Hallo zusammen Ich versuche, eine Schaltung zur Speisung einer Elektronik (Mikrocontroller + etwas mehr) zu entwerfen. Dabei soll diese Schaltung a) vor Verpolung schützen (funktioniert) b) den maximalen Strom auf ca. 50-60 mA beschränken (funktioniert) Wenn die Schaltung nun aber in der Strombegrenzung läuft, fällt auf der Strecke V_DS ein Grossteil der Versorgungsspannung ab. Mit P=U*I ergibt das ca. 1W, was dem FET wohl nicht so gefallen wird. Nun zur Frage: Wie kann ich (mit zusätzlichen Komponenten) den Spannungsabfall über V_DS klein halten, wenn die Schaltung in der Begrenzung läuft? Einen Kühlkörper für T6 möchte ich möglichst verhindern... Danke & Gruss, zebra
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@ zebra (Gast) > a) vor Verpolung schützen (funktioniert) > b) den maximalen Strom auf ca. 50-60 mA beschränken (funktioniert) Dafür braucht man aber nicht ZWEI Mosfets, einer reicht. >Wenn die Schaltung nun aber in der Strombegrenzung läuft, fällt auf der >Strecke V_DS ein Grossteil der Versorgungsspannung ab. Mit P=U*I ergibt >das ca. 1W, was dem FET wohl nicht so gefallen wird. Warum? Ein TO220 Gehäuse kann das noch ohne zusätzlichen Kühlkörper abführen. >Nun zur Frage: Wie kann ich (mit zusätzlichen Komponenten) den >Spannungsabfall über V_DS klein halten, wenn die Schaltung in der >Begrenzung läuft? Gar nicht. Das kann man nur mit einem Schaltnetzteil.
Nur durch ein Schaltreglerprinzip, also bei zu hohem Strom ABSCHALTEN und den Strom durch eine in Reihe mit der Versorgung befindlichen Spule weiterfliessen lassen (abklingend) und bei ausreichend niedrigem Strom wieder einschalten. Die Grösse (Induktivitä) der Spule hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der du umschalten kannst, beispielsweise einem LM339 und deinem MOSFET. Der 2N6804 ist aber ein ziemlich krankes Teil, und der Differenz zwischen viel Strom und wenig Strom, beispielsweise 10%, also 6.8mA, rechne mit so 100kHz.
So lange man bei einer linearen Schaltung bleibt, muss die Wärme irgendwo freigesetzt werden. Möglich wäre z.B. ein Vorwiderstand, der einen Teil der Wärme aufnimmt, oder auch ein anderer Regler, der auch im Kurzschlussfall nur gut 50 mA liefert. Viele moderne Regler scheiden wegen der gut 24 V aber aus. Ein andere Möglichkeit wäre ggf. ein Schaltregler IC, das auch gleich den Strom begrenzt und so auch im normalen Betrieb die Verluste reduziert. Der alte MC34063 könnte das zum Beispiel.
Danke für die schnellen Antworten! @falk > Dafür braucht man aber nicht ZWEI Mosfets, einer reicht. Interessant, aber WIE? Habs noch nicht herausgefunden... > Warum? Ein TO220 Gehäuse kann das noch ohne zusätzlichen Kühlkörper abführen. Weil ich aus Platzgründen einen IRF7316 im SOIC-8 verwenden möchte. @MaWin > Der 2N6804 ist aber ein ziemlich krankes Teil Schon klar, das ist auch ein TINA-Standard Modell... Da kommt was anderes hin. @Ulrich > So lange man bei einer linearen Schaltung bleibt, muss die Wärme irgendwo freigesetzt werden. Ist klar, war mir vielleicht aber zuwenig bewusst... > Viele moderne Regler scheiden wegen der gut 24 V aber aus. Leider brauche ich aber diese 24 V an einem anderen Ort in der Schaltung... Einige Lösung wäre, die Versorgungsspannung kleiner zu machen und dafür zusätzlich etwas mit Step-Up zu bauen... > Der alte MC34063 könnte das zum Beispiel. Danke, ich schau mir den mal an :)
Was Du auch noch machen kannst ist Foldback. Also wenn z.B. die 60mA einmal überschritten werden, wird nicht auf 60mA limitiert, sondern der Strom auf z.B. 5mA begrenzt. Mit 5mA wird nix mehr warm. Sobald der Strom dann unter z.B. 1mA fällt, wird der volle Strom wieder freigegeben. Die andere Alternative ist ganz ausschalten bis jemand die Versorgung trennt. Oder ganz ausschalten und nach 1 Sek. eine automatische Wiedereinschaltung. Wenn dann wieder >60mA wird wieder für 1 Sek ausgemacht usw. Die automatische Wiedereinschaltung kannst Du mit nem kleinen Schmitttrigger-Logikgatter wie z.B. 74LVC2G14, Komparator oder 555er machen. Dafür brauchst Du aber unabhängige 3-5V, also ein zusätzlicher Linearregler. Alle 3 Lösungen gehen aber ganz ohne ohne Schaltregler.
