Protección contra cortocircuitos para dispositivos portátiles de alta corriente: fusible, poliinterruptor, TBU, disyuntor, ¿algo más?

Estoy pensando en elementos de diseño para una aplicación portátil de corriente bastante alta, alimentada por batería. Corriente máxima de 40A a 5V, pero típicamente alrededor de un tercio a la mitad de eso.

La energía vendría de los paquetes de baterías de automóviles RC a través de un convertidor DC-DC . Por lo general, los paquetes no tienen una protección contra sobrecorriente incorporada, por lo que tendría que proporcionar la mía.

Quiero la protección contra sobrecorriente por dos razones:

  • Seguridad personal. Si intenta extraer más de la corriente nominal de una batería de química de litio atada a su espalda, lo pasará mal.
  • Protección del circuito. Es una aplicación portátil y las cosas se mueven, chocan entre sí y se cortan. No quiero matar la batería en sí o el resto de mi circuito cuando eso suceda.

Según mis investigaciones hasta el momento, parece que un fusible de vidrio o un poliinterruptor no se dispararán lo suficientemente rápido, una TBU alcanza un máximo con corrientes de retención de menos de 2 A y la mayoría de los interruptores automáticos están construidos para el cableado doméstico de CA.

¿Qué tipo de dispositivo debo buscar?

Antes de decir nada: sí, un dispositivo portátil 40A es una locura. Estoy feliz con ese diagnóstico. No es un producto de producción, es una chaqueta LED única para Burning Man. No, no existen LED de baja corriente del tipo requerido. Si quisiera usar menos energía, no los haría funcionar tan brillantes. Quiero usar tanto poder.
¡Hombre ardiendo! muy apto Pobre de mí. 40A en contacto cercano con la piel podría terminar con necesidades de nivel hospitalario y posiblemente la muerte. En "algunas" ocasiones, he puesto en cortocircuito algunos AA NimH más llaves y monedas en mis bolsillos y solo he tenido algunas experiencias dolorosas y divertidas: cuando en un almuerzo, el fotógrafo de repente rápidamente pone a tierra su cámara y comienza a sacar el contenido del bolsillo de sus pantalones, arrojando en cualquier lugar mientras trata de mantener su bolsillo lejos de su pierna, la gente se da cuenta [tm]. Cuando se hizo como pasajero de un automóvil, solo mi esposa lo vio, pero igual de 'divertido'. Nunca más. | Protección -= ver respuesta :-)
¿Vas a sacar 40 A de un paquete de baterías o vas a tener varias? Hice limitadores de corriente más bajos usando una resistencia de detección de corriente -> Voltaje Vbe de un npn que apaga un FET en serie cuando la corriente es demasiado. ¡Pero a 40 A, la potencia de la resistencia (40 A * 0,6 V) es de 24 W! (caliente). ¿Qué tal algunos fusibles de coche tipo pala?
Máximo dos paquetes de baterías, creo, así que 20A cada uno. Tengo la impresión de que los fusibles tipo automóvil no se quemarían lo suficientemente rápido como para proteger al Teensy3.1 que está ejecutando todo el espectáculo, pero me corregiré en eso.
No creo que puedas proteger a los adolescentes con ninguna forma de protección global; si las luces están apagadas, puede poner 40A solo en el adolescente, sin disparar la protección. Del mismo modo, puede calentar localmente el cableado lo suficiente como para prender fuego a la ropa (¡o derretir los sintéticos!) con mucho menos de 40 A. Asegúrese de tener alguna forma de salir de esta cosa muy rápidamente en caso de problemas y algún tipo de interruptor o enchufe de desconexión mecánica. El cableado flexible que puede transportar 40A puede ser un problema en sí mismo.
Habiendo dicho eso, parece que hay productos comerciales para hacer esto a precios razonables: batterystuff.com/battery-products/switches/BG-40.html
Seguí el consejo de esta respuesta y estoy usando una correa de conexión a tierra de cobre estañado para un bus de alimentación flexible. Funciona bien, con muy baja caída de tensión.
Esto está un poco fuera de tema, pero ¿habrá imágenes de lo que sea que hagas con eso?
Esto está funcionando a un poco menos de la mitad de potencia de un suministro conectado a la red.

Respuestas (2)

EDIT1: Consulte a continuación para obtener más información sobre su implementación y un viaje actual para colocar dentro o fijarlo firmemente al paquete de baterías para evitar incendios o explosiones. Recién ahora vi que proporcionaste enlaces.


