Circuito limitador de corriente de huella más simple, económico, rápido y mínimo con baja resistencia en estado normal

Tengo una salida digital, impulsada por el controlador de lado alto con un voltaje nominal de 24V DC. La corriente de carga normalmente es inferior a 100 mA. La salida se supervisa, por lo que puedo apagarla rápidamente si detecto un cortocircuito en el lado de la carga. El problema es que el controlador en sí no está protegido y el cortocircuito hace que genere mucho humo. Entonces, lo que necesito es un circuito simple en la salida del controlador que:

• tiene baja resistencia de menos de 10 Ω si la corriente de salida es inferior a 100 mA
• aumenta rápidamente su resistencia para limitar la corriente del controlador a un nivel de 500 mA o inferior
• la capacidad de resistencia a la corriente de cortocircuito debe ser de al menos 20 ms para detectar cortocircuito y desconectar el controlador
• tiene un voltaje de trabajo de 50 V o más
• tiene componentes mínimos y barato (0,20 $ por canal máximo)
• no es proveedor de una sola fuente

Intenté los fusibles reiniciables PTC, pero son demasiado lentos. El FP0100 de Microchip debería ser bueno pero costoso (necesito al menos 60 canales en mi PCB). Las series Bourns TBU también están bien, pero también son caras.

¿Alguna otra opción?

UPD1. Mi circuito de salida actual es MIC2981 / 82 controlado por el registro de desplazamiento 74HC594. En cada salida tengo Littelfuse 1206L012 PTC. En mi placa necesito 64 canales como este, y esta es una placa de serie pequeña, por lo que el precio total por canal y huella es importante.

Su típico limitador de corriente de doble transistor puede ser su mejor opción. A continuación se muestran las versiones del lado superior e inferior.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Tenga en cuenta que hay una penalización de aproximadamente una caída de voltios con este circuito.

Compre transistores duales en un solo paquete de 6 pines.

La pequeña resistencia hará que la corriente se pliegue cuando llegue a Vbe. La otra resistencia establece la corriente base y debe calcularse para producir suficiente corriente de colector teniendo en cuenta Hfe.

SIN EMBARGO: Tenga en cuenta que el transistor necesita manejar unos pocos vatios durante la duración del corto, ya que solo limita la corriente a su valor umbral.

Eche un vistazo a los CI de controlador de lado alto ProFET. Estos dispositivos le brindan una unidad de lado alto conmutable con protección contra todo tipo de cosas, incluida la sobrecorriente de salida.

Puede encontrar y seleccionar ProFETs fácilmente de los distribuidores.

Eche un vistazo al BSP752T, que es barato, pequeño y puede manejarse directamente desde una lógica de 3.3 V o 5 V.

Para construir sobre la excelente respuesta de Trevor :

Hay dispositivos semiconductores que son fuentes de corriente constantes (o sumideros); muchos de estos se verán internamente exactamente como el circuito de Trevor (quizás agregando algunos elementos compensadores de temperatura).

Un dispositivo muy simplista (sumidero de corriente constante con exactamente dos pines, diseñado para voltajes <= 50 V y una corriente máxima / constante de 350 mA) es el NSI50350AD . No sé lo que hace internamente, pero la hoja de datos lo llama "transistor auto polarizado", por lo que es probable que sea una combinación de algunos transistores bipolares, un JFET y un par de resistencias internas.

Ahora, su límite de 50 V realmente duele: es difícil encontrar fuentes de corriente integradas que funcionen a ese voltaje. Para corrientes más pequeñas, un JFET auto-sesgado podría funcionar, pero a 100 mA será costoso.

Por lo tanto, realmente seguiría con la solución de Trevor, aunque podría recomendar algunas cosas:

• Compruebe si no puede simplemente aumentar la velocidad de detección de fallas. Eso resolvería el problema.
• Porque (por lo que sé, corrígeme si me equivoco) es difícil encontrar matrices de transistores (que preferirías si necesitas reducir el esfuerzo y el espacio de la placa), es posible que desees gastar un poco más en el componente que solo una NPN para el cuarto trimestre, pero ahorre en costos de selección y colocación utilizando un dispositivo con múltiples comparadores en un caso. Afortunadamente, 4x comparadores y 4x opamps cuestan alrededor de 13 ct cuando se compran en cientos, por lo que eso es ca 3ct en opamp por canal; use el opamp / comparador para comparar el voltaje sobre R2 con un voltaje de referencia constante (aquí, un simple Zener podría hacerlo) y para conducir Q3. Tenga en cuenta que ya no necesita un R3 para cada canal. (lo mismo se aplica para el enfoque de lado alto con Q5 / Q6)
• Utilice conjuntos de resistencias en lugar de resistencias individuales, si el diseño térmico lo permite.

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^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Un candidato barato para el optoacoplador sería Lite-On CNY17 .

Este funciona a $ 0.2 / puerto x16 https://ca.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/MCZ33996EKR2?qs=sGAEpiMZZMuCmTIBzycWfKe9ppy40BrEybgj5eCsa3I%3d

Aquí está la idea básica para el circuito SCR. Es posible que deba agregar una resistencia en serie con PTC1 para obtener el valor correcto de resistencia. La resistencia total en paralelo con la unión del emisor base de Q1 establecerá la corriente de disparo. Una vez que Q1 comienza a conducir, el SCR se disparará, y luego la carga estará protegida hasta que se dispare el PTC. Q1 puede ser un SOT-23. R3 y R4 son solo conjeturas. Solo están allí para evitar daños por sobrecorriente en Q1. La mayoría de los SCR son algo grandes. Le dejaré mirar para ver si puede encontrar uno lo suficientemente pequeño como para satisfacer sus necesidades.

Nota: Una vez que se dispara el SCR, probablemente tendrá que desenergizar la fuente de alimentación antes de que deje de tirar del riel.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Iba a sugerir el circuito de doble transistor de la serie, pero Trevor_G ya ha hecho un excelente trabajo al respecto.

En cambio, pensé que valía la pena volver a visitar la opción de fusible PTC. Usted dice que fueron demasiado lentos, pero eso sugiere que podría tener un diseño marginal de suministro de energía.

Considere el Littelfuse RXEF017. Si bien puede tomar 8 segundos para disparar a 500 mA, ¿seguramente es una corriente lo suficientemente baja como para que su protección contra cortocircuitos tenga tiempo de activarse? En 2A, el tiempo de disparo es <0.2s, que no es una gran cantidad de energía en un sistema de 24V. De hecho, el punto de un fusible es ser el componente más susceptible en el circuito a la corriente, por lo que es un poco preocupante que algo más pueda abandonar su humo antes del fusible.

Me temo que se tomará la molestia de limitar la corriente a una ventana estrecha por debajo de 500 mA, y luego encontrará que otras cosas se vuelven marginales porque no pueden extraer suficiente corriente de entrada para cargar los límites o impulsar un pulso o algo así.