Diseño de protección inversa y contra sobretensiones a 3.3V

Tengo un diseño alimentado por conector de barril que estoy haciendo, pero me gustaría evitar daños en el caso de polaridad inversa (el manguito es positivo en lugar de negativo) y sobretensión (conectar un adaptador de 12 V a un dispositivo diseñado para 3,3 V) . Mi diseño solo consumirá 500 mA en el peor de los casos, pero para aclarar, la verruga de pared que he elegido puede proporcionar hasta 1,5 A de corriente a 3,3 V.

Estoy usando un MOSFET de canal P además de un fusible PTC y un diodo zener.Diseño de conector de alimentación de entrada

esto funcionara? ¿Se fundirá el diodo zener en caso de sobretensión alta debido a un fusible PTC lento? ¿Es correcta mi selección de un MOSFET?

BC2721-ND es un número de pieza de Digikey, no el número de pieza del fabricante. El número de pieza del fabricante es PTCCL07H411DBE
@DKNguyen Gracias por notarlo, lo arreglé.
DKN no importa... aún se puede buscar, pero dylan podría haber incluido la hoja de datos.

Respuestas (3)

La forma más sencilla de implementar la protección contra polaridad inversa es poner un diodo en serie con el fusible PTC. Si el voltaje en el pin 1 es negativo con respecto a tierra, el diodo no conducirá y el circuito aguas abajo no verá el voltaje negativo. Asegúrese de que la clasificación de voltaje inverso del diodo sea lo suficientemente grande para manejar cualquier voltaje negativo que pueda esperar ver en la entrada.

Durante el funcionamiento normal, el diodo caerá algo de voltaje, pero puede encontrar diodos de voltaje directo bajo, Schottkys por ejemplo, que pueden llegar al rango de 300 mV. Si puede manejar la caída de voltaje, esta es probablemente la solución más fácil para la protección contra voltaje inverso.

En cuanto a la protección contra sobrevoltaje, como dijo Sunnyskyguy, cambiar el voltaje de entrada a un voltaje más alto (5-12 V) y regularlo a 3.3 V es probablemente su mejor opción. Sé que dijo que no desea agregar una fuente de alimentación separada, pero cualquier circuito de protección contra sobrevoltaje probablemente será tan complicado como agregar un regulador de voltaje adicional. Hay muchos otros beneficios al usar un suministro regulado a bordo, en lugar de depender de una verruga de pared para generar su riel de 3.3V. Puede tener un amplio rango de voltaje de entrada, es menos sensible a las caídas de voltaje en serie (del PTC, de un diodo, del MOSFET, ...), la corriente de entrada es menor (suponiendo un regulador de conmutación), etc.

¿Está bloqueado para usar una verruga de pared de 3.3V, o es posible usar un voltaje de entrada más alto y reducirlo a bordo?

Como quería comentarios sobre el circuito que proporcionó, no creo que haga muy bien lo que pretendía. Parece que Q2 no hace mucho: se encenderá y permanecerá encendido mientras la entrada sea mayor que Vg_thr. Supongo que se supone que la otra parte del circuito corta Q3 a GND durante un evento de sobretensión y quema el fusible. Eso sucederá cuando Vin > Vbe(Q3) + Vz(D2), los cuales no están bien definidos, pero son aprox. 0,7 V + 3,6 V = 4,3 V. Además, su circuito seguirá experimentando sobrevoltaje durante un breve período de tiempo antes de que se funda el fusible.

Creo que su Zener tiene una probabilidad del 50/50 de freírse ya que el PTC tiene una resistencia a temperatura ambiente de 3 ohmios, lo que significa que la corriente inicial será de aproximadamente (12 V-3,6 V)/3R = 2,8 A, que es mucho más que el Zener aparece como capaz de manejar. Sería más seguro si se proporcionaran características de pulso para el Zener, pero no lo son, por lo que solo podemos compararlo con las clasificaciones de estado estable.

