Problem z ograniczaniem prądu za pomocą sterownika liniowego, takiego jak ten, polega na tym, że sterownik rozprasza energię proporcjonalnie do spadającego na niego napięcia. Jeśli obciążenie spadnie większość napięcia, sterownik może być w stanie przetrwać. Ale jeśli obciążenie spadnie tylko o kilka woltów przy 20 A, wówczas kierowca rozproszy dużą ilość energii.
Przy 20 A i 12 woltach obwód rozproszy Moc = V x I = 12 x 20 = 240 W. To znaczna ilość.
Jeśli ładujesz spada 10 V przy 20 A, kierowca musi upuścić pozostałe 2 wolty. Zatem rozpraszanie obciążenia wynosi 10 V x 20 A = 200 W, a rozpraszanie sterowników wynosi 2 V x 20 A = 40 W. 40 watów w Darlington wymaga dość znacznego radiatora, aby się nie nagrzać. Jeśli zamkniesz go szybko i jeśli tylko jeden lub dwa z nich są w tym trybie, być może będziesz w stanie „uciec”. Ale jeśli pewna liczba obciążeń pozostaje przez pewien czas na granicy prądu, „wystąpią problemy”.
Jednym z rozwiązań jest posiadanie kontrolera, który wyłączy się całkowicie, gdy przekroczę 10 A, zaczeka chwilę i spróbuje ponownie. Problem polega na tym, że do 20 A wszystko jest w porządku, ale jeśli obciążenie próbuje przyjąć więcej niż 20 A, jest ono ograniczone do wybuchów o wartości 20 A = znacznie mniej niż 20A średnio.
Jednym z rozwiązań jest „PWM” przełącznika, gdy jest on w ograniczaniu prądu - przełącznik jest tylko włączony lub wyłączony - i wyregulować współczynnik o / off tak, aby średnia = 20A. Obwód do tego celu może być tańszy i prostszy niż może się wydawać. Opamp lub na obwód i kilka elementów pasywnych. Lub pakiet bramkowy CMOS Schmitt i trochę gry.
„Najlepszym” sposobem jest użycie sterownika trybu przełączania, który ogranicza prąd o wartości 20 A i odcina dostępną energię tylko w razie potrzeby. Mogą to być również proste tranzystory 92 w minimalistycznej formie), ale potrzebuje irytującego induktora na obwód.
Jak pokazano, wynik będzie BARDZO niedokładny, ponieważ wzmocnienie prądu pary tranzystorów Darlington będzie bardzo nieprecyzyjne. O ile nie wybierzesz podczas testu (np. Ustaw rezystor bazowy za pomocą potencjometru), będzie to bardzo niedokładne i nadal nie będzie dobre długoterminowo. Dam ci tanie obwody dla kierowcy ograniczającego prąd. ale najpierw zobaczmy, dokąd zmierza pytanie.
Tak, potrzebujesz diody w poprzek obciążenia, jeśli jest ona indukcyjna, o takiej polaryzacji, że zwykle nie przewodzi.
Rozproszenie w kontrolerze i dlaczego:
Przepływ prądu z 12V przez obciążenie i sterownik do ziemi wynosi
R jest sumą wszystkich rezystorów w danej ścieżce szeregowej.
Dla 20A przy 12V
- R = V / I = 12/20 = 0,6 oma.
Jeśli ograniczasz prąd do 20 A, tworzysz zmienną elektronicznie wartość R, która automatycznie dostosowuje całkowitą wartość R w obwodzie do 0,6 oma, jeżeli obciążenie jest mniejsze niż 0,6.
Jeśli obciążenie jest WIĘCEJ niż 0,6 oma, kontroler pozostaje mocno włączony, ponieważ prąd jest mniejszy niż 20 A.
W twoim przykładzie z zapalnikiem 0.1R sterownik musi dodać 0,6-0,1 = 0,5 oma.
Moc w zapalniku = I ^ 2 x R = 20 ^ 2 x 0,1 = 40 watów.
Moc rozproszona w sterowniku = 20 ^ 2 x .5 = 200 watów.
Kontroler „robi się gorący” :-).
Ograniczenie prądu PWM:
PWM = modulacja szerokości impulsu powoduje pełne włączenie obciążenia, powiedz X%, jeśli czas i wyłączy się na 100-X% czasu
Jeśli włączysz całkowicie obciążenie, a następnie całkowicie wyłączysz w cyklu roboczym 1: 5, średni prąd wyniesie 20 A.
I on = 12 / 0,1 = 120 A!
I off = 0
(1 x 120 A + 5 x 0 A) / 6 = 20 średnia
Akumulator musi być w stanie zapewnić wartości szczytowe 120 A.
Dodanie cewki szeregowej do obciążenia i „diody zapadkowej” zamienia obwód w „konwerter buck”, np. Taki jak ten
Jeśli przełącznik jest włączony na N-tym czasie, napięcie wyjściowe wyniesie 1 / N-ty z Vin.
Normalnym podejściem jest monitorowanie Iout i dostosowanie okresu włączenia, aby ograniczyć maksymalny prąd zgodnie z potrzebami.
Oto przykład, który właśnie to robi.
Nie jest to dokładnie to, czego chcesz, ale pokazuje zasadę. To jest obwód sterownika przekaźnika dostarczony przez Richarda Prossera, skomentowany przeze mnie. Zastąpienie odpowiedniego induktora L1 i umieszczenie obciążenia tuż poniżej L1 zapewnia ograniczone zasilanie prądem. To staje się trochę „zajęte” tym, czego chcesz.
