Einfachste, billigste, schnellste und platzsparendste Strombegrenzungsschaltung mit niedrigem Widerstand im Normalzustand

Ihr typischer Doppeltransistor-Strombegrenzer ist möglicherweise die beste Wahl. Unten abgebildet sind die Ober- und Unterseitenversionen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Beachten Sie, dass bei dieser Schaltung eine Strafe von etwa einem Spannungsabfall auftritt.

Kaufen Sie zwei Transistoren in einem einzigen 6-Pin-Gehäuse.

Der kleine Widerstand bewirkt, dass der Strom zurückfällt, wenn er Vbe erreicht. Der andere Widerstand stellt den Basisstrom ein und muss berechnet werden, um unter Berücksichtigung von Hfe einen ausreichenden Kollektorstrom zu erzeugen.

JEDOCH: Beachten Sie, dass der Transistor für die Dauer des Kurzschlusses einige Watt verarbeiten muss, da er den Strom nur auf Ihren Schwellenwert begrenzt.

Werfen Sie einen Blick auf die High-Side-Treiber-ICs von ProFET. Diese Geräte bieten Ihnen einen schaltbaren High-Side-Antrieb mit Schutz vor allen möglichen Dingen, einschließlich Ausgangsüberstrom.

Sie können ProFETs leicht genug von Distributoren finden und auswählen.

Schauen Sie sich den BSP752T an, der billig und klein ist und direkt von 3,3-V- oder 5-V-Logik angesteuert werden kann.

Um auf Trevors ausgezeichneter Antwort aufzubauen :

Es gibt Halbleiterbauelemente, die Konstantstromquellen (oder -senken) sind; Viele davon werden intern genauso aussehen wie Trevors Schaltkreis (vielleicht mit ein paar temperaturkompensierenden Elementen).

Ein sehr einfaches Gerät (Konstantstromsenke mit genau zwei Pins, ausgelegt für Spannungen <= 50 V und einen maximalen/konstanten Strom von 350 mA) ist das NSI50350AD . Ich weiß nicht, was es intern macht, aber das Datenblatt nennt es "selbstvorgespannter Transistor". Es besteht also die Möglichkeit, dass es sich intern um eine Kombination aus einigen Bipolartransistoren, einem JFET und einigen Widerständen handelt.

Nun, Ihre 50-V-Grenze tut wirklich weh – es ist schwer, integrierte Stromquellen zu finden, die bei dieser Spannung funktionieren. Für kleinere Ströme könnte ein selbstvorgespannter JFET funktionieren, aber bei 100 mA wird das teuer.

Also würde ich wirklich mit Trevors Lösung rollen, obwohl ich ein paar Dinge empfehlen könnte:

• Prüfen Sie, ob Sie nicht einfach die Geschwindigkeit Ihrer Fehlererkennung erhöhen können. Das würde das Problem lösen.
• Da (soweit ich weiß – korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege) es schwierig ist, an Transistor-Arrays zu kommen (was Sie bevorzugen würden, wenn Sie den Aufwand und den Platz auf der Platine reduzieren müssen), möchten Sie vielleicht etwas mehr für das Bauteil ausgeben nicht nur ein NPN für Q4, sondern sparen Sie Pick-and-Place-Kosten, indem Sie ein Gerät mit mehreren Komparatoren in einem Gehäuse verwenden. Glücklicherweise kosten 4x-Komparatoren und 4x-Operationsverstärker ungefähr 13 ct, wenn sie zu Hunderten gekauft werden, das sind also ca. 3 ct an Operationsverstärker pro Kanal; Verwenden Sie den Operationsverstärker / Komparator, um die Spannung über R2 mit einer konstanten Referenzspannung zu vergleichen (hier könnte ein einfacher Zener ausreichen) und um Q3 anzusteuern. Beachten Sie, dass Sie nicht mehr für jeden einzelnen Kanal ein R3 benötigen. (gleiches gilt für den High-Side-Ansatz mit Q5/Q6)
• Verwenden Sie Widerstandsarrays anstelle von Einzelwiderständen, sofern die thermische Auslegung dies zulässt.

Ein weiterer relativ verrückter Ansatz wäre die Verwendung eines High-Side-Widerstands von 8,2 Ω vor Ihrer Last. Fügen Sie danach einen Stromteiler zwischen Ihrer Last und der LED-Seite eines Transistor-Out-Optokopplers mit einem geeigneten Serienwiderstand ein. Legen Sie diesen Vorwiderstand so aus, dass er für 100 mA ausgelegt ist$I_\text{Load}$, der Transistor ist in Sättigung, aber für 500 mA kneifen Sie deutlich ab. Setzen Sie den CE des Optokopplerausgangs in Low-Side-Reihe mit Ihrer Last:

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Ein günstiger Kandidat für den Optokoppler wäre Lite-On CNY17 .

Dieser funktioniert mit 0,2 $/Port x16 https://ca.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/MCZ33996EKR2?qs=sGAEpiMZZMuCmTIBzycWfKe9ppy40BrEybgj5eCsa3I%3d

Hier ist die Grundidee für die SCR-Schaltung. Möglicherweise muss ein Widerstand in Reihe mit PTC1 hinzugefügt werden, um den richtigen Widerstandswert zu erhalten. Der Gesamtwiderstand parallel zum Basis-Emitter-Übergang von Q1 stellt den Auslösestrom ein. Sobald Q1 zu leiten beginnt, zündet der SCR, und dann wird die Last geschützt, bis der PTC auslöst. Q1 kann ein SOT-23 sein. R3 und R4 sind nur Vermutungen. Sie sind nur da, um Schäden an Q1 durch Überstrom zu verhindern. Die meisten SCRs sind ziemlich groß. Ich lasse Sie schauen, ob Sie einen finden können, der klein genug ist, um Ihren Bedürfnissen gerecht zu werden.

Hinweis: Sobald der SCR ausgelöst hat, müssen Sie wahrscheinlich die Stromversorgung abschalten, bevor er aufhört, die Schiene nach unten zu ziehen.

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Ich wollte die Reihen-Doppeltransistorschaltung vorschlagen, aber Trevor_G hat das bereits hervorragend gemacht.

Stattdessen dachte ich, dass es sich lohnt, die PTC-Sicherungsoption noch einmal zu besuchen. Sie sagen, sie seien zu langsam, aber das deutet darauf hin, dass Sie stattdessen ein marginales Netzteildesign haben.

Betrachten Sie den Littelfuse RXEF017. Es kann zwar 8 Sekunden dauern, bis bei 500 mA ausgelöst wird, aber das ist sicherlich ein Strom, der niedrig genug ist, damit Ihr Kurzschlussschutz Zeit hat, einzugreifen? Bei 2 A beträgt die Auslösezeit < 0,2 s, was in einem 24-V-System nicht viel Energie ist. Tatsächlich soll eine Sicherung die anfälligste Komponente im Stromkreis für Strom sein, daher ist es ein bisschen besorgniserregend, dass etwas anderes vor der Sicherung seinen Rauch abgeben kann.

Ich befürchte nur, dass Sie sich die Mühe machen, den Strom auf ein enges Fenster unter 500 mA zu begrenzen, und dann feststellen, dass andere Dinge marginal werden, weil sie nicht genug Einschaltstrom ziehen können, um Kappen aufzuladen oder einen Impuls oder so etwas zu treiben.