Diseño de un circuito de protección de polaridad inversa y sobrecarga (palanca)

Hay algunos recursos excelentes en Internet y en este sitio sobre el diseño de varios circuitos de protección ( palanca ). Por ejemplo, la respuesta de Leon a una pregunta general sobre protección de circuitos .

Estoy buscando un consejo un poco más específico sobre cómo seleccionar el tipo de componentes y/o valores para mi aplicación. Estoy un poco confundido acerca de si usar un fusible estándar o un fusible PTC; si emplear un diodo Schottky o un diodo rectificador simple...

Actualmente, mi prototipo está construido sobre una PCB de 2 capas y utiliza un regulador de voltaje AMS1117-5.0 (paquete SOT-223) para 5 voltios. Utiliza alrededor de 32mA en promedio (fluctúa entre 22 y 42mA). No estoy seguro de cuál es la corriente de arranque o cómo medirla.

Según la hoja de datos del regulador, con un voltaje de caída de entre 1,1 y 1,3, estoy especificando que el dispositivo requiere entre 6,3 y 15 voltios. (Si uso un Schottky, tendré que aumentar el mínimo en consecuencia).

Lo que me gustaría lograr es lo siguiente:

  • Protección contra polaridad inversa
  • Protección contra sobretensión y sobrecorriente (explosión de piezas, fuego, etc.)

La operación típica utilizará celdas AA de la serie 6, ya sea NiMH o alcalinas (7.2 a 9V). Estos tienen capacidades actuales de 2300-2500 mAH (aunque no estoy seguro de si tales celdas realmente pueden entregar más de 2.3 a 2.5A).

Me gustaría que la inversión de polaridad no cause daños y no requiera un reemplazo de fusible. Las condiciones de sobrevoltaje y sobrecorriente pueden quemar un fusible. También preferiría un mínimo de piezas y costos, ya que otro objetivo de diseño es el tamaño pequeño. Se prefieren los componentes de montaje en superficie.

Esquema actual sin protección:

esquema del dispositivo

Así que mi pregunta es así:

  • De los componentes: diodo Schottky, diodo rectificador, fusible "normal" y fusible PTC; ¿Qué combinación de estos (u otras sugerencias) serviría mejor a mis necesidades?
  • ¿Qué criterios debo usar para seleccionar los valores apropiados?

Se ha sugerido aquí y en otros lugares que duplicar el uso normal de corriente puede ser un punto de partida válido para seleccionar un fusible. Encontré un PTC reiniciable Littelfuse 1210L005 que tiene una corriente de retención de 50 mA y una corriente de disparo de 150 mA, pero no estoy seguro de si estos son valores deseables.

Aquí hay otro hilo para su lista de arte previo.

Respuestas (1)

Entonces, para que la inversión de polaridad no cause daños y no requiera reemplazo de fusibles, puede usar prácticamente cualquier diodo que desee y ponerlo en serie para que el flujo de corriente "normal" pase a través del diodo solo si está enchufado correctamente. Con los requisitos actuales y voltajes que estás trabajando, esto no debería ser un problema. Un simple diodo de silicio debería estar bien.

Para la sobretensión, querrá un circuito más parecido al que sugirió Nick Alexeev en el comentario. Esencialmente un diodo zener con un PTC u otro tipo de fusible. El Zener debe tener un valor que sea menor que la entrada máxima a su regulador.Esquema de ejemplo rápido

Básicamente, si invierte batt_in+ y batt_in-, el primer diodo en serie evitará que fluya corriente y protegerá su circuito. Si batt_in es mayor que el voltaje de ruptura del zener, comenzará a reducir una gran cantidad de corriente y quemará el fusible PTC.

Lo único adicional que puede hacer es garantizar que la corriente de arranque no exceda el límite de corriente de su PTC, puede colocar una resistencia en "V_IN+ protegido" o "V_IN- protegido" (en serie antes del regulador y el condensador de desacoplamiento) tal que:

(BATT_IN+ - V_forward_diode - Resistor*Maximum_expected_load) >= Vmin_regulator

En cuanto a la conveniencia de cualquier característica específica para el PTC, los diodos y todo lo demás, todo depende de su aplicación. En general, tiendo a improvisar a menos que tenga una razón real para hacer cálculos. También estoy un poco cansado (de camino a la cama) para entender realmente cómo calcular cuáles deberían ser estos valores, pero si necesitas esta información, pídela en un comentario y publicaré algunos consejos para obtener los números.

Sin embargo, ¿por qué no usar un conector polarizado para las baterías para que no tenga que preocuparse de si el conector está enchufado al revés? ¿Y en qué contexto se va a sobrevoltaje? Piense en estas preguntas también cuando intente responder una elección de diseño más complicada (un conector polarizado es más fácil que agregar un diodo adicional y es menos probable que genere consideraciones de diseño adicionales).

¡Espero que ayude!

¡Cuidado con la caída de voltaje a través del diodo con polarización directa! Será de 0,7 V para diodos normales y de 0,3 V para diodos Schottky. Esto hará que se disipe el calor durante el funcionamiento normal.
Estoy de acuerdo en que un conector polarizado sería ideal. Esta ronda de productos tiene terminales de tornillo marcados como Vcc y Gnd y toma cables pelados para permitir flexibilidad a los usuarios finales. No estoy proporcionando/vendiendo una fuente de alimentación para este dispositivo en este momento, por lo que estoy recomendando una configuración al usuario final. No sé qué tan probable es que alguien proporcione más de 15 voltios.
@Kit Si tiene tiempo, me gustaría obtener un poco más de información sobre la selección de valores. Por ejemplo, para el diodo en serie, me gustaría tener una caída de voltaje mínima para mantener 7.2 voltios como suministro viable. No sé qué voltaje inverso máximo debo buscar, ni qué valores para la corriente directa continua o la corriente de sobretensión.
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