Zastosowanie chronionego prądu ograniczającego MOSFET
Sugerowano użycie chronionego prądem MOSFET-a, takiego jak zabezpieczony przetwornik niskiej mocy ON Semiconductor NCV8401 z ograniczeniem prądu i temperatury
Mocą NCV8401 jest wyłączenie, jeśli utrzymuje się wysoki prąd zwarciowy, i ograniczenie maksymalnego prądu, który może płynąć, gdy wystąpi błąd. Takie urządzenia robią to dobrze, ale nie mają na celu utrzymywania prądu ograniczającego przez długi czas. Próbowałem podłączyć takie urządzenie bezpośrednio do akumulatora samochodowego i włączyć je. Nie ma problemu - ograniczają się i przywracają do normalnej pracy po usunięciu stanu przeciążenia.
Są to cudowne urządzenia i niezwykle przydatne w ich miejscu, ale nie spełnią pierwotnie ustalonego celu, jakim jest utrzymywanie stałego prądu 20 Amp w obciążeniu, np. W warunkach awarii Z WYJĄTKIEM, jeśli pochłonie je ciepło, aby przyjąć pełny prąd zwarciowy - co wymaga rozpraszanie mocy do 12 x 20 A = 240 W w sterowniku, w najgorszym przypadku. NCV8401 ma odporność termiczną złącza na obudowę wynoszącą 1,6 C / W i maksymalną temperaturę złącza 150 C. Nawet na idealnym radiatorze (0 C / W) w temperaturze 25 ° C, który pozwoliłby maksymalnie (150-25) / 1,6 = 78 watów. W praktyce około 40 watów byłoby bardzo dobre, nawet z niezwykle sprawnym systemem radiatora.
Jeśli specyfikacja została zmieniona, to dobrze, ale jeśli chcesz stale pobierać ograniczoną wartość 20 A (do zatrzymania lub wybuchu), istnieją tylko dwa sposoby. Zarówno
(1) Zaakceptuj całkowite rozproszenie 12 x 20 A = 240 W, a kierowca rozproszy to, czego nie pobiera obciążenie lub
(2) Użyj przełączania konwersji energii, aby sterownik zapewniał 20 A przy dowolnym napięciu wymaganym do obciążenia. Sterownik zajmuje się wyłącznie energią z nieefektywnej konwersji. Na przykład, jeśli obciążenie wynosi 0,2 oma, to przy 20 A, obciążenie = I x R = 20 A x 0,2 = 4 wolty. Moc obciążenia wynosi albo I ^ 2 x R = 400 x 0,2 = 80 W, LUB = V x I = 4 V x 20 A = 80 W (oczywiście, oczywiście).
W takim przypadku, jeśli napięcie 4 V jest zasilane przez konwerter trybu przełączania, który jest efektywny w% (0 <= Z <= 100). W powyższym przykładzie, w którym Pload = 80 Watt, a jeśli konwerter ma wartość Z = 70 (%), wówczas konwerter trybu przełączania rozprasza tylko (100-Z) / obciążenie 100 x P = 0,3 x 80 W = 24 waty. Jest to nadal znaczne, ale znacznie mniejsze niż 240-80 = 160 watów, które zostałyby rozproszone za pomocą ogranicznika liniowego. Więc ...
Ogranicznik prądu regulatora przełączającego
Jest to pomyślany jako inny przykład niż jako ostateczne rozwiązanie. Można go wprowadzić do eksploatacji, ale lepszym rozwiązaniem byłoby wykonanie od podstaw projektu opartego na tej zasadzie.
Obwód, który wykona prawie dokładnie to, co chcesz, można zbudować za pomocą np. MC34063 w obwodzie z rys. 11a lub 11b tutaj Arkusz danych MC34063
Prawdopodobnie byłoby tak łatwo użyć pakietu komparatorów (np. LM393, LM339 itp.), Aby zaimplementować coś podobnego, ponieważ można wykonać rzeczywiste wykrywanie prądu obciążenia zamiast cyklu poprzez wykrywanie cyklu wykonane tutaj, ale to zadziała.
Odnośne obwody MC34063 można zmodyfikować, aby w razie potrzeby korzystały z zewnętrznego MOSFETU z kanałem N lub P. FET rzeczywiście mają w zwyczaju zawodzić zwarcie. Zaprojektowanie tak, aby rzadko, jeśli kiedykolwiek zawiodło, sprawia, że jest to mniej problematyczne :-).
Tutaj napięcie wyjściowe można ustawić na „wysokie”, ponieważ naszym celem jest konwersja energii i ograniczenie prądu. np. jeśli obciążenie wynosi 0,4 R, a nominalne napięcie docelowe wynosi 12 V, wówczas ogranicznik prądu ograniczy to, co się naprawdę wydarzy. Zamiast ogranicznika cykl po cyklu można dodać czujnik niskiego prądu obciążenia bocznego i użyć go do ograniczenia napięcia napędu, aby zapewnić docelowy prąd obciążenia.
Ogranicznik liniowy z opornikiem schodkowym
Najłatwiejszym sposobem może być dostarczenie zestawu rezystorów przełączanych, które mogą być przełączane binarnie w celu ograniczenia prądu obciążenia do 20A. Licznik zlicza wartość rezystora w górę, jeśli prąd jest zbyt wysoki, a w dół, jeśli jest zbyt niski. Strata mocy wynosi 240 W przy 20 A, zawsze gdy obciążenie jest mniejsze niż 0,6 R, ALE rezystory wykonują pracę, a tranzystory bipolarne lub tranzystory polowe stosowane jako przełączniki obciążenia mogą działać chłodno. Nie jest to zbyt trudne, ale podejście „denerwująco surowe” :-).
