Jakie scalone rozwiązanie zabezpieczy wtórnik emiterowy z wyjściem OC 12-24V?

Thu Jun 08, 2017 10:37 am   

Witam,

Mam urządzenie, które na wyjściu ma sygnał z komparatora (wyjście OC).
Muszę się liczyć, że użytkownik może zewrzeć wyjście do + lub - i
chciałbym zabezpieczyć układ. Ponadto będę też potrzebował wyprowadzić
to wyjście w inwersji. Pomyślałem więc sobie, że zrobię np. wtórnik
emiterowy + drugi tranzystor jako zabezpieczenie prądowe. Dla wyjścia
zanegowanego drugi. W sumie to 4 tranzystory i 4 oporniki. Pytka jest
mała i mogę się z tym nie zmieścić. Czy istnieje jakieś scalone rozwiązanie?

Urządzenie musi pracować przy zasilaniu 12...24V.

--
Pozdrawiam,
Marek

Thu Jun 08, 2017 5:02 pm   

W dniu 08.06.2017 o 12:37, Marek S pisze:

Jak duży jest ten prąd maksymalny? 10mA, 20mA? Jeśli zasilanie nie jest
symetryczne, to wystarczy chyba jak się zabezpieczysz przed zwarciem do
+? Powinien wystarczyć do tego ulubiony tranzystor jednego z
grupowiczów - n-mos z kanałem zubożonym. Do tego jeszcze jakieś
zabezpieczenie ESD.

Inwersję możesz zrobić na tranzystorze z rezystorami w jednej obudowie
np. dtc144
http://www.mouser.com/ds/2/395/DTC144%20EM%20A12-248520.pdf

Thu Jun 08, 2017 6:07 pm   

W dniu 2017-06-08 o 12:37, Marek S pisze:

Dla mnie - wybitnie niejasne pytanie. Spójrz na to co napisałeś oczami
kogoś, kto nic nie wie o Twoim układzie.
1. Czy to wyjście OC z komparatora ma wystarczającą wydajność prądową?
Wygląda, że tak, bo napisałeś, że jest to wyjście z _urządzenia_ i
wymaga tylko zabezpieczenia.
2. Czy to wyjście OC z komparatora ma już w sobie ograniczenie prądu -
jakie?
Może ono samo wytrzyma zwarcie do +24V.
3. Czy jest tam też -24V?
Zwarcie do GND dla wyjścia OC nie jest żadnym problemem więc skoro jest
obawa o zwarcie do - to znaczy, że musi tam być też jakieś ujemne
napięcie - czyżby zasilanie 12..24 oznaczało +-12 do +-24....
A może tekst o wytrzymywaniu zwarcia do + i - wynika z pośpiechu/braku
zastanowienia i tam nie ma ujemnego napięcia.
4. Co to znaczy pracować przy 12 i 24V - czy w układzie mamy do
dyspozycji tylko te 12 lub 24V (i z tego jest zasilany między innymi ten
komparator), czy może to jest tylko informacja o zasilaniu tego czegoś
czym będziemy sterować, a w układzie mamy jakieś VCC np. 5V ?
5. Czy wyjście zanegowane musi pracować jak to pierwsze by nie było
niczym obciążone, czy może wtedy nie pracować?
Gdyby mogło wtedy nie pracować to drugi tranzystor można by sterować z
wyjścia pierwszego (zaoszczędzilibyśmy jeden negator - a o liczbę
elemnentów chodzi).
6. Nawet jakby musiało zawsze pracować to też można zrezygnować z
negatora jeśli dało by się podwiesić pierwsze wyjście do tego +12..24V,
ale nie wiem, czy jest ono dostępne na naszej płytce?
7. Jakby nie było dostępne te 12..24V to można pomyśleć o podwieszeniu
do 5V (jeśli to mamy - znów nie wiem), ale trzeba by wiedzieć, czy to
nie wpłynie na działanie tego czegoś czym sterujemy pierwszym wyjściem,
a nie wiemy czym sterujemy) i czy nie może podnieść nam VCC ponad
standard - zależy od "siły" podwieszenia i gwarantowanego obciążenia na
tym VCC.

