Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 38) – Un semplice circuito latch per proteggere le alimentazioni

Avete mai avuto bisogno di un semplice e conveniente circuito latch? Nella figura 1 ne è illustrato uno in grado di proteggere le alimentazioni dai guasti utilizzando solo componenti particolarmente economici. In sostanza, si tratta di un raddrizzatore a semiconduttore controllato (SCR) implementato tramite componenti discreti. I due transistor sono normalmente spenti. Per attivare il latch, è sufficiente pilotare la base del PNP verso il basso o la base dell’NPN verso l’alto finché non si accenda uno dei transistor. In questo modo viene a crearsi un flusso di corrente di collettore e si accende l’altro transistor. Il primo transistor diventa conseguentemente attivo. Il circuito esercita il latch in modo rigenerativo. Poiché la corrente è limitata solo dall’impedenza di alimentazione e dalle caratteristiche dei transistor, il circuito è in grado di scaricare un condensatore in modo rapido e veloce.

Fig. 1 – Un raddrizzatore SCR con corrente di mantenimento controllata costruito utilizzando componenti discreti

Un’interessante caratteristica di questo circuito è data dalla possibilità di stabilire la corrente di mantenimento del raddrizzatore SCR scegliendo i valori dei resistori. Affinché il latch rimanga attivo dopo l’accensione, la tensione tra le due giunzioni dell’emettitore base deve essere sufficiente a mantenerle attive (circa 0,7 volt). Di conseguenza, il circuito opera il latch se viene alimentato con una corrente pari ad almeno Vbe / R1 + Vbe / R2. Se il latch è collegato attraverso un condensatore alimentato con una corrente ridotta, scaricherà il condensatore. Una volta che la corrente del circuito scende al di sotto di quella di mantenimento, il circuito si spegne.

Nella figura 2 viene indicata una posizione in cui è possibile utilizzare vantaggiosamente il circuito. Si tratta di un convertitore flyback con ingresso a bassa tensione e uscita a 48 volt in cui viene utilizzato un raddrizzatore SCR per spegnere l’alimentazione qualora un guasto nella circuiteria di controllo causi una sovratensione di uscita.

Fig. 2 – Il raddrizzatore SCR può essere programmato in modo che eserciti il latch oppure no

Quando si applica per la prima volta una tensione di ingresso al circuito, la corrente tra R3 e R4 carica il condensatore buck C3. Quando la tensione nel condensatore C3 diventa sufficientemente alta, il circuito integrato di controllo entra in funzione spegnendo il FET della corrente di commutazione Q3 e trasferendo energia all’uscita. La tensione di uscita viene regolata dalla corrente di controllo in U1, che regola l’energia trasferita attraverso il trasformatore. Questo circuito fornisce una protezione da sovratensione isolata attraverso U3. Gli zener D5 e D6 vengono scelti in modo da non essere conduttivi durante il normale funzionamento. In caso di sovratensione, tuttavia, inizieranno a condurre corrente forzandola attraverso l’accoppiatore ottico U3 che attiverà il latch, formato da Q4 e Q5. Il latch scaricherà il condensatore di polarizzazione C3 e U2 cesserà di funzionare quando la tensione in VDD raggiungerà il punto di blocco di sottotensione di U2.

Il latch continuerà a scaricare il condensatore di polarizzazione finché la tensione non raggiunge un valore prossimo a 1 volt. È a questo punto che diventano importanti i valori di R3, R4, R14 e R16. R3 e R4 limitano la corrente disponibile dalla rete di ingresso, mentre R14 e R16 determinano la quantità di corrente di mantenimento necessaria per il latch. Se i valori di R14 e R16 sono piccoli, il latch si disattiva e il condensatore di polarizzazione si ricarica, mentre l’alimentazione tenta di fornire nuovamente potenza di uscita.

Questa scelta implica che in caso di guasto verranno eseguiti tentativi continui. Se invece i valori dei resistori sono sufficientemente alti, il latch rimane attivo e la corrente dovrà attraversare un ciclo per essere reimpostata. In questo caso, quindi, non verranno effettuati tentativi continui. Un altro importante componente di questo circuito è R5, che limita la potenza di polarizzazione dopo l’attivazione del latch. Di solito, questo componente è necessario per impedire il rilevamento dei picchi della tensione di polarizzazione.

Questo circuito, attivabile tramite un fronte di salita o di discesa, può essere utilizzato in diversi modi. È ad esempio possibile implementare la protezione da sovratensione sul lato primario collegando uno zener tra la tensione di polarizzazione e la base di Q5. Come driver per la base di Q4, è utilizzabile un sensore di temperatura con una transizione NGT (negativa). In alternativa, è possibile utilizzare un condensatore sul lato secondario per fornire un latch da sovracorrente particolarmente accurato tramite un accoppiatore ottico simile a quello mostrato nella figura 2.

Per riepilogare, questo latch, costruito spendendo 0,03 dollari per i transistor, è estremamente versatile. Può essere attivato tramite transizioni negative o positive e può operare o meno il latch a seconda dei valori dei resistori scelti. Nel prossimo incontro si confronteranno i tempi di risposta ai transitori di alimentazioni discontinue e di alimentazioni continue. Verrà inoltre dimostrato che l’efficienza non è l’unico motivo per utilizzare un raddrizzatore sincrono.

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Per contattare Robert Kollman: powertips@list.ti.com

Robert Kollman, Texas Instruments

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