¿Fuente de corriente para cargas de miliohmios?

He estado trabajando en un modelo de tren de levitación magnética como mi proyecto Grand Hobby; algo alrededor de la escala H0.

La idea inicial era utilizar el mecanismo Inductrack para mantenerlo simple. Para resumir, una matriz Halbach de imanes de tierras raras produce corriente en una pista conductora, que a su vez genera una fuerza repulsiva. Desafortunadamente, la teoría no escala bien hacia abajo; o tienes que ir muy rápido (Mach 3) o necesitas 3 cm de cobre para reducir la resistencia.

Mi plan actual es mantener la matriz, pero administrar activamente las corrientes en la pista. Los cálculos detallados indican que puedo obtener una elevación satisfactoria con 2 o 3 amperios, e incluso puedo usar una placa de circuito impreso con trazos de 1 mm como pista sin convertirla en una placa caliente.

Sin embargo, esa sigue siendo una corriente respetable de donde vengo, y la carga es del orden de miliohmios. No tengo idea de cómo construir un circuito que pueda impulsar esas corrientes sin explotar el 99% de la energía en una resistencia de sentido.

Otros "requisitos" son la reproducibilidad y la facilidad de configuración. Si tengo que ajustar un potenciómetro o soldar 10 componentes para cada rastro en la pista para equilibrar las fuerzas, esto nunca se hará. La solución óptima sería algún circuito integrado controlado por voltaje listo para usar.

Respuestas (3)

Entonces puede construir una fuente de alimentación de +/- 0.5V a varios amperios, usando reguladores de conmutación, digamos.

Luego construya una etapa de búfer de salida para un amplificador operacional alimentado desde ese suministro, retroalimentación actual de una pequeña resistencia de detección (digamos 10-20m Ω ) con conexión Kelvin. Hecho.

Si no le importa la distorsión cruzada, un par complementario de BJT hará el truco. Dado que el amplificador operacional estará alimentado por un voltaje mucho más alto (por ejemplo, +/- 5 V), habrá suficiente voltaje para impulsar las bases.

Editar: algo así como el siguiente circuito. Los transistores deben tener una beta de algo así como 100 en su 2-3A, por lo que la corriente base será de +/-20-30mA. Por ejemplo 2SB1412/2SD2118.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Como sugiere @GeorgeHerold, si solo necesita una polaridad, puede omitir el transistor y el suministro asociado (probablemente sería mejor eliminar el PNP), lo que lo hace mucho más simple.

Desafortunadamente, siempre he encontrado los BJT un poco misteriosos, así que, ¿podría proporcionar un poco más de detalles sobre la solución del transistor? (Debería haber aprovechado la oportunidad de aprender en la universidad, pero solo necesitaba aprobar el curso básico de electrónica y conocer el amplificador operacional era suficiente...)
Ver editar arriba. Podría usar un voltaje más alto para los suministros (como +/- 5v), pero los transistores se calentarán más (10 veces la disipación) y requerirían disipadores de calor.
Parece que podría lograr eso. Una cosa más (TM): ¿Cuál es la justificación del valor R5?
R5 no es demasiado pequeño frente a la impedancia de salida de frecuencia media de la mayoría de los amplificadores operacionales (generalmente alrededor de 100 ohmios) y evita la oscilación a través de C1/R6. Si lo hace mucho más alto, entonces no permitirá que llegue suficiente corriente a las bases, mucho más bajo y no realizará la función deseada.
La elección interesante de transistores de potencia con bajo Vce (sat) implica Rce ~ 1/16 Ohm con alto hFE pero es completamente innecesario con retroalimentación negativa que reduce la impedancia del controlador y la potencia magnética es demasiado baja con <1W

Creo que Spehro está hablando de una salida push-pull. Uno simple está aquí. http://en.wikipedia.org/wiki/Push%E2%80%93pull_output

Pero me pregunto si necesita ambas polaridades. Si no, solo una fuente de corriente opamp con un búfer de transistor. como la figura 7 aquí, http://en.wikipedia.org/wiki/Current_source#Op-amp_current_sources

Debería estar bien...

¡Bienvenido, Jorge!
El campo magnético es sinusoidal, por lo que tendré que hacer coincidir la dirección de la corriente con el signo del campo. En el primer prototipo planeo hacer esto enrutando físicamente la misma corriente en los conductores $\phi$ y $\phi+\pi$, pero en direcciones opuestas. Pero cuando/si escalo esto al tamaño de la pista completa, podría tener más sentido tener un control independiente de las corrientes para la propulsión.
Hmm, ¿entonces tendrá bucles de cobre que coincidan con el período de la matriz de Halbach, con un giro en el signo para cada bucle?
El protoboard tendrá solo tiras de cobre transversales que coincidan con el período que conectaré con cables. La razón es que luego puedo usar los mismos tableros para probar enfoques que no son de Halbach.
Hice algunos cálculos al dorso del sobre: ​​el sistema es la definición misma de inestable. Pero eso resuelve muy bien la cuestión de la propulsión; Puedo conectar un punto de ajuste móvil en el control de estabilidad. También me di cuenta de que un puente H también puede manejar los problemas de polaridad, y sospecho que será más barato que un suministro separado para negativo. Pero eso es para el prototipo II, "Haz que se quede quieto".

Iría por un convertidor reductor para darle alta corriente de bajo voltaje con buena eficiencia. Luego use un sensor de efecto Hall para determinar el flujo de corriente y úselo como retroalimentación a su convertidor reductor para controlar con precisión la corriente.

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