Передача, распределение и накопление электроэнергии

Микросхема LTC4366: надежная защита от скачков напряжения до 500 В

6 июля 2017 г. в 11:02

В транспортных средствах электроника сталкивается с уникальными проблемами, основной из которых является работа при кратковременных всплесках электроэнергии. Без должной схемы защиты скачки напряжения способны моментально вывести аппаратуру из строя. Из-за сложностей с неустойчивым питанием в этой области были разработаны стандарты, устанавливающие регламенты для электрических систем, действующих от источников питания 12 В и 28 В в различных транспортных средствах. Проектирование систем, устойчивых к скачкам напряжения и связанным с ними переходными процессами, обычно требует больших и дорогих пассивных компонентов. Подавляющая скачки напряжения линейка продуктов от компании Linear Technology не только предназначена для защиты систем от подобных скачков, но и способна сократить стоимость и размер решения.

Традиционные способы, позволяющие устранить скачки напряжения, — это подавления с помощью индуктивностей, конденсаторов, разрядников и предохранителей. Компания Linear Technology создала микросхему LTC4366, защищающую электронные системы от скачков напряжения свыше 500 В интеллектуальным регулированием через транзистор с диапазоном рабочих температур —40... +150 ° С. Главной особенностью данной схемы является «плавающая» топология, способная работать с высокими напряжениями независимо от максимально допустимых напряжений внутренних цепей микросхемы. Два внутренних параллельных стабилизатора соединены с внешними резисторами, образуя цепь питания микросхемы. Максимальное напряжение скачков ограничивается параметрами внешних резисторов и транзистора. Микросхема LTC4366 — первый продукт подобного класса, способный, к примеру, предохранить 12-В цепь от скачков напряжения до 500 В без использования дополнительных защитных компонентов.

«Плавающая» топология позволяет LTC4366 функционировать в широком диапазоне входных напряжений 9–500 В. Хорошо регулируемый выход обеспечивает гибкость контроля уровня выходного напряжения, не влияя на работу системы. Суммарное потребление во включенном состоянии не превышает 20 мкА. Применение этой микросхемы снижает затраты при производстве низковольтного оборудования, поскольку исчезает потребность в высоковольтных компонентах. Микросхемы изготавливаются в 8-выводных корпусах TSOT-23 и DFN (размер 3×2 мм).

Существующие разновидности

Выпускаются две версии LTC4366, отличающиеся друг от друга реакцией на неисправности. После того как неисправность устранена, LTC4366-1 выключается, в то время как LTC4366-2 автоматически повторяет попытку включения. LTC4366-1 и транзистор остаются выключенными до того момента, пока контакт SD не будет переведен в низкий уровень (LOW), а затем в высокий (HIGH). Данной операцией стирается ошибка, а затем LTC4366-1 включает транзистор. LTC4366-2 ожидает 9 с, потом автоматически стирает все ошибки и перезапускается.

Существует возможность изменения времени выключения питания из-за скачка напряжения. Настраиваемый таймер неисправности ограничивает рассеивание мощности на внешнем транзисторе. Во время «ошибки» по питанию на контакт TIMER подается ток, заряжающий конденсатор (СT). Это позволяет работать транзистору в нижних зонах SOA-диаграмм. Путем регулирования скорости нарастания выходного напряжения на контакте GATE пусковое ограничение исключает выбросы тока, проходящие через транзистор на выход.

В выключенном режиме LTC4366 отключает внешний транзистор, соединяя контакты GATE и OUT вместе с коммутацией на транзистор, что позволяет уменьшить потребление тока до значения, не превышающего 20 мкА. В автомобильной промышленности низкий ток отключения минимизирует разряд аккумулятора при стоянке в течение долгого времени, а в портативной электронике позволяет дополнительно сохранить заряд батареи.

Режимы работы

Плата LTC4366 имеет три режима работы: старт, рабочий и регулирование. В рабочем режиме и режиме регулирования микросхема получает большую часть своей мощности с выхода платы, таким образом транзистор изолирует скачок напряжения от контактов питания микросхемы. Соответственно, можно поднять напряжение до напряжения пробоя внешнего транзистора.

В режиме старта протекающий ток номиналом 15 μA течет через резистор RIN, где половина напряжения предназначена для подачи на затвор, а другая половина используется в качестве тока смещения. При подаче напряжения с контакта GATE внешний транзистор подает питание на контакт OUT (рис. 1). Данные события переводят микросхему в рабочий режим, где выход достаточно высок для питания схемы с накачкой заряда, которая управляет затвором транзистора.