200W de LED... vas a brillar más que las piras. De todos modos, ten cuidado y disfruta. (Ah, y, a menudo cometo un error: asegúrese de que haya un poco de cable altamente flexible conectado a cada componente en una chaqueta, el cable de prueba normal de un solo núcleo se romperá. Se puede obtener el cable de los auriculares, me encanta)

Lo que debes hacer es proteger las baterías con una placa o chip de gestión de Cell. Muchos paquetes de baterías de gama alta destinados a un automóvil, avión o helicóptero específico en realidad ya los tienen dentro, porque es muy importante siempre y en todas partes.

Los paquetes baratos de eBay/Alibaba no los tendrán, a menudo incluso si se dice que sí.

Luego, agregue cualquier tipo de protección de conmutación dura a 1,5 veces el límite de la unidad de protección.

Lo que hace un sistema de este tipo es medir:

  1. La corriente que entra al cargar
  2. La corriente que sale al descargar
  3. El voltaje de celda de cada batería.

Y a veces, o incluso a menudo, también equilibran las celdas al final de la carga.

Puede hacer su propio viaje de corriente electrónica con un mosfet, una resistencia de bajo valor y un amplificador operacional de riel a riel. O un amplificador operacional dual si los cálculos tienen que ser un poco más fáciles. Solo asegúrese de usar un cargador de equilibrio si desea poder usarlo con la mayor frecuencia posible. Desafortunadamente, tengo que ejecutar ahora, de lo contrario, podría haber agregado el esquema completo como una bonificación.


EDIT1, Contenido: Primero un parloteo sobre baterías y convertidores DC-DC (salte al siguiente encabezado si le aburre, pero puede resultar valioso).

Para poner algunas cosas en perspectiva, debe darse cuenta de que la batería es de solo 4,8 Ah y, a menudo, si no siempre, ese contenido de energía se mide a una corriente de descarga relativamente baja, tal vez en este caso alrededor de 2,4 A. Si consume diez veces más, la capacidad utilizable se reducirá notablemente.

Pero, seamos optimistas y digamos que obtendrá un consumo de 20 A y mantendrá una capacidad utilizable de 4,5 Ah. Esto significará que eso solo durará 4,5 Ah / 20 A = 0,225 horas = 13,5 minutos. No puedo decir si estará contento con eso, pero solo quería asegurarme de que había visto los números. Y recuerda, que 4.5Ah probablemente sea bastante optimista.

Sobre el convertidor DC-DC, no pude obtener datos gráficos reales o, en su defecto, tabulares, sobre los requisitos o especificaciones del rango de entrada a salida, por lo que asumiré la "eficiencia mínima" indicada, aunque no tengo información si eso es con 0.2V entre entrada y salida, o mínimo 2V, en este último caso, el convertidor puede funcionar peor una vez que la batería comience a agotarse.

Por lo tanto, a partir de la curva de una batería de polímero de litio promedio, voy a generalizar a grandes rasgos a un voltaje promedio de 7,1 V durante la vida útil de la batería, para facilitar los cálculos. Para información: una celda pasa de 2,5 V a 4,25 V durante su ciclo de carga y al revés durante la descarga, las curvas y densidades exactas dependen nuevamente de la corriente total, por lo que rápidamente se convierte en un conjunto complejo de diferenciales, y dado que es solo un "para su info", voy a generalizarlo a "digamos 7.1V en promedio a corriente constante".

Considerando todo, si el DC-DC genera 20 A a 5 V, esa es una potencia de salida de 100 W. Esos 100 W, con la eficiencia especificada más baja, son el 82 % de la potencia de entrada. Entonces la potencia de entrada tiene que ser: 100W * (100/82) = 122W. Tenga en cuenta que esto significa que hay 22 W pegados dentro del convertidor = ¡sorpresa! Manténgalo en el exterior del equipo y razonablemente ventilado. 122W significa: 122W/7,1V = 17,2A. Con 4,5 Ah (ligeramente reducido, como arriba), eso es 4,5 Ah/17,2 A = 0,262 horas = 15,72 minutos = 15 minutos y 43,2 segundos.

