Circuito de Proteção contra Curto para MOSFET

Sr. Ohm da Silva · 5 de março de 2014

Bom dia, pessoal!

Tenho um circuito com Relé e um fusível que queima toda vez que a saída do relé entra em curto. Para deixar o circuito silencioso decidi usar um MOSFET CANAL P. Fiz seu acionamento no esquema de TOTEM POLE.

O problema está na proteção contra curto. Não quero que o usuário tenha o inconveniente de ficar trocando fusível, por isso quero fazer uma proteção automática. Encontrei os HIGH SIDE DRIVE totalmente automáticos e rearmáveis após acabar o curto, mas são muito caros!

Alguém conhece algum circuito fácil de implementar para desligar o MOSFET em curto e religar automático sem queimar o componente?

Atenciosamente,

Mr. Ohm da Silva

Técnico em Eletrônica Planetária

"All in service to all"

albert_emule · 5 de março de 2014

Primeiro é preciso mostrar o esquema do seu circuito

lauro.m.s1379 · 5 de março de 2014

Mostre o esque ma original e a alteraçao que pretende fazer

Sr. Ohm da Silva · 5 de março de 2014

Segue o esquema com o Mosfet. Nele o micro aciona o ULN2003 que aciona o gate no Mosfet. O Mosfet liga a lâmpada DC em 12 Volts.

Meu problema é que quando fecha curto na lâmpada, o Mosfet queima. Preciso de algum circuito de proteção que desligue o Mosfet quando detectado curto na lâmpada. Testei algumas soluções aqui, mas até agora só consegui fazer fumaça... Alguma ideia?

albert_emule · 5 de março de 2014

Segue o esquema com o Mosfet. Nele o micro aciona o ULN2003 que aciona o gate no Mosfet. O Mosfet liga a lâmpada DC em 12 Volts.

Meu problema é que quando fecha curto na lâmpada, o Mosfet queima. Preciso de algum circuito de proteção que desligue o Mosfet quando detectado curto na lâmpada. Testei algumas soluções aqui, mas até agora só consegui fazer fumaça... Alguma ideia?

Do jeito que está acho muito difícil algum tipo de proteção, visto que ao acontecer o curto circuito, a corrente já sobe instantaneamente, numa velocidade incrível, difícil mesmo de ser alcançada por qualquer dispositivo de proteção.

Eu recomendaria colocar algum elemento limitador de corrente em série.

Pode ser um resistor. Neste caso você calcula um resistor que com os 40W da lâmpada a dissipação de calor dele seja desprezível, mas que durante um possível curto-circuito ele limitasse a corrente de curto-circuito no limite que o mosfet suporta por alguns milisegundos.

Por exemplo: Muitos mosfets suportam corrente constante de 20A, mas de pico por alguns milisegundos chegam a suportarem até 100A.

E estes milissegundos é o suficiente para o sistema de proteção atuar e desligar.

Você precisa ver no datasheet do mosfet que você esta usando, qual a máxima corrente que ele suporta e por quantos milisegundos.

Outra forma é por um indutor em série. Funcionará semelhante a o resistor.

Ocorre que a corrente num indutor não sobe instantaneamente. A corrente sobe em rampa.

Vou aqui pedir permissão ao MOR para usar a imagem dele para lhe demostrar este fenômeno:

Neste caso você pode bolar um circuito para desligar o mosfet quando a rampa da corrente atingir certos valores.

MOR_AL · 5 de março de 2014

Sem problemas Albert.

Mas eu sugeriria um tiristor ou dois transistores para pequeno sinal controlando o mosfet.

Com o curto, a tensão VGS ficaria em aprox. 1V. Será que com essa tensão de gate source o mosfet corta?

O legal do tiristor é que ele usa uma realimentação positiva para conduzir, então o tempo de atuação é bem rápido.

O único problema que vejo é que quando se liga a lâmpada e a sua resistência de filamento está fria, a corrente pode chegar a 7 vezes a corrente nominal, até que a temperatura do filamento alcance o valor nominal. O circuito de proteção encararia este evento como curto.

Isso inviabilizaria o circuito de proteção.

MOR_AL

albert_emule · 5 de março de 2014

Neste caso bastaria considerar a corrente de curto circuito em torno de 35A. Isso é mais que 7 vezes a corrente nominal.

Segue uma configuração de SCR onde se pode usar transistores de uso comum, como BC32725 e bc33725:

Eu acredito que a vantagem de se usar transistores bipolares para atuarem como um SCR é que os transistores conseguem ser muito mais rápido no chaveamento que o próprio SCR comum.

lauro.m.s1379 · 5 de março de 2014

Eu sou amador em eletrônica mas o que o albert-emule citou seria o ideal. Se fosse uma fonte não pulsante, colocaria um mosfet n ou transisor npn antes do terra com o gate ligado antes da lampada e a corrente do gate limitado por um resistor que vai limitar a corrente de saida, uma vez que a corrente aumentar haverá uma queda te tensão e o segundo mosfet ou transistor cortara a tensão. Isso é teoria, mas em fonte linear funciona, tenho uma aqui.

