Novato analógico aquí y por primera vez en este foro ... ¡gracias por leer!
Lo que tengo es un control para la pirotecnia. Tengo todo el control digital resuelto, pero los bits analógicos no son mi fuerte.
La batería del automóvil suministra este equipo, y los canales de salida se conmutarán mediante SCR, IGBT o simplemente relés automotrices. Quiero limitar la corriente para que esos componentes no sean abusados, y para que muchos canales puedan recibir alta corriente incluso si algunos tienen una resistencia bastante más alta que otros.
La mayoría de los circuitos que veo están alrededor de la carga de la batería o tienen una corriente mucho menor. Así que esto es lo más simple que se me ocurrió hasta ahora:
Básicamente estoy usando la ganancia actual de cada parte de mi par Darlington para limitar la corriente en la carga. Quisiera comentarios sobre este diseño o indicadores para algo más apropiado (que como dije ha sido difícil de localizar dada la idea de que la carga puede ser corta).
Los problemas menores incluyen:
Creo que necesito un diodo amortiguador (¿o tapas?) Alrededor de mi carga y un diodo cerca del interruptor en alguna parte.
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Respuestas:
Un problema con la limitación de corriente usando un controlador lineal, como este, es que el controlador disipará energía proporcional al voltaje que cae sobre él. Si la carga cae la mayor parte del voltaje, entonces el controlador puede ser construido para sobrevivir. Pero si la carga cae solo unos pocos voltios a 20 amperios, el conductor disipará una gran cantidad de energía.
A 20 amperios y 12 voltios, el circuito se disipará Potencia = V x I = 12 x 20 = 240 vatios. Esa es una cantidad sustancial.
Si carga caídas de 10 V a 20 A, el controlador debe soltar los 2 voltios restantes. Por lo tanto, la disipación de carga es de 10 V x 20 A = 200 vatios y la disipación del controlador es de 2 V x 20 A = 40 vatios. 40 vatios en un Darlington necesitan un disipador térmico bastante considerable para no calentarse demasiado. Si lo apaga rápidamente, y si solo uno o dos de estos están en este modo, entonces podrá "salirse con la suya". Pero si un número de cargas permanece en la corriente límite por un tiempo "habrá problemas".
Una solución es tener un controlador que se apague por completo cuando supere los 10 amperios, espere un momento y vuelva a intentarlo. El problema con esto es que hasta 20A todo está bien, pero si la carga intenta tomar más de 20 A, se limita a ráfagas de 20A = mucho menos que el promedio de 20A.
Una solución es "PWM" el interruptor cuando está en limitación de corriente (el interruptor está encendido o apagado solamente) y ajustar la relación de apagado / apagado para que el promedio = 20A. El circuito para hacer esto puede ser más barato y más simple de lo que parece. Un opamp o por circuito y algunos componentes pasivos. O un paquete de puerta Schmitt CMOS y algo de juego.
La mejor manera es utilizar un controlador de modo de interruptor que limite a 20 A y apague la energía disponible solo si es necesario. Estos también pueden ser 92 transistores simples en forma minimalista) pero necesita 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 de la base con un potenciómetro), será muy impreciso y aún así no será bueno a largo plazo. 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 normalmente no conduce.
Disipación en el controlador, y por qué:
El flujo de corriente desde 12 V a través de la carga y el controlador a tierra es
R es la suma de todas las resistencias en una ruta en serie dada.
Para 20A a 12V
Si su límite actual es de 20 A, está haciendo una R electrónicamente variable que ajusta automáticamente R total en el circuito a 0.6 ohmios SI la carga es menor a 0.6.
Si la carga es MÁS de 0.6 ohmios, el controlador permanece encendido ya que la corriente es menor a 20A.
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 .5 = 200 vatios.
El controlador 'se calienta ":-).
Limitación de corriente PWM:
PWM = la modulación de ancho de pulso activa la carga por completo, digamos X% si el tiempo y se apaga durante 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.
I encendido = 12 / 0.1 = 120 A!
Yo apagado = 0
(1 x 120 A + 5 x 0 A) / 6 = 20 Promedio
La batería tiene que poder entregar los picos de 120A.
Al agregar un inductor en serie con la carga, y un "diodo de captura" convierte el circuito en un "convertidor reductor", por ejemplo, de esta manera
Si el interruptor está encendido una enésima vez, la tensión de salida será 1 / enésima de Vin.
El enfoque normal es monitorear Iout y ajustar el período de encendido para limitar la corriente máxima como se desee.
Aquí hay un ejemplo que hace exactamente 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 un inductor apropiado para L1 y colocar la carga justo debajo de L1 proporciona un suministro limitado de corriente. Esto se está volviendo un poco "ocupado" para lo que quieres.
Uso de un MOSFET limitador de corriente protegido
Se ha sugerido el uso de un MOSFET protegido por corriente, como el controlador del lado bajo protegido ON Semiconductor NCV8401 con límite de corriente y temperatura
El 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 largos períodos. He probado un dispositivo de conexión como este directamente a través de la batería de un automóvil y los encendí. No hay problema: simplemente se limitan y se restablecerán al funcionamiento normal cuando se elimine la condición de sobrecarga.
