Strombegrenzung: IC, Mini-Schaltung... ?!

[dreamy1]

Wäre es nicht geschickter (und günstiger), den Mosfet am Ausgang zu überdimensionieren und dann eine kleine, steckbare SMD-Sicherung an der gemeinsamen Plusleitung zu nehmen?

Alles andere ist schon ein riesen Aufwand...und ich sehe den Mehrwert ehrlich gesagt nicht. Es gibt auch (bezahlbare) Mosfets, die ohne Probleme 40A oder mehr schalten können...die muss man bei einem Kurzschluss der (dünnen) Leitung zu den LEDs auch erstmal zusammenbekommen bzw. das Netzteil muss das ja auch liefern können. Bevor es hier zu einem Schaden am Mosfet kommt, hat die Sicherung ausgelöst.

Was auch denkbar wäre, wenn der µC noch einen Analogeingang über hat: kleiner Shunt in die gemeinsame Plusleitung, Spannungsdifferenz messen und bei Überstrom einfach den/die schon vorhandenen Mosfets abschalten. Wenn die Mosfets genug Leistungsreserve haben, müsste das reichen, auch wenn das Lesen des Analogeingangs etwas Zeit braucht. Oder halt auf die µC-Auswertung verzichten und einen OP-Amp nehmen, der die Spannungsdifferenz misst und den Mosfet innerhalb ein paar µs abschaltet. Prinzipiell könnte man sogar die DS-Strecke des Mosfet zur Spannungsdifferenzmessung nehmen...da müsste man mal ins Datenblatt schauen, wie groß die Toleranz des Rds(on) ist...

[tuxedo]

Dann ist der IC vielleicht doch uninteressant ;-)

MAT Hast du den LTC4356 schon "ausprobiert"? Wie ist das da mit der "Strombegrenzung"? Der scheint ja primär auf Spannungsbegrenzung ausgelegt zu sein. Oder hab ich da was falsch verstanden?
Suche bis auf weiteres nach wie vor nach einem "LTC1153 - Ersatz der zuverlässig 24V beherrscht".

Die Idee den separaten MOSFET wegzulassen und stattdessen über den Status-Ausgang eines solchen ICs den PWM Controller oder Microcontroller zu bemühen den Kanal abzuschalten, erscheint mir nach wie vor eine gute Idee zu sein (spart Geld und Platz auf der Platine). Wenn jemand einen Grund findet warum das keine gute Idee ist oder nicht funktioniert: Her damit.

Gruß
Alex

[Masifi]

Nein habe den LTC4356 noch nicht benutzt.

Aber ja er hat eine Strombegrenzung:

The LT4356 features an adjustable current limit that
protects against short circuits or excessive load current.
During an overcurrent event, the GATE pin is regulated to
limit the current sense voltage across the VCC and SNS
pins to 50mV.
An overcurrent fault occurs when the current limit circuitry
has been engaged for longer than the time-out delay set
by the timer capacitor. The GATE pin is then immediately
pulled low by a 10mA current to GND turning off the
MOSFET. After the fault condition has disappeared and a
cool down period has transpired, the GATE pin is allowed
to pull back up and turn on the pass transistor.

[l0wside]

Was willst du denn schützen? Die Leitung, den MOSFET, die Leiterplatte? Dein Fehlerbild ist vermutlich ein Kurzschluss dort, wo die LED sein sollte, so dass sich das Gerät in Rauch auflöst.
Mit einem harten Kurzschluss beim Einschalten und einer leistungsfähigen Versorgung vorne kannst du den MOSFET, wenn er zu hochohmig ist, recht schnell killen. Bei 24V und 60mOhm Gesamtwiderstand auf dem Weg (MOSFET 50mOhm, Rest 10mOhm) fließen theoretisch 400A. Das macht der Trafo aber nie und nimmer mit, ein 150W-Exemplar hat als Betriebsstrom ca. 6,5A und wird irgendwo bei 8A in Sättigung gehen. Mehr fließt also nicht, wenn du nicht gerade das Ladegerät fürs E-Fahrzeug als Spannungsquelle nimmst.
Bei 8A und 50mOhm hat der MOSFET 3,2W Verlustleistung, davon stirbt der FET nicht gleich, wenn er halbwegs gekühlt ist. Die Leiterbahn würde mir am meisten Sorgen machen, ggf. auch die Klemme.

Zum Schutz hatte ich mal mit dem STEF05 von ST herumgespielt, der aber auf 5V ausgelegt ist. Es gibt auch einen STEF12 für 12V, weiter habe ich nie recherchiert. Das Package ist aber nichts zum Handlöten.
In der konkreten Anwendung würde ich abschalten über den µC und ggf. noch eine Sicherung spendieren, ggf. auch eine Polyfuse. Das sollte m.E. dicke reichen. Sie muss ja nur auslösen, bevor die Leiterbahn oder der FET abfackelt.

