Защита входа для электронной нагрузки

В настоящее время я работаю над фиктивной нагрузкой, предназначенной для тестирования небольших источников питания менее 10 В. Я хотел бы обеспечить защиту обратного входа, чтобы предотвратить повреждение операционных усилителей. Поскольку нагрузка должна измерять входное напряжение (постоянная мощность и сопротивление), падение напряжения на входной защите должно быть как можно меньше.

Я думал об использовании P-канального МОП-транзистора, но для этого требуется, чтобы входное напряжение было выше порога Vgs МОП-транзистора, что было бы выше минимального напряжения, которое я хочу, чтобы эта нагрузка могла тестировать (в идеале ниже ~ 1 В). Кроме того, это может вызвать большие падения напряжения и рассеивание мощности, когда входное напряжение близко к пороговому значению Vgs MOSFET.

Другое решение, которое я видел, — это стабилитрон с предохранителем/PTC. PTC слишком медленно срабатывают, и предохранители необходимо заменять, так что это не кажется отличным решением.

Самое простое решение, которое я могу придумать, это один диод, но это также не идеально из-за довольно большого падения напряжения (минимум около 0,3 В с Шоттки).

Вот моя текущая схема:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Я ценю любые идеи, которые вы все должны предложить!

РЕДАКТИРОВАТЬ: я забыл упомянуть, что это НЕ питается от тестируемого источника питания. Он будет работать от батареи, поэтому я думаю, что 2 батарейки по 3 В последовательно отрегулированы до 5 В.

Кроме того, я не думаю, что мне было ясно, что я имел в виду, используя P-Channel MOSFET: https://www.circuitlab.com/circuit/bka32t/p-channel-protection/

Что-то пошло не так с подключением схемы.
Это было быстро! Должно работать сейчас.

Ответы (3)

Для защиты от обратного напряжения вы могли бы рассмотреть (концептуально) что-то вроде этого. Диоды — это внутренние диоды N-канальных МОП-транзисторов, а не дискретные компоненты.

Каждый вход может стать отрицательным до одного (корпусного) падения диода, поэтому может потребоваться некоторое смещение в зависимости от усилителя / компаратора, возможно, резистор для заземления на каждом входе компаратора и резистор +5 для смещения входа выше земли. . Некоторым усилителям/компараторам может потребоваться только сеть делителей.

В любом случае, если Vx отрицательное, то на выходе U1 ~ 0 В, поэтому Q2 остается выключенным, а Vx может быть таким же высоким, как напряжение пробоя Q2, не вызывая повреждения (при условии, что R4, R5 достаточно высоки, чтобы избежать повреждения U1). Если Vx больше нескольких мВ, то транзистор Q2 полностью открывается, добавляя в цепь только миллиомы.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Я строю эту схему, и меня все еще немного смущает одна вещь. Что именно вы подразумеваете под «каждый вход может стать отрицательным, как один (тело) падение диода»? Разве компаратор и Q2 не выключаются автоматически и не препятствуют протеканию тока?
Так и должно быть , но если компаратор делает что-то странное (из-за превышения входного диапазона синфазного сигнала), этого может и не быть. Некоторые детали (например, LM324) будут инвертировать фазу, если вход будет опущен под землю, что приведет к защелкиванию. Лучше убедиться, что он работает при всех возможных входных данных.
У меня напряжение питания (5В) потенциально меньше входного напряжения, которое будет до 10В. Я могу просто разделить входное напряжение, а затем сместить его, верно?
Да, так что 3 резистора на вход.
Это то, что вы имели в виду? Кажется, это хорошо работает в CircuitLab. Я выбрал номиналы резисторов настолько высокими, насколько мне казалось практичным. Должны ли они быть изменены? Circuitlab.com/схема/7gzsm4/электронная нагрузка
Выглядит хорошо для меня. Максимальное значение будет зависеть от того, какой чип вы используете и насколько допустимо смещение, но для входа CMOS это может быть вполне нормально.
Большой. Я очень ценю всю вашу помощь!

Вы захотите поставить резистор 10 кОм на пути от источника FET к входу -ve операционного усилителя. Вы не хотите, чтобы это было подключено напрямую, и вы только измеряете напряжение. Тем не менее, будьте осторожны с входным смещением на этом операционном усилителе, это вызовет падение напряжения на 10 кОм и добавит ошибку, поэтому выберите резистор, который достаточно мал, чтобы не добавлять значительную ошибку к вашему измерению напряжения, или прецизионный операционный усилитель с низкие входные токи смещения.

Вы также хотите поместить от 10 до 100 Ом между выходом операционного усилителя и затвором полевого транзистора. Операционный усилитель не хочет управлять емкостным затвором, и 10-100 Ом вместе с емкостью затвора образуют полюс, который стабилизирует контур. Некоторым людям нравится добавлять дополнительную емкость от затвора к GND, если петля все еще колеблется, и им нужно еще медленнее.

