arus membatasi beban korsleting ke 20A

Pemula analog di sini dan pertama kali di forum ini ... terima kasih telah membaca!

Apa yang saya miliki adalah kontrol untuk teknik kembang api. Saya memiliki semua hal kontrol digital yang ditemukan, tetapi bit analog bukan keahlian saya.

Baterai mobil memasok rig ini, dan saluran keluaran akan diganti menggunakan SCR, IGBT, atau sekadar relay otomotif biasa. Saya ingin membatasi arus sehingga komponen-komponen itu tidak disalahgunakan, dan agar banyak saluran dapat menerima arus yang tinggi walaupun beberapa memiliki hambatan yang sedikit lebih tinggi daripada yang lain.

Sebagian besar sirkuit yang saya lihat berada di sekitar pengisian baterai, atau saat ini jauh lebih rendah. Jadi ini adalah hal paling sederhana yang saya buat sejauh ini:

Pada dasarnya saya menggunakan penguatan arus dari setiap bagian dari pasangan darlington saya untuk membatasi arus ke beban. Saya ingin umpan balik pada desain ini atau petunjuk untuk sesuatu yang lebih tepat (yang seperti yang saya katakan sulit ditemukan mengingat gagasan bahwa bebannya bisa pendek).

Masalah kecil meliputi:

Saya percaya saya perlu dioda snubber (atau topi?) Di sekitar beban dan dioda dekat saklar di suatu tempat.

Masalah dengan pembatasan arus menggunakan driver linier, seperti ini, adalah bahwa driver akan membuang energi sebanding dengan tegangan yang dijatuhkan di atasnya. Jika beban turun sebagian besar tegangan maka pengemudi mungkin dapat dibangun untuk bertahan hidup. Tetapi jika beban turun hanya beberapa volt pada 20 Amps maka pengemudi akan membuang sejumlah besar energi.

Pada 20 Amps dan 12 volt rangkaian akan menghilang Daya = V x I = 12 x 20 = 240 Watt. Itu jumlah yang besar.

Jika Anda memuat turun 10 V pada 20 A pengemudi harus menjatuhkan 2 Volts yang tersisa. Jadi disipasi beban adalah 10V x 20 A = 200 Watt dan disipasi driver adalah 2V x 20A = 40 Watt. 40 Watt ke Darlington membutuhkan heatsink yang cukup besar untuk tidak terlalu panas. Jika Anda mematikannya dengan cepat, dan jika hanya satu atau dua dari ini dalam mode ini maka Anda mungkin bisa "lolos begitu saja". Tetapi jika sejumlah beban tetap pada batas arus untuk sementara waktu "akan ada masalah".

Salah satu solusinya adalah memiliki pengontrol yang mati sepenuhnya ketika saya melebihi 10 Amps, menunggu beberapa saat dan mencoba lagi. Masalah dengan ini adalah bahwa hingga 20A semuanya baik-baik saja tetapi jika beban mencoba untuk mengambil lebih dari 20 A itu terbatas pada semburan 20A = jauh lebih sedikit dari rata-rata 20A.

Salah satu solusinya adalah "PWM" sakelar saat berada dalam batas arus - sakelar hidup atau mati saja - dan sesuaikan rasio o / off sehingga rata-rata = 20A. Sirkuit untuk melakukan ini bisa lebih murah dan lebih sederhana daripada kedengarannya. Sebuah opamp atau per sirkuit dan beberapa komponen pasif. Atau paket gerbang CMOS Schmitt dan beberapa permainan.

Cara terbaik adalah menggunakan driver mode sakelar yang membatasi pada 20 A dan mematikan energi yang tersedia hanya jika diperlukan. Ini juga dapat berupa 92 transistor sederhana dalam bentuk minimalis) tetapi membutuhkan induktor yang mengganggu per sirkuit.

Seperti yang ditunjukkan hasilnya akan sangat tidak eksak karena gain saat ini dari pasangan transistor Darlington akan sangat tidak tepat. Kecuali jika Anda memilih tes (mis. Sesuaikan resistor basis dengan potensiometer) itu akan sangat tidak akurat dan masih tidak bagus untuk jangka panjang. Saya dapat memberi Anda sirkuit murah untuk driver membatasi saat ini. tapi pertama-tama mari kita lihat ke mana perginya pertanyaan itu.

