¿Simula un volcado de carga automotriz con un banco de capacitores cargados?

He estado trabajando en un dispositivo de registro de datos que eventualmente se instalará en mi vehículo personal. Revisé las interwebs y construí lo que, en teoría, debería ser una fuente de alimentación bastante robusta capaz de manejar transitorios rápidos y bajo voltaje y el legendario volcado de carga. Sin embargo, mi problema es... Quiero probar la fuente de alimentación.

En preguntas anteriores que hice relacionadas con el diseño de la parte de la fuente de alimentación, me dijeron que la "forma correcta" de simular un volcado de carga es con un dispositivo de prueba adecuado y profesional. Sin embargo, tengo curiosidad... ¿qué me impide armar algo que esté "lo suficientemente cerca"?

Mi idea es simplemente esta: obtener una fuente de alimentación de CC de bajo voltaje, como una fuente de alimentación de PC antigua. Obtenga un convertidor DC-DC para subir esos 12V a algo en el rango de 80V. Reúna un banco de condensadores para ubicarme en la vecindad de un volcado de carga teórico de 12 V ... que, por lo que puedo decir, está en el rango de cientos de julios. Una vez cargado, simplemente conéctelo a la entrada de la batería del dispositivo, que no estaría conectado a una fuente de alimentación real para no querer arruinar esa fuente de alimentación, y vea si explota, y si no, vea si funciona normalmente. después.

¿Suena como la idea más tonta que hayas escuchado? ¿Es una idea algo decente que simplemente necesita mucha planificación y verificación de números para que funcione más o menos como se esperaba?

Respuestas (1)

Un volcado de carga es lo que le sucede al sistema eléctrico de un automóvil cuando se apaga una carga grande (como los faros). El problema es que el sistema de carga (principalmente el alternador) tiene una inductancia significativa, y cualquier intento de reducir rápidamente el consumo de corriente da como resultado una "patada inductiva" que crea un gran pico de voltaje en el bus de 12V. Esta patada es el mismo fenómeno que se usa para crear la chispa en el sistema de encendido, solo que es una manifestación diferente. El punto es que cualquier equipo que esté conectado al bus de 12 V debe poder soportar estos picos de voltaje ocasionales de 100-200 V sin sufrir daños.

Dado que el volcado de carga es principalmente un fenómeno inductivo, probablemente también sería más fácil simularlo de esa manera. Realmente no necesita simular toda la energía de un vertedero de carga automotriz real; solo necesita crear la misma forma de onda de voltaje en los terminales de suministro de su dispositivo.

esquema del simulador de volcado de carga

Coloque un inductor más grande (L1, del orden de 1H, quizás el primario de un gran transformador de potencia) en serie con su dispositivo (es decir, conecte el dispositivo a la fuente de alimentación a través del inductor). Esto representa la inductancia del sistema de carga del automóvil.

Coloque unos pocos µF de capacitancia (C1) a través (en paralelo con) su dispositivo; esto representa la capacitancia distribuida del cableado del automóvil y ayuda a limitar el tiempo de subida del evento de volcado de carga. Asegúrese de que este condensador esté clasificado para unos pocos cientos de voltios.

Coloque también una resistencia de 120 Ω (R1) en paralelo con su dispositivo. Esto representa otras cargas estáticas dentro del automóvil y establecerá un límite superior en el voltaje máximo que crea el volcado de carga. (Esta resistencia consumirá 100 mA y disipará 1,2 W).

Ahora, conecte una resistencia de alta potencia y bajo valor (R2) a través de su dispositivo, en serie con un interruptor (SW1). Esto representa la carga que se va a "descargar". El valor de la resistencia debe ser tal que la corriente CC no exceda la capacidad de la fuente de alimentación, y puede ajustar el valor de la resistencia para cambiar la corriente con respecto al valor del inductor para descargar una cantidad específica de energía ( 0,5 × I 2 × L). Por ejemplo, si su inductor es 1H y su resistencia es 12Ω (@ 12W), dibujará 1A y la energía almacenada será de 0,5 julios.

