Protezione Foldback Per Lm78Xx

[MusicIsLife]

Ciao a tutti!

Sto cercando di capire il funzionamento di una protezione foldback per limitare la corrente in caso di corto circuito sull'uscita di un classico regolatore di tensione tipo LM78xx o LM317 e similari.

Vi allego l'immagine della protezione che ho trovato su un libro e vorrei ragionare insieme a voi per capire se ciò che dico è corretto o se sono cavolate campate per aria.

Ipotizziamo di fissare una IL, corrente che scorre nel carico, oltre la quale deve intervenire il circuito di protezione. Questa IL sarà chiamata ILmax. R4 viene dimensionata in modo tale che quando la corrente che vi scorre raggiunge il limite per il quale il circuito deve intervenire, la caduta ai suoi capi manda in conduzione il transistor Q2.

-Finché IL<ILmax, il transistor Q2 è interdetto poiché la sua VBE è minore di quella necessaria alla conduzione. Di consequenza non scorre corrente in R3 e dunque anche Q3 è spento.

-Quando IL>ILmax la caduta su R4 risulta maggiore della VBE necessaria a mandare in conduzione Q2. Q2 entra in conduzione ed inizia a tirare corrente dal collettore, facendo scorrere una corrente in R3 che proviene prettamente da R2. La caduta ai capi di R2, a causa dell'incremento della corrente che vi scorre attraverso, provoca l'accensione di Q3, il quale inizia a drenare corrente tramite l'emettitore e, di conseguenza, fa diminuire la corrente che scorre in Q1. Poiché a questo punto la corrente che passa in Q1 è diminuita, la caduta su R4 diminuisce, rendendo meno conduttivo Q2, il quale richiede meno corrente da R3. Questo passaggio continua finché non si bilancia la corrente di corto circuito la quale risulta essere minore ovviamente di ILmax.

Il ragionamento è corretto? Spero di non aver sbagliato qualcosa.

[dott.cicala]

Sì è corretto, però Q1 non è sempre in conduzione, dipende dalla corrente che scorre in R1 e quindi dalla corrente prelevata in uscita.

Fino a che Q1 non conduce, la corrente in uscita la fornisce U1.

Quando V1=0 e C2 è carico e RL=infinito, C2 si scaricherebbe su U1.

In queste condizioni, se C2 è bello grosso, potrebbe far bruciare U1. Per evitare tutto ciò, basta un diodo montato con il catodo sul pin I di U1 e l'anodo sul pin U.

Quando Q1 non conduce a causa dell'intervento del limitatore, la corrente in uscita sarà comunque presente ed è quella fornita da U1 limitata da R1.

In caso di corto prolungato, R1 deve essere dimensionata in modo tale che possa sopportare quanto deve dissipare in tali condizioni, altrimenti brucia. U1 invece dovrebbe essere al sicuro, protetto dalle sue protezioni.....se dissipato correttamente....altrimenti se ne va anche lui.

In pratica, oltre a tutto quello che sta intorno a Q1-Q2-Q3, anche R1 è degna di considerazione e U1 ha comunque bisogno di una piccola aletta per poter sopravvivere in caso di corto prolungato.

[MusicIsLife]

Grazie per la risposta dott. Cicala.

Per quel che riguarda le protezioni relative a U1 ho tralasciato tutto (diodi, capacità ceramiche da 100nF per oscillazioni, ecc...) perchè volevo concentrarmi solamente sulla parte di protezione ed il relativo funzionamento. Sono contento di avere avuto conferma di cio che pensavo in merito al funzionamento della protezione.

Ora, i dubbi riguardano il dimensionamento delle resistenze da utilizzare.

- R4 penso che si possa dimensionare in modo semplicistico con una formula del tipo R4=0.7/ILmax al fine di far intervenire Q2 quando IL>ILmax. Per cui, se volessi avere l'intervento quando nel carico scorrono oltre 3A avrei una resistenza circa di 0.22ohm. La potenza che questa resistenza dovrà dissipare sarà dunque, nel caso peggiore, P4=R4*ILmax².

- R2 dovrebbe essere dimensionabile all'incirca nello stesso modo, anche se non so che corrente dovrei ipotizzare scorrervi attraverso. Come la calcolo?

- R3 non ho proprio idea di come potrei dimensionarla. Consigli?

- R1 teoricamente dovrei dimensionarla come se l'intera protezione fosse disattivata. Per questo motivo su R1 avrei la caduta della giunzione B-E di Q1 e, dunque, avrei R1= VBE/(Ib1+Ireg), ove Ib1 è la corrente di base di Q1 e Ireg è la corrente che voglio scorra in U1. Questa resistenza dissipa, durante il normale funzionamento (caso peggiore per questo componente), una potenza P1=R1*IL².