Для защиты от обратного напряжения, возможно, вы можете использовать токоизмерительный резистор, как он есть, и либо полевой транзистор режима истощения (если вы можете решить проблемы с Vgs), либо просто реле. Обратите внимание, что когда нагрузка подключена в обратном направлении, внутренний диод МОП-транзистора смещен в прямом направлении, а чувствительный резистор и МОП-транзистор находятся на пути тока. Это будет большой ток, и вы можете это почувствовать, и вы также можете почувствовать, что он перевернут по полярности на чувствительном резисторе.

Кроме того, вы не можете питать их от НАГРУЗКИ. у вас должно быть независимое питание для операционных усилителей. Вы можете разделить землю, вот и все.

Для более продвинутой конструкции вы можете плавать выходную секцию и питать ее от отдельного источника. Замыкание цепи от МОП-транзистора к операционному усилителю будет осуществляться через оптоизоляторы или сигнальные трансформаторы в обоих направлениях.

Спасибо за советы по поводу резисторов обратной связи. Я обязательно добавлю их. Кроме того, этот операционный усилитель — единственный, который я использовал в CircuitLab для моделирования. Я не уверен, что я буду использовать в окончательном дизайне. Полевой транзистор с режимом истощения — интересная идея, но как это предотвращает отрицательное напряжение, убивающее измерительные операционные усилители? Достаточно ли резисторов высокого номинала для их защиты?
Самый простой способ подумать об обратном применении блока питания нагрузки — рассмотреть узел стока полевого транзистора. Если ваш блок питания был на 15 В, и вы включили его наоборот, ЕДИНСТВЕННОЕ, что увидит ваша схема, это этот узел на -15 В. все остальное то же самое; GND не поднимется внезапно до +15 В, но этот узел упадет. Итак, посмотрите на эту точку и определите, что произойдет, когда этот узел на стоке полевого транзистора будет равен -15 В (или вашему максимальному напряжению блока питания, если вы тестируете блоки питания на 48 В, эта точка будет -48 В. Как вы можете защитить свою схему сейчас). . :)
Я начну с вас. Предполагая, что вы питаете операционные усилители от их собственной шины питания и подаете -15 В на этот узел, верно следующее: OA3 защищен от повреждений, он видит только -1,5 В на своем входе и нет тока.
OA6 по-прежнему безопасен... он видит только дифференциальное напряжение на чувствительном резисторе R1, как и раньше, только теперь напряжение инвертировано. Вход -ve более отрицательный, чем вход +ve, поэтому выход идет на GND. 0В. Полевой транзистор подходит для этой конкретной ситуации (затвор на 0 В). [примечание: если вы питаете OA6 биполярным питанием, в этой ситуации он может опускаться ниже GND .. (полевой транзистор может не понравиться, теперь вам понадобится диод на затворе) ... выхода может быть ваш индикатор обратной полярности и управлять другой логикой для отключения нагрузки :)
Итак, просто чтобы уточнить, мы говорим об использовании полевого транзистора с истощением, верно? Пока полевой транзистор выключен, OA6 и OA2 должны быть в порядке, потому что они оба измеряют падение напряжения на резисторе, верно?
Я не думал об использовании полевого транзистора с истощением в качестве основного активного полевого транзистора, но я полагаю, что это тоже может сработать. Это не решение защиты от обратного напряжения. Я подумал, что вы могли бы использовать полевой транзистор режима истощения в соответствии с входом, чтобы он был нормально разомкнут, но если вы чувствуете обратное напряжение, определяя отрицательное напряжение на стоке основного силового полевого транзистора, то это можно использовать для отщипните dep-FET и отключите обратное напряжение. что-то в этом роде.. Я не очень хорошо обдумал это, это просто идея для вас, чтобы запустить. Vgs для dep-FET не может исходить от нагрузки
Да, оба этих операционных усилителя безопасны, как и третий. Ключ в том, чтобы понять, что я имел в виду, когда сказал, что «отрицательное напряжение просто появляется в этом узле (сток основного полевого транзистора), так какие проблемы это вызывает?» т.е. если этот узел переходит в -Vmax, безопасно ли это? У вас будет короткое замыкание от клеммы GND, через датчик R1, через основной диод корпуса полевого транзистора и выход на +КРАСНУЮ клемму вашей нагрузки. Если ваш блок питания может обеспечить 100 А, он это сделает; так спросите себя, что это будет делать? резистор взорвется, полевой транзистор взорвется? конечно будет. Так что вам тоже нужен предохранитель.

Если у вас есть операционные усилители в вашей фиктивной нагрузке, вы не можете питать их от источника питания, который вы тестируете, если он обеспечивает только 1 вольт. Это должно означать, что у вашей фиктивной нагрузки есть внешний источник питания, и если он есть, то в чем проблема с его использованием для создания достаточного отрицательного напряжения для включения вашего полевого транзистора? Может быть, я что-то упускаю здесь?

Спасибо за ответ! Я забыл упомянуть, что это НЕ питается от тестируемого источника питания. Он будет работать от батареи, поэтому я думаю, что 2 батарейки по 3 В последовательно отрегулированы до 5 В. Основываясь на схеме защиты входа, которую я только что добавил в редактирование, возможно ли создать отрицательное напряжение? Как мне заставить это реагировать на отрицательное входное напряжение?
Защита входа для электронной нагрузки
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v