Как только на микросхему LTC4366 поступает питание, она готова к защите нагрузки от мгновенного перенапряжения. Защита нагрузки происходит в режиме регулирования при помощи усилителя регулирования перенапряжения, подключенного к источнику напряжения 1,23 В. Если падение напряжения в резисторе обратной связи RFB1 превышает 1,23 В, усилитель регулирования опускает напряжение затвора, чтобы вернуть напряжение RFB1 к значению 1,23 В. Это позволяет отношению RFB1/RFB2 установить выходное напряжение на заданном уровне (рис.1).

Функциональная схема LTC4366

Рис. 1. Функциональная схема LTC4366

Во время контроля скачков напряжения избыточное напряжение падает на транзисторе. Для предотвращения перегрева транзистора микросхема LTC4366 ограничивает время контроля перенапряжения, используя внутренний таймер, подключенный к контакту TIMER. Контакт заряжается током номиналом 9 μA, пока напряжение не превысит 2,8 В. В этот момент он устанавливает ошибку перенапряжения, транзистор выключается, и микросхема переходит в 9-с период. При охлаждении транзистора напряжение с контакта GATE подключается к контакту OUT.

В начале пуска, во время завершения работы или после ошибки перенапряжения контакт GATE замыкается на контакте OUT, тем самым отключая транзистор. Это позволяет замкнуть контакты VSS и OUT на «землю» при помощи выходной нагрузки и RSS. В таком состоянии контакт VDD замыкается через 12-В шунтирующий регулятор на VSS. Полное напряжение питания —12 В подается на RIN, который устанавливает шунтирующий ток, достигающий 10 мА — на несколько порядков выше, чем типичный для VDD ток покоя номиналом 9 μA.

Ошибка перенапряжения

Как правило, внешний транзистор полностью включен, питая нагрузку с очень небольшим падением напряжения. По мере увеличения входного напряжения, напряжение на выходе также увеличивается, пока не достигнет точки регулирования (VREG). С этой точки дальнейшее увеличение напряжения сбрасывается на транзисторе. Транзистор не выключается, так как LTC4366 разрешает продолжить работу в течение короткого времени перенапряжения.

Схема включения для защиты от скачков при входном напряжении 28 В

Рис. 2. Схема включения для защиты от скачков при входном напряжении 28 В

LTC4366 имеет два регулятора в сочетании с внешним резистором для отработки перенапряжения, RSS и RIN, для генерирования внутреннего питания на выводах VDD и OUT. Это шунтирующее внутреннее питание позволяет защитить от перенапряжения при неограниченных высоковольтных переходных процессах, независимо от номинального напряжения внутренней электрической схемы LTC4366.

Когда напряжение на выходе больше или равно VREG, запускается таймер, предотвращающий чрезмерное нагревание транзистора. Обычно TIMER удерживается на низком уровне с током 1,8 μA. Во время регулирования TIMER заряжается током 9 μA. Если режим регулирования держится достаточно долго, чтобы на контакте TIMER оставалось напряжение большее или равное 2,8 В, микросхема генерирует ошибку превышения напряжения.

После ошибки перенапряжения микросхема позволяет транзистору остыть и запустить питание заново (LTC4366-2), или выставляется уровень на контакте SD, пока на микросхему не будет подана команда перезапуска (LTC4366-1).

Правильный выбор RSS резистора (рис. 2) является важным фактором. Во время перенапряжения выходной контакт OUT находится под напряжением регулирования (VREG), а напряжение на RSS соответствует VREG —5,7 В. Большое различие между минимальным напряжением питания и напряжением регулирования может потребовать сопротивления RSS с высокой номинальной мощностью.

Полное напряжение питания —12 В может появиться на сопротивлении RIN во время перенапряжения. Обычно RIN в несколько раз больше, чем RSS, что позволяет снизить требования к мощности и физическим размерам RIN.

Применение

Высоковольтное применение

Защита от высокого переменного напряжения

Рис. 3. Защита от высокого переменного напряжения

На рисунке 3 представлена схема, которая выпрямляет напряжение 110 В AC до 160 В DC и защищает нагрузку от случайного подключения к 220 В AC, ограничивая выходной сигнал до 200 В DC.

Данная схема может работать в диапазоне 100–800 В на входе, где напряжением пробоя транзистора служит максимальное входное напряжение. Во внутреннюю схему с накачкой заряда встроен 0,47-μF шунтирующий конденсатор (C1), что обеспечивает хорошую устойчивость к шумам при перепадах напряжения.

Автомобильное применение

На рис. 4 показана электрическая схема, которая защищает от обратного напряжения и применяется в автомобильных задачах. Когда положительное напряжение сначала подается на вход, D3 и база-коллектор узла Q2 позволяют получать М2 входное напряжения минус падение напряжение на двух диодах. Диод M2 передает мощность на LTC4366. После подачи питания на LTC4366 напряжение поступает на M1 и M2. Транзисторы M1 и M2 обеспечивают низкий импеданс нагрузке. Во время перенапряжения D1 блокирует избыточное положительное напряжение питания на входе, подходящего к контакту GATE LTC4366. D4 устраняет протекание тока через R6, когда вход положительный. D3 предотвращает пробой между эмиттером и базой Q2, если к входу подключено питание.