Itd.
Nad czym by się nie zastanowić to za mało danych.

Są tzw tranzystory cyfrowe (tranzystor+opornik lub tranzystor+dwa
oporniki) i są single-gate - pojedyncze bramki HC w obudowie SOT23-5, i
na pewno też w mniejszych.
Nie wykluczałbym, że są też np. dwa negatory HC w małej obudowie 6-pin.
Bramki są "lepszymi" negatorami od tranzystorów bo push-pull, ale
wymagają VCC, o którym nie wiemy, czy jest dostępne.
P.G.

Fri Jun 09, 2017 10:15 am   

W dniu 2017-06-08 o 19:02, Zbych pisze:


Ups, nie podałem Załóżmy 50mA


Preferowałbym rozwiązanie niedestrukcyjne czyli nie zwieranie przy
niewłaściwej polaryzacji a raczej odmowa współpracy przy złym
podłączeniu :-)

To może konkretnie. Zaprojektowałem przed chwilą taki rodzaj wyjścia z
zabezpieczeniem przeciwprądowym:

https://drive.google.com/file/d/0B5EZBCDOXXP7Sk5YWW5teFZjeTA/view?usp=sharing

Na R12 jest albo +24V albo masa (off / on). Wyjście tego układu powinno
być normalnie podłączone do diody transoptora a ona z kolei do +24V po
jakimś rezystorze. No i teraz mamy sytuację, że nieroztropny użytkownik
zwiera to wyjście do + albo zapomniał o rezystorze. Ogranicznik prądowy
T1 zadziała i wszystko ok. Teraz druga sytuacja: użytkownik zwiera
wyjście do masy. Jeśli na R12 jest +24V to następuje zniszczenie T4
(przebicie EB). Zastanawiam się czy zwykła dioda na wyjściu nie załatwi
sprawy? Wtedy napięcie na diodzie + EB T4 nadal będzie na poziomie
przebicia ale prąd będzie zerowy. Czy coś takiego może zniszczyć
tranzystor? Czy bezpieczniej byłoby dać jeszcze duży rezystor na EB aby
cały spadek napięcia powstał na diodzie a nie na tym złączu?

--
Pozdrawiam,
Marek

Fri Jun 09, 2017 10:24 am   

W dniu 2017-06-08 o 20:07, Piotr Gałka pisze:


Doprecyzowałem opis problemu.

Tak na marginesie, zastanawiałem się również nad bramkami CMOS jednakże
chyba to nie zadziała. Ogranicznik prądowy jest analogowym rozwiązaniem.
No chyba, że jakiś sprytne podejście da się zastosować.

P.S.
Użytkownik zasila tą płytkę więc ma dostęp do masy i +24V (ew. +12V w
zależności od parametrów jego zasilacza).

--
Pozdrawiam,
Marek

Fri Jun 09, 2017 10:56 am   

W dniu 09.06.2017 o 12:15, Marek S pisze:

Zamiast wtórnika na PNP, zrobiłbym wersję odwracającą z NPN. Będziesz
miał mniejszy spadek napięcia (o ile to ważne) i złącze C-B będzie brało
na siebie napięcie wyjściowe.

http://www.rlocman.ru/i/Image/2010/11/10/Fig_1.gif

Fri Jun 09, 2017 11:33 am   

W dniu 2017-06-09 o 12:24, Marek S pisze:

wykorzystaniu możliwie najmniejszej powierzchni płytki, ale jak nie ma
VCC to zapomnieć.
P.G.

Fri Jun 09, 2017 11:40 am   

W dniu 2017-06-09 o 12:15, Marek S pisze:



Miał tam być jakiś komparator z wyjściem OC - jak to jest zamienione na
te +24V?


Na pewno?
35mA * 24V = 0,84W - ile ms takiego zwarcia wytrzyma BC857?
A jak 50mA to jeszcze gorzej.

