E-FUSE:  FUSIBILE ELETTRONICO



 

Introduzione

Spesso lavorando con circuiti ad alta corrente, dotati di fusibile classico passivo a fusione, può capitare che cortocircuitando il polo positivo con quello negativo o volendo usare un carico che assorbe piu corrente di quella permessa dal nostro alimentatore, il fusibile si rompa. Questo comporta la sostituzione del fusibile avendolo a disposizione. Il circuito oggetto di queste pagine e' un fusibile elettronico che si attiva quando la corrente assorbita dal carico eccede il valore settato ed e' ripristinabile tramite un tasto. Questo inoltre protegge anche dai corti circuiti

Descrizione del circuito

Il circuito e' basato su un microcontrollore che legge la caduta di tensioni ai capi di un resistore a bassa resistenza  Rsense che funge da sensore di corrente. Quando la caduta di tensione dovuta alla corrente supera una soglia fissata dal potenziometro R4 il transistor MOS di potenza di uscita viene spento mettendo la sua gate a VIN essendo un PMOS. Il metodo di lettura della corrente e' di tipo HIGH side ovvero si legge la corrente che scorre nella linea positiva del carico. Altro metodo e' quello del LOW side che legge la corrente di ritorno presente nella linea negativa di alimentazione del carico. Per rendere più facile la lettura della caduta di tensione ai capi della Rsense, essendo questa caduta molto piccola, si utilizza una configurazione circuitale che prende come riferimento non la GND ma la la line VIN. In tal modo modo la tensione ai capi della Rsense non deve essere scalata per essere compatibile con gli ingressi del microcontrollore. Quindi basta leggere solo la tensione del terminale della Rsense sul lato carico essendo la tensione al terminale della RSense nel lato Vin uguale alla tensione di alimentazione del micro-controllore. 

Facendo riferimento allo schema elettrico mostrato in figura 1, Il circuito può essere suddiviso in tre sezioni:  alimentazione, controllo e potenza:

Fig.1: schema elettrico dell'e-fuse

Sezione di alimentazione:

Questa sezione e' composta dai componenti R7, Q1 D4 e C2. Si tratta di un semplice riduttore di tensione basato su uno zener e un transistor NPN. La tensione sull'emittore rappresenta la tensione GND interna  del circuito e il suo valore, riferito alla VIN, e' esattamente 0,6V più piccola della tensione sull'anodo dello zener riferita sempre alla Vin. Se quindi lo zener e' di 3,3V la tensione tra Vin e la GND_INT e' proprio 3,3-0,6 = 2,7V sufficiente per il funzionamento del micro con tensioni nell'intervallo compreso tra i 4 e 25V per la VIN.

Sezione di controllo:

Questa sezione e' basata sul microcontrollore che acquisisce la tensione ai capi del resistore Rsense e la tensione Vref, che setta la soglia di protezione, fissata dal trimmer R4. La tensione Vref e' quindi convertita in digitale a 8 bit tramite il modulo ADC del micro e confrontata con la tensione ai capi di Rsense e dal confronto di queste tensioni si decide se mantenere acceso il power o spegnerlo nel caso in cui la tensione ai capi del resistore di sensing Rsense e' maggiore della soglia Vref impostata.

La relazione che lega la corrente Iload del carico e la tensione Vref impostata dal trimmer R4 e letta dal micro al piedino GP0 e': 

Rsense X Iload > Vref/8

da cui segue che il power verrà spento se si verifica la condizione di 

 Iload > Vref / ( 8 x Rsense)

Per evitare che il circuito intervenga in casi in cui si verifichino degli spike di corrente, la condizione di intervento deve perdurare almeno per un tempo minimo detto di deglitch che vale qualche ms.  Nel caso si verifichi la condizione di intervento il micro, tramite l'uscita GP2, spegne il power e si mette nella condizione di sleep mode. Per ripristinare il circuito bisogna intervenire sul pulsante T che agisce sul reset del micro ovvero il pin GP3/MCLR che fa uscire il micro dalla condizione di sleep mode e lo fa ripartire dall'inizio.