Considerazioni corrette?

Modificato: 5 agosto 2014 da MusicIsLife

[dott.cicala]

Ragiona in corrente, fissa le Ic di Q2-Q3, considera i rispettivi hfe e vedrai che lo trovi il modo per calcolare R2-R3....

Prova a pensare in caso di corto (RL=0) cosa succederebbe.......R1 compresa.

In ultima analisi, in buona sostanza, fondamentalmente, quella protezione......al max può proteggere Q1...mentre tutto il resto va arrosto......

[Livio Orsini]

In ultima analisi, in buona sostanza, fondamentalmente, quella protezione......al max può proteggere Q1...mentre tutto il resto va arrosto.....

Infatti per conto mio è più un UCAS che una protezione.

Comunque la serie 78xx e la serie 79xx sono previsti con la protezione contro i corto circuiti, senza dover aggiungere alcun componente esterno.

[dott.cicala]

Sì ma.......se R2-R3 sono dimensionate ad minchiam...quando Q3 satura........è qui che casca l'asino

.....c'è qualcosa che non va....in questo cielo

[MusicIsLife]

Beh, si, so che questa protezione serve solo a proteggere Q1, ma meglio che niente.

Nel senso che se U1 è protetto internamente dal corto circuito, serve qualcosa che protegga anche Q1 nel caso in cui avvenga un corto in uscita, no? Per quello avevo pensato ad utilizzare questa protezione.

[dott.cicala]

U1 non è indistruttibile...quando va in corto V1 finisce su RL...sì salva solo Q1..tutto il resto va in fumo.

[MusicIsLife]

Infatti sto pensando anche ad una protezione contro le sovratensioni (ad esempio se andasse in corto U1 o Q1 allora mi troverei V1 sul carico, rischiando di bruciare anch'esso). Però per ora mi dedicavo all'analisi della protezione dai corto circuiti.

[MusicIsLife]

Eccomi qui, scusate se vorrei modificare leggermente il tiro della discussione (prego un moderatore, se possibile, di cambiare il titolo il "Protezioni per regolatori di tensione a 3 terminali). Vorrei modificare leggermente gli obiettivi iniziali poiché mi sono accorto che preferisco ragionare con un regolatore variabile, tipo LM317, ed applicare le protezioni ad esso.

Per ora mi dedico solamente alle protezioni da corto-circuito sull'uscita e più avanti vedrò anche quelle relative alle sovratensioni dovute, ad esempio, al corto circuito del regolatore o del bjt di potenza che incrementa la corrente sul carico.

Ho pensato, dunque, di aggiungere una ulteriore protezione rispetto alla semplice protezione di foldback, la quale protegge esclusivamente il bjt di potenza. Mi sono detto "perché non proteggere anghe il regolatore di tensione che, nonostante la sua protezione interna, si trova a soffrire in caso di corto-circuito?". Osservando l'immagine che allego ho pensato alla protezione realizzata con i componenti Q1-Q2-R5-R7. La logica dovrebbe essere che quando si ha un corto in uscita la corrente su R5 aumenta e dimensionando R5 in modo adeguato si ha che oltre un certo limite la giunzione B-E di Q1 viene polarizzata direttamente. Inizia a scorrere corrente in Q1, la quale finisce in base di Q2 che si trova una VBE sufficiente a mandarlo in conduzione. Quest'ultimo pilota il potenziale presente nel nodo centrale del regolatore LM317 abbassando il potenziale man mano che la corrente sul carico aumenta. Di conseguenza la tensione di uscita del regolatore tende a diminuire, con conseguente decremento della corrente di corto circuito.

La protezione superiore è quella di foldback che invece proteggerebbe il bjt di potenza Q3.

Non sono convintissimo della protezione, sinceramente, nel senso che c'è qualcosa che non mi torna nei calcoli. Voi che dite? Scusate la leggera variazione di tematica.

[dott.cicala]

Ehm..... il 317 differisce di pochissimo da qualsiasi altro 78xx....tanto che un qualsiasi 78xx lo si può far diventare variabile. Le piccole differenze consistono nella tensione di riferimento o reference voltage che nel 317 è di 1.25V e la Iout che è di 1.5A a farlo bruciare.

Succede che quello che hai disegnato è già dentro il chip...forse nei datasheets trovi lo schema interno.