Cierre el interruptor para "cargar" el inductor, luego ábralo: ahí está su evento de volcado de carga simulado. Con estos valores de resistencia, el voltaje pico será del orden de 100-120V. Puede usar diferentes combinaciones de valores de resistencia para simular diferentes tipos de eventos. La relación de R1 a R2 determina aproximadamente el voltaje máximo del pico (en relación con el voltaje de la fuente de alimentación). Escale ambas resistencias hacia abajo para simular eventos de mayor corriente (mayor energía). Haga el condensador más pequeño para obtener tiempos de subida más rápidos; 1H y 1µF resuenan a 160 Hz, lo que le brinda un tiempo de subida bastante pausado de 1,5 ms (1/4 de ciclo). Por ejemplo, cambiar C1 a 0,01 µF le daría un tiempo de subida de unos 150 µs.

Un diagrama seria genial!!
De hecho, un diagrama estaría bien. Todo tiene sentido hasta la conexión de la resistencia de "descarga de carga".
El diagrama es útil, ¡gracias! ¿Podría elaborar un poco más sobre cómo conectar y desconectar la resistencia de volcado de carga podría generar un evento comparable a la definición clásica/números para un volcado de carga?
He agregado más detalles al principio y al final de mi respuesta; con suerte, eso ayuda.
Definitivamente lo hace... y yo diría que tu respuesta da en el clavo. Sin embargo, ¿tiene algún consejo para encontrar un inductor adecuado a un precio decente? Todo en el rango de 0.5H y más parece costar $10 o más. Mencionaste un poder transformado... ¿qué especificaciones estaría buscando? ¿Se cita a menudo la inductancia de un transformador?
No, pero no es difícil medir el valor de un inductor si tiene un generador de señales y un osciloscopio. Tal vez debería comenzar otra pregunta que describa algunos procedimientos para hacerlo.
Iré con algo disponible comercialmente por ahora. He encontrado cosas en el rango de $ 10, pero tenía curiosidad por saber si había una fuente más barata. En cualquier caso, agradezco sus continuas respuestas e información. Realmente lo aprecio. :) ¡Es hora de trabajar en un prototipo! :D
Y para ser honesto, el valor exacto del inductor no es para nada crítico; solo afecta el ancho del pulso generado (la constante de tiempo L/R y la energía almacenada).
Entonces ... es cierto que mi conocimiento práctico es que la inductancia es bastante nula, excepto que se relaciona con los cambios opuestos en la corriente. :) Según lo que ha dicho, ¿tendría razón al pensar que no solo podría simular aproximadamente las condiciones de volcado de carga (voltajes más altos [60 - 80V] pero mucha energía) sino también simular pulsos rápidos (altos voltajes, 150 - 200 V, pero baja corriente) reduciendo la inductancia/aumentando la capacitancia y viceversa?
Traté de simular el circuito anterior usando P-spice pero obtengo picos de voltaje muy altos. No estoy seguro de lo que estoy haciendo mal allí.
@EE_Ami: ¿Entiende todo lo que dije anteriormente sobre cómo los diversos valores de los componentes afectan el pulso generado? Tenga en cuenta que para pulsos muy grandes y lentos, los valores de los componentes se volverán difíciles de manejar, y puede ser mejor adoptar un enfoque diferente: sintetice la forma de pulso que desea y condúzcala a través de un amplificador de potencia para generar el voltaje y la corriente requeridos.
Me encanta su solución, pero como necesitamos una resistencia interna de 0,5 a 4 ohmios de la fuente de alimentación, encontré en Digikey el gran inductor (similar al transformador, 1H) de aproximadamente 80 ohmios y una clasificación de corriente de 0,3 A, mientras que necesitamos 1 A como mínimo. La gran resistencia interna limita la corriente a través del inductor, por lo tanto, limita la energía almacenada dentro del inductor y no cumple con los requisitos de resistencia interna cuando se descarga. necesitamos un buen inductor.
@Tien: Es mejor que uses el primario de un gran transformador de potencia. Sin embargo, dado que los fabricantes no suelen especificar la inductancia de los devanados individuales, tendrás que tomar algunas medidas para encontrar lo que necesitas.
Hola @Toby, ¿probaste esto? Estoy considerando algo similar. Gracias.
@MarkWatson: Desafortunadamente, Toby fue visto aquí por última vez hace más de 6 años, por lo que es poco probable que obtenga una respuesta.
Hola Dave. ¡¡Espero que Toby no haya explotado!!
¿Simula un volcado de carga automotriz con un banco de capacitores cargados?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v