Electronique Mag - Le journal de l'électronique.
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Les concepteurs du circuit électrique doivent prioriser la protection du circuit afin de prévenir une défaillance du système, notamment pour les applications industrielles utilisant un rail d’alimentation 24 V.
Des schémas de protection de circuit peuvent protéger l’alimentation et le système dans son ensemble d’événements tels que les surintensités, les courts-circuits, les appels de courant d’entrée, les surtensions, les sous-tensions, les inversions de polarité d’entrée et les courants inverses.
Dans ce billet de blog, je donnerai un aperçu de plusieurs approches de protection industrielle robuste pour le chemin électrique comprenant la méthode séparée, l’approche avec contrôleurs hot-swap et OR et la méthode intégrée.
Les schémas de mise en oeuvre séparée sont la méthode la plus traditionnelle de protection du chemin électrique au moyen d’un schéma de protection pour le chemin électrique. La figure 1 en donne un exemple.
La méthode séparée utilise une diode de puissance en série pour protéger le système des inversions de polarité et courants inverses. Un circuit de 2 A dissipe 1 W d’énergie à travers la diode, ce qui augmentera la température de la carte. Les filtres de circuit (LC) résonants et de multiples diodes Transil contrôlent les transitoires de ligne d’entrée durant les épreuves par impulsions (Commission électrotechnique internationale [CÉI] 61000-4-5).
Cette méthode requiert un PFET (commutateur highside), des transistors bipolaires à jonction, des amplificateurs opérationnels, des diodes Zener, des résistances et condensateurs pour répondre à toutes les exigences de protection. Cette solution système est encombrante et requiert un matériel important. En outre, elle n’apporte aucune solution au regard de la protection contre l’arrêt thermique et des variations d’exactitude de limite de courant avec la température.
En utilisant un fusible traditionnel, la méthode séparée protège contre les événements de court-circuit. En cas de court-circuit, le fusible met quelques millisecondes à quelques secondes pour couper le circuit, ce qui peut endommager la charge. Pour plus d’informations sur l’amélioration de votre fusible, consultez le billet de blog de mon collègue.
Une autre approche répandue de protection du chemin électrique, présentée dans la figure 2, consiste à utiliser un contrôleur hot-swap et un contrôleur OR. Ce schéma utilise des TEC externes afin de rendre le concept plus efficace et plus fiable. Malheureusement, cette méthode présente encore des difficultés, par exemple pour contrôler les TEC externes, la résistance externe et la mise en oeuvre d’un circuit supplémentaire en vue de la protection d’inversion de la polarité d’entrée. Cette méthode gère difficilement les protections thermique et de SOA (zone de fonctionnement sûr) du fait de l’architecture TEC externe. Même si cette solution est meilleure que la méthode séparée, elle ne convient pas aux systèmes à forte contrainte spatiale tels que les modules entrée/sortie (E/S).
Mais imaginez que l’ensemble de votre méthode séparée se change en un unique appareil intégré, permettant d’oublier quelques composants tels que les diodes Transil, les résistances et les condensateurs, tel que présenté à la figure 3. Génial, non ? En règle générale, un eFuse intègre toutes les fonctions de protection mentionnées ci-dessus en un seul appareil, efficacement et avec un minimum d’efforts de conception. Les eFuse comportent également des fonctions telles que la surveillance de tension et de courant et l’indication de défaillance pour le diagnostic système, outre la protection du chemin électrique.
La protection des TEC par la SOA et la protection thermique robuste garantissent la protection de l’eFuse, ainsi que celle de la charge en environnements sévères. La méthode convient aux applications à contrainte spatiale dans la mesure où l’intégration permet de réduire le système de plus de la moitié.
L’un de ces types de solution est le TPS2660, le premier eFuse intégré à TEC back-to-back 60 V du secteur. Il vaut clairement la peine de considérer l’achat de cet appareil pour vos nouveaux concepts dans la mesure où il garantit la protection contre les appels de courant, les surintensités, les événements de court-circuit, les inversions de polarité d’entrée, les surtensions et les sous-tensions. Il fournit aussi une surveillance du courant et une indication de défaillance pour le diagnostic système. L’architecture intégrée à TEC back-to-back 60 V vous permet de concevoir des circuits robustes et de protéger la charge des essais relatifs aux normes industrielles tels que les surtensions (CÉI 61000-4-5), les transitoires électriques rapides (CÉI 61000-4-4) et les creux de tension et coupures, conformément à CÉI 61131-2.
Un schéma de protection de l’alimentation électrique robuste et efficace est essentiel pour les concepts de systèmes électroniques. Avec les appareils de protection intégrée, les concepteurs peuvent créer leur système plus simplement, plus efficacement et le commercialiser plus rapidement. Si vous avez un concept qui utilise une protection du chemin électrique pour rail d’alimentation 24 V, ayez un temps d’avance et commencez à concevoir dès aujourd’hui avec le concept de référence de protection d’entrée et alimentation de secours pour contrôleur d’API 25 W.
