mi caída de voltaje se está volviendo bastante significativa (el regulador de voltaje al que se alimenta requiere aproximadamente 4.1 V para poder regularlo correctamente). Lamentablemente, una resistencia limitadora de corriente en serie no será una opción.

La otra restricción que tengo es el espacio. Tengo aproximadamente 4,5 x 4,5 milímetros cuadrados para trabajar. El circuito anterior apenas iba a encajar, por lo que agregar aún más componentes no es realmente una opción. De lo contrario, este habría sido un problema un poco más fácil de resolver.

    
pregunta DerStrom8

5 respuestas

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Soluciones de baja tecnología:

  • Monte el fusible DESPUÉS de la tapa de entrada. Agregue un límite de 100 nF en la entrada del regulador para garantizar su estabilidad.
  • Reemplace el fusible con Polyswitch (que tendrá un tiempo de reacción más lento).
  • Ponga el capacitor en paralelo con el fusible

Mi solución preferida sería la primera o la segunda.

Solución de tecnología media:

Agregue una resistencia en serie con la tapa de entrada en paralelo con un diodo schottky. La resistencia ralentizará la carga del condensador y el diodo permitirá una descarga rápida si el LDO necesita corriente. Poco de una solución torcida ...

Solución de alta tecnología: limitador de corriente usando ...

  • un MOSFET de agotamiento como DN2540.
  • interruptor de carga de lado alto de corriente limitada
respondido por el peufeu
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Tienes una especie de idea correcta:

Peroelcondensadorestáenellugarequivocado.Paraelcontroldevelocidaddegiro,debeestarentreeldrenajeylapuerta,nolafuenteylapuertacomosemuestra.Ponerloentreeldrenajeylacompuertaprovocaretroalimentación,demodoquecuandoeldrenajeaumentarápidamente,apagamáselFET.

Unatapaentreeldrenajeylafuentepuedeserlosuficientementebuena.Lasincronizaciónsebasaenalgunosparámetrosquegeneralmentesonpococonocidos,ylalimitacióndelapendientenoseactivahastaquelacompuertaseacercaasuvoltajedeumbral.

Aquíhayuncircuitodeentradadepotenciadelimitacióndependientemássofisticadoqueheusadovariasveces.

Este dispositivo se conecta al resto del sistema a través de dos líneas de bus CAN, tierra y alimentación de 24 V. Se puede enchufar en caliente en cualquier momento. No se puede permitir que de repente tome una gran cantidad de corriente cuando está enchufado.

CANPWR es la conexión directa al bus de alimentación de 24 V, y 24 V es la alimentación interna de 24 V en este dispositivo. El propósito de este circuito es hacer que los aumentos de 24 V sean lo suficientemente lentos para limitar la corriente de entrada a un nivel aceptable. Después de eso, debería salirse del camino tanto como sea posible.

Una pendiente de voltaje en aumento en 24V causa la corriente a través de C2, que enciende Q3, que enciende Q1, que intenta apagar la unidad de la compuerta a Q2, el elemento de paso de potencia. Tenga en cuenta que esto se activa con menos de 1 V en 24V.

La realimentación de limitación de pendiente se produce cuando hay suficiente voltaje en R4 para encender Q3. La cifra es aproximadamente 1.5 V, considerando la caída a través de R5 requerida para activar Q1. El límite de pendiente es, por lo tanto, lo que se necesita para pasar (1.5 V) / (10 kΩ) = 150 µA a través de C2. (150 µA) / (1 µF) = 150 V / s. Para subir a 24 V, por lo tanto, debe tomar unos 150 ms Recuerdo que medí unos 100 ms de tiempo de subida con un alcance, para que todos los revisen.

Una vez que la red de 24 V ha aumentado, R3 mantiene Q2 activado y D2 mantiene su voltaje de fuente de entrada dentro del rango permitido.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Cualquier circuito de "supervisión" basado en lógica práctica no encajará en el espacio que tiene disponible. Una simple resistencia NTC probablemente terminaría siendo demasiado grande también. Sin duda, mire en ellos, quizás haya uno pequeño que se ajuste a su propósito.