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wenn's eine robberknight-Lösung werden soll, wäre der LT3050EMSE-5 interessant. Der macht 5V, Strombegrenzung auf 55mA ±5%, Verpolungsschutz bis -50V und Übertemperaturschutz auf einem Chip. Wie lange und bei welcher Umgebungstemperatur soll die Strombegrenzung überhaupt arbeiten? Kurzzeitig wäre ja kein Problem und im Fehlerfall verlässt man sich eiskalt darauf, dass der Spannungsregler das schon regeln wird...
@ zebra (Gast) >> Dafür braucht man aber nicht ZWEI Mosfets, einer reicht. >Interessant, aber WIE? Habs noch nicht herausgefunden... Siehst du das nicht? Beide Mosfets sind in Reihe geschaltet. Nur dem 2. Wird per PNP das Gate hochgezogen, wenn der Strom einen Wert X überschreitet. >Weil ich aus Platzgründen einen IRF7316 im SOIC-8 verwenden möchte. Man könnte eine Art Wiederanlauf machen. Sprich, wenn die Überstrombegrenzung greift, schaltet der MOSFET für sagen wir 200ms ab und dann wieder an. Wenn der Kurzschluss/Überlast weg ist, läuft alles normal weiter, wenn nicht, schaltet der MOSFET schnell wieder aus. So arbeiten viele Schaltnetzteile bei Überlast. >> Der alte MC34063 könnte das zum Beispiel. >Danke, ich schau mir den mal an :) Kann man, aber das ist ein betagter IC, es gibt heute viele modernere, bessere ICs.
Falk Brunner schrieb: > Siehst du das nicht? Beide Mosfets sind in Reihe geschaltet. Nur dem 2. > Wird per PNP das Gate hochgezogen, wenn der Strom einen Wert X > überschreitet. der vordere FET ist aber als niederohmiger Verpolschutz geschaltet (als0 mit der Source als Ausgang). Bei richtiger Polarität der Versorgung ist er immer leitend, zur Not über die Substratdiode. Nur der zweite FET in Sourceschaltung lässt sich übers Gate abschalten. zebra schrieb: > Nun zur Frage: Wie kann ich (mit zusätzlichen Komponenten) den > Spannungsabfall über V_DS klein halten, wenn die Schaltung in der > Begrenzung läuft? Wenn die zusätzlichen Komponenten die Leistung verheizen müssen, werden sie auch Platz brauchen. Auch ein Schaltregler wird kaum kleiner werden können, als FET, der das 1W dauerhaft aushält. PS: grade fällts mir auf: du mutest deinen FETs ein UGS von 24V zu, der IRF7316 ist aber (wie die meisten) nur für maximal 20V vorgesehen. Das solltest du über einer Zenerdiode begrenzen.
