Wie kann man den Strom genau begrenzen?

Ich hätte gerne eine Möglichkeit, den Strom eines Stromkreises auf genau 100 mA (+/- 2-5 %) zu begrenzen. Dies liegt an einem Stromkreis mit relativ hoher Spannung (100 V gegen Masse), und der Strom wird normalerweise mit ziemlich schnellen Anstiegszeiten (sagen wir 1-2 Mikrosekunden) gepulst, wobei ein anderer Stromkreis (Low-Side) als Schalter und Impulsformer verwendet wird. Was ich brauche, ist eine Möglichkeit, den Strom zu begrenzen, falls der andere Stromkreis ausfällt (im schlimmsten Fall ein Kurzschluss fehlschlägt). Ich möchte es auch auf wenige Mikrosekunden begrenzen (dh: nicht mehr als einige Mikrosekunden Überstrom). Ich möchte, dass dieser Teil der Schaltung nicht viel Strom verbraucht, wenn er den Strom nicht aktiv begrenzt. Im Falle eines Überstroms kann der Strom entweder auf 100 mA geklemmt oder möglicherweise getrennt werden, bis die Dinge zurückgesetzt werden, aber die Klemme wäre in Ordnung. Welche Art von Schaltung ist in diesem Fall am besten geeignet?

(Hintergrund: Dies ist auf einer sehr kompakten Platine, es gibt weniger ein paar Dutzend mm ^ 2, um dies unterzubringen).

(Die verfügbare durchschnittliche Leistung ist an der Quelle selbst bei einem Kurzschluss auf weniger als 0,3 W begrenzt, sodass die Verlustleistung kein so großes Problem darstellt, wie es scheinen mag; die Quelle fällt ziemlich schnell von 100 V auf etwa 3 V ab, falls vorhanden wird 100 mA aufrechterhalten, aber das dauert Millisekunden, nicht Mikrosekunden)

Kann die Schaltung massebezogen sein oder muss sie high-side bezogen sein? Wie wenig Strom muss es ziehen? Hast du eine Spannungsreferenz in deiner Schaltung? Oder doch eine geregelte Niederspannungsversorgung?
100 mA und 100 V bedeuten 10 W maximale Verlustleistung. Kannst du diese Art von Macht zerstreuen?
Ich mache mir auch Sorgen, wie viel Strom Sie abführen müssen. 10 W sind kein Witz. Sie werden einen ernsthaften Kühlkörper brauchen. Andererseits verbraucht es möglicherweise nur wenige Mikrosekunden lang so viel Leistung.
Detektor ist kein Problem (nur eine Frage der Technik :-) ). Der Speicher sagt, dass der vor langer Zeit klassische schnelle Schalter zum Klemmen ein 2N3866 war - ein TP66-HF-Transistor. Jetzt schaue ich mal nach:- .... Ja!. Aber leider nur 30V. Sollte mit einem FET nicht schwer sein. 2N3866 - Explosion aus der Vergangenheit.
Indem Sie einen Stromsensor auf der Low-Seite platzieren und entweder einen Low-Side- oder High-Side-Schalter (bipolar oder MOSFET) ansteuern, benötigen Sie nur eine niedrige V im Sense-CCT. Oder wenn Sie die Last erden MÜSSEN, können Sie den Sense-CCT von der HV-Schiene trennen Größe ist schwieriger.
Ich habe mir die Schutzschaltungsseite von TI angesehen und auf "Hot-Swap-Controller" geklickt. Ich habe einen Hot-Swap-Controller mit positiver Spannung mit einer absoluten maximalen Nennleistung von 100 V gefunden. Sie können den Messwiderstand Rs auswählen, um Ihren Strom auf 100 mA zu begrenzen. Die Formel für den Messwiderstand lautet Rs = 55 mV / Ilim, wobei Ilim Ihre 100 mA sind. Ich weiß nicht, ob dieser Teil Ihren Zeit- und Bereichsspezifikationen entspricht, aber ich würde mich umsehen.
@ZekeR: Ich habe eine Low-Side-Strommessung und eine geregelte Niederspannungsversorgung, aber aufgrund ziemlich strenger Zuverlässigkeitsanforderungen muss dies den Strom immer noch begrenzen, wenn eines dieser Module ausfällt. Ich hätte also idealerweise gerne einen in sich geschlossenen High-Side-Strombegrenzer, der auch von der High-Side gespeist wird.
@RussellMcMahon: Irgendwelche Tipps, wie man Strom von der HV-Schiene erfasst? Ich habe einen Low-Side-Stromsensor, dies ist die Schaltung, die den Fall abfangen soll, in dem dies fehlschlägt ... also wird nur High-Side bevorzugt. Vielen Dank für Ihre Kommentare oben, zögern Sie nicht, eine Antwort zu posten :)
@SpehroPefhany: Die Quelle ist intern auf ~0,3W begrenzt. Es kann ~3 mA bei 100 V kontinuierlich liefern und fällt nach einigen Millisekunden mit hohem Strom auf etwa 3 V bei 100 mA ab, sodass die kontinuierliche Verlustleistung nicht allzu schlimm ist.
@AlexI - Ich hatte gehofft, ausführlicher darauf zurückzukommen, aber die Zeit wird es nicht zulassen. Sie können einen Stromspiegel auf der High-Side verwenden, um den Strom auf die Low-Side zu "reflektieren", und einen Low-Side-Schalter verwenden. ABER am einfachsten ist wahrscheinlich ein "umgedrehter" CCT auf der High-Side-Schiene, der von einer von einem Widerstand abgeleiteten Versorgung aus Masse gespeist wird (z. B. 10 Volt unter der Schiene) mit einem Rail-to-Rail-Ein- und Ausgangskomparator, der einen High-Side-Schalter ansteuert.Sieht fast genauso aus, wie es auf der Low-Seite aussehen würde, aber FET wird eher auf Komparator V + als auf V- verwiesen.Wahrscheinlich minimale Komponenten. Ref. Komp. FET wenige Rs

