Limitación de corriente de un elemento calefactor alimentado por CC

¿Cuál sería la mejor manera de limitar la corriente en un elemento calefactor de 2,1 ohmios y 12 V máx. alimentado con un rango de voltajes de CC conocidos (5 V a 12 V) con corrientes de entrada máximas también conocidas (2 A a 5 A)? La carga solo se puede cambiar desde el lado alto ya que el lado bajo se comparte con un termopar.

Mi primer experimento fue usar una señal pwm de +/- 40 kHz a 400 kHz para controlar un mosfet de lado alto, con el ciclo de trabajo como una forma de modular el consumo de corriente promedio. Eso condujo a grandes corrientes de irrupción, incluso al 1% a tiempo.

Así que mi segunda idea fue usar un convertidor de dinero. Dada una capacidad conocida de fuente de voltaje y corriente de entrada (digamos 5 V, 2 A = 10 W) y una eficiencia estimada del dólar (90 %), eso proporciona una cierta cantidad de energía que se puede alimentar al elemento calefactor (9 W). Finalmente usando la ley de ohmios, V = PAG ∗ R , puedo determinar el voltaje de salida del buck (en este caso 4.34V).

La segunda idea funciona bastante bien, sin embargo, estoy buscando una solución compacta, y la bobina y el capacitor de entrada/salida terminan teniendo que ser bastante grandes cuando se ejecutan simulaciones.

Así que pensé en comunicarme con la comunidad para conocer otras posibles soluciones. ¡Gracias de antemano por sus entradas!

¿Qué temperatura se supone que debe alcanzar el elemento calefactor? ¿Con qué finalidad se emplea? ¿Cómo se configura físicamente?
@LorenzoDonati Es una punta de soldadura, se supone que alcanza aproximadamente 350 ° C.

Respuestas (2)

Dado que el regulador reductor funciona, ¿consideraría aumentar la frecuencia de conmutación para reducir el tamaño del componente?

¿Alimentar el calentador con CA es una opción? Podría usar el control de fase para regular el voltaje. También puede controlar una relación de ciclos completos encendidos a ciclos completos apagados para que siempre se encienda/apague en cero, lo que elimina los transitorios.

De hecho, consideré aumentar la frecuencia de conmutación y pasé de un TPS54821 a 1,6 MHz a un LM73606 a 2,2 MHz, lo que me ayudó, pero todavía parece que no es suficiente. Y creo que tal frecuencia está llegando al límite de lo que parecen ofrecer los fabricantes.
La CA probablemente sería lo mejor y, de hecho, creo que así es como funcionan la mayoría de los soldadores, pero en este caso específico, el objetivo es usar CC.

Si está regulando la corriente y no el voltaje, no necesita un condensador de entrada o salida grande. Básicamente, haga la solución n. ° 1 pero agregue un inductor y un diodo (es posible que también necesite un amortiguador).

Entiendo tu razonamiento, pero hay algunas cosas de las que no estoy seguro. Usando un dólar con control de voltaje o corriente, ¿no sigo regulando el voltaje y no la corriente? Si elimino los condensadores de salida, ¿no disminuiría eso la capacidad del dólar para autorregularse? Y si elimino los condensadores de entrada, ¿eso no afectaría el rendimiento del dólar también, pero también otros componentes compartirían el mismo riel de entrada?
Si el convertidor reductor proporciona corriente constante, el inductor es lo que suaviza la corriente. El condensador no ayuda. Si quita el capacitor de entrada, tendrá el mismo efecto en el riel que la opción PWM.
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