O post explica um circuito de proteção de corte de sobretensão na forma de carga de descarga automotiva para proteger a eletrônica automotiva moderna sensível e sofisticada de picos elétricos transitórios DC que emanam na elétrica do veículo.
Tensões transitórias de barramento 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 transitória
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 predominante em projetos de automóveis de 12 V e 24 V nos quais os transientes de pico de “descarga de carga” são geralmente tão altos quanto o GOV. Certas estratégias de proteção de carga desviam o transiente de entrada para o terra através 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.
As técnicas de derivação são geralmente indesejáveis se houver a obrigação de fornecer proteção contínua em uma situação de sobretensão (como acontece com a bateria dupla).
O design
O circuito de proteção de sobretensão para descarga de carga automotiva mostrado na Figura 1 é um circuito de desconexão ou corte em série perfeito que foi construído para proteger uma carga reguladora de comutação que possuía uma tensão de entrada ideal de 24V.
O circuito é destinado 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 de sobretensão para descarga de carga automotiva
Como funciona o diodo LM431AIMF
A referência adaptável LMV431AIMF (D1) funciona melhor para esta situação apenas porque permite um meio barato para determinar um ponto de disparo meticuloso e monitorar a precisão ideal da temperatura, o que se torna bastante difícil com um diodo zener ou também usando outras opções alternativas (1% para o versão A, 0,5% para a versão B).
Para preservar esta precisão e confiabilidade, os resistores R1 e R2 são selecionados para ter 1% de tolerância ou um ainda melhor pode ser recomendado.
As tensões de referência variáveis geralmente podem ser contempladas erroneamente. Tomemos por exemplo: “O que é esse terceiro fio que termina nesse diodo?”
Você pode encontrar vários tipos de referências de tensão variável. Diferentes possuindo diferentes tensões definidas 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, juntamente 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 da Texas Instruments LMV431AIMF.
Calculando o limite de corte
A tensão de entrada é verificada e controlada pelo LMV431 com auxílio dos divisores 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 possa ser escolhido, 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 desativada assim que o pino de referência definido é detectado 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 suficiente para desligar o Q2. Q2 foi predominantemente escolhido a dedo para transportar um limiar de portão 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 ponto de corte de 19,2V.
A condição de operação dos circuitos é detalhada na Figura 3. O corte de nível pode ser esperado aproximadamente na vizinhança de 2,7V para GOV. Abaixo de cerca de 2,7 V, o circuito pode ser visto transitando para a situação de desligamento.
A razão é a ausência de tensão de entrada suficiente para nivelar o portão para os limiares de fonte de Q1 e Q2.
Enquanto está no estado desligado, o circuito oferece cerca de 42 kQ para a entrada (carga quiescente em estado desligado). Os diodos Zener D2 e D3 são cruciais para restringir o overshoot gate às tensões da fonte, conforme expresso por Q e Q2 (que pode não ser permitido ir além de 20V).
D3 também inibe o cátodo de D, de disparar acima de seu limite especificado de 35V. O resistor Rd garante uma polarização comprometida para Q2 para que possa atender ao 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 à carga para a bateria conectada incorretamente (voltagens de entrada de polaridade oposta).
Para poder proteger a condição de uma polaridade errada da bateria, pode ser aconselhável incorporar um diodo de bloqueio ou um alternado reforçado (um atrás do outro) PFET também pode ser necessário.
O circuito pode ser visto atribuído a atuar instantaneamente, embora restabeleça as condições bastante lentamente. Capacitor C, exibe descarga rápida para negativo através do LMV431 em um mesmo de uma sobretensão está detectando.
Assim que a situação volta ao normal, a reconexão é ligeiramente retardada pelas variáveis de temporização R3-C1.
Um número significativo de cargas (que podem ser reguladores) emprega capacitores de entrada substanciais que permitem atraso de tempo para que o circuito de corte funcione inibindo a taxa de variação transitória.
O padrão de funcionamento do transiente padrão e a capacitância disponível tornam-se responsáveis por fixar o tempo de resposta de atraso pretendido.
A implementação de desligamento do Circuito de Proteção de Sobretensão proposto para Descarga de Carga Automotiva ocorre em aproximadamente doze segundos. Os períodos de aumento transiente mais altos esperados são limitados em um nível equilibrado aos períodos mencionados por C(carga).
Este circuito foi verificado com uma C(carga) de 1 pF. Uma carga maior pode ser tentada e está tudo bem, considerando que os transientes de impedância de fonte reduzida devem estar presentes.
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FONTE
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