Sr. Ohm da Silva · 6 de março de 2014

A lâmpada (do carro) fica longe do circuito e aterrada na lataria. Recomendaram colocar um resistor de shunt para medir a variação de tensão usando um ADC do micro. Como a lâmpada fica longe, não consigo usar o resistor de shunt.

Tentei monitorar a tensão no DRAIN do MOSFET com um pino do micro e desligar em uma situação de curto. O micro leva 80 us para responder, mas o MOSFET já está em curto e não abre mais... acende igual uma vela... :-/

Pessoal, me enviaram uma solução em outro forum e gostaria de compartilhar com vocês.

http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/2158

Infelizmente está em inglês. O link praticamente dá uma aula sobre os detalhes de um circuito em curto e de como protegê-lo de maneiras diferentes. Tem até o esquema elétrico de proteção de um MOSFET usando um CI dedicado (opção que quero evitar por ser mais cara) e a opção que eu estava procurando, uma solução analógica e automática.

Vou testar esse circuito no meu projeto e mais tarde eu digo se pegou fogo ou não. :-)

albert_emule · 6 de março de 2014

Pessoal, me enviaram uma solução em outro forum e gostaria de compartilhar com vocês.

http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/2158

Infelizmente está em inglês. O link praticamente dá uma aula sobre os detalhes de um circuito em curto e de como protegê-lo de maneiras diferentes. Tem até o esquema elétrico de proteção de um MOSFET usando um CI dedicado (opção que quero evitar por ser mais cara) e a opção que eu estava procurando, uma solução analógica e automática.

Vou testar esse circuito no meu projeto e mais tarde eu digo se pegou fogo ou não. :-)

A coisa é muito mais simples com este tipo de SCR feito a base de transistores bipolares:

Anodo ficaria conectado em +12V e catodo iria em Gate do mosfet.

Alimentaria o mosfet com +12V por intermédio de um resistor Shunt estrategicamente calculado.

O gate do SCR iria na junção entre resistor Shunt e mosfet.

Ao acontecer um curto circuito o Gate do SCR iria receber uma pequena corrente que iria colocar tensão de gate em aproximadamente 1V como o MOR mencionou.

Acredito que com 1V o mosfet não conduza.

Mas observe que a velocidade de acionamento é muito grande

Eu fiz um calculo aqui:

Um resistor shunt de 0.10R alimentando esta lâmpada de 40W dará queda de tensão de 0,387V.

Quando em curto-circuito dará 119.99A.

Quando em operação normal alimentando a lâmpada dissipará 1,49W.

Substitua os seguintes resistores:

R5 coloque um de 200R

R3 coloque um de 1K.

Com estes resistores o SCR formado pelos transistores BC32725 e BC33725 irá entrar em condução quando a corrente entre dreno e source for de aproximadamente 35A.

Na simulação que fiz, após o disparo do SCR a tensão do gate caiu para aproximadamente 0,730V em relação ao +12.

albert_emule · 7 de março de 2014

@Sr. Ohm da Silva Conseguiu fazer a proteção? Se fez, como fez?

Sr. Ohm da Silva · 8 de março de 2014

@albert_emule

Estou testando aquele circuito que citei no link acima: http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/2158 - typical application

Vi este circuito usado em alguns outros produtos diferentes. Estou ajustando para o meu produto.

Eu já havia implementado no microcontrolador um pino para leitura de curto e desligar a alimentação do mosfet, mas como não usava shunt, na hora do curto a tensão caia e não conseguia desligar o mosfet canal P. Acho que era por isso que os mosfets pegavam fogo. O resistor shunt dá uma segurada no curto e separa ele da alimentação. Agora já consigo desligar o mosfet, mas preciso de um tempo para ele esfriar. Com muitos curtos sequenciais o negócio pega fogo do mesmo jeito.

Outro problema é achar um resistor shunt em SMD bem pequeno...

Bom, ao menos as coisas voltaram a caminhar!

Sr. Ohm da Silva · 14 de março de 2014

Bom dia, Pessoal!

Tive bons resultados com o circuito citado que estava testando. Foi preciso fazer alguns ajustes de valores para o perfil da carga que estou acionando, mas deu tudo certo. Dá um pouco de trabalho acertar o valor do shunt principalmente por causa da potência dissipada (meu espaço em placa também é bem reduzido).

No circuito que fiz, desde o curto até o desligamento da carga, o microcontrolador leva 200 us, que considero um pouco devagar para uma situação crítica como um curto, mas o mosfet e o circuito ficam protegidos, uma fez que o shunt absorve o curto circuito durante esses 200 us.

Agradeço o empenho de todos! Abraços!

_____________________________________________________________________________________

Solução utilizada: Circuito da figura 2a no link: http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/2158