Como nota: puede mejorar la eficiencia en varios puntos al obtener una celda 3S de 11,1 V, para darle a la batería un menor consumo de corriente y al convertidor CC-CC más espacio para operar de manera eficiente. (O un CC/CC diferente con un paquete de 22,2 V, que realmente quitará el peso del consumo actual en el paquete, pero presumiblemente, esos no son tan asequibles si no está comprando 200 a la vez).


¡Ahora, algunos cálculos Trippy actuales! ¡Hurra!


Ahora, si quiere estar seguro, toma una corriente de viaje de 25 A por paquete de batería. Puede que esto ya los caliente, aunque puedan aguantar 140A, así que prepárate para solucionar unas ligeras molestias. De hecho, si lo hace correctamente, prevé lo peor: falla de la protección y explosión y desgaste de las baterías en el exterior con dos o tres capas de tela resistente de jeans entre usted y ellos, posiblemente una capa delgada de tela más suave entre dos. capas para distribuir la presión. Sólo una precaución, no puede doler, ¿verdad?

Recorreré los cálculos después del diagrama del circuito, usando 25A. Si desea 40A o más, bajo su propio riesgo, puede sustituir esa corriente por 25A y realizar los cálculos y búsquedas para encontrar sus nuevos componentes. (O si alguna vez necesita un viaje de 4A con una batería, eso también es posible con las mismas instrucciones).

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Ahora, como si esto no fuera lo suficientemente extenso, ¡hay más!

amplificadores operacionales:

Primero: encontrar el amplificador operacional correcto. Eso es un poco difícil, porque el proveedor no incluye un parámetro interesante, como una indicación de costo (lo que lo obliga a ir y venir entre un sitio de proveedor), o no tiene una búsqueda amplia, lo que lo obliga a sumergirse en pequeños sub -categorías. Elegí de forma algo arbitraria Texas Instruments. Con la estrategia "Click en el número mayor hasta llegar a buscar por parámetros". Como dije, estas personas aún necesitan aprender un poco sobre la búsqueda.

Así que vine aquí: TI OpAmp preconfigurado paramétrico

pongo:

  • Tensión de alimentación total min <= 4,5 V (batería muy baja)
  • Voltaje de suministro total máx. >= 10 V (picos de carga picos, permita unos pocos voltios por encima de la batería Vmáx.
  • GBW(MHz) >= 0.152 (Gain BandWidth es, para simplificar un poco, el punto donde el amplificador deja de amplificar, 152kHz todavía permite una reacción muy por debajo de 1ms, 1ms debería estar bien, así que no necesitamos GBW de muchos MHz.
  • Iq (por canal) <= 0,45 mA (Esta es la corriente de suministro por amperio. Es probable que 1/10000 de la capacidad de la batería esté muy por debajo de la autodescarga de la batería, por lo que este valor máximo debería estar bien.
  • Vos <= 3mV (Esto es bastante conservador/restrictivo, pero da muchos resultados. Cuanto más bajo es mejor, pero 3mV ya es lo suficientemente decente. Vos es, para volver a simplificar demasiado, el voltaje por debajo del cual el amplificador puede no "notar" la diferencia de voltaje de entrada. Elegí un objetivo de disparo de 125 mV, por lo que 3 mV sería 2-ish %. Consulte la opción de resistencia para obtener más información).

Luego lo clasifiqué por costo unitario (primero el más bajo) y me desplacé hacia abajo hasta que encontré un modelo de riel a riel de doble canal. Riel a riel significa que las salidas y/o las entradas pueden llegar hasta el voltaje de suministro. Los amplificadores operacionales normales no siempre le permiten llegar hasta el voltaje de suministro con una respuesta de salida confiable. Rail to rail ahorra mucho en pruebas, pruebas y lecturas, con un costo adicional máximo de solo $1. Yo digo: ¡Vale la pena por esta aplicación! Especialmente porque desea empujar la puerta del mosfet con la mayor fuerza posible (más sobre esto más adelante).

Así que llegué a TLC2262 con compensación de 1 mV, corriente de polarización de entrada baja, ancho de banda de ganancia decente, etc. Y la hoja de datos (¡compruebe esto, siempre!) Dice claramente que el "voltaje de entrada de modo común" incluye el riel negativo. Eso significa que el opAmp nos permitirá medir los voltajes muy muy bajos a través de la resistencia.


