STPW12, czyli bezpiecznik, przełącznik i kontroler zasilania w jednym
| TechnikaSTPW12 to nowoczesny elektroniczny bezpiecznik i wyłącznik zasilania przeznaczony do współpracy z szyną zasilającą o znamionowym napięciu 12 V. Układ ten monitoruje pobieraną przez obciążenie moc i może wyłączyć zasilanie, jeśli zużycie energii przekroczy zaprogramowany limit. Wystąpienie takiego zdarzenia jest sygnalizowane komunikatem wysyłanym do systemu nadrzędnego.
Zabezpieczenie to może być resetowane - po upłynięciu zaprogramowanego czasu wyłącznik automatycznie może próbować włączyć zasilanie. Możliwe jest też trwałe włączenie lub wyłączenie zasilania, a w stanach awaryjnych lub podczas załączania można użyć modulacji PWM, aby zapewnić łagodny rozruch.
Jak widać z opisu, od strony funkcjonalnej STPW12 przypomina bezpiecznik, niemniej funkcjonalność jest tutaj znacznie większa, tak samo jak precyzja działania. Rozwiązania to pozwala na zapewnienie szybkiej ochrony nawet przy niewielkim przeciążeniu, zapewnienie braku przegrzewania urządzenia na skutek przepływu prądu o wyższym natężeniu, możliwość automatycznego wznowienia działania nawet w systemach niezawierających mikrokontrolera. Istotny jest też niewielki rozmiar tego elementu (chip w obudowie SO-8 z wkładką termiczną), pozwalający na miniaturyzację i niezabierający cennego miejsca na PCB.
Świeże spojrzenie na bezpiecznik
Elektroniczny bezpiecznik, a w zasadzie inteligentny przełącznik i kontroler zasilania to odpowiedź producentów półprzewodników na liczne potrzeby producentów elektroniki konsumenckiej i sprzętu gospodarstwa domowego, którzy coraz częściej są zobligowani do zapewnienia niskiego całkowitego zużycia energii, wysokiej jakości i bezpieczeństwa użytkowania oraz niskich kosztów obsługi posprzedażnej.
Im ogólny pobór mocy przez urządzenie jest mniejszy, im napięcia zasilania stają się coraz niższe, tym ochrona systemu przed przeciążeniem za pomocą tradycyjnych rozwiązań takich jak bezpieczniki (nawet w wersjach odwracalnych z użyciem termistorów PTC) staje się bardziej kłopotliwa w realizacji.
Dlatego coraz ważniejsze staje się korzystanie z rozwiązań, które umożliwiają kontrolę zużycia energii przez każdy podsystem, przy niskich kosztach realizacji. Niestety, bezpieczniki oraz inne podzespoły dyskretne do zabezpieczenia nadprądowego nie są wystarczająco precyzyjne, aby zapewnić pełną kontrolę mocy, bo ogólnie elektronika pobiera coraz mniejszą moc i nawet te najsłabsze bezpieczniki tradycyjne są za mało czułe.
Istnieją również systemy, które wykorzystują wzmacniacze operacyjne wykrywające przepływ nadmiarowego prądu razem z superwizorami napięcia lub kontrolerami typu hot-swap i przełącznikami MOSFET, ale nawet najlepsze takie konstrukcje zazwyczaj oferują jedynie 10-procentową dokładność, oprócz tego, że są dość złożone, zajmują dużo miejsca i są drogie. Stąd rozwiązanie ograniczające nie sam prąd, ale moc zasilania staje się niełatwe w implementacji, zwłaszcza jeśli dodatkowo musi być ono niewielkie, proste i tanie.
STPW12 pozwala na kontrolę mocy z marginesem błędu wynoszącym zaledwie 3%, a więc znacznie dokładniej, niż mogą zapewnić podobne rozwiązania dostępne obecnie na rynku. Podobny poziom dokładności oferują bezpieczniki elektroniczne wysokiej jakości, ale mogą one wykrywać tylko wyższą wartość prądu. Tymczasem często się zdarza, że wadliwie działające obciążenie pobiera stabilny i niezbyt duży prąd, ale za to napięcie jest nieprawidłowe lub sumarycznie poziom pobieranej mocy tylko nieznacznie się zwiększa.
STPW12 ma wbudowany przełącznik mocy bazujący na tranzystorze MOSFET z kanałem P o RDS(on)=50 mΩ, co jest wartością niską w przypadku takiego zintegrowanego rozwiązania. Ponadto urządzenie zawiera ogranicznik prądu zwarciowego, a także realizuje funkcję wyłącznika termicznego. Zakres temperatur pracy wynosi od -40 do +125°C.
Praca autonomiczna
STPW12 może współpracować z mikrokontrolerem lub działać autonomicznie. W tym drugim przypadku progi i czasy reakcji, ponowienia próby włączenia programuje się za pomocą rezystorów oraz kondensatorów. Wymagane pojemności są niewielkie, dzięki czemu dodatkowe elementy nie zabierają miejsca na płytce i nie trzeba korzystać z kondensatorów elektrolitycznych. Opóźnienie 1-sekundowe wymaga kondensatora 68 nF.
Przełączanie obwodu wyjściowego zachodzi szybko. Umożliwia to regulację mocy za pomocą modulacji PWM, na przykład do realizacji miękkiego startu (z częstotliwością nośną do 2 kHz). Pracę w tym trybie ułatwia też programowany czas maskowania, a więc okres, przez który obwody ochronne są nieaktywne, np. dla zapewnienia niewrażliwości na stany nieustalone pojawiające się w momencie włączania zasilania lub na prąd udarowy. Czas ten ustala się za pomocą zewnętrznego rezystora (22 kΩ daje mniej więcej 1 ms).
Zakres napięć wejściowych zawiera się między 10,5 a 18 V (nominalnie 12 V) przy maksymalnym prądzie wyjściowym 1,5 A. Prawidłowe napięcie zasilania kontroluje układ UVLO, wyjście ma zabezpieczenie przed zwarciem. Stabilne działanie wymaga dołączenia na wejściu i na wyjściu kondensatorów blokujących 10 μF, które ograniczają oscylacje na pasożytniczych indukcyjnościach. Gdy linie zasilające są długie, warto dodać równoległą diodę Schottky’ego, która zapobiegnie zmianie polaryzacji na ujemną.
