多くの場合、電子回路では、過電圧、過電流、過渡電圧、逆極性などから回路を保護するために、特別な保護ユニットを使用することが絶対に必要です。そこで、これらのサージから回路を保護するために、RichtekSemiconductorはニーズを満たすように設計された過度に単純化された保護ICであるRT1720AICを導入しました。低コストの小型サイズとコンポーネント要件が非常に少ないため、この回路は多くの異なる実用的な組み込みアプリケーションに使用するのに理想的です。
それで、この記事では、この保護回路を設計、計算、およびテストし、最後に、回路の動作を示す詳細なビデオがあるので、始めましょう。また、以前の保護回路を確認してください。
IC RT1720
これは、実装を簡素化するように設計された低コストの保護ICです。このICの面白い事実は、このICのサイズがわずか4.8 x 2.9 x 0.75mmであるということです。ですから、画像に騙されないでください。このICは非常に小さく、ピンピッチはわずか0.5mmです。
IC RT1720の機能：
- 広い入力動作範囲：5V〜80V
- −60Vまでの負の入力電圧定格
- 調整可能な出力クランプ電圧
- 調整可能な過電流保護
- 障害保護のためのプログラム可能なタイマー
- 低シャットダウン電流
- 内部チャージポンプN-MOSFETドライブ
- 過電圧に対する高速80mAMOSFETシャットオフ
- 故障出力表示
機能リストと寸法パラメータはデータシートから取得されます。
回路図
前述のように、この回路は次の目的で使用できます。
- 過渡電圧サージサプレッサ
- 過電圧保護回路
- 過電流保護回路
- サージ保護回路
- 逆極性保護回路
また、以前の保護回路を確認してください。
- NTCサーミスタを使用した突入電流制限
- 過電圧保護回路
- 短絡保護回路
- 逆極性保護回路
- 電子サーキットブレーカ
必要なコンポーネント
|
Sl.No |
部品 |
タイプ |
量 |
|
1 |
RT1720 |
IC |
1 |
|
2 |
MMBT3904 |
トランジスタ |
1 |
|
3 |
1000pF |
コンデンサ |
1 |
|
4 |
1N4148（BAT20J） |
ダイオード |
1 |
|
5 |
470uF、25V |
コンデンサ |
1 |
|
6 |
1uF、16V |
コンデンサ |
1 |
|
7 |
100K、1％ |
抵抗器 |
4 |
|
8 |
25mR |
抵抗器 |
1 |
|
9 |
IRF540 |
MOSFET |
2 |
|
10 |
電源ユニット |
30V、DC |
1 |
|
11 |
コネクタ5mm |
ジェネリック |
2 |
|
10 |
クラッドボード |
ジェネリック |
1 |
この保護回路はどのように機能しますか？
上記の回路図をよく見ると、入力用と出力用の2つの端子があることがわかります。入力電圧は入力端子から供給されます。
100Kプルアップ抵抗R8は、 SHDNピンをHに引き上げます。したがって、このピンをHighにすると、ICが有効になります。
25mR抵抗R7は、このICの電流制限を設定します。電流検出抵抗の25mR値をどのように取得したかを知りたい場合は、この記事の計算セクションで見つけることができます。
トランジスタT1、ダイオードD2、抵抗R6、およびMOSFET Q2は、すべて一緒に逆極性保護回路を形成します。一般に、回路のVINピンに電圧が印加されると、電圧は最初にSHDNピンをHighにプルし、VCCピンを介してICに電力を供給し、次に電流検出抵抗R6を流れ、ダイオードD2は順方向バイアス状態になります。トランジスタせるT1 MOSFETを行うトランジスタに流れるオン及び電流をQ2にもなるたQ1をオン、現在の負荷に右MOSFETを通って流れることができます。
これで、VIN端子に逆電圧が印加されると、ダイオードD2は逆バイアス状態になり、MOSFETを流れることができなくなります。抵抗R3とR4は、過電圧保護を可能にするフィードバックとして機能する分圧器を形成します。私がどのように抵抗値を計算したかを知りたい場合は、この記事の計算セクションで見つけることができます。
MOSFET Q1とQ2は、外部N-MOSFETロードスイッチを形成します。電圧が外部フィードバック抵抗によって設定された設定電圧を超えて上昇した場合、RT1720 ICラインは、調整可能な障害タイマーがトリップしてMOSFETをオフにして過熱を防ぐまで、外部負荷スイッチMOSFETを使用して調整します。