RESISTENCIA R1:

El siguiente es el resistor de medición, R1. Elegí optar por un voltaje de disparo superior de 125 mV. Cuanto más bajo vayas, menos energía desperdiciarás. Pero, si baja demasiado, obtendrá valores de resistencia locos. Creo que, posiblemente, 5 mOhm ya es muy bajo para un diseño de bricolaje, pero es probable que haya algunos con conexiones confiables. Lo que necesitará es una resistencia con alguna forma de conectar la ruta actual a dos pines principales, y conecte su medida en dos puntos exactamente donde comienza la resistencia. Porque los cables de la resistencia distorsionarán rápidamente su medición. Imagine una resistencia de potencia como esta:

esquemático

simular este circuito

Si mide en los extremos de los cables, mide más de 9 mOhm, donde espera 5 mOhm, ¡eso es casi el doble! Entonces, conecta el opAmp lo más cerca posible de la resistencia real, con tan solo un cable de corriente entre ellos.

Ahora, elegimos 5mOhm. Con una corriente máxima de 25A, podemos calcular la disipación de potencia de la resistencia, por: P = I^2 * R = 25A * 25A * 0.005Ohm = 3.125W. El esquema muestra 5W con certeza.

Asumiré en los próximos cálculos que puede obtener conexiones confiables. De lo contrario, puede probar con un suministro de laboratorio de alta corriente (10 A, por ejemplo) y un multímetro decente para ver cuál sería el voltaje por 25 A (2,5 veces lo que mide a 10 A).

Entonces, con R = 0.005 Ohm (5mOhm), podemos calcular la caída de voltaje de la siguiente manera: V = I * R = 25A * 0.005Ohm = 0.125V = 125mV. Llamaremos a esto V(r1) más tarde.


DIODO

Entonces tenemos que mirar a D1. Si estimamos que el voltaje a través de D1 es de aproximadamente 0,5 V, podemos calcular la corriente a través de él usando nuestro voltaje de batería promedio estimado de 7,1 V y la resistencia R4, de 120 kOhm.: V(r4) = Vbat - Vdiodo = 7,1 - 0,5 = 6,6 V. Idiodo = I(r4) = 6.6V / 120kOhm = 55uA. (es bonito y bajo). Ahora, para finalizar correctamente los cálculos, debemos mirar la hoja de datos 1N4148. El 1N4148 de Vishay es barato, fácil de conseguir y muy bueno para este propósito, así que miramos: 1N4148

En la página 2, en la Figura 2, podemos ver cuál es el voltaje directo (Vdiodo) para una corriente directa. Desafortunadamente, el gráfico llega solo a 100 uA, pero dado que el diodo responde bien y sin problemas en la región inferior, acercándose a una cierta asíntota en 0,00001 uA, podemos extrapolar sobre Vf (diodo) = 0,45 V a 55 uA. Parece que nos equivocamos en unos 50 mV. Podemos seguir iterando, pero la resistencia es bastante grande y también lo es el voltaje a través de ella, por lo que, en general, estaremos "lo suficientemente cerca" para una ventana de disparo de 24A a 27A, por así decirlo. En la figura 1 podemos ver que el Vf (diodo) disminuye con una temperatura más alta, por lo que si las baterías se calientan, el monitor actual se apagará antes, suena como una buena característica.


OP-AMP Función y matemática

Ahora, el Op-Amp OA1-B (segunda parte del TLC dual Op-Amp) se usa como un comparador. No hay retroalimentación de la salida a las entradas. Esto significa que si la entrada negativa (-) supera a la entrada positiva (+), el amplificador bajará su salida. Cuando + es más alto, el amplificador oscilará alto. Entonces, si el voltaje proveniente de OA1-A es marginalmente más alto (conectado a la entrada -) que el voltaje del diodo de 0.45 V (conectado a la entrada +), el Op-Amp apagará el MOSFET.

Por ahora, ignore R8, R9, LED1 y Q1, por el momento, no tienen ningún efecto suficientemente significativo.

Aquí vienen algunas matemáticas mágicas de OpAmp para OA1-A. Un OpAmp, en su definición más simple (que podemos suponer razonablemente en este caso específico de OA1-A), intenta que su entrada negativa (-) obtenga el mismo voltaje que su entrada positiva (+), ajustando La salida.

