Circuit de limitation de courant le plus simple, le moins cher, le plus rapide et le plus compact avec une faible résistance à l'état normal

J'ai une sortie numérique, pilotée par le haut-parleur avec une tension nominale de 24V DC. Le courant de charge est normalement inférieur à 100 mA. La sortie est surveillée, je peux donc l'éteindre rapidement si je détecte un court-circuit côté charge. Le problème est que le conducteur lui-même n'est pas protégé et les courts-circuits génèrent beaucoup de fumée. Il me faut donc un simple circuit en sortie du driver qui:

• a une faible résistance inférieure à 10 Ω si le courant de sortie est inférieur à 100 mA
• augmente rapidement sa résistance pour limiter le courant du pilote à un niveau de 500 mA ou moins
• la capacité de tenue au courant de court-circuit doit être d'au moins 20 ms pour que le court-circuit soit détecté et le pilote éteint
• a une tension de fonctionnement de 50 V ou plus
• a des composants minimum et pas cher (0,20 $ par canal max)
• n'est pas un fournisseur unique

J'ai essayé des polyfusibles réinitialisables PTC, mais ils sont trop lents. Le FP0100 de Microchip devrait être bon mais c'est cher (j'ai besoin d'au moins 60 canaux sur mon PCB). Les séries TBU de Bourns sont également OK, mais aussi chères.

D'autres options?

UPD1. Mon circuit de sortie actuel est MIC2981 / 82 entraîné par le registre à décalage 74HC594. Sur chaque sortie j'ai Littelfuse 1206L012 PTC. Sur ma carte, j'ai besoin de 64 canaux comme celui-ci, et c'est une carte de petite série, donc le prix total par canal et l'encombrement sont importants.

Votre limiteur de courant à double transistor typique peut être votre meilleur choix. Ci-dessous, les versions en haut et en bas.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Notez qu'il y a une pénalité d'environ une chute de volt avec ce circuit.

Achetez deux transistors dans un seul boîtier à 6 broches.

La petite résistance fera reculer le courant lorsqu'il atteindra Vbe. L'autre résistance règle le courant de base et doit être calculée pour produire un courant de collecteur suffisant en tenant compte de Hfe.

TOUTEFOIS: sachez que le transistor doit gérer quelques watts pendant la durée du court-circuit car il ne limite le courant qu'à votre valeur seuil.

Jetez un œil aux circuits intégrés de pilotes côté haut ProFET. Ces appareils vous offrent un variateur haut de gamme commutable avec une protection contre toutes sortes de choses, y compris les surintensités de sortie.

Vous pouvez trouver et sélectionner des ProFET assez facilement auprès des distributeurs.

Jetez un œil au BSP752T, qui est bon marché, petit et peut être piloté directement à partir d'une logique 3,3 V ou 5 V.

Pour tirer parti de l'excellente réponse de Trevor :

Il existe des dispositifs à semi-conducteurs qui sont des sources (ou des puits) de courant constant; beaucoup d'entre eux ressembleront en interne exactement au circuit de Trevor (en ajoutant peut-être quelques éléments de compensation de température).

Un appareil très simpliste (dissipateur de courant constant avec exactement deux broches, conçu pour des tensions <= 50 V et un courant max / constant de 350 mA) est le NSI50350AD . Je ne sais pas ce qu'il fait en interne, mais la fiche technique l'appelle "transistor auto-polarisé", donc il y a de fortes chances qu'il s'agisse d'une combinaison de certains transistors bipolaires, d'un JFET et de quelques résistances en interne.

Maintenant, votre limite de 50 V fait vraiment mal - il est difficile de trouver des sources de courant intégrées qui fonctionneront à cette tension. Pour les courants plus petits, un JFET auto-polarisé peut fonctionner, mais à 100 mA cela va coûter cher.

Donc, je roulerais vraiment avec la solution de Trevor, bien que je puisse recommander quelques choses:

• Vérifiez si vous ne pouvez pas simplement augmenter la vitesse de votre détection de panne. Cela résoudrait le problème.
• Parce que (autant que je sache - corrigez-moi si je me trompe), il est difficile de trouver des transistors (que vous préférez si vous avez besoin de réduire l'effort et l'espace de la carte), vous voudrez peut-être dépenser un peu plus sur le composant qu'un simple NPN pour Q4, mais économisez sur les coûts de pick & place en utilisant un appareil avec plusieurs comparateurs dans un cas. Heureusement, les comparateurs 4x et les amplis-op 4x coûtent environ 13 ct lorsqu'ils sont achetés par centaines, donc c'est environ 3ct en ampli op par canal; utilisez l'opamp / comparateur pour comparer la tension sur R2 à une tension de référence constante (ici, un simple zener pourrait le faire) et pour piloter Q3. Notez que vous n'avez plus besoin d'un R3 pour chaque canal. (il en va de même pour l'approche côté haut avec Q5 / Q6)
• Utilisez des réseaux de résistances au lieu de résistances individuelles, si la conception thermique le permet.

$I_\text{Load}$

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Un candidat bon marché pour l'optocoupleur serait Lite-On CNY17 .

Celui-ci correspond à 0,2 $ / port x16 https://ca.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/MCZ33996EKR2?qs=sGAEpiMZZMuCmTIBzycWfKe9ppy40BrEybgj5eCsa3I%3d

Voici l'idée de base du circuit SCR. Pourrait avoir à ajouter une résistance en série avec PTC1 pour obtenir la bonne valeur de résistance. La résistance totale en parallèle avec la jonction émetteur de base de Q1 définira le courant de déclenchement. Une fois que Q1 commence à conduire, le SCR se déclenche, puis la charge est protégée jusqu'à ce que le PTC se déclenche. Q1 peut être un SOT-23. R3 et R4 ne sont que des suppositions. Ils sont juste là pour éviter les surintensités au T1. La plupart des SCR sont plutôt gros. Je vais vous laisser voir si vous pouvez en trouver un assez petit pour répondre à vos besoins.

Remarque: Une fois le SCR déclenché, vous devrez probablement couper l'alimentation avant de cesser de tirer le rail.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

J'allais proposer le circuit double transistor série mais Trevor_G a déjà fait un excellent travail.

Au lieu de cela, j'ai pensé qu'il valait la peine de revoir l'option de fusible PTC. Vous dites qu'ils étaient trop lents, mais cela suggère que vous pourriez avoir une conception d'alimentation électrique marginale à la place.

Considérez le Littelfuse RXEF017. Bien qu'il puisse falloir 8 secondes pour se déclencher à 500 mA, c'est sûrement un courant suffisamment faible pour que votre protection contre les courts-circuits ait le temps de se déclencher? À 2 A, le temps de déclenchement est <0,2 s, ce qui n'est pas beaucoup d'énergie dans un système 24 V. En fait, le but d'un fusible est d'être le composant le plus sensible du circuit au courant, il est donc un peu inquiétant que quelque chose d'autre puisse abandonner sa fumée avant le fusible.

Je crains juste que vous vous donniez la peine de limiter le courant à une fenêtre étroite en dessous de 500 mA, puis que vous trouviez que d'autres choses deviennent marginales car elles ne peuvent pas tirer suffisamment de courant d'appel pour charger les bouchons ou générer une impulsion ou quelque chose.