단락 부하를 20A로 제한하는 전류

이 포럼에서 처음으로 아날로그 초보자 ... 읽기 주셔서 감사합니다!

내가 가진 것은 불꽃 기술에 대한 통제입니다. 나는 모든 디지털 제어 물건을 알아 냈지만 아날로그 비트는 나의 장점이 아닙니다.

자동차 배터리는이 장비를 공급하며 출력 채널은 SCR, IGBT 또는 일반 자동차 릴레이를 사용하여 전환됩니다. 이러한 구성 요소가 남용되지 않도록 전류를 제한하고 일부 채널의 저항이 다른 채널보다 약간 높은 경우에도 많은 채널에서 높은 전류를 수신 할 수 있습니다.

내가 보는 대부분의 회로는 배터리 충전 주위에 있거나 훨씬 낮은 전류입니다. 그래서 이것은 지금까지 내가 생각해 낸 가장 간단한 것입니다.

기본적으로 나는 달링턴 쌍의 각 부분의 전류 이득을 사용하여 부하로 전류를 제한합니다. 이 디자인에 대한 피드백이나 더 적절한 것에 대한 포인터를 원합니다 (부하가 짧을 수 있다고 생각하면 찾기가 어려웠습니다).

사소한 문제는 다음과 같습니다.

로드 주변의 스 너버 다이오드 (또는 캡)와 스위치 근처의 다이오드가 필요하다고 생각합니다.

이와 같은 선형 드라이버를 사용하는 전류 제한의 문제점은 드라이버가 전압 강하 전압에 비례하여 에너지를 소비한다는 것입니다. 부하가 대부분의 전압을 떨어 뜨리면 드라이버는 생존을 위해 구축 될 수 있습니다. 그러나 부하가 20A에서 몇 볼트 만 떨어지면 운전자는 많은 양의 에너지를 소비합니다.

20A와 12V에서 회로는 전원 = V x I = 12 x 20 = 240 와트를 소산합니다. 상당한 금액입니다.

20A에서 10V를 떨어 뜨린 경우 드라이버는 나머지 2V를 떨어 뜨려야합니다. 따라서 부하 손실은 10V x 20A = 200W이고 드라이버 손실은 2V x 20A = 40W입니다. 달링턴에 40 와트는 너무 뜨겁지 않도록 상당한 히트 싱크가 필요합니다. 신속하게 종료 한 경우이 모드 중 하나 또는 두 개만이 모드에있는 경우 "해제"할 수 있습니다. 그러나 다수의 부하가 한동안 제한 전류로 남아 있으면 "문제가있을 것"입니다.

한 가지 해결책은 10A를 초과하면 잠시 기다렸다가 다시 시도하면 컨트롤러가 완전히 꺼지는 것입니다. 이것의 문제는 최대 20A까지는 충분하지만 부하가 20A를 초과하면 20A의 버스트 (평균 20A 미만)로 제한된다는 것입니다.

한 가지 해결책은 스위치가 전류 제한 상태 일 때 스위치를 "PWM"(스위치가 켜져 있거나 꺼져있는 경우에만)하고 평균 = 20A가되도록 o / off 비율을 조정하는 것입니다. 이를 수행하는 회로는 소리보다 저렴하고 간단 할 수 있습니다. opamp 또는 회로 당 및 수동 소자 몇 개. 또는 CMOS 슈미트 게이트 패키지 및 일부 재생.

가장 좋은 방법은 20A로 제한하고 필요한 경우에만 가용 에너지를 차단하는 스위치 모드 드라이버를 사용하는 것입니다.이 스위치는 미니멀리스트 형태의 단순한 92 개 트랜지스터 일 수 있지만 회로 당 귀찮은 인덕터가 필요합니다.

도시 된 바와 같이, 달링턴 트랜지스터 쌍의 전류 이득이 매우 부정확하기 때문에 결과는 매우 부정확 할 것이다. 테스트에서 선택하지 않으면 (예 : 전위차계로 기본 저항 조정) 매우 부정확하고 그래도 장기적으로 좋지 않습니다. 전류 제한 드라이버를위한 저렴한 회로를 제공 할 수 있습니다. 먼저 질문이 어디로 가는지 봅시다.