Teraz druga sytuacja: użytkownik zwiera

Na pewno?
Zmontuj i sprawdź - ja uważam, że nic się nie stanie.
P.G.

Fri Jun 09, 2017 11:53 am   

W dniu 2017-06-09 o 12:56, Zbych pisze:

To jest standardowe rozwiązanie na pewno lepsze od kombinacji Marka.
Kilka drobnych ale:
1.
Taki ogranicznik (gdy ogranicza) może się wzbudzać i generować jakiś tam
sygnał w.cz. Jest to bez znaczenia, bo stan ograniczania normalnie nie
występuje.
Ponieważ tranzystor to SOT323 i dwie diody to też SOT323 - czasami
zastępuję Q1 dwiema diodami - bez sprzężenia zwrotnego się nie wzbudzi.
2.
Nadal przy zadanym 50mA i 24V tranzystor nie wytrzyma zwarcia do +24.
Aby normalnie dać 50mA i wytrzymać 24V trzeba by coś jak fold-back
zastosować, ale to rozbudowuje układ.


Jeśli wiadomo, że obciążeniem (zawsze ?) ma być dioda w transoptorze to
może dać jeden tranzystor (bez ogranicznika prądu) a jego kolektor do
wyjścia połączyć przez (odpowiedniej mocy) R ustalający te 50mA.
P.G.

Fri Jun 09, 2017 1:22 pm   

W dniu 2017-06-09 o 13:53, Piotr Gałka pisze:


Raczej mam tu na myśli jakieś chwilowe zwarcie niż trwałe. Prąd też
podałem jako rząd wielkości bo sam jeszcze nie wiedziałem ile transoptor
może chcieć. Wyszło mi, że 11mA więc zabezpieczenie dam na 20-30. Musze
się też liczyć z tym, że inny transoptor będzie chciał ciut więcej. Nie
wiem co user podłączy.


Chodzi o sterowanie maszyną CNC. Tam transoptory są zawsze z opornikiem
swoim. Zwiera się je albo do masy albo do + w zależności od konstrukcji.

--
Pozdrawiam,
Marek

Fri Jun 09, 2017 1:25 pm   

W dniu 2017-06-09 o 12:56, Zbych pisze:


W zasadzie tak mam zrobione dla wyjścia nieodwracającego. Ten wtórnik
dałem tylko dlatego by uniknąć odwracania ale suma sumarum to nie było
mądre bo czy zastosuję odwracanie na tranzystorze, czy wtórnik ale z
zabezpieczeniami, to ilość części będzie podobna.

Dobra, nie będę się szczypał z wtórnikiem i zrobię to na NPN.

--
Pozdrawiam,
Marek

Fri Jun 09, 2017 1:42 pm   

W dniu 2017-06-09 o 13:40, Piotr Gałka pisze:


Traktuj to jako schemat poglądowy, bez wartości bo póki co chcę wybrać
jakieś rozwiązanie a potem obliczę wartości.


Komparator z OC ma rezystor 4k7 i LED do +24V. Oczywiście spadek
napięcia nastąpi ale to już detale nieistotne dla dyskusji.


Prąd zwarcia raczej ograniczę do 20mA. Tranzystory będą zalane masą do
urządzeń elektronicznych więc jakoś to powinno zadziałać przy założeniu,
że zwarcie drutem raczej będzie przypadkowe i krótkotrwałe, np. podczas
podłączania. Druga rzecz to napięcie zasilania zwykle będzie +12V choć
niektóre kontrolery CNC (jak moje) dają +24V więc to też poprawia
sytuację. Urządzenie nie musi być niezniszczalne ale w miarę możliwości
zabezpieczone. Nie zmieszczę na płytce dużych elementów. Potrzebny jest
więc kompromis.


Hmmm.. dlaczego miałoby się nic nie stać? Napięcie przebicia EB to 6 czy
7V. Faktem jest, że nie wiem jak zachowuje się półprzewodnik używany w
niedozwolonych warunkach pracy i co go wtedy niszczy - czy napięcie
przebicia, czy prąd jaki wtedy płynie.