24V * 60mA = 1,44 Watt Die kannst Du unterschiedlich auf ein oder mehr Bauteile verteilen. Aber es werden nie weniger als 1,44 Watt sein. Es sei denn, du setzt einen Schaltregler ein. Da die Differenz von 24V zu 5V recht viel ist, würde ich sowieso einen Schaltregler bevorzugen - falls nichts dagegen spricht. Du könntest z.B. einen LM2575 nehmen und absichtlich eine Spule mit zu viel Induktivität erwenden, dann begrenzt die Spule den Strom. Der maximale Strom hängt dann allerdings von der Eingangsspannung ab. Solange die allerdings konstant ist, ist auch der maximale Strom konstant. Ich denke, das ist der simpelste Lösungsansatz. Im Datenblatt findest Du genaue Angaben zur Berechnung der Spule.
@ Achim S. (Gast) >der vordere FET ist aber als niederohmiger Verpolschutz geschaltet (als0 >mit der Source als Ausgang). Welchen man bei 24V Eingangsspannung und 5V Ausgang am Spannungsregler keine Sekunde benötigt. Eine einfache Diode reicht hier locker.
Falk Brunner schrieb: > Welchen man bei 24V Eingangsspannung und 5V Ausgang am Spannungsregler > keine Sekunde benötigt. Eine einfache Diode reicht hier locker. ich weiß nicht, ob zebra die 24V für den "anderen Teil der Schaltung" vor oder hinter dem Verpolschutz abgreift: zebra schrieb: > Leider brauche ich aber diese 24 V an einem anderen Ort in der > Schaltung... Wenn der Verpolschutz nur für die 50mA dieses Schaltungsteils verwendet wird, würde ich auch eine simple Diode einsetzen. Den niederohmigen Verpolschutz und die Strombegrenzung mit einem einzelnen FET gibts aber aus meiner Sicht nicht (zumindest nicht ohne Zusatzaufwand). Stefan us schrieb: > 24V * 60mA = 1,44 Watt Stimmt schon, hier wird immer einiges verheizt - im Normalbetrieb vor allem im LM317, im Begrenzungsfall im FET. Hier kann man sich langsam überlegen, einen kleinen Schaltregler einzusetzen. Wenn ich ein Modul finden würde, das selbst schon den Strom passend begrenzt, würde ich das wahrscheinlich einsetzen. Vielen von diesen Modülchen sieht man aber nicht wirklich alle Eigenschaften im voraus/in Datenblatt an (Ripple, Verhalten bei Minimalbelastung oder bei schnellen Lastwechseln, ...) Ansonsten würde ich bei Pmax < 2W wahrscheinlich halt doch lineare ICs im passenden Leistungsbereich (z.B. DPAK-Gehäuse) nehmen, und die Leistung verbraten lassen. Ist immer noch kompakt und nichts wird extrem heiß.
Besten Dank für die vielen Inputs und Tipps! @gnd3 > wenn's eine robberknight-Lösung werden soll, wäre der LT3050EMSE-5 interessant. Der macht 5V, Strombegrenzung auf 55mA ±5%, Verpolungsschutz bis -50V und Übertemperaturschutz auf einem Chip. Interessantes Teil :) Gerade die integrierte Strommessung für einen ADC ist noch eine interessante Sache. Leider nicht sehr gut erhältlich... > Umgebungstemperatur max. 50°C (das ist aber wirklich der absolute worst-case) @Achim S. > grade fällts mir auf: du mutest deinen FETs ein UGS von 24V zu, der IRF7316 ist aber (wie die meisten) nur für maximal 20V vorgesehen. Das solltest du über einer Zenerdiode begrenzen. Autsch, stimmt. Danke für den Hinweis, wieder was gelernt :) > Wenn der Verpolschutz nur für die 50mA dieses Schaltungsteils verwendet wird, würde ich auch eine simple Diode einsetzen. Nein, den Verpolschutz verwende ich für die gesamte Schaltung, also auch für den Teil "24V-Teil" (ca. 1.5 A). Habe im Datenblatt vom IRF7316 gesehen, dass eine maximale Verlustleistung von 1.3 W @ 70°C möglich ist. Mit T_j = T_amb + P_v * 62.5°C/W ist bei T_amb 50°C immer noch eine Verlustleistung von 1.6 W möglich, oder rechne ich da etwas falsch? (solche "grossen" Leistungen und "kleine" SMD-Komponenten, das geht mir irgendwie gegen den Strich...). Wenns doch stimmt, könnte man das ja so akzeptieren, weil das ein Ausnahmefall ist. Klar wäre eine getaktete Lösung viel eleganter, zumal es ja viele moderne integrierte Lösungen gibt. 50mA ist aber halt so ein Grenzfall, wo ich mir überlege ob es der Aufwand für so ein Bastelprojekt Wert ist (gerade auch, weil die Zeit für den Entwurf knapp ist). Nochmals besten Dank!