Si tuviera más espacio, usaría un limitador de corriente constante que corta la salida, algo así como PWM actual, hasta que se carga la tapa. Use una resistencia sensorial, un comparador y otro PFET antes de las tapas. Pero esto absolutamente no encajará en su circuito. PODRÍAS diseñar el módulo que describí como un dispositivo en línea antes de que llegue al VIN de tu circuito, desde la batería. Lo mismo ocurre con la resistencia NTC, podría ser algo antes de la PCB con su circuito mostrado.

La mejor solución discreta podría ser esta: Una resistencia de potencia de 2 ohmios en serie antes de sus capacitores / FET es definitivamente una opción. Si tiene un fusible de 125 mA, obviamente tiene una carga de energía muy baja en condiciones normales. Para tener en cuenta el margen de tensión, en lugar de usar un diodo schottky, use un PFET invertido (la fuente de drenaje sería opuesta a la configuración normal para un interruptor de lado alto), con la base conectada a tierra. Esta es una solución V-forward extremadamente baja para revertir la protección de polaridad. 2 ohmios a su corriente de fusible nominal de 125 mA (una mala idea para operar cerca de la corriente de mantenimiento por cierto) solo le perderá 250 mV, menos de lo que perdería su Schottky, y aún habrá mucho espacio para caídas de cable y PFET. La resistencia para los PFET será del orden de 30 a 90 miliohmios si se obtienen los buenos. Lo mejor que puedes hacer es crear un prototipo del circuito y probarlo. ¡Una resistencia y un PFET invertido no deberían ocupar mucho espacio! en 4,5 mm x 4,5 mm podría instalar un PFET de paquete SOT23 (o SC-70) y un resistor de paquete 0805 de 0.25W, creo.

Un FET como este MTM231232LBF funcionaría genial, pero necesita una pinza de diodo Zener en la puerta a tierra después del dispositivo. vea la imagen a continuación para ver un circuito de ejemplo, pero el voltaje Zener debe ser obviamente de < 10V para proteger la compuerta. Un voltaje Zener entre 5-7V funcionaría.

El combo zener y la resistencia pueden ser los paquetes más pequeños posibles que puedas encontrar. Apenas hacen nada, excepto asegurarse de que su FET no aparezca.

Por lo tanto, una combinación de la resistencia en serie y una protección de polaridad basada en PFET para darle el margen de voltaje que necesita, ayudará a evitar la aparición de un cortocircuito en la carga de sus condensadores. El MOSFET en sí tampoco se enciende instantáneamente, por lo que actúa como un limitador de corriente solo en su comportamiento de activación no lineal.

    
respondido por el KyranF
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Estoy tratando de hacer algo similar y esta Nota de aplicación tiene instrucciones bastante precisas sobre cómo diseñar su circuito, así como el cálculo de los valores adecuados: enlace

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
respondido por el Ray Ackley
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Se hace referencia a la nota AND9093 para los interruptores de carga, por lo que en su esquema, sin el Fet extra tirando de la puerta a tierra, se encenderá instantáneamente y no retendrá la corriente de entrada bajo control. Los valores que calcule a partir de AND9093 deben estar muy cerca, pero debe agregar un límite adicional de la fuente a la puerta, de modo que al girar la puerta se levante solo un poco para permitir que la puerta adicional drene la capacitancia y mantenga al Mosfet en la Región lineal según sea necesario para mantener la corriente baja.

Pruebe este circuito debajo del que he usado en el pasado y funcionará según sea necesario. Simúlalo y también verás que funciona muy bien también. Asegúrate de usar los parámetros correctos de la hoja de datos de Fet para obtener tus valores en el parque de pelota.

    
respondido por el Scotter

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