Su PMOS está bien porque lo importante aquí es el Vgs máximo, que es de 20 V, y solo planea aplicar 12 V máx.

$V_{gs}$ en este caso no puede exceder el voltaje zener, por lo que no creo que deba preocuparme por el máximo de $V_{gs}$
Supongo que eso es cierto.
Cambié el esquema para acomodar la potencia a través del diodo zener. ¿Esto funcionará mejor?
Ese parece ser el camino correcto, pero hay algunos problemas. El último gráfico de la página 3 muestra el tiempo de viaje. 410mA-615mA es la corriente de disparo y en x2 tarda 10 segundos en dispararse. A 4x tarda 1 seg. 8x es 0.3seg. Debe haber una resistencia base en serie o, de lo contrario, el BE se freirá. Y ese BJT aún no maneja una corriente más baja para el tiempo de viaje más largo ni las corrientes más altas para un tiempo de viaje más corto.
También tenga en cuenta que si Vin es demasiado bajo (pero lo suficientemente alto como para ser peligroso), es posible que no se pueda mantener una caída de 0,7 V en BE para encender el BJT, ya que no pasa suficiente corriente a través de R3. Entonces, tal vez reduzca el desglose de zener en 0.7V para acomodarlo. Esto no deja de tener sus propios problemas, ya que la caída de voltaje de la resistencia base en serie se agrega con Vzener y Vbe y aumentará el voltaje al que se enciende la pinza, pero no tanto como antes (el Vin mínimo donde se produce la sujeción es el que tiene suficiente V quedará para aparecer a través de Rbase para empujar suficiente corriente base para encender completamente el BJT.

Ningún diseño lineal con/sin protección inversa será eficiente con potencia lineal descargada =Pd=(12V-3.3)*0.5A =3.85W con 3.3V x 0.5A =Pout =1.67W que es lo que Zener debe descargar cuando no hay otra carga.

Es mejor utilizar una fuente a 5V o un convertidor DC-DC de 12V a 3,3V . Su concepto podría funcionar de manera ineficiente, pero ¿por qué desperdiciar calor, necesitando disipadores de calor y piezas más grandes para disipar corriente/energía cuando es posible una mejor opción?

es decir, un FET para volcar casi 4W con carga completa con disipador de calor

  • un regulador de voltaje de derivación para descargar 1.85W sin carga con disipador de calor.
    • vs un regulador DC-DC de 3 terminales para reemplazar todo excepto J2 y Polyfuse para protección inversa o un diodo.
Cambié el esquema para acomodar la potencia a través del diodo zener. ¿Funcionará mejor esto, o debo elegir un diodo zener de 5W en su lugar?
Tampoco funcionará mejor que lo que respondí.
Considere esta opción que coincide con mi solución digikey.com/product-detail/en/murata-power-solutions-inc/…
No busco integrar una fuente de alimentación en mi producto, solo implementar protección contra sobrevoltaje y voltaje inverso. Ese dispositivo no me ayudará si hay más de 36 V aplicados a la entrada, y no me ayudará si se aplica voltaje inverso. Un adaptador de corriente de 5 V no funcionaría con mi producto si también lo usara.
@dylanweber un suministro de 5V reduce las pérdidas en su requerimiento de 0.5A 3.3V o un regulador CC-CC integrado también es más eficiente. Pero su pregunta es sobre OVP, rev. Entrada y, sin embargo, causa problemas de OTP debido a una operación lineal ineficiente. Entonces, mi sugerencia funciona con un diodo o PTC, pero eso no se ajusta a sus requisitos no declarados, como esta parte del terminal DC-DC 3. Sin embargo, no cumple con sus criterios no declarados si >36 V, solución de COMPRA de CC–CC y su diseño no cumple con los problemas de OTP que exigen disipador de calor para FET y BJT. Luego simplemente inserte una resistencia de 5 W frente a cualquier LDO adecuado
Diseño de protección inversa y contra sobretensiones a 3.3V
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