In caso di corto, quindi con RL=0, cosa succede? Che interviene Q2, ma il 317 mica si spegne o sparisce, ma si troverà a dissipare (Vin-Vout)*iL.

Siccome RL=0, allora la corrente di cortocircuito sarà limitata da R5 che però potrebbe essere cortocircuitata dalla Req di Q5 che, se R8-R9 sono dimensionate ad minchiam, andrà in corto, escludento R5...da lì a poco partirà U3, perchè nonostante tutte le protezion che ha, brucia ugualmente, provare per credere, e quando brucia...cosa fa?

Trasferisce ciò che ha come Vin su Vout...e brucia anche RL.

La protezione di tutto questo circuito consiste nel...chi spara via prima....se Q5 esplode e quindi si apre, allora c'è la possibilità che si salvi qualcosa, ma se come di solito Q5 non se ne vuole andare ma prefersce stare in corto...allora si salva ancora una volta solo Q1.

In estrema sinstesi.....che scopo ha usare un LM78xx o 317....nessuno, se non complicare intulimente il circuito oltra a non fornire nessun grado di affidabilità....

a mio modesto parere s'intende.

[MusicIsLife]

Ehm, non ho capito cosa intendi con la frase "che scopo ha usare un LM78xx o 317".

Alla fine io devo fare un regolatore di tensione protetto.

A questo punto, dunque, sarebbe meglio operare una protezione più netta del tipo che se c'è un corto sull'uscita viene scollegata interamente l'alimentazione al LM317 in modo da non causare il disastro? Oppure per me potrei magari lasciare una protezione tipo quella fatta e se entro non so, 5-8 secondi, non viene rimosso il corto circuito allora interviene lo stacco dell'intero circuito. Questo per evitare che appena accidentamente si mettono in corto i terminali di uscita anche giusto per mezzo secondo non debba resettare l'intero circuito.

Comunque speravo che quelle protezioni servissero a qualcosa.

[dott.cicala]

Allora....per rendere meglio l'idea.....hai presente un fusibile? E' più affidabile di quel circuito.

Il perché della mia affermazione? It's so easy!....Se li devo usare, li uso così come sono....se devo ricorrere a protezioni esterne che non proteggono, significa che sto usando impropriamente un componente.

Non è necessario ricorrere ai tripodi....puoi ottenere qualcosa anche migliore con qualche bjt ed un antichissimo uA741. Se invece vuoi usare un IC, volendo adottare componenti con la stessa anzianità di servizio....allora è più adatto il uA723 anche conosciuto come LM723....è comunque ancora reperibile, e con esso riesci a ottenere quello che vuoi, facendo lavorare l' IC come lui deve lavorare.

Quei circuiti vanno bene sui libri, spiegati da un docente che non ha mai respirato i fumi dello stagno fuso....o a docenti fusi di partenza......

[dott.cicala]

Ps del ps del ps

Nb.....mi ritorna in mente......

che anni fa alla fiera di novegro avevo comprato 100 7812 national originali......con le dovute cautele ne avevo messi in parallelo.....50.....per avere un alimentatore semplicissimo con il quale alimentare un ampli che assorbiva 20A continui.......

C'erano solo i C di bypass e delle R da, se non sbaglio 0.1Ohm in serie al pin U.....e un radiatore tipo calorifero......Ha funzionato circa 25 anni....poi è finito in cantina.

[MusicIsLife]

Non credevo fossero così ciofeche quelle protezioni! Studiandole a livello teorico pensavo fungessero =(

[Livio Orsini]

Allora....per rendere meglio l'idea.....hai presente un fusibile? E' più affidabile di quel circuito.

Se poi usi anche un fusibile autoripristinante hai risolto tutto in modo brillante.

Diffferente il discorso se vuoi realizzare un generatore di corrente costante, ma allora il circuito è molto più semplice.

[dott.cicala]

in pratica.....il grado di affidabilità di quella configurazione circuitale è pari...........hai presente un canotto mordicchiato da un dobermann ?

[dott.cicala]

Non fungono nemmeno a livello teorico.....in caso di corto, quando Q2 satura, dopo che Q5 è andato in corto, con una V1=30v, si avrà che la V0=1.25V

Quindi.....se su RL scorrono solo 500mA U3 si troverà a dissipare 14,375W....

Diminuire la Vout portando a massa Vadj non è MAI stata una grande idea.....perché in un regolatore serie, questa pratica va ad aumentare la potenza che il regolatore deve dissipare......ma non era anche protetto in temperatura il 78xx o LM317 o anche L200 ?

Sì che lo sono.....se si rispetta alla lettera quanto descritto nei rispettivi datasheets.