Ya, Anda memerlukan dioda melintasi beban jika induktif, polaritas sehingga biasanya tidak melakukan.

Pembuangan dalam pengontrol, dan mengapa:

Aliran arus dari 12V melalui beban dan pengontrol ke ground adalah

• I = V / R.

R adalah jumlah dari semua resistor dalam jalur seri yang diberikan.

Untuk 20A pada 12V

• R = V / I = 12/20 = 0,6 ohm.

Jika Anda membatasi hingga 20A saat ini, Anda membuat variabel elektronik R yang secara otomatis menyesuaikan total R di sirkuit menjadi 0,6 ohm JIKA beban kurang dari 0,6.

Jika beban LEBIH dari 0,6 ohm, pengontrol tetap menyala karena arus kurang dari 20A.

Dalam contoh Anda dengan penyala 0,1R controller harus menambahkan 0,6-0,1 = 0,5 ohm.

• Daya penyala = I ^ 2 x R = 20 ^ 2 x 0,1 = 40 Watt.

• Daya hilang dalam pengontrol = 20 ^ 2 x .5 = 200 Watt.

Kontroler 'menjadi panas ":-).

Pembatasan arus PWM:

PWM = modulasi lebar pulsa mengubah beban sepenuhnya pada fos katakan X% jika waktu dan mati untuk 100-X% dari waktu

Jika Anda mengaktifkan beban sepenuhnya dan kemudian sepenuhnya mati dengan siklus tugas 1: 5, arus rata-rata adalah 20 A.

I on = 12 / 0,1 = 120 A!

I off = 0

(1 x 120 A + 5 x 0 A) / 6 = 20 Rata-rata

Baterai harus dapat memberikan 120A puncak.

Menambahkan induktor secara seri dengan beban, dan "catch diode" mengubah rangkaian menjadi "buck converter" misalnya seperti ini

Jika sakelar menyala pada Nth waktu voltase keluar akan menjadi 1 / Nth Vin.

Pendekatan normal adalah memantau Iout dan menyesuaikan periode aktif untuk membatasi arus maksimum yang diinginkan.

Inilah contoh yang melakukan hal itu.

Ini bukan apa yang Anda inginkan tetapi menunjukkan prinsipnya. Ini adalah rangkaian driver estafet yang disediakan oleh Richard Prosser yang dikomentari oleh saya. Mengganti induktor yang sesuai untuk L1 dan menempatkan beban tepat di bawah L1 memberikan pasokan terbatas saat ini. Ini semakin "sibuk" untuk apa yang Anda inginkan.

Penggunaan MOSFET yang membatasi arus yang dilindungi

Penggunaan MOSFET yang dilindungi saat ini telah disarankan seperti ON Semiconductor NCV8401 driver sisi rendah yang dilindungi dengan arus dan batas suhu

Forte NCV8401 adalah untuk dimatikan jika arus gangguan tinggi dipertahankan dan untuk membatasi arus maksimum yang dapat mengalir ketika gangguan berkembang. Perangkat seperti ini melakukan ini dengan baik, tetapi mereka tidak dimaksudkan untuk memungkinkan arus pembatas dipertahankan untuk waktu yang lama. Saya telah menguji coba perangkat penghubung seperti ini langsung di aki mobil dan menyalakannya. Tidak masalah - mereka hanya akan membatasi dan akan kembali ke operasi normal ketika kondisi kelebihan dihapus.

Ini adalah perangkat yang luar biasa, dan sangat berguna sebagai gantinya, tetapi tidak akan memenuhi tujuan yang dinyatakan sebelumnya yaitu mempertahankan arus 20 Amp yang stabil ke dalam beban pada kondisi mis. KECUALI jika Anda memanaskannya untuk mengambil arus gangguan penuh - yang membutuhkan disipasi daya hingga 12V x 20A = 240 Watt pada driver, kasus terburuk. The NCV8401 memiliki persimpangan untuk kasus resistensi termal 1,6 C / Watt dan suhu persimpangan maksimum 150 C. Bahkan pada heatsink yang sempurna (0 C / W) pada suhu 25C yang memungkinkan Anda maksimum (150-25) / 1,6 = 78 Watt. Dalam praktiknya sekitar 40 Watt akan sangat bagus bahkan dengan sistem heatsink yang sangat mumpuni.

