Защита от перегрузки, Защита выходного p-n-p транзистора Опции

[Jakob]

В приборе, который я делал три года назад, есть сигнальный блок с p-n-p транзистором на выходе, который клиенты при монтаже частенько закорачивают на землю, а приборы выпускается серийно, и они приходят назад с рекламацией. Хотел при последующей модификации поставить защиту на этот транзистор, но не получилось результативно. На плате есть около одного квадратного сантиметра пространства, поэтому все детали SMD. Итак, выходной p-n-p транзистор BC856 стоит эмиттером к линии +24 вольт, к коллектору через 100ком подходит земля. Клинту доступен как сигнальный выход, коллектор относительно земли. Прибор управляется двумя микропроцессорами, обслуживая систему из четырех датчиков, хотя к теме это не относится.

Задача состоит в том, чтобы ограничить сигнальный ток примерно 50 мА принапряжении 24 вольт, при этом транзистор должен быть полностью открыт. При превышении этого тока, скажем, до 60-70 мА, транзистор должен быть полностью закрыт, на выходе НОЛЬ!

Я ставил в эмиттерную цепь резистор 12 Ом, снимал с него 0,6 вольт на базу-эмиттер дополнительного транзистора, которым пытался закрывать выходной транзистор, комбинировал чем только можно, но не получилось. Теоретически все не сложно, однако транзистор полностью не закрывается, на выходе 2-3 вольта, он при этом проводит, и при коротком замыкании выхода, перегревается и неизбежно горит.

Прошу подсказать, кто знает, линк или готовое решение, или умную мысль. Всем спасибо.

[Alexandr]

Покритикуйте...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Jakob]

Покритикуйте...

Сделал наспех привеску, посмотрите пожалуйста, я это опробовал.
Также прошу извинить, срочно уезжаю, вернусь 10 мая.

Прикрепленные файлы

 out.pdf ( 23.99 килобайт ) Кол-во скачиваний: 114

 

[Alexandr]

Уберите R6, иначе 50мА вы не откроете Т3. Увеличьте номинал R3 хотя бы до 10К. А так вполне работоспособна.
P.S. Не внимательно я прочитал сначала - у Вас же p-n-p, а я для n-p-n схему нарисовал.

[nicom]

Покритикую - схема стабилизирует ток где то под 70мА. На нагрузке при сопротивлении (порядка 100Ом будет напряжение около 7В): Но в задании сказано, что при этом напряжение:
" Задача состоит в том, чтобы ограничить сигнальный ток примерно 50 мА принапряжении 24 вольт, при этом транзистор должен быть полностью открыт. При превышении этого тока, скажем, до 60-70 мА, транзистор должен быть полностью закрыт, на выходе НОЛЬ! "

Так можно сделать, установив схему с положительной обратной связью, которая выключит выходной транзистор, если ток превысит пороговый.

Однако, пользователь может установить нагрузку с большой емкостной составляющей или, например, лампу накаливания, имеющую большой пусковой ток. - в этом случае схема может сработать...
Плюс: надо установить схему "правильного пуска" - что бы при разном моменте включения питания и остаточного напряжения на нагрузке схема вставала в сброшенное (начальное) состояние.
Предлагаю так...
... у меня в одном из проектов - была аналогичная задача (только с лампочками накаливания); там сигнал с Т3 коллектора (в Вашей схеме) шел на прерывание микроконтроллера. Пиковый ток в 1А в течении 300мкс безопасен для транзистора (BC807 у меня). Таким образом: при включении, если регистрируем бросок тока - ясно: лампочка цела, если в течении 200 - 300 мкс ток не упал - есть КЗ... в этом случае процессор отключает нагрузку сам, и сигнализирует о неисправности.
Удачи...

[BWZ]

Ограничители тока спасают только на короткое время. Триггерные схемы очень капризны при изменении параметров схемы, а здесь, как я понимаю, характер нагрузки и длина кабеля к ней не оговорена.

Наилучшим вариантом в этом случае будет использование самовосстанавливающегося предохранителя типа PolySwitch. При рабочем токе около 50 mA такой предохранитель будет иметь сопротивление около 10 Ом. Его можно включить в разрыв выходного сигнала (коллектор транзистора). Из-за достаточно большого сопротивления он ограничит короткие броски тока при разных нагрузках, а при длительных перезрузках сопротивление увеличится на несколько порядков.
Правда серьезным недостатком является зависимость рабочих характеристик от окружающей температуры. Поэтому при выборе предохранителя очень рекомендую пользоваться полной документацией, а не краткими таблицами.