--
Pozdrawiam,
Marek

Fri Jun 09, 2017 5:11 pm   

W dniu 2017-06-09 o 15:22, Marek S pisze:

To, co dla człowieka chwila to dla elektroniki wieczność.
W katalogach dla tranzystorów (pewnie raczej tranzystorów mocy) są
podawane wykresy maksymalnej mocy impulsu w zależności od jego czasu i
częstotliwości powtarzania. Nie wiem czy dla BC847 znajdziesz.
Chodzi o to po jakim czasie struktura zagrzeje się powyżej temperatury w
której ulega zniszczeniu. Pojemność cieplna struktury tranzystora (samej
struktury, nie całej wielkiej obudowy SOT23 czy SOT323) jest bardzo mała.
Nie chce mi się szukać, ale zakładam, że dla SOT23 przy 1W to będą
jakieś ms.
Jak wyobrażasz sobie, że człowiek przez błąd zrobi zwarcie i w parę ms
to zauważy i usunie?

Prąd też

wewnętrzne połączenie zabezpieczać od błędów - na tym etapie błędów nie
należy robić.

Do wyjść OC na 12..24V na prądy rzędu 1A stosuję VNN7NV04PTR-E.
Właśnie się dowiedziałem, że był zniknął z rynku i mam poszukać czegoś w
zamian.
To jest MOSFET zawierający:
- zabezpieczenie przepięciowe (obciążenie indukcyjne mu nie groźne),
- ogranicznik prądu (te co stosowałem VNN7NV04PTR-E miały 6A, ale
właśnie zniknęły z rynku i mam poszukać jakichś innych - na razie nie wiem),
- ogranicznik temperatury - przy zwarciu działa ogranicznik prądu,
struktura się grzeje i zanim temperaturą ją zabije jest wyłączana.
P.G.

Fri Jun 09, 2017 5:15 pm   

W dniu 2017-06-09 o 15:25, Marek S pisze:

że wyjście OC komparatora podwieszasz słabym opornikiem do + i aby ten
sygnał + był silniejszy dajesz wtórnik npn i dopiero dalej układ z
ogranicznikiem prądu.
Miałem nawet jako jedną z wątpliwości też napisać, że nie wiem co masz
na myśli pisząc o wtórniku emiterowym - czy pnp czy npn, ale uznałem, że
już za bardzo bym się czepiał, bo przecież oczywiste, że npn.
Nie doceniłem cię.
P.G.

Fri Jun 09, 2017 5:37 pm   

W dniu 2017-06-09 o 15:42, Marek S pisze:

Jeśli ten rezystor 24k jest łączony do tego wyjścia komparatora to w
stanie 1 na tym 24k nie będzie 24V jak pisałeś tylko mniej więcej
(24-2)*24/(24+4k7) - czyli 18,4V. Zależnie od kierunku dyskusji to
różnica może być istotna.

Chciałem Ci wtedy napisać, że jak wiesz, że sterujesz tym opornikiem ze
stabilizowanego napięcia 24V to możesz bazę tranzystora wysterować
dzielnikiem, który daje np 1V i dając w emiterze rezystor ustalić prąd
takiego źródła prądowego. Unikasz jednego tranzystora, zmniejszasz
spadek napięcia na źródle (przy 12..24 mało istotne) kosztem pewnego
pogorszenia jakości stabilizacji.


ciepła a nie pogarsza.
Załóż, że człowiek podłącza bez zasilania. Potem włącza zasilanie i mu
nie działa. Zanim pomyśli, że coś źle podłączył już jest dawno po
tranzystorze. Cały zalany układ do śmieci.
Musisz albo założyć, że takich błędów nikt nie zrobi albo się
zabezpieczyć od wieczystego podłączenia wyjścia do +24V.


złącza EB jako diody Zenera.
Zakładam, że tam wyżej się nie pomyliłem i przyjmuję 18,4 a nie 24.
18,4-7=11,4
11,4/24=0,475mA
Taki prąd jest raczej niegroźny.
P.G.