Jika spesifikasinya sudah berubah itu baik-baik saja, tetapi jika Anda ingin sumber 20A terbatas terus menerus (sampai berhenti atau meledak) maka hanya ada dua cara. Antara

• (1) Terima pemborosan total 12V x 20A = 240W dengan pengemudi menghilangkan beban yang tidak diambil atau

• (2) Gunakan konversi energi mode-beralih sehingga pengemudi memberikan 20A pada tegangan apa pun yang diperlukan untuk beban. Pengemudi hanya berurusan dengan energi dari konversi yang tidak efisien. Misalnya, jika bebannya 0,2 Ohm, maka pada 20A, Vload = I x R = 20A x 0,2 = 4 Volt. Daya muatnya adalah I ^ 2 x R = 400 x 0,2 = 80 Watt, OR = V x I = 4V x 20 A = 80 Watt (lagi, tentu saja).

Dalam hal ini, jika 4V bersumber dari konverter mode sakelar yang z% efisien (0 <= Z <= 100). Dalam contoh di atas di mana Pload = 80 Watt maka, jika konverternya adalah Z = 70 (%) maka hanya konverter mode pengalih yang menghilang (100-Z) / 100 x beban P = 0,3 x 80W = 24 Watt. Ini masih substansial tetapi jauh lebih kecil dari 240-80 = 160 Watt yang akan hilang dengan pembatas linier. Jadi ...

Switching regulator limiter saat ini

Ini dimaksudkan sebagai contoh lain selain sebagai solusi akhir. Itu bisa ditekan ke dalam layanan tetapi melakukan desain dasar berdasarkan prinsip ini akan lebih baik.

Sebuah sirkuit yang akan melakukan hampir persis apa yang Anda inginkan dapat dibangun menggunakan misalnya MC34063 di sirkuit gambar 11a atau 11b di sini lembar data MC34063

Mungkin akan mudah menggunakan paket pembanding (mis. LM393, LM339 dll.) Untuk mengimplementasikan sesuatu yang serupa seperti Anda dapat melakukan pengindraan arus beban yang sebenarnya daripada siklus dengan pengindraan siklus yang dilakukan di sini, tetapi ini akan berhasil.

Sirkuit MC34063 yang direferensikan dapat dimodifikasi untuk menggunakan N Channel atau P Channel MOSFET eksternal jika diinginkan (yang mungkin akan saya gunakan). FET memang punya kebiasaan gagal hubungan pendek. Mendesain untuk memilikinya jarang jika pernah gagal membuat ini kurang bermasalah :-).

Di sini tegangan keluaran dapat diatur ke "tinggi" seperti apa yang kita kejar adalah konversi energi dan pembatasan arus. misalnya jika bebannya 0.4R dan tegangan target nosional adalah 12V, maka pembatas arus akan membatasi apa yang sebenarnya terjadi. Sebagai pengganti atau juga siklus oleh pembatas siklus, Anda dapat menambahkan indera arus beban sisi rendah dan menggunakannya untuk membatasi tegangan drive sehingga arus beban target disediakan.

Limiter linear melangkah resistor

Metode termudah adalah menyediakan bank resistor yang diaktifkan yang dapat diubah biner untuk membatasi arus beban hingga 20A. Penghitung menghitung nilai resistor naik jika arus terlalu tinggi dan turun jika terlalu rendah. Disipasi daya adalah 240W pada 20A selalu ketika beban kurang dari 0,6R TAPI resistor bekerja dan transistor bipolar atau FET yang digunakan sebagai sakelar beban dapat menjadi dingin. Tidak terlalu sulit untuk dilakukan tetapi pendekatan yang "sangat kasar" :-).

$R_{DS(ON)}$

Anda tidak ingin pembatas arus jika terjadi korsleting, tetapi pematian daya. Jika terjadi korsleting 12V (?) Baterai akan melebihi MOSFET switching dan bahkan dengan pembatas arus 20A mereka harus berurusan dengan 240W (!). Ada trik untuk pembatas arus foldback, yang mengurangi arus ke level yang lebih aman setelah korsleting, tetapi ide saya adalah yang terbaik untuk memotong sepenuhnya.

Prinsip: mengukur tegangan di atas MOSFET. Jika naik di atas treshold tertentu seperti 1V reset flipflop set-reset, yang outputnya mendorong MOSFET. Ketika korsleting dilepas, MOSFET tetap tidak aktif, dan flipflop set-reset harus diatur lagi untuk memulai kembali persediaan.