Entonces, si se activa el disparo de corriente, el voltaje de la resistencia, V(r1) es de 125 mV, como calculamos antes de usar el valor de la resistencia y la corriente de disparo. Suponiendo este punto, la entrada OpAmp + será 125 mV más alta que el terminal negativo de la batería. Ahora el OpAmp intenta que V- tenga el mismo voltaje. Suponiendo que logre esto, el voltaje en R2 también es de 125 mV. Ahora, un OpAmp no puede sacar ninguna corriente significativa de sus entradas, por lo que la corriente debe provenir de la salida del OpAmp a través de la resistencia de retroalimentación, R3. Entonces, la corriente a través de R2 y R3 es (aproximadamente) la misma.

R2 y R3 (como continuación de OP-Amp Math)

Corriente a través de R2 y R3:

I(r3) = I(r2) = V(r2) / R2 = V(r1) / R2 = 125mV / 7,5kOhm = 16,7uA. (V(r2) puede sustituirse por V(r1) debido al deseo del amplificador operacional de obtener su entrada - y + al mismo voltaje).

Ahora queremos que la salida sea igual al voltaje del diodo en el punto exacto de disparo, de modo que un poco más apague el MOSFET. Entonces, el voltaje a través de R3 tiene que ser:

V(r3) = Vf(diodo) - V(r2) = Vf(diodo) - V(r1) = 0,45 V - 0,125 V = 0,325 V (nuevamente la sustitución debido al comportamiento de retroalimentación del amplificador operacional).

Lo que da: R3 = V(r3) / I(r3) = 0.325V / 16.7uA = 19.5kOhm.

Entonces la relación entre R3 y R2 es R3/R2 = 2.6

entonces, en el esquema anterior, podemos sustituir los valores dados por cualquier valor estándar/encontrable que esté separado por un factor de 2.6, porque eso mantendrá el mismo equilibrio. Pero intente mantener el R2 entre 1kOhm y 10kOhm, de modo que permanezca dentro del área de baja fuga, pero señal razonable (10uA a 150uA). 1,5kOhm y 3,9kOhm serían una opción, o 2,0kOhm y 5,2kOhm, o, posiblemente, 10kOhm y 26kOhm.


¿POR QUÉ R5?

El R5 de 220 ohmios es solo una precaución. Evita que el OpAmp intente generar rápidamente una gran corriente en la puerta, protegiendo tanto el OpAmp que use como el MOSFET.


El MOSFET

El MOSFET: Esto es nuevamente un poco complicado. Proviene de años de experiencia en desarrollo para elegir un MOSFET de alta potencia. Hace 10 a 15 años, podría haber dicho "Eche un vistazo a los transistores bipolares, porque probablemente sean más adecuados", pero en estos días, para la conducción constante de alta corriente: ¡MOSFET!

Ahora, lo que desea principalmente: Baja resistencia (R(ds)-on) en sus condiciones de operación. Cuanto mayor sea la resistencia de encendido, más potencia desperdiciará en el MOSFET. Desperdiciar poder = no favorable. Entonces, si puede obtener 0 en su presupuesto, obtenga 0. Por supuesto, obtener 0 no es posible, y en su presupuesto, la restricción bien puede empujarlo hasta 3mOhm R(ds)On en el nivel óptimo, o 10mOhm a 20mOhm R( ds) Encendido con un voltaje de puerta máximo obtenible de aproximadamente 7V. Cuanto mayor sea el voltaje de la puerta (hasta un límite: cada hoja de datos le dirá a qué voltaje de la puerta se romperá "V (gs) Max"), mejor. Entonces, con una batería 3S en lugar de una batería 2S, también obtendrá una mejor conducción MOSFET.

A continuación, debe asegurarse de que realmente pueda conducir las corrientes que desea pasar y que tenga un paquete con el que se sienta cómodo enfriando si es necesario. En este punto, elegí International Rectifier, porque nunca había comprado un MOSFET IR y me entristecí una vez que comencé a usarlo. En mi opinión, realmente cumplen con las especificaciones y los gráficos que proporcionan, por lo que es una buena calidad cuando buscas pasar altas corrientes a través de algo.

Así que fui aquí: tabla International Rectifier "StrongIRFET"

Ahora, IR tiene diferentes series, y otra serie bien puede brindarle opciones más asequibles que las que estoy haciendo, pero también dejaré algunas investigaciones (en este punto llevo 3 horas) para usted :-). Me gustaron mis posibilidades con el nombre "StrongIRFET" y los resultados no decepcionaron.

