Схема прогрессирующего ограничения тока линейного регулятора

Fairchild LM317

,

Для многих приложений, потребляющих от источника питания ток в несколько ампер или меньше, удобным решением, обеспечивающим простоту использования, низкую стоимость и полную встроенную защиту от перегрузки, являются трехвыводные регулируемые линейные регуляторы напряжения, такие как LM317. Добавление нескольких компонентов может повысить надежность трехвыводного регулятора за счет реализации функции быстродействующего ограничителя тока короткого замыкания. Ограничитель тока защищает регулятор от повреждений, поддерживая максимальный выходной ток на постоянном уровне IMAX, безопасном для регулятора [1]. Когда возникает неисправность, мощность, рассеиваемая в проходном транзисторе, приблизительно равна VIN×IMAX. При проектировании регулятора, способного выдержать перегрузку, используются компоненты, выбираемые с большим запасом, а конструкция часто оказывается чрезмерно сложной, если только не будет предусмотрена возможность снижения или прогрессирующего ограничения выходного тока при возникновении неисправности [2].

Вебинар «Особенности применения литиевых батареек Fanso (EVE) в популярных решениях» (30.11.2021)

В схеме на Рисунке 1 для защиты проходного транзистора прогрессирующее ограничение тока реализовано путем добавления резистора обратной связи R4. В нормальных условиях транзистор Q2 закрыт, и резисторы R1 и R2 поддерживают на затворе MOSFET Q1 напряжение, открывающее транзистор. При перегрузке выхода Q2 открывается, уменьшая открывающее напряжение на затворе Q1, и, таким образом, увеличивая его сопротивление сток-исток и ограничивая ток, протекающий через регулятор IC1.

Эта схема добавляет прогрессирующее ограничение тока для защиты линейного регулятора.
Рисунок 1. Эта схема добавляет прогрессирующее ограничение тока для
защиты линейного регулятора.

Добавление резистора R4 делает ток смещения транзистора Q2 зависимым от выходного напряжения VOUT, которое уменьшается при перегрузке.

Для схемы на Рисунке 1 максимальный ток в режиме прогрессирующего ограничения и ток короткого замыкания, IKNEE и ISC, соответственно, можно рассчитать по следующим формулам:

  (1)
  (2)
Смоделированный и измеренный отклики схемы прогрессирующего ограничения при изменении сопротивления нагрузки от 200 Ом до 0.01 Ом демонстрируют хорошее совпадение.
Рисунок 2. Смоделированный и измеренный отклики схемы
прогрессирующего ограничения при изменении
сопротивления нагрузки от 200 Ом до 0.01 Ом
демонстрируют хорошее совпадение.

На практике сначала выбирают токи IKNEE и ISC и равные значения R3A и R3B, а затем используют формулы (1) и (2) для расчета сопротивлений резисторов RSC и R4. Для схемы на Рисунке 1 максимальный выходной ток в режиме ограничения и ток короткого замыкания зафиксированы на уровнях 0.7 А и 0.05 А, соответственно. При R3A и R3B, равных 100 Ом, решение уравнений дает 0.73 Ом для RSC и 4.3 кОм для R4.Чтобы продемонстрировать характеристики схемы, можно нагрузить ее переменным резистором, сопротивление которого регулируется от 0 до 200 Ом. Как видно из Рисунка 2, смоделированные и измеренные выходные вольтамперные характеристики (зависимости VOUT от IOUT) находятся в хорошем соответствии.

Ссылки

  1. Hulseman, Herb, "MOSFET enhances voltage regulator's overcurrent protection," EDN, March 3, 2005, pg 74.
  2. Martin Galinski «Защита от неисправности с помощью следящего ограничения тока»

Материалы по теме

  1. Datasheet Intersil IRF9130
  2. Datasheet Fairchild LM317

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Circuit adds foldback-current protection

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

8 предложений от 7 поставщиков
Исполнение: TO92. Positive Adjustable Regulator; Voltage Regulator Type:Adjustable Positive Linear; Input Voltage Primary Max:40V; Output Voltage Max:37V; Output Current Max:100mA; No....
LM317LD13TR
STMicroelectronics
11 ₽
AliExpress
Весь мир
1 шт./лот LM317M LM317 TO-252 Новый оригинал в наличии
5 ₽
Десси
Россия
Микросхема LM317LZ
STMicroelectronics
17 ₽
Кремний
Россия и страны СНГ
LM317LZG
по запросу
Запись вебинара «Микросхемы для защиты цепей питания: ограничители всплесков напряжения и тока, контроллеры горячей замены, идеальные диоды»
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Стрелочку в Q1 не в ту сторону нарисовали.
  • Вы правы, спасибо. Скоро исправим