Isolierter Überstromschutzschaltkreis

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Designziele

Nennstrom	Überstrompegel	Highside-Stromversorgung	Low-Side-Stromversorgung	Einschwingzeit
50 A	55 A	3 V–27 V	2,7 V–5,5 V	≤ 1000 ns

Designbeschreibung

Dieser isolierte bidirektionale Hochgeschwindigkeits-Überstromerkennungsschaltkreis ist mit dem AMC23C12 implementiert. Der AMC23C12 verfügt über einen isolierten Fensterkomparator und einen einstellbaren Schwellwert über eine feste interne Präzisionsstromquelle und einen vom Benutzer auswählbaren Widerstand. Dieser Schaltkreis ist für die schnelle Erkennung von Überstromsituationen ausgelegt und ermöglicht dem Controller die Deaktivierung der Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) von Hochgeschwindigkeitsschaltern, die in Motorsteuerungen, Traktionswechselrichtern und anderen industriellen Steuerungssystemen verwendet werden.

Schaltplan für Überstromschutz

Designhinweise

Um Fehler zu minimieren, wählen Sie einen Präzisions-Shunt-Widerstand (R₁) und den Widerstand zur Schwellenwerteinstellung (R₂).
Der AMC23C12 wird von der Gate-Treiber-Stromversorgung oder Highside-Hilfsquelle mit bis zu 27 V gespeist.
Wählen Sie den Shunt-Widerstand und die Widerstände zur Schwellenwerteinstellung im Fensterkomparator-Betriebsmodus so aus, dass sie den Nennstrom- und Überstrombegrenzungen entsprechen.

Designschritte

Bestimmen Sie die Größe des Shunt-Widerstands anhand des nominalen Strompegels. Der Shunt-Widerstand ist für 50 mV am Eingangspin ausgelegt.
$R_{1} = (\frac{50 m V}{50 A}) = 1.0 m Ω$ $R_{1} = (\frac{50 m V}{50 A}) = 1.0 m Ω$
Bestimmen Sie den Wert von R2 anhand des gewünschten Strompegels unter Verwendung der internen 100 µA-Quelle und des gewünschten Auslösepegels von 55 A mit einem 1 mΩ-Shunt für 55 mV am Eingang des Fensterkomparators.
$R_{2} = (\frac{55 m V}{100 μ A}) = 550 Ω$ $R_{2} = (\frac{55 m V}{100 μ A}) = 550 Ω$
- Mit dem Analog Engineers Calculator beträgt der E96-Widerstands-Wert, der 550 Ω am nächsten kommt, 549 Ω.
Optional – Wählen Sie eine 27 V-Zenerdiode aus, um den AMC23C12 vor Spannungen zu schützen, die größer als die empfohlene Betriebsspannung sind.

Überarbeiteter Überstromschutz-Schaltplan

Design-Simulationen

Die folgenden Abbildungen sind SPICE-Simulationen des Überstromschutzschaltkreises. Die Simulationen zeigen die Zeit bis zum Auslösen der Flanken, die etwa 360 ns beträgt.

Einschwingverhalten der Überstromschutzsimulation

Einschwingverhalten der Überstromschutzsimulation – steigend

Einschwingverhalten der Überstromschutzsimulation – abfallend

Designergebnisse

Die folgenden Abbildungen zeigen die Wellenformerfassung des physischen Schaltkreises. Wellenform der Überstromschutzschaltung zeigt den Ausgang in Leitung 1 bezogen auf den Eingang in Leitung 3. Wellenform der Überstromschutzschaltung – steigend zeigt die steigende Flanke der Ausgangsleitung 1 und die Zeitverzögerung vom ausgelösten Strom zum Ausgang. Wellenform der Überstromschutzschaltung – abfallend zeigt die abfallende Flanke der Ausgangsleitung 1 und die Zeitverzögerung vom ausgelösten Strom zum Ausgang.

Wellenform der Überstromschutzschaltung

Wellenform der Überstromschutzschaltung - steigend

Wellenform der Überstromschutzschaltung – abfallend

Design vorgestellter Bausteine

Baustein	Wichtigste Leistungsmerkmale	Baustein-Link
AMC23C12	Großer High-Side-Versorgungsspannungsbereich: 3 V bis 27 V Low-Side-Versorgungsspannungsbereich: 2,7 V bis 5,5 V Einstellbarer Schwellenwert: Fensterkomparatormodus: ±20 mV bis ±300 mV Positiver Komparatormodus: 600 mV bis 2,7 V Referenz für Schwellenwertanpassung: 100 µA, ±2 % Auslöseschwellenfehler: ±1 % (max.) bei 250 mV Ausbreitungsverzögerung: 290 ns (typ.) Hoher CMTI-Wert: 55 kV/µs (min.) Open-Drain-Ausgang mit optionalem Haltespeichermodus Sicherheitsrelevante Zertifizierungen: Verstärkte 7000 V-_PK-Isolierung gemäß DIN VDE V 0884-11 Isolierung mit 5000 V_RMS für 1 Minute pro UL1577 Vollständig spezifiziert für den erweiterten industriellen Temperaturbereich: -40 °C bis +125 °C	Baustein: AMC23C12 Ähnliche Bausteine: Isolierte Verstärker

Baustein

Wichtigste Leistungsmerkmale

Baustein-Link

AMC23C12

Großer High-Side-Versorgungsspannungsbereich: 3 V bis 27 V
Low-Side-Versorgungsspannungsbereich: 2,7 V bis 5,5 V
Einstellbarer Schwellenwert:
- Fensterkomparatormodus: ±20 mV bis ±300 mV
- Positiver Komparatormodus: 600 mV bis 2,7 V
Referenz für Schwellenwertanpassung: 100 µA, ±2 %
Auslöseschwellenfehler: ±1 % (max.) bei 250 mV
Ausbreitungsverzögerung: 290 ns (typ.)
Hoher CMTI-Wert: 55 kV/µs (min.)
Open-Drain-Ausgang mit optionalem Haltespeichermodus
Sicherheitsrelevante Zertifizierungen:
- Verstärkte 7000 V-_PK-Isolierung gemäß DIN VDE V 0884-11
- Isolierung mit 5000 V_RMS für 1 Minute pro UL1577
Vollständig spezifiziert für den erweiterten industriellen Temperaturbereich: -40 °C bis +125 °C

Baustein: AMC23C12

Ähnliche Bausteine: Isolierte Verstärker

Designreferenzen

Eine umfassende Schaltkreisbibliothek von TI finden Sie in Analog Engineer's Circuit Cookbooks.

Texas Instruments, AMC23C12 schnell ansprechender, verstärkter isolierter Fensterkomparator mit einstellbarem Schwellenwert und Latch-Funktion, Datenblatt

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