예, 유도 성이고 극성이 보통이면 전도하지 않는 부하에 걸쳐 다이오드가 필요합니다.

컨트롤러의 소산 및 이유 :

12V에서 부하 및 컨트롤러를 통한 접지까지의 전류 흐름은

• I = V / R.

R은 주어진 직렬 경로에있는 모든 저항의 합입니다.

12V에서 20A

• R = V / I = 12/20 = 0.6 옴.

전류 제한을 20A로 제한하는 경우 부하가 0.6 미만인 경우 회로의 총 R을 0.6ohm으로 자동 조정하는 전자 가변 R을 만듭니다.

부하가 0.6 ohms 이상이면 전류가 20A 미만이므로 컨트롤러가 계속 켜져 있습니다.

0.1R 점화기를 사용하는 예에서 컨트롤러는 0.6-0.1 = 0.5 옴을 추가해야합니다.

• 점화기의 전력 = I ^ 2 x R = 20 ^ 2 x 0.1 = 40W.

• 컨트롤러에서 소비되는 전력 = 20 ^ 2 x .5 = 200 Watts.

컨트롤러가 뜨겁습니다. :-).

PWM 전류 제한 :

PWM = 펄스 폭 변조는 시간의 100-X % 동안 시간이 꺼지고 꺼지면 X %와 같이 부하를 완전히 켜십시오.

부하를 완전히 켠 다음 1 : 5 듀티 사이클로 완전히 끄면 평균 전류는 20A입니다.

나는 = 12 / 0.1 = 120A!

나는 꺼져 = 0

(1 x 120 A + 5 x 0 A) / 6 = 20 평균

배터리는 120A 피크를 제공 할 수 있어야합니다.

부하와 직렬로 인덕터를 추가하고 "캐치 다이오드"는 회로를 "벅 컨버터"로 전환 합니다.

스위치가 N 번째 시간에 있으면 전압 출력은 Vin의 1 / Nth입니다.

일반적인 접근 방식은 Iout을 모니터링하고 켜짐 기간을 조정하여 원하는대로 최대 전류를 제한하는 것입니다.

다음은 그 일을하는 예입니다.

이것은 당신이 원하는 것이 아니라 원리를 보여줍니다. 이것은 Richard Prosser가 제공 한 릴레이 드라이버 회로입니다. L1에 적절한 인덕터를 대체하고 L1 바로 아래에 부하를 배치하면 전류 제한 공급이 제공됩니다. 이것은 당신이 원하는 것에 대해 약간 "바쁘다"고있다.

보호 된 전류 제한 MOSFET 사용

전류 및 온도 제한이 있는 ON Semiconductor NCV8401 보호 된 로우 사이드 드라이버와 같은 전류 보호 MOSFET 사용이 제안되었습니다.

NCV8401의 장점은 높은 고장 전류가 유지되는 경우 셧다운하고 고장이 발생할 때 흐를 수있는 최대 전류를 제한하는 것입니다. 이와 같은 장치는이 기능을 잘 수행하지만 제한 전류를 장기간 유지하도록 의도 된 것은 아닙니다. 자동차 배터리를 통해 이와 같은 장치를 직접 연결하고 전원을 켜는 방법을 시험했습니다. 문제 없습니다. 제한 조건으로 들어가 과부하 상태가 제거되면 정상 작동 상태로 복원됩니다.

이 장치는 놀라운 장치이며 그 자리에서 매우 유용하지만 예를 들어 결함 조건에서 부하로 20Amp 전류를 유지하려는 원래의 목표를 충족하지 못합니다. 드라이버에서 최대 12V x 20A = 240W의 전력 손실 (최악의 경우) NCV8401은 1.6C / Watt의 열 저항과 150 ° C의 최대 접합 온도를위한 접합부를 갖습니다. 25C 주변 온도에서 완벽한 히트 싱크 (0C / W)에서도 최대 (150-25) / 1.6 = 78 와트. 실제로 매우 강력한 히트 싱크 시스템을 사용하더라도 약 40W가 매우 좋습니다.

