Límite de corriente usando MOSFET

Conduzco un motor de 24 V CC que puede consumir hasta 30 A y me gustaría incorporar alguna protección contra sobrecorriente/cortocircuito. Como tal, planeo colocar una resistencia de derivación y un MOSFET de potencia (IRF1405) después de mi carga para apagarlo si se detecta una corriente excesiva en la derivación. Esto se ilustra en la siguiente figura.

Donde estoy atascado es qué circuito se puede usar en lugar del bloque etiquetado como "¿Algún IC?". Idealmente, me gustaría usar una solución de un solo chip, sin embargo, no puedo encontrar algo adecuado. ¿Cuál es una buena solución que puedo usar y qué efecto tendría tal configuración en la corriente de entrada?

Algunas cosas que he encontrado son el INA300; sin embargo, esta señal de salida nunca se diseñó para impulsar la puerta de un MOSFET o el LTC4361, que es ideal pero no adecuado para una aplicación de 24 V.

Figura 1 - Disposición del circuito planificado

¿Quiere que su MOSFET se comporte como un simple interruptor de sobrecorriente de encendido/apagado o como un control de límite de corriente que limita la corriente máxima?
el simple encendido/apagado será suficiente. ¡Sin embargo, el control de corriente que limita la corriente máxima sería aún mejor!
Un limitador de corriente no va a ser fácil de implementar. Un limitador de corriente funciona al dejar caer el voltaje a través del mosfet y disipar la energía en forma de calor. Si tiene un límite actual de 30 A y deja caer solo 1 V en el mosfet, tiene 30 W de calor para deshacerse. Eso necesita un gran disipador de calor. Luego, debe agregar un circuito de protección adicional alrededor del mosfet para protegerlo contra el exceso de temperatura, lo cual se está volviendo complicado. Un disparo por sobrecorriente es más fácil de implementar. Aún más fácil es un simple fusible reiniciable.
¿Qué pasa si la puerta es impulsada por un pwm para limitar la corriente en lugar de dejar caer el voltaje a través del mosfet?
@ user3095420 dijiste que querías una solución de un solo chip.
Busque el circuito DESAT, o puede reemplazar el MOSFET con algún otro interruptor integrado con toda la protección, busque Infineon HitFET
O si desea quedarse con el rectificador internacional y el paquete TO-220, tiene un interruptor protegido a 45A: irf.com/product-info/datasheets/data/auips1021.pdf
¡@MarkoBuršič los interruptores inteligentes parecen una solución perfecta! Es extraño que nunca antes haya oído hablar de los interruptores laterales bajos inteligentes. ¿En qué se diferencian estos "interruptores" del MOSFET estándar? por ejemplo, ¿se puede controlar la puerta de estos interruptores usando un PWM?
@ user3095420 Supongo que no. son interruptores No mencionó en su descripción que tiene PWM, actualice la respuesta.
@MarkoBuršič PWM no es necesariamente necesario. Simplemente estaba pidiendo referencias futuras :)

Respuestas (2)

Una resistencia de 30A y 2 miliohmios me parece un desafío, pero está bien, mi trabajo diario está en el rango de los microamperios :-).

Dado que probablemente no necesite una alta precisión, ¿qué le parece usar la resistencia Rds_on del MOSFET para medir la corriente? Mira en la hoja de datos que Vds sera a 30 A y los Vgs que vas a usar. Por ejemplo a 25 grados, Vgs = 6 V, Id = 30 A Vds rondará los 250 mV.

Utilice un comparador para comparar Vds con un voltaje de referencia de, por ejemplo, 400 mV. Cuando Vds > 400 mV apague el MOSFET. A medida que apaga, el MOSFET Vds aumentará a 24 V, por lo que el comparador mantendrá el MOSFET apagado.

Encontrar una resistencia de derivación adecuada no será un problema (es posible una resistencia nominal más baja para 30A). Creo que es preferible un rechazo ya que la resistencia no variará mucho con las fluctuaciones de temperatura. ¡La idea del comparador es fantástica!
Estoy de acuerdo en que una resistencia de derivación es más precisa, pero pregúntese, ¿cuánta precisión necesita? Si es solo para proteger tus dispositivos, no necesitas mucha precisión. Tienes que elegir el máximo. Vds tal que no se exceda cuando todo esté bien, incluida la temperatura. Para una resistencia de derivación, la colocaría entre la fuente de MOSFET y tierra. Y use un comparador que pueda manejar esto. Algunos amplificadores operacionales de riel a riel pueden manejar esto con seguridad.

Esto podría ser una mala idea (como se indicó) por un par de razones.

  1. Si limita la corriente, limita el par del motor. Esto puede evitar que el motor arranque en absoluto, o que arranque bajo una carga pesada, o que se detenga en la condición de alta corriente cuando encuentra una carga temporal que de otro modo se despejaría.
  2. Si simplemente limita la corriente a algún valor como 10A, al controlar el voltaje de la puerta para apagar parcialmente el FET, dejará caer un voltaje sustancial a través de él (tal vez 10V), disipando así 100W o más en el FET. Los arreglos de disipador de calor y enfriamiento para hacer frente a esto serán mucho más caros de lo que necesita. Si realmente desea limitar la corriente de funcionamiento, puede apagar la corriente por completo y volver a habilitarla muy rápido; esto es eficiente y se llama control PWM.

El motor puede tolerar el funcionamiento con corriente de parada durante un tiempo limitado; de lo contrario, ¡se destruiría solo al arrancar! (Algunos motores de tracción lo harán, a menos que sean de arranque suave). Por lo tanto, un buen circuito de control permitirá la operación a corto plazo a alta corriente, luego apagará la corriente por completo antes de que el motor se queme o la limitará a través del control PWM.

¿O realmente estás protegiendo la fuente de alimentación? Si es así, el control PWM funciona, pero limita el par disponible como se indicó anteriormente.

Entonces, su bloque etiquetado como "Algunos IC" es un controlador PWM o posiblemente un microcontrolador con PWM y alguna otra lógica para permitir la corriente completa y evitar la sobrecarga. (Probablemente también necesite un INA300 para generar un voltaje adecuado a partir de la derivación de corriente, para una solución de 2 chips).

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