Setelah membangun pengendali piro sebelumnya dan melakukan berbagai implementasi keselamatan industri pada peralatan CNC dll, Anda seharusnya tidak pernah mengizinkan kontrol keselamatan melalui rangkaian logika.

Paling tidak Anda harus menggunakan sakelar fisik pada saluran DC ke perangkat penembakan piro sebagai bagian dari kunci mempersenjatai. Pernahkah Anda mempertimbangkan apa yang akan terjadi jika katakan, FET terjadi hubung singkat ... mereka lakukan ... sirkuit tembak akan hidup, orang pergi untuk mengubah piro untuk yang berikutnya dan meniup tangannya.

Semua sirkuit keselamatan pada mesin melalui relay keselamatan yang disetujui, relay fisik yang dapat memotong drive ke motor dll, mereka tidak pernah bergantung hanya membunuh sinyal ke motor drive ... mereka mungkin membunuh sinyal itu juga, tetapi selalu ada estafet fisik juga. Anda harus 100% menyertakan cara untuk melepaskan 12V dari FET sebagai bagian dari sirkuit keselamatan Anda.

Anda juga harus membatasi waktu, yang saya bangun termasuk pemeriksaan kontinuitas dari beberapa ma untuk menunjukkan apakah ada sirkuit yang baik pada saluran sebelum menembak, dan tentu saja untuk menunjukkan kontinuitas setelah penembakan perangkat gagal menyala ...

Jawaban saya sendiri: Sirkuit ini menjanjikan dalam tes papan tempat memotong roti saya. Saya berencana untuk mengganti output LED dengan beberapa sirkuit lain untuk menarik gerbang MOSFET daya.

http://www.edaboard.com/thread166245.html#post701080

Saya masih harus mencari cara bagaimana hidup berdampingan dengan skema kontrol yang ada, tetapi itu mudah.

Jawaban KEDUA, yang mungkin akan saya terapkan:

Saya akan melakukan ini dengan relay otomotif awalnya untuk keandalan dan ketahanan. Kemudian saya pergi ke jalan padat ini karena ukuran fisik relay dan harness dan socketing mereka menjadi sedikit menjengkelkan, dan saya telah menemukan IGBT murah dan / atau SCR untuk mengontrol saluran, dan hanya ingin melakukan skema pembatasan saat ini di depan mereka, saat ini membatasi satu set 4 saluran menjadi 20A total.

Mengesampingkan drivel Saya percaya akan menggunakan salah satu perangkat yang luar biasa ini per channel: ON Semiconductor NCV8401 MOSFET . Mereka dimaksudkan sebagai pengganti relay otomotif, dan yang membuat saya takjub, masing-masing hanya $ 0,80. Saya yakin Motorola (ON) melakukan lebih baik daripada yang pernah saya lakukan dengan pembatasan arus dan termal internal. Saya akan memiliki masalah panas untuk dihadapi dan mungkin harus menyolder potongan besar kawat tembaga ke PCB saya untuk menangani arus, tetapi karena ini adalah tugas siklus pendek, saya pikir saya bisa menyelesaikannya tanpa membakar apa pun.

Tuan-tuan terima kasih atas bantuan Anda

Begini cara saya melakukan ini. Sirkuit memungkinkan untuk arus awal yang besar (dibatasi oleh C1 ESR, dan resistansi sumber-saluran dari U2), tetapi menjaga arus dari baterai di bawah 20A setiap saat (dengan asumsi 15V per diagram Anda). Ini harus memberikan kemampuan pengapian cepat yang baik sambil menangani kasus "ignitor buruk dicelupkan" dengan baik.

Sunting - pada pemikiran lebih lanjut, ada beberapa masalah keselamatan dengan skema ini. Saya akan segera merevisi jawaban ini dengan pembaruan yang membahas masalah ini.

Bolam. Bola lampu pijar 240W secara seri dengan beban akan membatasi arus case terburuk hingga 20A sekaligus berfungsi sebagai konduktor sederhana. Umpan balik operator bonus dan pemutusan darurat. Kecerahan sebanding dengan arus yang mengalir pada waktu tertentu. Hancurkan amplop bulb dan filamen akan dengan cepat terbakar memutus sirkuit.