convertidor elevador con salida protegida contra sobretensiones

En mi dispositivo se generan 6.5V a partir de USB de 5V. Esto se puede hacer mediante un convertidor elevador, pero si algo sale mal (se rompe el divisor de voltaje de la resistencia externa), debido a una condición de salida de sobrevoltaje (por ejemplo, 16 V), todas las partes conectadas a la salida del convertidor elevador serán destruidas. La salida nunca debe superar los 7V.

Estoy buscando una solución a prueba de balas (bajo costo y número mínimo de piezas, por supuesto). La corriente requerida es de aproximadamente 100 mA, y la eficiencia no es tan importante, porque esta parte del dispositivo se usa muy raramente y está activa durante un período corto de tiempo (1 segundo).

El más cercano que encontré es tps61220, pero según la hoja de datos, el voltaje de salida máximo es de 6,0 V, mientras que el umbral de protección contra sobretensión (internamente) está en el rango de 6,0-7,5 V. Me temo que debido al voltaje de salida cercano a 6,5 ​​V, la condición de sobrevoltaje se disparará sin parar.

No estoy interesado en los convertidores elevadores donde el umbral de protección contra sobretensiones está definido por resistencias externas, porque nuevamente las cosas pueden salir mal.

Puedo usar un duplicador de voltaje (100 mA) (bomba de carga) de 5,0 V (USB) a 10 V, y luego regularlo por LDO a 6,5 ​​V. O regule 5.0V (USB) a 3.3V por LDO y luego duplíquelo con la bomba de carga a 6.6V.

Editar: digamos que, por alguna razón, falla una de las resistencias a bordo 0603. La placa ya no funcionará, pero la falla de esta resistencia no causará ningún otro daño. Después de reemplazar esta placa de resistencia, seguirá funcionando normalmente. Hay LDO (5 V de USB a 3,3 V o voltaje más bajo seleccionable por el usuario) a bordo que puede fallar, pero 5 V pasados ​​directamente desde USB no destruirán la placa. Con el convertidor elevador, este no es el caso, y fallar (por cualquier motivo, con sobretensión en la salida) destruirá la placa (casi) por completo.

"ruptura del divisor de voltaje de la resistencia externa": las piezas que se caen de la placa no es algo contra lo que generalmente diseñe protección, a menos que lo que se protegerá sea muy costoso.
A prueba de balas, simple y gratis. Ponga un esclavo con voltímetro y un interruptor.

Respuestas (2)

Primero, tenga en cuenta que nada es completamente seguro. Todo lo que puede hacer es disminuir la probabilidad de que una falla cause daños adicionales. Puede proteger contra fallas de componentes específicos, pero eso introduce otros componentes. Por lo general, no se puede garantizar que la falla de esos sea inofensiva.

También debe considerar el costo de la falla multiplicado por la probabilidad de falla, versus el costo fijo en cada unidad de protección contra la falla. Por ejemplo, si la falla explota $10 en piezas y puede ocurrir en 1 de cada 100 000 unidades durante su vida útil, entonces agregar $1 en piezas para proteger contra la falla es una mala economía. Si, por otro lado, una falla significa que una casa de $500,000 se incendia, con la posibilidad de matar personas, entonces se justifica algo más de $1.

No nos ha dado ninguna orientación sobre en qué parte del espectro de costo de falla encaja su producto. Por lo tanto, es imposible juzgar la protección adecuada contra la sobretensión del convertidor elevador.

Sin embargo, dado que no hay otra información, y asumiendo el valor nominal de que la sobretensión vale uno o dos dólares para protegerse, sugiero un circuito de derivación. Este circuito extrae toda la corriente disponible cuando el voltaje supera cierto umbral. Eso es básicamente lo que hace un diodo Zener, pero generalmente no pueden disipar la potencia requerida. Hay cosas como los zeners de poder. Mira alrededor.

Una forma más fácil de hacer una derivación de alta corriente suele ser con un Zener encendiendo un transistor. El Zener hace la detección de voltaje, y el transistor hace el trabajo pesado de manejar la mayor parte de la corriente:

Tienes que mirar cuidadosamente la disipación de energía. Encuentre qué corriente máxima puede entregar el regulador de impulso a una salida de 7 V y luego asegúrese de que la combinación Zener/transistor pueda disipar esa potencia. Por ejemplo, digamos que el máximo es 200 mA a 7 V. Eso da como resultado 1,4 W. Eso es suficiente para que un solo transistor en el paquete TO-220 probablemente necesite al menos un disipador de calor. Eso costará espacio y dinero. La protección no es gratuita, razón por la cual las compensaciones deben analizarse cuidadosamente.

Tu siguiente consejo es muy bueno. " También debe considerar el costo de la falla por la probabilidad de falla, versus el costo fijo en cada unidad de protección contra la falla. ". Conozco vagamente MTBF y Black Swan (y que están relacionados con el riesgo, el costo de oportunidad, el análisis de costo/beneficio, etc.), pero nunca supe que hay tantas consideraciones/justificaciones económicas detrás. Así que aprecio mucho su número de ejemplos de vidas humanas y casas. Salud.

Podría usar un diodo zener en la salida para limitar una situación de sobretensión a la tensión de ruptura del zener. Para evitar que el zener se queme, debe agregar un fusible de 150 mA entre la salida del amplificador y el zener.

El 1N5921 es un diodo zener de 6,8 voltios y 3 vatios, pero su tolerancia (5 %) puede no ser lo suficientemente ajustada para esta aplicación. Hay zeners al 2% disponibles, pero también podría usar un circuito de palanca.

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