Protección contra sobretensiones Zener + MOSFET

Sus circuitos (ya sea que funcionen como usted pretende o no) parecen estar basados ​​en la idea de que cuando ocurre una condición de sobrevoltaje, aislará la carga con un MOSFET.

Creo que este no es un gran enfoque. Considere, ¿por qué ocurrió la sobretensión de todos modos? Se podría decir que es porque la impedancia de la carga es demasiado alta. Si la impedancia de carga fuera más baja, fluiría más corriente, proporcionando una forma de absorber cualquier exceso de energía que haya sin que el voltaje sea demasiado alto.

Entonces, si intenta aislar la carga con un MOSFET, eso solo aumenta efectivamente la impedancia de carga. Para muchas cosas que podrían haber llevado a su falla de sobrevoltaje en primer lugar, simplemente responderán aumentando el voltaje aún más. Esto es problemático, porque los MOSFET tienen voltajes máximos relativamente bajos. Cuando se aplica un voltaje de fuente-drenador por encima de este, se descomponen y conducen (no muy diferente a la ruptura inversa de un diodo). En consecuencia, su carga se tuesta de todos modos.

Un enfoque diferente es un circuito de palanca . En lugar de desconectar la carga, la cortocircuita (generalmente con un TRIAC o SCR). Si pone un cortocircuito en la carga, el voltaje se reducirá (a 0 V, para un cortocircuito ideal). Esto proporciona una protección muy efectiva a la carga contra sobretensiones.

Por supuesto, esto también da como resultado una gran corriente extraída de la fuente de alimentación. Eso quema el fusible, que aísla la fuente de alimentación del circuito, y lo hace de manera mucho más efectiva que un MOSFET. Además, la palanca continúa conduciendo hasta que no hay más energía, lo que puede generar un voltaje en la carga, lo que puede llevar un poco de tiempo, dependiendo de qué causó la falla y qué componentes reactivos hay en el circuito.

Estás cerca.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Elegí los BSS84 solo porque tenían un Vgsth bajo, lo que muestra el efecto más fácilmente; querrá encontrar dispositivos más adecuados para M1 y M3, ya que llevan toda la corriente. Siéntase libre de jugar con él en CircuitLab, creo que necesita algunos ajustes para cualquier aplicación determinada.

M1 es para protección de voltaje inverso. Se instala intencionalmente "hacia atrás" (con el cátodo del diodo del cuerpo que no se muestra hacia el lado derecho del circuito). Cuando se aplica voltaje de la polaridad correcta, el mosfet está encendido y M1 es más o menos invisible para el circuito. Cuando se aplica voltaje de polaridad inversa, M1 está apagado y el diodo de su cuerpo también bloquea el flujo de corriente. M1 debe seleccionarse para poder soportar suficiente corriente directa así como voltaje inverso. Para voltajes más altos, puede tener problemas, ya que muchos mosfets comunes tienden a "especificarse" a aproximadamente 20 V más o menos.

M3 normalmente está conectado a través de R2; R1 polariza a D1 y el voltaje se aplica a la puerta de M4. A medida que aumenta el voltaje aplicado, nos acercamos más y más al voltaje de encendido de M4 y comienza a empujar la compuerta de M3 hacia el voltaje en su drenaje, apagándolo. Tendrá que seleccionar D1 de modo que M4 esté completamente encendido en el punto de sobretensión deseado y M4 de modo que no comience a conducir demasiado pronto.

El circuito no es perfecto; Ya he mencionado que no es adecuado para voltajes cercanos a los 20V porque comienza a ser difícil encontrar mosfets que puedan soportar este voltaje; Lo uso principalmente para aplicaciones más pequeñas que funcionan con baterías de baja corriente donde estamos en el rango de 3-10 V, donde ha funcionado muy bien dado lo económico que es.

No. Si aplica 15 V CC a la entrada de CC, sí, el Zener comenzará a conducir, sin embargo, este es un punto discutible ya que tiene un gran voltaje negativo desde la puerta hasta la fuente del PMOSFET. Esto ciertamente lo llevará a la saturación y DC IN se conectará directamente a Protected DC con solo Rds (encendido) entre ellos.

Una buena manera de imaginarlo es si el zener está conduciendo con corriente que fluye del cátodo al ánodo (que será para entradas de CC> 13V) reemplácelo con una batería de 13V con el terminal negativo donde estaba el ánodo y el terminal positivo en el cátodo y quedará claro que M1 se saturará.

Lo que desea hacer primero es buscar en Google "IC de protección contra sobrevoltaje" y luego seguir algunos enlaces. http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/NCP346-D.PDF , por ejemplo, proporciona un funcionamiento esquemático e interno de una unidad representativa. Si no quiere gastar unos cuantos dólares en la pieza, puede probar la ingeniería inversa.

"Si he visto más lejos que los demás, es porque me he subido a hombros de gigantes" -Isaac Newton

¿Ha considerado usar un Zener Shunt con un fusible reiniciable? Si necesita una respuesta más rápida, use un TVS en su lugar. Esto cantará efectivamente la sobretensión y aislará el suministro de la irrupción actual.

Un IC específico es innecesario a menos que necesite algo muy específico.

Reemplace M4 por un diodo Zener (típicamente 10-15 V dependiendo del voltaje de puerta máximo de Mosfet M3) o use un transistor pnp normal en lugar de M4 con una Uce más alta (50-200 V) que acortará la puerta-fuente de M3. Entonces no tienes ningún problema con max. Limitaciones de voltaje de puerta. Por lo tanto, no siempre necesitamos un IC especial para un problema simple y no todos los transistores deben ser MOSFET, todavía hay los normales disponibles como los transistores npn y pnp. Y hacen su trabajo!!