Böse sind ggf. weiche Kurzschlüsse, wenn sich die Drähte irgendwo unterwegs berühren, ohne aber den Strom über die Abschaltschwelle zu treiben. Wenn die Stelle dann warm wird und mitten im brennbaren ökologischen Dämmmaterial o.ä. liegt, hast du ggf. einen Brandherd. Solche Überlegungen kenne ich aus dem Automobilbereich, im Haus ist das ziemlich unwahrscheinlich, schließlich vibriert es nicht die ganze Zeit. Wenn man nicht beim Verlegen schon pfuscht, sehe ich da kein Risiko.

Max

[tuxedo]

Ich will primär die Schaltung schützen...

Hab hier 12V mit rund 11A "am Eingang der Schaltung" und ein einzelner Kanal sollte, damit das Kühlkonzept aufgeht (und nicht etwas abraucht/durchbrennt), nicht mehr als 5..6A ziehen.

Kurzschluss ... Da kann ich mit einer externen Feinsicherung im passenden Halter leben. Aber wenn ein Kanal überlastet wird, weil einem Voll-Honk das Datenblatt der Schaltung "egal" ist, dann sollte der Aktor später in "Störung/Überlast" gehen können und einfach seinen Dienst verweigern.

[l0wside]

Da müsste eigentlich eine thermische Begrenzung am FET reichen. Entweder einen smarten FET verwenden, z.B. NCV8401, oder Temperaturfühler verwenden und über ADC einlesen.
Strommessung ist natürlich die edlere Variante, fragt sich nur, ob der Zusatzaufwand auch tatsächlich nützlich ist.

Max

[tuxedo]

Da müsste eigentlich eine thermische Begrenzung am FET reichen. Entweder einen smarten FET verwenden, z.B. NCV8401, oder Temperaturfühler verwenden und über ADC einlesen.
Strommessung ist natürlich die edlere Variante, fragt sich nur, ob der Zusatzaufwand auch tatsächlich nützlich ist.

Max

Wirklich Smart wäre es, wenn der smarte FET noch einen Ausgang hätte womit auf auf die Überlastung hinweisen kann. Denn die Schaltung schützen ist die eine Seite. Den Anwender auf die Überlastung hinweisen eine andere.

Separater TempFühler und selbst messen... Wäre machbar. Aber da fehlt mir noch der Ansatz wie ich das für 4-8 Kanäle einzeln messe. Muss mir da mal Gedanken machen.

[l0wside]

Muss das kanalindividuell sein? Es gaht ja um einen (hoffentlich) relativ seltenen Fehlerfall, wenn da der Nachbarkanal mit ausgeht, ist das eben so.
Du könntest z.B. Doppel-FETs wie den BUK9K17 nehmen, schön klein, billig und mit niedrigem Rds_on, bei einem der Drains eine Cu-Plane (Eagle-Polygon) drunter machen, die über den FET hinausgeht und dann den Fühler so in die Cu-Plane setzen, dass eine brauchbare thermische Kopplung vorhanden ist. Je nachdem kannst du dann auch den Fühler zwischen zwei Doppel-FETs setzen, so dass du für acht Kanäle nur zwei Fühler brauchst.
Das alles setzt aber natürlich voraus, dass der Strom vorne schon so begrenzt ist, dass der FET nicht 100A+ ziehen kann und dann schon abgeraucht ist, bevor der Temperatursensor etwas merkt. Der BUK9K17 braucht etwa 100ms, bis die Temperatur am Pad der im Inneren entspricht (Datenblatt Fig. 5).

[reckch]

Wie wäre es mit so einer Schaltung zur Strombegrenzung? Hier bricht dann die Spannung bei Überstrom ein bis wieder der über den Shunt-Widerstand einstellbare Strom fließt.
Alternativ könnte man über einen zusätzlichen Komparator und ein Flip-Flop auch für eine dauerhafte Abschaltung bei Überstrom sorgen.

[l0wside]

Geht auch, von der Bauteilanzahl sogar überschaubar. Dann musst du aber M1 kühlen und thermisch überwachen, hilft also auch nur eingeschränkt. Und bei 1A macht dein Shunt schon 1W Verlustleistung.

Mein Vorschlag war KISS-getrieben, aber vielleicht bin ich beruflich bedingt auch etwas übers Vereinfachungsziel hinausgeschossen?

[reckch]

M1 muss entsprechend dimensioniert sein wenn Strombegrenzung gewünscht ist. Der Shunt ebenfalls. Falls allerdings eine elektronische Sicherung aufgebaut werden soll hat man die Probleme mit der Verlustleistung nicht. Der Shunt kann kleiner ausfallen -> man benötigt dann einen entsprechenden Verstärker für Strommessung über Shunt (da gibt es bereits zahlreiche integrierte Bausteine) und einen Komparator mit nachfolgendem Flip-Flop um den Zustand zu speichern. Der MOSFET hat einen geringen ON-Widerstand und muss dann nicht gekühlt werden, da entweder voll durchgesteuert oder komplett gesperrt wird.
Falls man den Spannungsregler diskret aufgebaut hat kann man den Ausgangs-MOSFET gleich mit zur Strombegrenzung nutzen und hat kein zusätzliches Bauteil.