Diseño de una fuente de alimentación eficaz para productos integrados

Actualmente estoy diseñando varios productos de microcontroladores integrados para ser alimentados desde un tomacorriente de pared. Planeo usar fuentes de alimentación de pared para dar una entrada de aproximadamente 5-9 V CC, pero quiero que la entrada de mi dispositivo funcione hasta 30 V solo por compatibilidad y facilidad de uso. La salida de este circuito de alimentación debe ser de 3,3 V a un máximo de aproximadamente 500 mA. También quiero protección de voltaje inverso en caso de que un usuario conecte un conector de barril con terminales de centro negativo. A continuación se muestra mi diseño. Usé un fusible PTC para evitar problemas de cortocircuito/sobrecorriente y un MOSFET de canal P para evitar que la polaridad inversa llegue al regulador de conmutación. El diodo Zener permite altos voltajes de entrada para no freír el MOSFET.

Diseño de fuente de alimentación CC-CC

Mis preguntas principales son: ¿Funcionará este regulador de conmutación con el MOSFET de canal P que protege el pin Vin? ¿ Alguna de mis opciones de piezas es obviamente mala? ¿Hay algún error obvio que impida que esto funcione?

Nota: Algunas de estas piezas se encuentran en LCSC solo por su bajo precio y la integración con el servicio de PCB que uso, en caso de que no pueda encontrar el mfg. número de pieza en cualquier lugar.

EDITAR: he modificado mi diseño para evitar la corriente de entrada por encima de aproximadamente 15-25A.Diseño revisado de fuente de alimentación DC-DC

Encuentre anser actualizado. Resumen: debe conectar las fuentes juntas, no los drenajes.

Respuestas (1)

La protección de polaridad funciona correctamente como se explica en Mosfet en protección de polaridad inversa .
El resto son las aplicaciones típicas proporcionadas por Microchip en la hoja de datos de MCP16301/H.
Entonces, no veo ningún problema allí.

No sé si ha considerado la corriente de entrada al aplicar 30 V mientras que C2 inicialmente forma un cortocircuito: no debe exceder la corriente máxima de diodo corporal pulsado que el diodo corporal puede manejar ni la corriente máxima de drenaje pulsado que resulta ser -27 A .

El PTC tiene una resistencia mínima de 0.400 Ω más el ESR de C2 más la resistencia de contacto de J2 más la "resistencia" del diodo del cuerpo de Q2 o el canal de encendido lento probablemente limite la corriente de entrada, pero será mejor que simule y/o mida él.

EDITAR 1
El diodo del cuerpo siempre está conduciendo, por lo que el encendido lento de Q2 debido a R3 o un capacitor adicional a través de la fuente de puerta de Q2 (= a través de D2) no limitará la corriente de entrada.

Será mejor que uses una resistencia de 1 ohm. Junto con la resistencia mínima conocida del PTC, la corriente está limitada a 30 V/1,4 Ω = 21,4 A.

A 30 V de entrada, 3,3 V y 600 mA de salida, 80 % de eficiencia, Iin = 83 mA, por lo que las pérdidas en 1 ohmio = 6,8 mW.
A 12 V de entrada, 3,3 V y 600 mA de salida, 80 % de eficiencia, Iin = 206 mA, por lo que las pérdidas en 1 ohmio = 43 mW.

Nota: un NTC funcionará, pero no olvides que ya no ayuda mucho cuando hace calor. Por lo tanto, se aplica la cuenta hasta 10 antes de encender un dispositivo después de apagarlo .

EDITAR 2
Agregar otro PMOS consecutivo también sería una solución.
Sin embargo, unir los drenajes conduciría a la siguiente condición inicial :

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Los voltajes a través de C3 y C2 son inicialmente 0V. Dibujé este corto (solo) para C3 para mostrar lo que sucede en el circuito de arriba. Por lo tanto, los voltajes de puerta para ambos PMOS también son 0V inicialmente. Por lo tanto, ambos PMOS se encenderán desde el principio y aún producirán una gran corriente de entrada.
Tenga en cuenta que conectar C2 entre los dos PMOS no ayudará: el diodo del cuerpo de M2 ​​tendrá el mismo efecto que D2.

Mejor es unir las fuentes :

esquemático

simular este circuito

Nuevamente, los voltajes a través de C3 y C2 son inicialmente 0V.
Cualquier voltaje superior a 0 V en la fuente de M2 ​​hará que el diodo de su cuerpo se polarice inversamente, por lo que un C3 inicialmente en cortocircuito no tendrá ningún efecto en C2, D1 y R1.
Debido a que el diodo del cuerpo de M1 tiene polarización directa y C2 es inicialmente de 0 V, el voltaje de la compuerta será inicialmente igual al voltaje de la fuente de alimentación, manteniendo ambos PMOS cerrados.
C2 se está cargando lentamente a través del diodo del cuerpo de M1 y R1 y encenderá ambos PMOS lentamente de esa manera, limitando la corriente de entrada.
El tiempo de encendido está determinado por R1 y C1 y el voltaje de umbral de los mosfets.

¿Cómo recomendaría limitar la corriente de entrada? NTC? ¿Dónde lo pondría?
¿O debería agregar un capacitor a través de D2 (100 nF) para causar un arranque lento?
Puede agregar otro P-FET en serie con una polaridad opuesta (los drenajes y las puertas conectados entre sí) y luego agregar el capacitor que los abre lentamente a ambos.
He agregado el MOSFET de canal P adicional para evitar la corriente de entrada. Por favor, eche un vistazo para ver si mi diseño está bien. Usé el material de referencia de ON Semiconductor y FTDI para ver cómo debería diseñar correctamente un limitador de corriente de entrada y usé sus ecuaciones para el valor de C10.
@TemeV No presté atención a los "drenajes conectados entre sí*. Creo que es mejor tener las fuentes conectadas entre sí. Vea mi actualización.
@huisman sí, definitivamente, las fuentes están conectadas entre sí. No sé en qué estaba pensando antes... Recomiendo eliminar la parte conectada a los desagües de su respuesta, ya que podría ser confuso.