Entwerfen einer effektiven Stromversorgung für eingebettete Produkte

Ich entwerfe derzeit mehrere eingebettete Mikrocontroller-Produkte, die über eine Steckdose mit Strom versorgt werden können. Ich habe vor, Netzteile mit Wandwarzen zu verwenden, um einen Eingang von ungefähr 5 bis 9 V Gleichstrom zu erhalten, aber ich möchte, dass der Eingang meines Geräts nur aus Gründen der Kompatibilität und Benutzerfreundlichkeit mit bis zu 30 V arbeitet. Der Ausgang dieses Stromversorgungskreises sollte 3,3 V bei maximal 500 mA betragen. Ich möchte auch einen Sperrspannungsschutz für den Fall, dass ein Benutzer eine Fassbuchse mit Mitten-Minus-Klemmen einsteckt. Unten ist mein Design. Ich habe eine PTC-Sicherung verwendet, um Kurzschluss- / Überstromprobleme zu vermeiden, und einen P-Kanal-MOSFET, um zu verhindern, dass die Verpolung den Schaltregler erreicht. Die Zenerdiode ermöglicht, dass hohe Eingangsspannungen den MOSFET nicht braten.

Meine Hauptfragen sind: Funktioniert dieser Schaltregler mit dem P-Kanal-MOSFET, der den Vin-Pin schützt? Sind meine Teileauswahlen offensichtlich schlecht? Gibt es offensichtliche Fehler, die verhindern, dass dies funktioniert?

Hinweis: Einige dieser Teile sind auf LCSC nur aufgrund ihres niedrigen Preises und der Integration in den von mir verwendeten PCB-Service zu finden, falls Sie die MFG nicht finden können. Teilenummer überall.

BEARBEITEN: Ich habe mein Design geändert, um einen Einschaltstrom über ca. 15-25A zu verhindern.

Der Polaritätsschutz funktioniert ordnungsgemäß, wie in Mosfet im Verpolungsschutz erläutert .
Der Rest sind die typischen Anwendungen, die Microchip im Datenblatt MCP16301 / H angegeben hat.
Daher sehe ich dort keine Probleme.

Ich weiß nicht, ob Sie den Einschaltstrom beim Anlegen von 30 V berücksichtigt haben, während C2 anfänglich einen Kurzschluss bildet: Er sollte den maximalen gepulsten Körperdiodenstrom, den die Körperdiode verarbeiten kann, und den maximalen gepulsten Abflussstrom, der zufällig -27 A beträgt, nicht überschreiten .

Der PTC hat einen Mindestwiderstand von 0,400 Ω plus dem ESR von C2 plus dem Kontaktwiderstand von J2 plus dem "Widerstand" der Q2-Body-Diode oder dem langsam eingeschalteten Kanal, der wahrscheinlich den Einschaltstrom begrenzt, aber Sie sollten ihn besser simulieren und / oder messen es.

BEARBEITEN 1
Die Body-Diode ist immer leitend, sodass das langsame Einschalten von Q2 aufgrund von R3 oder eines zusätzlichen Kondensators über der Gate-Quelle von Q2 (= über D2) den Einschaltstrom nicht begrenzt.

Verwenden Sie besser einen 1-Ohm-Widerstand. Zusammen mit dem bekannten Mindestwiderstand des PTC ist der Strom auf 30 V / 1,4 Ω = 21,4 A begrenzt.

Bei 30 V Eingang, 3,3 V und 600 mA Ausgang, 80% Wirkungsgrad, Iin = 83 mA, also Verluste bei 1 Ohm = 6,8 mW.
Bei 12 V Eingang, 3,3 V und 600 mA Ausgang, 80% Wirkungsgrad, Iin = 206 mA, also Verluste bei 1 Ohm = 43 mW.

Hinweis: Ein NTC funktioniert, aber vergessen Sie nicht, dass es nicht mehr viel hilft, wenn es heiß ist. Daher gilt die Zählung bis 10 vor dem Einschalten eines Geräts nach dem Ausschalten .

BEARBEITEN 2
Das Hinzufügen eines weiteren PMOS hintereinander wäre ebenfalls eine Lösung.
Das Zusammenbinden der Abflüsse würde jedoch zu folgendem Ausgangszustand führen :

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Die Spannungen an C3 und an C2 betragen anfänglich 0V. Ich habe diesen Kurzfilm (nur) für C3 gezeichnet, um zu zeigen, was in der obigen Schaltung passiert. Die Gatespannungen für beide PMOS betragen daher anfangs ebenfalls 0V. Die beiden PMOS werden also von Anfang an eingeschaltet und liefern immer noch einen enormen Einschaltstrom.
Beachten Sie, dass das Anschließen von C2 zwischen den beiden PMOS nicht hilft: Die Body-Diode von M2 hat den gleichen Effekt wie D2.

Besser ist es, die Quellen zusammenzubinden:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Wiederum betragen die Spannungen an C3 und an C2 anfänglich 0 V.
Eine höhere Spannung als 0 V an der Quelle von M2 führt dazu, dass die Körperdiode in Sperrrichtung vorgespannt wird, sodass ein anfänglich kurzgeschlossener C3 keine Auswirkungen auf C2 & D1 & R1 hat.
Da die Körperdiode von M1 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und C2 anfänglich 0 V beträgt, ist die Gate-Spannung anfänglich gleich der Versorgungsspannung, wodurch beide PMOS geschlossen bleiben.
C2 lädt sich langsam durch die Body-Diode von M1 und R1 auf und schaltet beide PMOS auf diese Weise langsam ein, wodurch der Einschaltstrom begrenzt wird.
Die Einschaltzeit wird durch R1 & C1 und die Schwellenspannung der Mosfets bestimmt.