corriente que limita una carga en cortocircuito a 20A

Un problema con la limitación de corriente usando un controlador lineal, como este, es que el controlador disipará energía proporcional al voltaje que cae a través de él. Si la carga cae la mayor parte del voltaje, entonces el controlador puede construirse para sobrevivir. Pero si la carga cae solo unos pocos voltios a 20 amperios, el controlador disipará una gran cantidad de energía.

A 20 amperios y 12 voltios, el circuito disipará potencia = V x I = 12 x 20 = 240 vatios. Esa es una cantidad sustancial.

Si la carga baja 10 V a 20 A el conductor debe bajar los 2 Voltios restantes. Entonces, la disipación de carga es 10 V x 20 A = 200 vatios y la disipación del controlador es 2 V x 20 A = 40 vatios. 40 vatios en un Darlington necesitan un disipador de calor bastante sustancial para no calentarse demasiado. Si lo apaga rápidamente, y si solo uno o dos de ellos están en este modo, es posible que pueda "salir con la suya". Pero si varias cargas permanecen en el límite de corriente durante un tiempo, "habrá problemas".

Una solución es tener un controlador que se apague por completo cuando supere los 10 amperios, espere un rato y vuelva a intentarlo. El problema con esto es que hasta 20A todo está bien, pero si la carga intenta tomar más de 20A, se limita a ráfagas de 20A = mucho menos que 20A promedio.

Una solución es "PWM" el interruptor cuando está en limitación de corriente (el interruptor solo está encendido o apagado) y ajusta la relación de apagado/apagado para que el promedio = 20A. El circuito para hacer esto puede ser más barato y simple de lo que parece. Un amplificador operacional o por circuito y algunos componentes pasivos. O un paquete de puerta CMOS Schmitt y algo de juego.

La "mejor" forma es usar un controlador de modo de conmutación que limite a 20 A y apague la energía disponible solo si es necesario. Estos también pueden ser transistores simples de 92 en forma minimalista, pero necesitan un inductor molesto por circuito.

Como se muestra, el resultado será MUY inexacto porque la ganancia actual del par de transistores Darlington será muy imprecisa. A menos que seleccione en la prueba (por ejemplo, ajuste la resistencia base con un potenciómetro), será muy impreciso y aún así no será bueno a largo plazo incluso entonces. Puedo darte circuitos baratos para un controlador limitador de corriente. pero primero veamos a dónde va la pregunta.

Sí, necesita un diodo a través de la carga si es inductivo, polaridad tal que generalmente no conduce.

Disipación en el controlador y por qué:

El flujo de corriente de 12 V a través de la carga y el controlador a tierra es

• yo = V/R.

R es la suma de todas las resistencias en un camino en serie dado.

Para 20A a 12V

• R = V/I = 12/20 = 0,6 ohmios.

Si limita la corriente a 20 A, está creando una R variable electrónicamente que ajusta automáticamente la R total en el circuito a 0,6 ohmios SI la carga es inferior a 0,6.

Si la carga es MÁS de 0,6 ohmios, el controlador permanece encendido porque la corriente es inferior a 20 A.

En su ejemplo con un encendedor 0.1R, el controlador debe agregar 0.6-0.1 = 0.5 ohmios.

• Potencia en el encendedor = I^2 x R = 20^2 x 0,1 = 40 vatios.

• Potencia disipada en el controlador = 20^2 x 0,5 = 200 vatios.

El controlador "se calienta" :-).

Limitación de corriente PWM:

PWM = modulación de ancho de pulso enciende la carga completamente fos digamos X% si el tiempo y apaga por 100-X % del tiempo

Si enciende la carga completamente y luego la apaga completamente con un ciclo de trabajo de 1:5, la corriente promedio será de 20 A.

Yo encendido = 12/0.1 = 120 A !

Yo apagado = 0

(1 x 120 A + 5 x 0 A ) / 6 = 20 Promedio

La batería tiene que ser capaz de entregar los picos de 120A.

Agregar un inductor en serie con la carga y un "diodo de captura" convierte el circuito en un "convertidor reductor", por ejemplo, como este

Si el interruptor está en una enésima parte del tiempo, la salida de voltaje será 1/enésima de Vin.

El enfoque normal es monitorear Iout y ajustar el período de encendido para limitar la corriente máxima según se desee.

Aquí hay un ejemplo que hace precisamente eso.

Esto no es exactamente lo que quieres, pero muestra el principio. Este es un circuito de controlador de relé suministrado por Richard Prosser comentado por mí. Sustituir L1 por un inductor apropiado y colocar la carga justo debajo de L1 proporciona un suministro de corriente limitado. Esto se está poniendo un poco "ocupado" para lo que quieres.