Во время отрицательного входного напряжения Q2 включается, когда ток от R6 усиливает прямое падение напряжение диодов на R5. Q2 удерживает затвор M2 на входном напряжении, что приводит к выключению M2.

Включение при применении в автомобильных задачах

Рис. 4. Включение при применении в автомобильных задачах

Заключение

Продукты ограничения скачков напряжения компании Linear Technology, использующие транзисторы для блокировки входных скачков и пиков высокого напряжения, обеспечивают бесперебойное питание по всей схеме. Блокирование напряжения групповыми компонентами позволяет избежать перегорания предохранителей и повреждений, возникающих при попытке микросхемы подать большую мощность на «землю» при помощи громоздких пассивных компонентов. Если при максимальном рассеивании переходных процессов(например, при скачке напряжения) превышаются возможности одного полевого транзистора, можно создать группу из нескольких транзисторов, что позволит поддерживать более высокие уровни мощности.

LTC4366 идеальна для жестких промышленных, автомобильных и авиационных применений, когда система должна функционировать при ощутимых перепадах и скачках напряжения. Примерами подобных применений могут служить цепи защиты с высоковольтным питанием, защита от переходных процессов электрического двигателя или защита от неправильного подключения к источникам питания.

Авторы статьи:
Вячеслав Гульванский,
Дмитрий Каплун, к. т. н.,
Юрий Сердитов,
Павел Башмаков
active@ptelectronics.ru
Компания PT Electronics

Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» № 1 2017

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Ивченко Евгений
Все новости и публикации пользователя Ивченко Евгений в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Подписаться
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: ПН-04-063-320 IP 67 АСУ ТП.

Преобразователи напряжения ПН-01М-063-230 (ПН-04М-063-230, ПН-04М-063-320) выполняют функции управления и энергопитания постоянным током подвесных железоотделителей. Все преобразователи оснащены следующими возможностями: — Регулировка выходного напряжения постоянного тока; — Регулировка величины срабатывания защиты по току катушки электромагнита железоотделителя; — Защита силовых цепей при коротком замыкании в нагрузке, а также между выходными клеммами и «землей»; — Блокировка от случайного включения железоотделителя при кратковременном пропадании напряжения в питающей сети; — Световая индикация наличия питающей сети и аварийных режимов; — Возможность дистанционного управления железоотделителем в автоматическом режиме (по заказу); — Контроль тока нагрузки электромагнита и автоматическое отключение от сети в случае превышения номинального значения тока; — Наличие контрольно-измерительных приборов на двери шкафа преобразователя напряжения ПН-01М-063-230. По отдельному запросу возможно изготовление преобразователя напряжения ПН-01М-063-230 взрывозащищенного исполнения, антикоррозионного покрытия, а также подключения ПН к автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУ ТП). Также имеется возможность оснащения преобразователя напряжегния ПН-01М непрерывно-действующим саморазгружающимся железоотделителем и подачей электропитания на электропривод разгрузки.
Иванов Aндpeй · Электротехническое оборудование · 22 марта · Россия · Новгородская обл
ПН-04-063-320 IP 67 АСУ ТП.

ПРОДАМ: Реле защиты от перегрузки

Кроме силового параметра цепей питания, существует и характеристика разности потенциалов в сети, поэтому на любом электрическом устройстве помимо максимального тока указывают номинальное напряжение. И в отличие от силовой характеристики, которая увеличивается параллельно с мощностью, напряжение питания допускает лишь незначительные колебания. В целях обеспечения защиты оборудования от перегрузок, связанных с повышением напряжения (попадание молнии или обрыв нулевой фазы), используют реле защиты от перегрузок. Суть работы рассматриваемого механизма заключается в постоянном контроле напряжения питания, и в случае превышения заданного диапазона происходит механическое воздействие на автоматический выключатель питания. Наша компания с 2005 года профессионально решает задачи на электротехническом рынке в области поставок низковольтного оборудования партнерам по всей России. Сегодня "Элснаб" является крупнейшим дистрибьютором и сервис-партнером чешского завода OEZ (Siemens AG) в России. Наши технические специалисты проводят обучающие семинары и презентации по всему оборудованию, осуществляют полную техническую поддержку и сервисное обслуживание. Электротехническое оборудование "Элснаб" приобретают крупнейшие предприятия и организации страны, работающие в различных отраслях хозяйства: электроэнергетике, атомной, лесной и химической промышленности, агропромышленном комплексе, машиностроении и судостроении, сферах связи и IT. Тщательно продуманная логистика, высокий сервис, надежные поставки, оперативная обработка клиентских запросов - все эти исключительные качества «Элснаб» помогают нашим партнерам реализовать крупные проекты и решать важные задачи в области электротехники. Благодаря собственному складу и сотрудничеству с ведущими транспортными компаниями, мы обеспечиваем быструю отгрузку и высокую скорость поставок в любой регион страны.
Отдел продаж · Элснаб · 26 марта · Россия · г Москва
Реле защиты от перегрузки

