Limitation du courant d'appel du transistor MOSFET à canal P

Je recherche EESE et Google depuis plusieurs semaines pour trouver une solution à ce problème, et même si j'ai trouvé des propositions qui semblaient prometteuses, la mise en œuvre dans le monde réel n'a pas répondu aux attentes.

J'ai un régulateur de tension sur une carte avec une capacité d'entrée de 10 uF, pour aider à protéger contre les conditions de baisse de tension. J'ai un fusible en série avec une alimentation de 125 mA pour diverses raisons, et pour être clair, je n'ai pas trouvé de versions à fusion lente qui répondent à mes besoins. L'alimentation peut être de 5 volts à 15 volts CC, très probablement une batterie au plomb. Lorsque la batterie est connectée pour la première fois, je vois un courant d'appel avec un pic d'environ 8 ampères sur 8us, qui fait sauter très rapidement le fusible 125mA. D'accord, je dois donc limiter le courant d'appel. Pas grave, non?

J'ai essayé un certain nombre d'options différentes, mais c'est celle qui semblait la plus prometteuse:

R1 et R2 forment un diviseur de tension qui limite le Vgs pour éviter d'endommager le MOSFET, et avec le condensateur forment un retard RC qui permet au FET Vgs d'augmenter plus lentement, en gardant le FET dans sa région ohmique pendant une plus longue période de temps . C'est parfaitement logique. Capacité plus élevée = allumage plus lent = moins de courant d'appel.

Eh bien, tout va bien et dandy, sauf qu'après avoir augmenté le condensateur de 1 uF à 4,7 uF à 10 uF, je me suis rendu compte que j'avais atteint un creux à un courant d'appel d'environ 1,5 Apk sur 2 us. Après avoir atteint ce point, quelle que soit la capacité que j'ai ajoutée pour C1 (j'ai essayé jusqu'à 47 uF), le courant d'appel ne tomberait pas en dessous de 1,5Apk. Évidemment, ce courant était encore beaucoup trop élevé et ferait sauter mon fusible en un instant. Je ne peux pas augmenter la valeur nominale actuelle du fusible, je dois donc trouver un moyen de faire fonctionner ce fusible.

Mon hypothèse actuelle est la suivante:

Cgs et Cgd sont les capacités intrinsèques grille-source et grille-drain du MOSFET, et bien qu'elles soient relativement très petites (50pF-700pF), ma théorie est qu'elles agissent comme un passage lorsque Vin est appliqué pour la première fois. Étant donné que ces capacités ne peuvent pas être réduites, elles (en particulier Cgd) sont les facteurs limitants qui m'empêchent de réduire le courant d'appel en dessous de 1,5Apk.

Quelles autres options existe-t-il pour limiter le courant d'appel? J'ai trouvé diverses solutions monopuce pour des applications remplaçables à chaud, mais elles ont une topologie similaire au circuit ci-dessus et j'imagine qu'elles auraient des inconvénients similaires.

Vin peut être aussi bas que 5 volts, donc si je prends en compte la protection contre les inversions de polarité fournie par une diode Schottky, la chute de tension aux bornes du fusible, la chute aux bornes de la résistance à l'état passant du MOSFET et les chutes dues au câble (peut être assez long) en connectant cette carte à l'alimentation, ma chute de tension devient assez importante (le régulateur de tension dans lequel il alimente nécessite environ 4,1 V pour une régulation correcte). Une résistance de limitation de courant série ne sera malheureusement pas une option.

L'autre restriction que j'ai est l'espace. J'ai environ 4,5 x 4,5 millimètres carrés avec lesquels travailler. Le circuit ci-dessus allait à peine s'adapter, donc ajouter encore plus de composants n'est pas vraiment une option. Sinon, cela aurait été un problème légèrement plus facile à résoudre.

Vous avez en quelque sorte la bonne idée:

Mais le condensateur est au mauvais endroit. Pour le contrôle de la vitesse de balayage, il doit être situé entre le drain et la grille, pas la source et la grille comme vous le montrez. Le placer entre le drain et la grille provoque une rétroaction de sorte que lorsque le drain augmente rapidement, il désactive davantage le FET.

Un simple bouchon entre le drain et la source peut suffire. Le timing dépend de certains paramètres qui sont généralement mal connus, et la limitation de la pente ne se déclenche pas jusqu'à ce que la porte soit proche de sa tension de seuil.

Voici un circuit d'entrée d'alimentation à limitation de pente plus sophistiqué que j'ai utilisé à quelques reprises.

Cet appareil se connecte au reste du système via deux lignes de bus CAN, la masse et une alimentation 24 V. Il peut être branché à chaud à tout moment. Il ne peut pas être autorisé à tirer soudainement une grande impulsion de courant lorsqu'il est branché.

CANPWR est la connexion directe au bus d'alimentation 24 V, et 24 V est l'alimentation 24 V interne de cet appareil. Le but de ce circuit est de faire monter le 24V assez lentement pour limiter le courant d'appel à un niveau acceptable. Après cela, il devrait s'écarter autant que possible.

Une pente de tension croissante sur 24 V provoque un courant à travers C2, qui allume Q3, qui allume Q1, qui tente d'éteindre le variateur de grille à Q2, l'élément de passage de puissance. Notez que cela entre en jeu avec moins de 1 V sur 24V.