Entonces, ordené por R(ds)On, porque necesitas elegir algo y en este caso eso es tan bueno como cualquier otro.

Luego, me desplacé hacia abajo para encontrar un buen paquete, con 20 años de experiencia, mis ojos filtran los nombres de los paquetes casi instantáneamente en "Esto es SMD", "Esto es a través del agujero" y "Esto es una tontería" (y muchas subcategorías) . Pero para hacer una guía pequeña y tosca, si dice "TO2**?", donde * son números y ? no está presente o es una letra, es muy probable que sea un paquete de orificio pasante con un bonito orificio para tornillo para montarlo en una pieza de metal, para eliminar el calor. Estos, para las personas que comienzan con MOSFET, son probablemente su mejor opción. Haga clic en uno de esos, verifique la hoja de datos, verifique el precio del mouser, verifique si ha logrado un equilibrio de felicidad entre $$$ y HAWT-HAWT-HAWT. ¿Cómo? ¡Fácil!...-ish.

El MOSFET de ejemplo: IRFP7430 . En la hoja de datos (<-- clic ), en la página 2 dice algo bastante impresionante. Segunda tabla (para 25 grados C), tercera línea, R(ds)On es 1.2mOhm con Id = 50A y Vgs = 6V. ¡Eso suena alcanzable! Pero, en el diseño electrónico, te ves forzado a una vida de pesimismo, por lo que buscamos gráficos. Los gráficos son nuestros amigos.

En la página 4, compare la Fig. 3 y la Fig. 4. ¡Si hace más calor, se sale de los gráficos! Bueno, están pasando algunas cosas allí, en las que no entraré, pero básicamente, si usamos el gráfico para 25 grados C, es probable que esté bien.

Asi que. Suponemos que nuestro voltaje de batería más bajo es de 5 V, por lo que V(gs) estará cerca de la marca de 4,8 V. En efecto, el pesimismo vuelve a llevarnos a utilizar la curva de 4,8V (Una arriba de la inferior). La figura 3 nos muestra que a 20 A, en el peor de los casos, estaremos "cayendo" 0,25 V. ¡Eso es mucho! Pero recuerda, en este caso la batería ya está casi vacía, por lo que no tardará de todos modos.

Cálculo de la potencia perdida: P = I * V = 20A * 0,25V = 5W. Por lo tanto, necesitará un disipador de calor u otra pieza de metal para eliminar parte del calor.

Ahora, durante el "funcionamiento promedio", con 7,1 V, la V (gs) probablemente alcanzará cerca de 6,8 V. Dado que 6,0 V y 7,0 V no están tan separados en el gráfico, estimaremos aproximadamente a la mitad entre ellos. Problema. La corriente versus el voltaje está fuera de nuestro rango de nuestro límite superior de 25A.

Pero, podemos hacer una estimación, que con la escala logarítmica de ambos ejes y un comportamiento ligeramente sublineal a 25A la caída de tensión será de unos 55mV. Hago esto usando una regla y un poco de interpolación del cerebro humano (los artistas llaman a esto imaginación, pero creo que suena insípido). Entonces, en su área de operación de corriente de disparo promedio, se disipará: P = V * I = 0.055V * 25A = 1.38W. Eso es mejor que la pequeña resistencia eensy weensy que elegimos. ¡Impresionante!

Entonces, ahora al mouser (solo una indicación): IRFP7430PBF

¡Puaj! $6.86? Puede ser aceptable, pero aún así, ¡SIGUIENTE! (por cierto, puede hacer el mouser primero si tiene un presupuesto ajustado, ahorra muchos gráficos, pero para un ejemplo decente, elegí hacerlo al revés).


Siguiente MOSFET: irfp7537

Se ve bien y carnoso. Aprendimos de nuestro error, el ratón primero.

Mouser: IRFP7537PBF

Mmm, $3.22. Mucho mejor.

Ahora los gráficos, haga clic en el enlace de arriba para la hoja de datos (después de "Next MOSFET"). Comparando la figura 1 de este con la figura 1 del anterior, ya está claro por qué este cuesta la mitad. ¡Es el doble de resistencia! Pero aún así, algunos cálculos rápidos utilizando los métodos mostrados anteriormente:

Batería ultra baja, V(gs) = 4,8 V, estimado a medio camino entre 4,5 V y 5,0 V de línea, peor caso a 20 A: V(ds) = 0,25 V. ¡Heno! ¡Mismo! Entonces, estos MOSFET tienen algunos puntos en común. Entonces, de nuevo, agregue metal.