Estos son dispositivos maravillosos y extremadamente útiles en su lugar, pero no cumplirán el objetivo originalmente establecido de mantener una corriente constante de 20 amperios en la carga, por ejemplo, en condiciones de falla, EXCEPTO si los disipa con calor para tomar la corriente de falla completa, lo que requiere una disipación de potencia de hasta 12V x 20A = 240 vatios en el controlador, el peor de los casos. El NCV8401 tiene una resistencia térmica de unión a caja de 1.6 C / Watt y una temperatura de unión máxima de 150 C. Incluso en un disipador térmico perfecto (0 C / W) a una temperatura ambiente de 25 C que 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 disipador de calor extremadamente capaz.
Si la especificación ha sido cambiada, está bien, pero si desea obtener una fuente limitada de 20 A continuamente (hasta que se detenga o explote), entonces solo hay dos formas. Ya sea
(1) Acepte la disipación total de 12V x 20A = 240W con el controlador disipando lo que la carga no toma o
(2) Utilice la conversión de energía en modo de conmutación para que el controlador proporcione 20 A a cualquier voltaje requerido para la carga. El controlador solo se ocupa de la energía de la conversión ineficiente. Por ejemplo, si la carga es de 0.2 Ohms, entonces a 20A, Vload = I x R = 20A x 0.2 = 4 Volt. La potencia de carga es I ^ 2 x R = 400 x 0.2 = 80 vatios, O = V x I = 4V x 20 A = 80 vatios (de nuevo, por supuesto).
En este caso, si el convertidor de modo de conmutación es el 4V que es z% eficiente (0 <= Z <= 100). En el ejemplo anterior donde Pload = 80 vatios, entonces, si el convertidor es Z = 70 (%), entonces el convertidor de modo de conmutación solo se disipa (100-Z) / 100 x P carga = 0.3 x 80W = 24 vatios. Esto sigue siendo sustancial, pero mucho menos que 240-80 = 160 vatios que se disiparían con un limitador lineal. Entonces ...
Regulador de conmutación limitador de corriente
Esto pretende ser otro ejemplo 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 haga casi exactamente lo que desea, por ejemplo, con un MC34063 en el circuito de la figura 11a o 11b aquí MC34063 hoja de datos
Probablemente sería tan fácil usar un paquete de comparadores (por ejemplo, LM393, LM339, etc.) para implementar algo similar, ya que puede hacer una verdadera detección de corriente de carga en lugar del ciclo mediante la detección de ciclo realizada 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). Los FET tienen la costumbre de fallar en cortocircuito. Diseñar para tenerlos raramente si alguna vez falla 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 nocional es 12V, entonces el limitador de corriente limitará lo que realmente sucede. En lugar del limitador de ciclo por ciclo, 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 20A. 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 cuando la carga es inferior a 0,6 R PERO las resistencias hacen el trabajo y los transistores bipolares o FET utilizados como interruptores de carga pueden funcionar en frío. No es demasiado difícil de hacer, pero un enfoque "molestamente tosco" :-).
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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 por encima de 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: mida el voltaje sobre los MOSFET. Si se eleva por encima de cierto umbral como 1V, restablezca un flipflop set-reset, cuya salida impulsa los MOSFET. Cuando se elimina el cortocircuito, los MOSFET permanecen apagados y el flipflop set-reset tiene que configurarse nuevamente para reiniciar el suministro.
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Después de haber construido controladores pyro y realizado varias implementaciones de seguridad industrial en equipos CNC, etc., nunca 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 tecla de armado. ¿Has considerado lo que sucederá si, por ejemplo, un FET se cortocircuita ... lo hacen ... el circuito de disparo estará en vivo, el tipo va a cambiar el piro por el siguiente y se quita la mano.
Todos los circuitos de seguridad en la maquinaria pasan por relés de seguridad aprobados, relés físicos que pueden cortar el accionamiento a los motores, etc., nunca dependen de simplemente apagar la señal del motor de accionamiento ... probablemente también maten esa señal, pero siempre hay un retransmisión física también. Debe incluir al 100% una forma de desconectar los 12V de los FET como parte de su circuito de seguridad.
También debe limitar el tiempo de encendido, los que construí incluyeron 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 de que el dispositivo no se encendió ...
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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 alimentación.
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 probablemente sea lo que implementaré:
Originalmente iba a hacer esto con relés automotrices 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 descubrí IGBT y / o SCR baratos para controlar los canales, y solo quería hacer este esquema de limitación actual frente a ellos, la corriente limita un conjunto de 4 canales a 20A en total.
A un lado, creo que usaré uno de estos maravillosos dispositivos por canal: ON Semiconductor NCV8401 MOSFET de potencia autoprotectora . Pretenden ser reemplazos de relés automotrices, y para mi sorpresa, son solo $ 0.80 cada uno. Estoy seguro de que Motorola (ON) lo hizo mejor que nunca con su limitación interna de corriente y térmica. Tendré que lidiar con problemas de calor y probablemente tenga que soldar grandes piezas de alambre de cobre a mi PCB para manejar la corriente, pero como se trata de un ciclo de trabajo corto, creo que puedo hacerlo sin prender fuego.
Gracias caballeros por su ayuda
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Así es como haría esto. El circuito permite una gran corriente inicial (limitada por C1 ESR y la resistencia de drenaje de fuente 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 proporcionar una buena capacidad de encendido rápido mientras se maneja bien la carcasa 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.
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Bombilla. Una bombilla incandescente de 240W en serie con la carga limitará la corriente del peor de los casos a 20A mientras sirve como un simple conductor. Comentarios adicionales del operador y desconexión de emergencia. Brillo proporcional al flujo de corriente en un momento dado. Rompe la envoltura de la bombilla y el filamento se quemará rápidamente rompiendo el circuito.
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