사양이 변경 되었으나 제한된 20A를 지속적으로 소싱하려면 (중지되거나 중단 될 때까지) 두 가지 방법 만 있습니다. 어느 한 쪽

• (1) 12V x 20A = 240W의 총 소산을 허용하고 드라이버가 부하에 걸리지 않는 것을 소산하거나

• (2) 드라이버가 부하에 필요한 전압으로 20A를 공급할 수 있도록 스위치 모드 에너지 변환을 사용하십시오. 드라이버는 비효율적 인 변환으로 인한 에너지 만 처리합니다. 예를 들어, 부하가 0.2 Ohms이면 20A에서 Vload = I x R = 20A x 0.2 = 4V입니다. 부하 전력은 I ^ 2 x R = 400 x 0.2 = 80W이거나 OR = V x I = 4V x 20A = 80W입니다 (물론).

이 경우, 4V가 z % 효율 (0 <= Z <= 100) 인 스위치 모드 변환기에 의해 공급되는 경우. Pload = 80 Watt 인 위의 예에서 변환기가 Z = 70 (%)이라고하면 스위치 모드 변환기는 (100-Z) / 100 x P 부하 = 0.3 x 80W = 24W 만 소실됩니다. 이것은 여전히 ​​유효하지만 240-80 = 160W보다 훨씬 적으며 선형 리미터로 소멸됩니다. 그래서 ...

스위칭 레귤레이터 전류 리미터

이것은 최종 솔루션이 아닌 다른 예입니다. 서비스에 착수 할 수는 있지만이 원칙에 기반한 그라운드 업 설계가 더 좋습니다.

그림 11a 또는 11b의 회로에서 MC34063을 사용하여 원하는대로 거의 정확하게 수행 할 수있는 회로를 구축 할 수 있습니다. MC34063 데이터 시트

비교기 패키지 (예 : LM393, LM339 등)를 사용하면 사이클 감지에 의한 사이클이 아닌 실제 부하 전류 감지를 수행 할 수있는 것과 유사한 것을 구현하는 것이 쉬울 것입니다.

원하는 경우 N 채널 또는 P 채널 외부 MOSFET을 사용하도록 참조 된 MC34063 회로를 수정할 수 있습니다 (아마도 내가 사용하는 것임). FET는 실제로 단락에 실패하는 습관이 있습니다. 거의 실패하지 않도록 설계하면 문제가 덜 발생합니다 :-).

여기서 출력 전압은 에너지 변환 및 전류 제한과 같이 "높음"으로 설정할 수 있습니다. 예를 들어 부하가 0.4R이고 정격 목표 전압이 12V 인 경우 전류 제한 기는 실제로 발생하는 것을 제한합니다. 사이클 별 제한 기 대신 또는 사이클 제한 기 대신 로우 사이드로드 전류 감지를 추가하고이를 사용하여 목표로드 전류가 제공되도록 드라이브 전압을 제한 할 수 있습니다.

계단 형 저항 선형 리미터

가장 쉬운 방법은 부하 전류를 20A로 제한하기 위해 이진으로 전환 될 수있는 뱅크의 스위칭 저항 뱅크를 제공하는 것입니다. 카운터는 전류가 너무 높으면 저항 값을 카운트하고 너무 낮 으면 저항 값을 카운트합니다. 부하가 0.6R 미만일 때 항상 20A에서 전력 손실은 240W입니다. 그러나 저항은 작동하고 부하 스위치로 사용되는 바이폴라 트랜지스터 또는 FET는 냉각 될 수 있습니다. 너무 어렵지 않지만 "성가신"접근 방식 :-).

달링턴 트랜지스터 대신 MOSFET을 사용하는 것이 좋습니다. 달링턴은 그 위에 몇 볼트를 가질 수 있으며 20A에서 최대 40W를 소비합니다. 우리는 그것을 원하지 않습니다. 가 매우 낮은 MOSFET이 있습니다$R_{DS(ON)}$

단락의 경우 전류 제한기를 원하지 않고 전원이 차단됩니다. 단락의 경우 배터리의 12V (?)는 스위칭 MOSFET을 초과하며 20A 전류 제한 기에서도 240W (!)를 처리해야합니다. 폴드 백 전류 리미터에는 트릭 후 전류를 더 안전한 레벨로 낮추는 트릭이 있지만 완전히 차단하는 것이 가장 좋습니다.

