Защита выхода от короткого замыкания на SMD компонентах, Замучался тестировать Опции

[syoma]

Привет.
Как-то не приходит в голову простая схема, а то что тестирую - не работает.
В общем есть выход в виде PNP транзистора, включающего нагрузку на +24В. Нагрузка в общем случае потребляет 20мА, но может быть до 50мА.
Требуется защитить данный выход от коротких замыканий нагрузки с самовосстановлением, при условии, что при нагрузке 20мА падение напряжение на всей выходной связке должно быть на больше 1,5В. Максимальная нагрузка, как я сказал - 50мА. При этом защита от КЗ не должна срабатывать.
Пиковый ток транзистора - 1А.

Тестирую сейчас самовосстанавливающиеся предохранители, последовательно с низкоомным резистором, чтобы ограничить ток через транзитор. Предохранитель срабатывает за 0,2с. При этом из резистора идет дым и он выгорает после 10 попыток. При уменьшении номинала, чтобы уменьшить время срабатывания - сгорает транзитор, так как ток большой и он выходит из режима насыщения (ток базы рассчитан где-то на 0,7А коллекторного тока)

Спасибо.

[syoma]

Контроллер для управления выходом в изделие, которое обходится без контроллера вообще? Это конечно круто, но мне кажется через чур.

Спасибо всем за схемы, но все-таки хочу обойтись простыми решениями.

Как вам такое решение?
Беру транзистор с номинальным током повыше и hfe побольше - например http://www.diodes.com/_files/datasheets/FMMT723.pdf.
Ток базы выбираю таким, чтобы транзистор гарантированно находился в насыщении при коллекторном токе в 1А.
Далее в качестве PTC беру Bourns MF-NSMF012 или аналогичный размерами 1206 с током удержания 0,1А. Согласно характеристикам этих PTC при токе 1А, время срабатывания составляет 0,1-0,2с.
Осталось только ограничить ток на этом уровне в течении этих 0,2с. При этом где-то надо рассеять мощность 24В/1А=24Вт.
На помощь приходят т.н. Surge резисторы. Например в виде thick film 1206. Судя по даташиту при единичном импульсе один такой резистор в течении 0,2с способен выдержать около 12Вт. Т.е. надо две штуки последовательно с общим сопротивлением 24 Ома, с поправкой, что PTC имеет типовое сопротивление 2Ома в открытом состоянии + падение напряжение на переходе - т.е. 12 Ом каждый.

Т.е. схема такая - Транзистор в SOT-23 + последовательно два резистора 1206 по 12Ом + PTC 1206. При нормальном режиме и токе нагрузки 50мА, падение напряжения на схеме будет составлять 1,3В + 0,1В на транзисторе. Т.е. условие выполнено с запасом.
По-моему компактнее и проще схемы не придумать.

[ШСА]

...при токе 1А, время срабатывания составляет 0,1-0,2с.
Т.е. схема такая - Транзистор в SOT-23 + последовательно два резистора 1206 по 12Ом + PTC 1206.

Чтобы гнать 1А через транзистор в SOT-23, на базу надо подать около 50 мА! Мощность на токоограничивающем резисторе в цепи базы - до 24В * 0,05А = 1,2 Вт!
Зато всего три элемента в схеме защиты.
Не спорю, но чтобы снизить требования к источнику питания и выходному ключу, предложу ещё один вариант схемы, сходную по параметрам со схемой из сообщения №8.

R1 определяет ток КЗ;
R2 (вкупе с R1) - максимальный выходной ток;
R3 одновременно насыщает Q4 и запирает Q1;
Управляющий ток (R4) должен обеспечивать насыщение и Q1, и Q4.
Транзисторы - любые, лишь бы одинаковые;
На графике видно - мощность на ключе при КЗ менее 0.1 Вт.
Суммарное падение напряжения на ключе - около 0,7 В;
Кто желает, можете сами в LTspice поиграться:
 Protect_SC_4.zip ( 749 байт ) Кол-во скачиваний: 45

Шесть элементов в схеме защиты.
(Входной сигнал показан с умышленно затянутыми фронтами, чтобы устройство продемонстрировало поведение во всех режимах. В реальности же такого не будет - в ключевом режиме мощность, выделяемая на ключе, ничтожно мала)

Сообщение отредактировал ШСА - Feb 9 2016, 11:11