Uso de un MOSFET limitador de corriente protegido

Se ha sugerido el uso de un MOSFET protegido contra corriente, como el controlador de lado bajo protegido NCV8401 de ON Semiconductor con límite de temperatura y corriente

El punto fuerte del NCV8401 es apagarse si se mantiene una corriente de falla alta y limitar la corriente máxima que puede fluir cuando se desarrolla una falla. Los dispositivos como este lo hacen bien, pero no están destinados a permitir que la corriente limitante se mantenga durante períodos prolongados. He probado conectar un dispositivo como este directamente a través de la batería de un automóvil y encenderlo. No hay problema: simplemente se limitan y restablecerán el funcionamiento normal cuando se elimine la condición de sobrecarga.

Estos son dispositivos maravillosos y extremadamente útiles en su lugar, pero no cumplirán con el objetivo establecido originalmente de mantener una corriente constante de 20 amperios en la carga, por ejemplo, en condiciones de falla, EXCEPTO si los disipa por calor para tomar la corriente de falla completa, lo que requiere una disipación de potencia de hasta 12V x 20A = 240 Watt en el driver, en el peor de los casos. El NCV8401 tiene una resistencia térmica de unión a carcasa de 1,6 C/vatio y una temperatura máxima de unión de 150 C. Incluso en un disipador de calor perfecto (0 C/W) a 25 C de temperatura ambiente, eso le permitiría un máximo de (150-25)/ 1,6 = 78 vatios. En la práctica, unos 40 vatios serían muy buenos, incluso con un sistema de disipación de calor extremadamente capaz.

Si la especificación ha cambiado, está bien, pero si desea obtener un 20A limitado continuamente (hasta que se detenga o explote), entonces solo hay dos formas. Cualquiera

• (1) Acepte la disipación total de 12V x 20A = 240W con el conductor disipando lo que no toma la carga o

• (2) Use la conversión de energía en modo de conmutación para que el controlador proporcione 20 A a cualquier voltaje que se requiera para la carga. El controlador trata solo con energía de conversión ineficiente. Por ejemplo, si la carga es de 0,2 ohmios, entonces a 20 A, Vcarga = I x R = 20 A x 0,2 = 4 voltios. La potencia de carga es I^2 x R = 400 x 0,2 = 80 Watt, O = V x I = 4V x 20 A = 80 Watt (nuevamente, por supuesto).

En este caso, si los 4 V provienen de un convertidor de modo de conmutación que es z% eficiente (0 <= Z <= 100). En el ejemplo anterior donde Pload = 80 Watt entonces, si el convertidor dice Z = 70 (%) entonces el convertidor de modo de conmutación disipa solo (100-Z)/100 x P carga = 0.3 x 80W = 24 Watts. Esto sigue siendo sustancial pero mucho menor que los 240-80 = 160 vatios que se disiparían con un limitador lineal. Entonces ...

Limitador de corriente del regulador de conmutación

Esto pretende ser otro ejemplo más que una solución final. Podría ponerse en servicio, pero sería mejor hacer un diseño básico basado en este principio.

Se puede construir un circuito que hará casi exactamente lo que usted quiere usando, por ejemplo, un MC34063 en el circuito de la figura 11a o 11b aquí , hoja de datos MC34063

Probablemente sería tan fácil usar un paquete de comparadores (por ejemplo, LM393, LM339, etc.) para implementar algo similar, ya que puede hacer una detección de corriente de carga real en lugar de la detección ciclo por ciclo que se hace aquí, pero esto funcionará.

Los circuitos MC34063 a los que se hace referencia podrían modificarse para usar un MOSFET externo de canal N o canal P si lo desea (que es lo que probablemente usaría). De hecho, los FET tienen la costumbre de fallar en cortocircuito. Diseñar para que rara vez falle hace que esto sea menos problemático :-).

Aquí, el voltaje de salida se puede establecer en "alto", ya que lo que buscamos es la conversión de energía y la limitación de corriente. por ejemplo, si la carga es 0.4R y el voltaje objetivo teórico es 12V, entonces el limitador de corriente limitará lo que realmente sucede. En lugar del limitador de ciclo por ciclo, o además del mismo, puede agregar un sentido de corriente de carga lateral baja y usarlo para limitar el voltaje del variador de modo que se proporcione la corriente de carga objetivo.

Limitador lineal de resistencia escalonada

El método más fácil puede ser proporcionar un banco de resistencias conmutadas que se puedan conmutar binariamente para limitar la corriente de carga a 20 A. Un contador cuenta el valor de la resistencia hacia arriba si la corriente es demasiado alta y hacia abajo si es demasiado baja. La disipación de potencia es de 240 W a 20 A siempre que la carga sea inferior a 0,6 R, PERO las resistencias hacen el trabajo y los transistores bipolares o FET utilizados como interruptores de carga pueden funcionar bien. No es demasiado difícil de hacer, pero es un enfoque "molestamente crudo" :-).