Antworten (2)

Unten ist eine High-Side-Konstantstromschaltung mit einem PNP-Transistor und einem Operationsverstärker: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es muss jedoch ein wenig modifiziert werden, um hundert Volt aufzunehmen: -

  1. Der Operationsverstärker benötigt eine obere Schiene von V + (wie gezeigt) und eine untere Stromschiene von möglicherweise V + - 10 Volt
  2. PNP-Transistor muss für mindestens 150 Volt ausgelegt sein
  3. Vref muss auf eine positive Schiene referenziert werden, indem eine Präzisionsspannungsreferenz wie eine Shunt-Referenz verwendet wird - sie sollte R1 ersetzen.

Wie es funktioniert - sagen wir, Vref liegt 1 Volt unter V +. Aufgrund der negativen Rückkopplung des Operationsverstärkers muss Vref über R2 liegen. Bei einer Spannung von 1 V an R2 und einem Widerstand von 10 Ohm für R2 bedeutet dies, dass der von der Last aufgenommene Strom auf 100 mA begrenzt ist.

Abgesehen davon kann der Spannungsabfall von R2 (1 V) zu groß sein und ein kleinerer Wert von Vref angenommen werden. Es konnte ohne große Schwierigkeiten auf 100 mV reduziert und R2 auf 1 Ohm gesenkt werden. Ein Operationsverstärker mit Rail-to-Rail-Ausgangsfähigkeit wird benötigt, und der Operationsverstärker kann seine Eingänge auch an der positiven Schiene erfassen. Es muss auch schnell sein und möglicherweise eine Sättigung vermeiden, wenn die aufgenommene Last unter 100 mA liegt - dies könnte mit einer zusätzlichen Schaltung erreicht werden.

Wie auch immer, das ist der allgemeine Ansatz, den ich in Betracht ziehen würde.

Ich habe so etwas gemacht (mit 15-V-Netzteilen)

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

(Geänderter Fehler im Schaltplan.)

Aber ich müsste darüber nachdenken, wie ich es auf 100 V ändern kann. (Reduzieren Sie R1?)
Und ich glaube nicht, dass es sich sehr schnell einschalten wird.
(Gate-Kapazität mal R1.)

Sie möchten den PFET M1 hinter Q1 verschieben, da es jetzt so ist, wann v Ö U T fällt, schaltet sich der PFET wieder ein (ohne Strombegrenzung). Darüber hinaus bittet OP um eine genaue Strombegrenzung. Während Sie dies möglicherweise auf Ihrer Bank für genau 100 mA optimieren können, unterliegt dies Produktionsschwankungen und vielen Schwankungen über die Temperatur.
@ZekeR, Hmm, ich dachte nicht, dass es wichtig ist, was zuerst kam. Sprechen Sie davon, dass Vout abfällt, weil Q1 eingeschaltet wird? Zur Genauigkeit: Er sagt +/- 2-5%, das wäre für ein paar machbar ... aber nicht für die Produktion ... wie Sie sagen.
Ja, wenn Q1 eingeschaltet wird, verbindet es das Gate des PFET mit seinem Drain. Dies ist auch als "diodenverbundenes" Gerät bekannt. Ein als Diode geschalteter Transistor kann den Strom nicht regulieren.
@ZekeR, oh schnapp! Sie haben Recht.. mein Fehler, ich werde mein Bild bearbeiten. Danke.
@GeorgeHerold: Danke! Dies könnte die Arbeit erledigen. Ich denke, Sie verlassen sich jedoch auf eine bestimmte (vorhersehbare) Spannung an R1, um Q1 vorzuspannen? Leider sind meine 100 V nicht fest, sie können normalerweise zwischen 30 und 100 V liegen oder bis zu 3-4 V, wenn der Ausgang für eine Weile kurzgeschlossen ist.
@AlexI, die Schaltung hängt davon ab, dass sich der pnp mit ~ 0,6 V über R3 einschaltet ... um genau zu sein, müssten Sie R3 optimieren. Der Eingangsspannungsteiler muss genug Spannung haben, um den pFet einzuschalten ... aber ansonsten sollte er bis auf etwa 5 V herunterarbeiten. es kommt auf die pfeife an.
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