負荷が電流設定値（SNSとVCCの間に接続された外部センス抵抗によって設定される）を超えると、ICは負荷スイッチMOSFETを電流源として制御し、障害タイマーが作動してオフになるまで出力電流を制限します。 MOSFET。また、FLT出力がローになり、障害を通知します。ロードスイッチMOSFETはVTMRが1.4Vに達するまでオンのままであり、MOSFETがオフになる前にシステムのハウスキーピングが行われる時間を与えます。
RT1720オープンドレインPGOOD出力は、負荷スイッチが完全にオンになり、MOSFETのソースがドレイン電圧に近づくと上昇します。この出力信号を使用して、ダウンストリームデバイスを有効にしたり、システムに通常の動作を開始できるように信号を送ったりすることができます。
ICのSHDN入力はすべての機能を無効にし、VCC静止電流を7μAに減らします。
注：内部機能と回路図の詳細は、データシートから取得されます。
注：このICは、損傷することなく、地面から最大60Vの逆電源電圧に耐えることができます。
回路構築
デモンストレーションのために、この過電圧および過電流保護回路は、回路図を使用して手作りのPCB上に構築されています。このチュートリアルで使用されるコンポーネントのほとんどは表面実装コンポーネントであるため、はんだ付けしてすべてをまとめるにはPCBが必須です。
注意！寄生容量、インダクタンス、および抵抗を減らすために、すべてのコンポーネントを可能な限り近くに配置しました
計算
このICのデータシートには、このICの障害タイマー、過電圧保護、および過電流保護の計算に必要なすべての詳細が記載されています。
故障タイマーコンデンサの計算
長い障害が発生した場合、GATEは繰り返しオンとオフを切り替えます。オンとオフのタイミング（tGATE_ONとtGATE_OFF）は、TMRの充電電流と放電電流（iTMR_UPとiTMR_DOWN）、およびTMRラッチとアンラッチのしきい値間の電圧差（VTMR_L-VTMR_UL）によって制御されます。
t GATE_ON = C TMR *（VTMR_L – VTMR_UL）/（i TMR_UP） tGATE_ON = 4.7uF x（1.40V-0.5V）/ 25uA = 169 mS t GATE_OFF = C TMR *（V TMR_L – V TMR_UL）/（i TMR_DOWN） tGATE_OFF = 4.7uF x（1.40V-0.5V）/ 3uA = 1.41 S
電流センス抵抗の計算
電流検出抵抗は次式で計算できます。
Rsns = VSNS / ILIM = 50mV / 2A = 25mR
注：データシートに記載されている50mVの値
過電圧保護の計算
VOUT_OVP = 1.25V x（1+ R2 / R1） = 1.25 x（1+ 100k / 10k） = 1.25 x（11） = 13.75V
過電圧および過電流保護回路のテスト
回路をテストするには、次のツールとセットアップを使用します。
- 12Vスイッチモード電源（SMPS）
- Meco 108B +マルチメーター
- Hantech 600BE USBPCオシロスコープ
回路を構築するために、1％の金属皮膜抵抗が使用され、コンデンサの許容誤差は考慮されていません。
試験中の室温は摂氏22度でした。
テストセットアップ
次のセットアップは、回路をテストするために使用されます
デモンストレーションの目的で、回路の入力電圧を変化させるために降圧コンバータを使用しました
- 10オームの電力抵抗器は負荷として機能しています。
- スイッチは、余分な負荷をすばやく追加するためにあります。下記の動画でご覧いただけます。
- 入力電圧を示すメカ108B +。
- 負荷電流を示すメカ450B +。
上の画像でわかるように、入力電圧を上げたところ、故障状態にあるため、ICが電流を制限し始めました。
回路の動作原理が明確でない場合は、ビデオをご覧ください。
注：デモンストレーションの目的で、障害タイマーの値を増やしたことに注意してください。
アプリケーション
これは非常に便利なICであり、多くのアプリケーションに使用できます。その一部を以下に示します。
- 自動車/アビオニクスサージ保護
- ホットスワップ/ライブ挿入
- バッテリ駆動システム用のハイサイドスイッチ
- 本質安全防爆アプリケーション
- 逆極性保護
この記事が気に入って、何か新しいことを学んだことを願っています。読み続け、学び続け、構築し続けてください。次のプロジェクトでお会いしましょう。