Sugeriría usar MOSFET en lugar del transistor darlington. El darlington puede tener unos pocos voltios por encima y, a 20 A, se disiparía hasta 40 W. No queremos eso. Hay MOSFET que tienen muy baja$R_{DS(ON)}$, que solo disipará una fracción de eso.

No desea un limitador de corriente en caso de cortocircuito, sino un corte de energía. En caso de cortocircuito, los 12 V (?) de la batería estarán sobre los MOSFET de conmutación e incluso con un limitador de corriente de 20 A, tendrán que lidiar con 240 W (!). Hay trucos para los limitadores de corriente plegables, que reducen la corriente a un nivel más seguro después de un cortocircuito, pero mi idea es que es mejor cortar por completo.

Principio: medir el voltaje sobre los MOSFET. Si se eleva por encima de cierto umbral, como 1V, reinicie un flip-flop set-reset, cuya salida impulsa los MOSFET. Cuando se elimina el cortocircuito, los MOSFET permanecen apagados y el flip-flop set-reset debe configurarse nuevamente para reiniciar el suministro.

Habiendo construido controladores pirotécnicos antes y realizado varias implementaciones de seguridad industrial en equipos CNC, etc., nunca, jamás, debe permitir el control de seguridad a través del circuito lógico.

Como mínimo, debe usar un interruptor físico en la línea de CC a los dispositivos de disparo pirotécnico como parte de la clave de armado. ¿Ha considerado lo que sucederá si, por ejemplo, un FET tiene un cortocircuito ... lo hacen ... el circuito de disparo estará activo, el tipo va a cambiar el pirotecnia por el siguiente y se vuela la mano?

Todos los circuitos de seguridad en la maquinaria pasan por relés de seguridad aprobados, relés físicos que pueden cortar la transmisión a los motores, etc., nunca se basan solo en eliminar la señal del motor de transmisión... probablemente también eliminan esa señal, pero siempre hay un problema. relé físico también. Debe incluir al 100% una forma de desconectar los 12 V de los FET como parte de su circuito de seguridad.

También debe limitar el tiempo de encendido, los que construí incluían una verificación de continuidad de un par de ma para indicar si había un buen circuito en el canal antes del disparo y, por supuesto, para mostrar la continuidad después del disparo del dispositivo que no se encendió. ...

Mi propia respuesta: este circuito es prometedor en mis pruebas de tablero. Planeo reemplazar la salida del LED con algún otro circuito para derribar la puerta de un MOSFET de potencia.

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

Todavía tengo que averiguar cómo coexistir ese cierre con mi esquema de control existente, pero es sencillo.

SEGUNDA respuesta, que es probablemente lo que implementaré:

Iba a hacer esto con relés automotrices originalmente por confiabilidad y robustez. Más tarde seguí este camino de estado sólido porque el tamaño físico de los relés y sus arneses y enchufes se estaba volviendo un poco irritante, y había descubierto IGBT y/o SCR baratos para controlar los canales, y solo quería hacer este esquema de limitación actual. frente a ellos, limitando la corriente de un conjunto de 4 canales a 20A en total.

Dejando de lado las tonterías, creo que usaré uno de estos maravillosos dispositivos por canal: ON Semiconductor NCV8401 MOSFET de potencia autoprotectora . Están pensados ​​como reemplazos de relés automotrices y, para mi sorpresa, cuestan solo $ 0.80 cada uno. Estoy seguro de que Motorola (ON) lo hizo mejor que nunca con su limitación térmica y de corriente interna. Tendré que lidiar con problemas de calor y probablemente tendré que soldar grandes piezas de alambre de cobre a mi PCB para manejar la corriente, pero dado que se trata de un ciclo de trabajo corto, creo que puedo hacerlo sin prender fuego a nada.

gracias caballeros por su ayuda

Así es como yo haría esto. El circuito permite una gran corriente inicial (limitada por C1 ESR y la resistencia de fuente-drenaje de U2), pero mantiene la corriente de la batería por debajo de 20 A en todo momento (suponiendo 15 V según su diagrama). Esto debería dar una buena capacidad de encendido rápido mientras se maneja bien el caso del "encendedor mal sumergido".

Editar: pensándolo mejor, hay un par de problemas de seguridad con este esquema. Revisaré esta respuesta pronto con una actualización que aborde estos problemas.

Bombilla. Una bombilla de luz incandescente de 240 W en serie con la carga limitará la corriente en el peor de los casos a 20 A mientras sirve como un conductor simple. Comentarios adicionales del operador y desconexión de emergencia. Brillo proporcional a la corriente que fluye en un momento dado. Rompe la envoltura de la bombilla y el filamento se quemará rápidamente rompiendo el circuito.