La rétroaction de limitation de pente se produit lorsqu'il y a suffisamment de tension aux bornes de R4 pour activer Q3. Figure environ 1,5 V, compte tenu de la baisse de R5 requise pour activer Q1. La limite de pente est donc ce qu'il faut pour passer (1,5 V) / (10 kΩ) = 150 µA à C2. (150 µA) / (1 µF) = 150 V / s. Une montée de 24 V devrait donc prendre environ 150 ms. Je me souviens avoir mesuré quelques 100 ms de temps de montée avec un oscilloscope, pour que tout vérifie.

Une fois que le réseau 24 V a augmenté, R3 maintient Q2 activé et D2 maintient sa tension grille-source dans la plage autorisée.

Solutions low tech:

• Montez le fusible APRÈS le capuchon d'entrée. Ajoutez un capuchon de 100 nF à l'entrée du régulateur pour assurer sa stabilité.
• Remplacez le fusible par Polyswitch (qui aura un temps de réaction plus lent).
• Mettre le condensateur en parallèle avec le fusible

Ma solution préférée serait la première ou la seconde.

Solution technique moyenne:

Ajoutez une résistance en série avec le capuchon d'entrée en parallèle avec une diode schottky. La résistance ralentira la charge du condensateur et la diode permettra une décharge rapide si LDO a besoin de courant. Un peu d'une solution bancale ...

Solution de haute technologie: limiteur de courant utilisant ...

• un MOSFET d'appauvrissement comme DN2540.
• interrupteur de charge côté haut limité en courant

Tout circuit de «supervision» basé sur une logique pratique ne rentrera pas dans l'espace dont vous disposez. Une simple résistance NTC finirait probablement aussi par être trop grande. examinez-les cependant, peut-être qu'il y en a un minuscule qui correspond à votre objectif.

Si vous aviez plus d'espace, j'utiliserais un limiteur de courant constant qui coupe la sortie, un peu comme le PWM actuel, jusqu'à ce que le capuchon soit chargé. Utilisez une résistance de détection, un comparateur et un autre PFET avant les capuchons. Mais cela ne rentrera absolument pas dans votre circuit. Vous POUVEZ concevoir le module que j'ai décrit comme un appareil en ligne avant qu'il n'atteigne le NIV de votre circuit, à partir de la batterie. Il en va de même avec la résistance NTC, pourrait être quelque chose avant le PCB avec votre circuit illustré.

La meilleure solution discrète pourrait être la suivante: une résistance de puissance de 2 ohms en série avant vos condensateurs / FET est certainement toujours une option. Si vous avez un fusible évalué à 125mA, vous avez évidemment une très faible charge de puissance dans des conditions normales. Pour tenir compte de la marge de tension, vous devez, au lieu d'utiliser une diode schottky, utiliser un PFET inversé (la source de drain serait opposée à la configuration normale pour un interrupteur côté haut), avec la base mise à la terre. Il s'agit d'une solution V-forward extrêmement faible pour inverser la protection de polarité. 2 Ohms à votre courant de fusible nominal 125mA (une mauvaise idée de fonctionner aussi près du courant de maintien btw) ne vous fera perdre que 250 mV, moins que votre Schottky n'allait perdre, et encore beaucoup de place pour le câble et la chute PFET. La résistance des PFET sera de l'ordre de 30 à 90 milliohms si vous obtenez les bons. Le mieux que vous puissiez faire est de prototyper le circuit et de le tester. Une résistance et un PFET inversé ne devraient pas prendre beaucoup de place! en 4,5 mm x 4,5 mm, vous pourriez installer un boîtier PFET SOT23 (ou SC-70) et une résistance de boîtier 0,25 W 0805 je pense.

Un FET comme celui-ci MTM231232LBF fonctionnerait très bien, mais il a besoin d'une pince à diode zener sur la grille à la masse après l'appareil. voir l'image ci-dessous pour un exemple de circuit, mais la tension Zener doit être évidemment <10V pour protéger la porte. Une tension zener entre 5-7V fonctionnerait.

Le combo zener et résistance peut être le plus petit paquet possible que vous puissiez trouver. Ils ne font presque rien sauf s’assurer que votre FET ne s’éclate pas.

Ainsi, une combinaison de la résistance série et d'une protection de polarité basée sur PFET pour vous donner la marge de tension dont vous avez besoin, aidera à éviter l'apparition d'un court-circuit de vos condensateurs en aval à la charge. Le MOSFET lui-même ne s'allume pas instantanément non plus, il agit donc comme un limiteur de courant uniquement dans son comportement d'allumage non linéaire.

J'essaie de faire quelque chose de similaire et cette note d'application contient des instructions assez précises sur la façon de disposer votre circuit ainsi que sur le calcul des valeurs appropriées: http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND9093-D.PDF

^{simuler ce circuit - Schéma créé en utilisant CircuitLab}

La note AND9093 est référencée pour les interrupteurs de charge.Par conséquent, dans votre schéma sans que le Fet supplémentaire tire la porte à la terre, vous allumez instantanément et ne maintenez pas le courant d'appel en échec. Les valeurs que vous calculez à partir d'AND9093 devraient être très proches, mais vous devez ajouter un capuchon supplémentaire de la source à la porte.Ainsi, à la mise sous tension, la porte est relevée pendant un peu pour permettre à la porte supplémentaire de drainer la capacité de tenir le Mosfet dans le région linéaire au besoin pour maintenir le courant bas.

Essayez ce circuit ci-dessous que j'ai utilisé dans le passé et cela fonctionnera au besoin. Simulez-le et vous verrez également que cela fonctionne très bien également. Assurez-vous d'utiliser les bons paramètres de la fiche technique Fet pour obtenir vos valeurs dans le parc à billes.