원리 : MOSFET의 전압을 측정합니다. 1V와 같은 특정 임계 값 이상으로 상승하면 출력이 MOSFET을 구동하는 리셋 리셋 플립 플롭을 리셋한다. 단락이 제거되면 MOSFET은 꺼진 상태로 유지되고 리셋 리셋 플립 플롭을 다시 설정하여 전원을 다시 시작해야합니다.

파이로 컨트롤러를 구축하고 CNC 장비 등에서 다양한 산업 안전 구현을 수행 한 적이 있으면 로직 회로를 통해 안전 제어를 허용해서는 안됩니다.

최소한 Arming 키의 일부로 DC 라인의 파이로 연소 장치에 대한 물리적 스위치를 사용해야합니다. 당신이 말을하는 FET가 단락을 간다면 무슨 일이 일어날 지 생각이 ... 그들은 할 ... 발사 회로가 살아있는 것, 사람은 다음 하나의 파이를 변경 가고 그의 손을 불면.

기계류의 모든 안전 회로는 승인 된 안전 릴레이, 드라이브를 모터로 차단할 수있는 물리적 릴레이 등을 거치며, 드라이브 모터로 신호를 죽이는 것에 의존하지 않습니다. 물리적 릴레이도 마찬가지입니다. 안전 회로의 일부로 FET에서 12V를 분리하는 방법을 100 % 포함시켜야합니다.

또한 시간을 제한해야합니다. 내가 구축 한 것은 발사 전에 채널에 양호한 회로가 있는지 여부를 나타 내기 위해 몇 마의 연속성 검사를 포함했으며 물론 장치의 점화 후 연속성을 나타 내기 위해 ...

내 대답 :이 회로는 브레드 보드 테스트에서 유망합니다. 전력 MOSFET의 게이트를 풀다운하기 위해 LED 출력을 다른 회로로 대체 할 계획이다.

http://www.edaboard.com/thread166245.html#post701080

기존 제어 체계와 해당 차단을 공존시키는 방법을 여전히 해결해야하지만 간단합니다.

두 번째 답변, 아마도 내가 구현할 것입니다 :

신뢰성과 견고성을 위해 자동차 릴레이를 사용 하여이 작업을 수행하려고했습니다. 나중에 릴레이와 하네스 및 소켓의 물리적 크기가 약간 자극적이기 때문에이 솔리드 스테이트 경로를 따라 갔고 채널을 제어하기 위해 저렴한 IGBT 및 / 또는 SCR을 발견 했으며이 전류 제한 체계를 원했습니다. 그 앞에 4 개의 채널 세트를 총 20A로 제한하는 전류.

제쳐두고 저는 채널당 다음과 같은 멋진 장치 중 하나를 사용한다고 생각합니다. ON Semiconductor NCV8401 자체 보호 전력 MOSFET . 그것들은 자동차 릴레이 교체 용으로 고안되었으며 놀랍게도 각각 0.80 달러입니다. 모토로라 (ON)가 내부 전류 및 열 제한 기능을 사용해 그 어느 때보 다 나아 졌다고 확신합니다. 처리해야 할 열 문제가 있고 전류를 처리하기 위해 PCB에 큰 구리선 조각을 납땜해야 할 것입니다.

도와 주셔서 감사합니다

이 작업을 수행하는 방법은 다음과 같습니다. 회로는 큰 초기 전류 (C1 ESR 및 U2의 소스 드레인 저항에 의해 제한됨)를 허용하지만 배터리의 전류는 항상 20A 미만으로 유지합니다 (다이어그램 당 15V로 가정). 이렇게하면 "잘못 담그는 점화기"케이스를 잘 처리하는 동시에 우수한 점화 기능을 제공해야합니다.

편집-추가로 생각하면 이 회로도에는 몇 가지 안전 문제가 있습니다. 이 문제를 해결하는 업데이트로이 답변을 곧 수정하겠습니다.

전구. 부하와 직렬로 연결된 240W 백열 전구는 단순한 도체 역할을하면서 최악의 전류를 20A로 제한합니다. 보너스 운영자 피드백 및 비상 연결 해제. 주어진 시간에 흐르는 전류에 비례하는 밝기. 벌브 봉투를 부 수면 필라멘트가 빨리 연소되어 회로를 차단합니다.