Batería promedio: V(gs) = 6,8 V, gráfico entre 6,0 V y 7,0 V. Esta vez, el borde está en 30 A con 0,1 V, por lo que 25 A es probablemente alrededor de 0,08 V en lugar de 0,055 V. Entonces, con este, la disipación promedio de corriente de disparo es: P = 0.08V * 25A = 2W. Aún menos que la resistencia!

Entonces, en efecto, también puede elegir el segundo, porque el convertidor CC/CC, los cables, la resistencia interna de la batería y la resistencia de medición, todos juntos, desperdician mucha más energía que su MOSFET.


R6, R7, R8, R9, Q1, SW1

Ahora solo hay un problema que solucionar: una vez que se dispara la corriente, el MOSFET se apaga, esto es bueno. Pero, entonces ya no hay corriente. Entonces, el Op-Amp OA1-A vuelve al modo "sin sobrecorriente medida". Esto significaría que el Op-Amp OA1-B vuelve a encender el MOSFET. Pero muy rápido. En el lapso de fracciones de milisegundo. Entonces comenzaría a oscilar y limitaría efectivamente la corriente continuamente, pero aumentaría el calor en el MOSFET rápidamente.

Para resolver esto, Q1 y algunas resistencias se agregan como "memoria". Si el Op-Amp OA1-B baja, para apagar el MOSFET, el transistor Q1 se enciende. Q1 luego genera corriente en el negativo del Op-Amp OA1-B y el LED a través de R9. R8 se asegura de que esto no moleste al Op-Amp OA1-A (ya que OA1-A quiere que su salida sea 0V).

Esta situación significa que el Op-Amp OA1-B sigue viendo un voltaje mucho más alto en su entrada - que en la entrada +, manteniendo la salida baja y el MOSFET apagado. Además, el LED se ilumina para avisarle: "¡He activado una sobrecorriente!". (Sin embargo, use un LED de baja corriente o alto brillo, ya que elegí mantener la corriente pequeña).

Ahora, si presiona SW1, conectará la base del Q1 a la batería +, apagando así el transistor y restableciendo el esquema a su estado normal. A menos que la sobrecorriente todavía esté allí, en cuyo caso presionar el interruptor causará la oscilación descrita anteriormente. Por lo tanto, es una buena idea no mantener presionado el botón durante mucho tiempo, por si acaso.

NOTA 1: es posible que el sistema se encienda en Q1 al conectar la batería por primera vez, una pulsación rápida del botón debería solucionarlo.

NOTA 2: también puede cargar la batería a través del MOSFET en circunstancias ideales, pero para evitar un comportamiento extraño en los amplificadores operacionales, es mejor cargar la batería directamente, sin este esquema de conmutación en el medio.

NO HAY RESUMEN ...... ¡ESTOY CANSADO AHORA! Son las 6:10 de la mañana otra vez.

Estaba planeando resumir todas las fórmulas, pero como llevo más de 5 horas en esta publicación, creo que se lo dejaré al lector.

Los paquetes de baterías que quiero usar generalmente no tienen circuitos de protección incorporados (como se indicó) y los que sí tienden a alcanzar un máximo de 6-8A, lo cual no es suficiente. Re: el MOSFET, no puedo entender cuánto sobrecorriente dejaría salir el humo del MOSFET después de haberlo disparado. ¿Qué busco en una hoja de datos?
@RobertAtkins Mi objetivo sobre el circuito de protección no era convencerlo de que comprara otro paquete de baterías, el objetivo era informarle que esas protecciones también se pueden construir o comprar por separado, con una variedad mucho mayor de especificaciones. Puede que haya sido demasiado breve en mi prisa por terminar el post, disculpas. (Puede comprar una placa de un paquete de 10 Ah por un paquete de 2 Ah, lo que le da un límite de 40 A en la batería de 2 Ah, por ejemplo, no muy inteligente, pero posible).
😳 Dios mío, me encanta Stack. Eso fue increíble. 👏
Y tiene razón sobre las baterías, con ese convertidor CC-CC en particular, lo más probable es que use una batería lipo 3S de 11,1 V para dar más espacio libre; esto duplicará aproximadamente ese tiempo de ejecución de ~15 minutos. Y nuevamente tenga en cuenta que 20A (por batería) es un consumo máximo (por ejemplo, parpadearé completamente en blanco en un ritmo de bajo) y siempre que no ejecute patrones densos todo el tiempo, confío en que puedo conseguir que dure toda la noche.
@RobertAtkins Bastante justo. Trato de dar el mejor consejo que puedo sobre la información que tengo, luego depende de usted ver cómo usa ese consejo. Aparte de eso, me atengo a mi segunda declaración: ¡Disfrútalo! :-)
… Necesitaba desbloquear la rueda de mi mouse para que girara libremente y desplazarme cómodamente hacia atrás hasta el botón de voto a favor. Esto es lo que yo llamo una respuesta investigada y explicada. colon capital-o
Dios mío, ¿cuánto tiempo tomó escribir esta magnífica respuesta?
@MarianPaździoch En general, uno puede suponer que un muro de texto como este demorará entre 3 y 6 horas. Editar: en realidad dice al final, alrededor de 5 horas.