ПРОДАМ: Ножевые предохранители серии NH (ETI)

Ножевые предохранители предназначены для защиты электрического оборудования от воздействий тока короткого замыкания и перегрузки. Применение ножевых предохранителей NH: •защита электрического оборудования от воздействий токов короткого замыкания и перегрузок, •корректирующая защита двигателей с малым рабочим током. Токо-временные характеристики: Для рабочего напряжения 500V отключающая способность составляет 100kA или 120кА, а для напряжения 690V - 100kA. серии NH TELECOM DC предназначены для защиты от тока короткого замыкания в цепях постоянного тока DC Предохранители NH KOMBI - это серия плавких вставок с двойным индикатором срабатывания. Оба индикатора срабатывают одновременно, в момент перегорания плавкой вставки. NH KOMBI обеспечивает визуальный контроль состояния плавкой вставки как в держателе, так и в разъединителе. NH с бойком служат для применения в разъединителях LTL оснащенных микровыключателем для дистанционного контроля состояния предохранителя. NH с характеристикой gTr предназначены для защиты трансформаторов напряжения.
Федоров Сергей · ЭТИ Промкомплект · 25 марта · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Ножевые предохранители серии NH (ETI)

ПРОДАМ: КСЗ-1 Комплект средств защиты для электроустановок до 1000В

В приказе Минэнерго РФ №261 от 30-06-2003 перечислен необходимый перечень средств защиты, которыми должны быть укомплектованы электроустановки до 1000В. 1. Штанга изолирующая до 1000в (ШО-1) или универсальная ШОУ-1 с поверкой -2 шт. 2. Указатель низкого напряжения до 1000в с поверкой -2 шт. 3. Изолирующие клещи до 1000в с поверкой - 1 шт. 4. Диэлектрические перчатки с испытанием - 2 пары 5 Диэлектрические боты с испытанием или диэлектрические галоши для (ЗРУ) - 2 пары 6. Комплект плакатов электробезопасности (12 шт.) - 1 компл. 7. Очки защитные или щитки - 1 шт. 8. Диэлектрический коврик с испытанием (размер согласно требований) или изолирующая подставка - 1 шт. 9. Заземление переносное до 1000в с поверкой (поверяются только рукоятки) - 1 шт. 10. Комплект документов (паспорта, сертификаты, протокол испытаний и поверки) - 1 компл. В комплект входят: 1. Штанга универсальная ШОУ-1 до 1000в с поверкой - 2 шт. 2. Указатель низкого напряжения УНК-0,4Р до 1000в с поверкой -2 шт. 3. Изолирующие клещи КИ-1000 до 1000в с поверкой - 1 шт. 4. Диэлектрические перчатки до 1000в с испытанием - 2 пары 5 Диэлектрические боты с испытанием - 2 пары 6. Комплект знаков по электробезопасности на пластике (12 шт.) - 1 компл. - Не влезай убьет! - Не включать, работают люди - Не открывать, работают люди - Не включать работа на линии - Заземлено - Влезать здесь - Работать здесь - Стой напряжение - Высокое напряжение - Испытание. опасно для жизни - Опасность поражения электротоком - Опасное электрическое поле 7. Очки защитные ЗН11 PANORAMA закрытые с непрямой вент. - 1 шт. 8. Диэлектрический коврик 750 х 750 мм с испытанием - 1 шт. 9. Заземление переносное ЗПП-1-3/3-16 до 1000в с поверкой (поверяются только рукоятки) - 1 шт. 10. Комплект документов (паспорта, сертификаты, протокол испытаний и поверки) - 1 компл
Ефимов Владимир · Технические Средства Безопасности · 1 марта · Россия · г Санкт-Петербург
КСЗ-1 Комплект средств защиты для электроустановок до 1000В

ПРОДАМ: CE200 Однофазный 2-х элементный счетчик электроэнергии

Устанавливается на щиток. Предназначен для измерения активной энергии в однофазных цепях переменного тока. Максимальная защита от манипуляций с подключением. Соответствует ГОСТ Р 52320-2005. Минимальная наработка на отказ — 160 000 часов. Межповерочный интервал — 16 лет. Средний срок службы — 30 лет. Дилерская сеть по всей России. Узнай на сайте компании, где можно купить счетчик Энергомера в Вашем городе.
Горьковец Алексей · Энергомера · 27 марта · Россия · Ставропольский край
CE200 Однофазный 2-х элементный счетчик электроэнергии
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.