[тавр]

Если правильно понял задачу, пробуй так (пристегнуто)

Прикрепленные файлы

 Doc1.doc ( 108.5 килобайт ) Кол-во скачиваний: 103

 

[Alexandr]

To тавр
Не понятно каким образом Вы собрались ток ограничивать. А диод зачем? Объясните, может я чего не допонял.

[тавр]

To Alexandr and Jakob:
Эта схема не ограничивает ток, а защищает от КЗ. При КЗ на выходе, катод диода окажется на земле, и диод будет шунтировать эмиттер-база нижнего транзистора, не давая ему открыться. При этом главный (верхний) будет закрыт. Можно добавить диод в эмиттер нижнего транзистора для более надежного его запирания при КЗ.

[Jakob]

Ребята! Всем огромное спасибо, сегодня вернулся на работу, тут накопилось всякого разного, сейчас разгребусь с текучкой, и на этой неделе непременно вернусь к своей модернизации. Поэкспериментирую, потом напишу, что получилось.

С Днем Победы!!!

[Dimitris]

В целом верно.
R6 исключать не рекомендовал бы, с номиналами поиграть придется серьезно.
Нижний вывод R5 рекомендовал бы перебросить с К Т1 на Б Т2 - так надежней будет по тепловым токам.
При таком виде защиты характеристика "Uвых vs Iн" приобретает обратнонаклонную ветвь, что проявляется в "застреваниях" при включении на емкостную и нелинейную нагрузки, хотя и это решаемо.
Успехов.

[Jakob]

Здравствуйте все! Спасибо всем ответившим, я многое перепробовал, менял номиналы, добавлял и убирал резисторы и даже диоды, однако снова с тем же вопросом. Коротко: схема (здесь маленький фрагмент большого прибора) выдает наружу сигнал одного из возможных состояний, а именно, от процессора открывается транзистор Q1, земля попадает на базу Q2, он открывается, и на нагрузке R7 появляется нормальное напряжение почти 24В. Проблема состоит в том, что клиенты зачастую этот сигнальный выход коротят на землю со всеми вытекающими последствиями. Чтобы избежать проблем, я добавил транзистор защиты Q3, как на схеме. Мне удалось легко достичь того, что ни в каких ситуациях ток через транзистор Q2 не превышает 50 мА. Однако при КЗ в нагрузке мощности SMD-Транзистора не хватает, он перегревается и сгорает.

Подвешиваю картинку, где в симуляторе эта схема вверху в нормальном режиме (Нагрузка 10 кОм), а внизу в режиме КЗ (Нагрузка 0,001 кОм), при этом, естественно, нумерация элементов вверху и внизу автоматически установилась разная. Проблема, как я понимаю, в том, что транзистор Q2 не закрывается полностью при КЗ.

Нормальный режим
Q3: Ube=0,04V закрыт
Q2: Ube=0,78V открыт, ток менее 50 мА

При снижении сопротивления нагрузки 10 кОм...до нуля => Q3: Ube растет 0,04...0,7V, он открывается, сдвидает немного вниз напряжение на базе Q2, но при этом Q2 не закрывается и происходит непоправимое.

КЗ режим
Q3: Ube=0,7V открыт
Q2: Ube=0,82V открыт, ток менее 50 мА, хотя он должен быть закрыт, ток должен быть 0.

Ребята, может, кто что умное подскажет, где тут собака порылась. Как, не усложняя схему, и используя только SMD детали, резисторы размером 0805 и транзисторы BC856B (SOT23), имея около одного кв. сантиметра на плате, решить задачу.

Спасибо всем заранее, даже тем, кто только прочитал вопрос.

Прикрепленные файлы

 Schematics.pdf ( 27.71 килобайт ) Кол-во скачиваний: 174

 

[Dimitris]

А для 0,001 кОм уважаемый тавр уже решение предлагал ;-)

[Jakob]

А для 0,001 кОм уважаемый тавр уже решение предлагал ;-)

Если поставить диод Shottky между базой Q1 и коллектором Q2, то схема просто не будет работать при сопротивлении нагрузки меньше 480 Ом, что недопустимо. Polyswitch тоже не подходит, слишком медленный. Это было бы классное решение, но, увы...

[Dimitris]

Строго говоря, выходным каскадом, который работает в линейном режиме, эта проблема не решается.
Необходимо, чтобы транзистор с датчика тока запускал мульт с большой скважностью, выходной ключ становится плечом триггера Шмидта.
Где-то я видал сие в бумажных патентных источниках информации, по-моему среди АС СССР "Стабилизатор напряжения с защитой по току"