Fuente de alimentación automotriz: consideraciones para seleccionar un fusible

A continuación se muestra un circuito de suministro de energía para un dispositivo que funciona con la batería de 12 V de un automóvil.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

LM7805 se utiliza para generar un suministro de 5 V para el circuito; la corriente de carga máxima es de 200 mA. Se utilizan un diodo directo y un diodo TVS para la protección contra picos negativos/positivos (descarga de carga). Y se usa una resistencia de 10R y 2W para limitar la corriente de entrada debido al límite de 470uF en la entrada de LM7805. Para evitar disparos durante descargas de carga o eventos de corriente de irrupción, estoy usando un fusible de acción lenta de 3A (1.27 A2s).

Preguntas:

  1. Una situación de sobrecarga de corriente normal es la corriente de entrada debido al límite de 470 uF (corriente de entrada = 1,2 A, pero podría ser 4 veces mayor si se produce un gran pico positivo en el arranque). ¿Cómo calculo la duración del pulso de corriente de irrupción?

  2. Otra situación normal de sobrecarga de corriente es el volcado de carga en el que, según ISO-7637-2 pulso n.° 5, la duración del pulso puede ser de hasta ~500 ms (Vp ~ 100 V). Vc para el diodo TVS que estoy usando es de 30 V, por lo que el circuito podría ver un pulso de corriente de (100-30)/10 = 7 A durante 500 ms debido al volcado de carga. ¿Es correcto mi cálculo?

3. Teniendo en cuenta lo anterior, estoy usando un fusible de acción lenta de 3 A, pero esto podría ser inútil teniendo en cuenta que LM7805 debería evitar que se extraiga más de 1,5 A a través del circuito y si el nodo de entrada LM7805 se cortocircuita, entonces un máximo de 12 V/10 R = 1.2A (nominal) fluiría a través del circuito. Este 1.2A sería suficiente para quemar la resistencia y, por lo tanto, es una preocupación. Sin embargo, si uso una clasificación de corriente más baja para el fusible (por ejemplo, 1 o 1,5 A), podría explotar durante cualquiera de las 2 situaciones de sobrecarga de corriente normales anteriores. Además, si tomo un factor de reducción de 0,5x debido al ciclo térmico y la temperatura, un fusible de 1 o 1,5 A podría fundirse mucho más fácilmente en un par de meses más adelante. Además, yo no

  1. ¿Qué tipo de situaciones podrían resultar en un corto a GND en cualquiera de los nodos conectados a 7805 i/p? es decir, suponiendo que el dispositivo sea mecánicamente robusto, ¿debería seguir preocupado por un posible cortocircuito a GND allí?
¿De dónde vino el circuito, es decir, fue el circuito de un sitio de automóviles de buena fe que ofrece buenas ideas para este tipo de cosas?
El circuito es mío, pero está basado en investigaciones y ejemplos. Específicamente, creo que la estructura general del circuito podría ser común (para un circuito regulador lineal, también hay circuitos de modo conmutado). Pero los valores diferirían según la aplicación en particular (principalmente la corriente de carga, creo).

Respuestas (1)

En primer lugar, piense cuál es el propósito del fusible. Básicamente, lo que no desea es que lo que sea que esté protegido por el fusible (componentes, cableado, conectores) se incendie antes de que el fusible se rompa en condiciones de falla (ya sea simple o doble, dependiendo de qué tan seguro desee que su diseño sea ser). Recuerde que cuando ocurre la falla, el sistema ya está dañado y el fusible solo está ahí para evitar una falla peligrosa.

Así que analicemos las rutas de falla en su circuito:

  1. el cableado o los conectores entre el fusible y la unidad en cortocircuito.
  2. D1 fallando circuito abierto o cerrado.
  3. Resistencia de 10 ohmios que falla en circuito abierto o cerrado.
  4. D2, capacitor o regulador fallando circuito abierto o cerrado.

En el escenario (1), el fusible solo necesita fundirse antes de que lo haga el cableado, por lo que, a menos que los cables sean particularmente delgados, incluso un valor muy alto estaría bien. En (2) y (3) no hay riesgo de cortocircuito. El escenario (4) es entonces donde comienza a ver un problema. Si alguno de estos falla en el circuito cerrado, la corriente fluirá en un bucle a través de D1 y la resistencia de 10 ohmios. Esto pondrá más de 10 W a través de su resistencia, lo que excede su clasificación. Aun así, es posible que no represente un riesgo peligroso (la resistencia probablemente se quemará y se acortará, lo que luego quemará el fusible o abrirá el circuito), pero es posible que desee reducir el fusible a un tamaño que proteja para esto o obtenga una resistencia de fusión no inflamable (que probablemente necesite para la clasificación de descarga de carga de todos modos).

Aparte, tenga en cuenta que el voltaje de la batería puede caer fácilmente a 7 V o menos durante condiciones de arranque en frío. Su circuito tal como está no proporcionará suficiente margen para evitar que el regulador se caiga, por lo que es posible que deba reconsiderar su diseño si esto es un problema.

También tenga en cuenta que la mayoría de los vehículos modernos tienen un supresor de picos de descarga de carga central en el alternador, por lo que los módulos individuales no necesitan protegerse contra esto. Esto hace que lograr una operación de voltaje de arranque en frío sea mucho más simple.

Gracias. En realidad, esto sucedería en algunos modelos antiguos, por lo que es posible que no pueda confiar en el supresor de sobretensiones de descarga de carga central.
Sí, eso será un problema con los autos más antiguos. ¿Ha pensado en utilizar un regulador de grado automotriz? Maxim, Infineon, etc. los fabrican con volcado de carga incorporado, protección contra polaridad inversa, etc. Los suministros automotrices para autos más antiguos deben ser bastante resistentes y podría valer la pena el costo adicional de usar un dispositivo especializado.
¡De acuerdo y eso es lo que probablemente insistiré en usar la próxima vez! Solo que para este producto en particular, el costo era un factor importante y necesitaba diseñar algo sólido dentro de un presupuesto. La PCB ya está disponible y probada en el campo: funciona en condiciones nominales. Pero quiero asegurarme de que no me estoy perdiendo nada, particularmente con respecto al fusible porque parece un poco complicado hacerlo bien.
En ese caso, solo optaría por un golpe lento de 2-3A como pensaste al principio. Esto lo protegerá de un cableado deficiente por parte de un instalador (que, en mi experiencia, es la falla más común) y limita la potencia que puede ingresar al sistema en alrededor de 30 W, que no podrá causar mucho daño.
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