zebra schrieb: > Nein, den Verpolschutz verwende ich für die gesamte Schaltung, also auch > für den Teil "24V-Teil" (ca. 1.5 A). dann solltest du aber das Gate des Verpolschutzes nicht gemeinsam mit dem Gate des Strombegrenzers ansteuern. Sonst hast du im Begrenzungsfall gut 1W vom Strombegrenzer und noch mal zusätzlich 1,5A*1V an der Substratdiode des Verpolschutzes (weil beim Verpolschutz-FET ja ebenfalls UGS sinkt). Beide beide FETs stecken ja im gleichen SO8, in Summe wird das wohl etwas zu viel für das Gehäuse. Aber wenn der Verpolschutz nicht mitheizt sollten die 1,xW vom Begrenzer alleine für den IRF7316 ok sein. Wenn du den Drain-Anschluss auf der Platine großflächig auslegen kannst, dürfte das auch bei der Wärmeabuhr helfen.
Hi, warum überhaupt einen extra Begrenzer? Die Strombegrenzung mit einem NPN aufbauen, in die Masseleitung legen und den ADJ-Pin des LM317 nach Masse ziehen. Eventuell ein Serienwiderstand davor um Leistung vom LM317 zu nehmen. Grüße
Krangel schrieb: > warum überhaupt einen extra Begrenzer? Die Strombegrenzung mit einem NPN > aufbauen, in die Masseleitung legen und den ADJ-Pin des LM317 nach Masse > ziehen. dann ist die Last nicht mehr an Masse (was evtl. relevant sein kann) und die Spannung an der Last variiert schon vor Einsetzen der Strombegrenzung zwischen 5V und 4,3V, oder?
Hi, Achim S. schrieb: > dann ist die Last nicht mehr an Masse (was evtl. relevant sein kann) und > die Spannung an der Last variiert schon vor Einsetzen der > Strombegrenzung zwischen 5V und 4,3V, oder? Nö, der Ausgangsspannung ist es egal ob man High-Side oder Low-Side misst. Wenn man eine druchgehende Masse benötigt, kann man den NPN belassen, einen Spannungsteiler an den Kollektor und mit einem NPN den ADJ-Pin nach Masse ziehen. Grüße
Krangel schrieb: > Wenn man eine druchgehende Masse benötigt, kann man den NPN belassen, > einen Spannungsteiler an den Kollektor und mit einem NPN den ADJ-Pin > nach Masse ziehen. kann ich ohne Schaltskizze ehrlich gesagt nicht grade nicht verstehen. Meinst du, "...den PNP belassen..."?
Hi, Achim S. schrieb: > kann ich ohne Schaltskizze ehrlich gesagt nicht grade nicht verstehen. > Meinst du, "...den PNP belassen..."? jop. Grüße
Achim S. schrieb: > dann ist die Last nicht mehr an Masse (was evtl. relevant sein kann) und > die Spannung an der Last variiert schon vor Einsetzen der > Strombegrenzung zwischen 5V und 4,3V, oder? Durchgehende Masse wird benötigt und die Spannung sollte stabil bei 5V sein... Achim S. schrieb: > kann ich ohne Schaltskizze ehrlich gesagt nicht grade nicht verstehen. Geht mir auch so.. tom69 schrieb: > würde ich evtl. so machen Die Schaltung kenn ich... aber wenn ich's richtig verstehe kann man das mit Krangel's Lösung mit nur einem LM317 realisieren. Danke!
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