La protección por subcircuito tendría MUCHO más sentido.
Incluso los LEDS conectados juntos pueden tener su propio cableado en varios circuitos. El peso del cable es aproximadamente el mismo, el diámetro del paquete de N cables es mayor que 1 cable de la misma capacidad de corriente neta y PUEDE haber un poco más de aislamiento. La flexibilidad de los N cables será mejor.

Los fusibles de acción rápida clasificados para aproximadamente la corriente de funcionamiento deberían ser lo suficientemente buenos, probablemente [tm].
Un fusible muy sobrecargado se quemará en decenas de milisegundos.
Las mesas están disponibles.

Puede ajustar el límite de corriente por subcircuito, opcionalmente con control de corriente y apagado electrónico. Suena más complejo (lo es) pero no tanto y el resultado es mejor. Puede configurar una sobrecorriente con perfil de tiempo y apagar tan rápido como desee. Por circuito se necesita un MOSFET (digamos) para la alimentación, una resistencia de detección de corriente, un amplificador operacional/comparador y una fuente de voltaje de referencia común. De manera simple, podría tener un retraso RC en la entrada de detección de corriente para darle un ligero retraso a la sobrecorriente, PERO los LED no tienen sobrecorriente, por lo que no son realmente necesarios.

Puede tener límite de corriente Y disparo por sobrecorriente. Por ejemplo, si un circuito seleccionado necesita 4 A, puede establecer el límite de corriente en 5 A y el disparo por sobrecorriente en 4,5 A con un pequeño retraso. QNo es un circuito muy complejo y MUCHO más barato que tratar con un Burning Man.


¡Peligro!:

¡Hombre ardiendo! muy apto Pobre de mí.
40A en contacto cercano con la piel podría terminar con necesidades de nivel hospitalario y posiblemente la muerte.

¿Cómo sé esto (aparte de que es obvio para personas más sensatas que yo)?

He acortado algunas llaves y monedas AA NimH más en mis bolsillos en "algunas" ocasiones y solo tuve algunas experiencias dolorosas y divertidas. Dos de ellos vienen fácilmente a la mente.

Cuando en un almuerzo, el fotógrafo de repente conecta rápidamente su cámara a tierra y comienza a sacar frenéticamente el contenido del bolsillo de sus pantalones y a tirarlo en cualquier lugar mientras trata de mantener el bolsillo alejado de su pierna, la gente se da cuenta [tm].

Cuando se hizo como pasajero de un automóvil, solo mi esposa lo vio, pero igual de 'divertido'.
Nunca más.

La protección por subcircuito no es realmente tan factible con el diseño que tengo actualmente (que funciona bien y satisface muchas otras restricciones). Estaba pensando que podría dividir el bus de alimentación en un máximo de dos mitades con su propia batería y fusible /interruptor, pero 40A->20A no cambia materialmente el problema.
Incluso con subcircuitos fusionados, necesitaría fusibles X conectados directamente al plano rígido de la batería, o aún protección para la batería misma. Dado que si hay 0,5 m de cable sin fusionar, eso es suficiente para crear un cortocircuito, un incendio y, muy probablemente, la explosión de la batería (puede llegar a tener una fuerza de semigranada con las baterías de latas de metal). El mejor (si me preguntan: único) lugar para la protección de una fuente portátil de alta potencia es dentro de la carcasa rígida de la fuente.