Un problema con la limitazione della corrente usando un driver lineare, come questo, è che il driver dissiperà energia proporzionale alla tensione che lo attraversa. Se il carico diminuisce la maggior parte della tensione, il driver potrebbe essere in grado di essere costruito per sopravvivere. Ma se il carico scende solo di qualche volt a 20 Amp, il driver dissiperà una grande quantità di energia.
A 20 Amp e 12 volt il circuito dissiperà Potenza = V x I = 12 x 20 = 240 Watt. Questo è un importo considerevole.
Se si caricano cadute da 10 V a 20 A, il conducente deve rilasciare i restanti 2 Volt. Quindi la dissipazione del carico è 10 V x 20 A = 200 Watt e la dissipazione del driver è 2 V x 20 A = 40 Watt. 40 Watt in una Darlington necessitano di un dissipatore piuttosto sostanzioso per non surriscaldarsi troppo. Se lo spegni rapidamente e se solo uno o due di questi sono in questa modalità, potresti essere in grado di "cavartela". Ma se un certo numero di carichi rimane per un po 'alla corrente limite "ci saranno problemi".
Una soluzione è quella di avere un controller che si spegne completamente quando supero i 10 Amp, aspetta un attimo e riprova. Il problema è che fino a 20A tutto va bene, ma se il carico prova a prendere più di 20 A, è limitato a raffiche di 20A = molto meno di 20A in media.
Una soluzione è "PWM" quando l'interruttore è in limitazione di corrente - l'interruttore è solo acceso o spento - e regolare il rapporto o / off in modo che la media = 20A. Il circuito per farlo può essere più economico e più semplice di quanto possa sembrare. Un opamp o per circuito e alcuni componenti passivi. O un pacchetto gate CMOS Schmitt e alcuni giochi.
Il modo "migliore" è usare un driver in modalità switch che limiti a 20 A e spenga l'energia disponibile solo se necessario. Questi possono anche essere semplici transistor 92 in forma minimalista) ma ha bisogno di un fastidioso induttore per circuito.
Come mostrato, il risultato sarà MOLTO inesatto perché l'attuale guadagno della coppia di transistor Darlington sarà molto impreciso. A meno che non si selezioni sul test (ad esempio, regolare la resistenza di base con un potenziometro) sarà molto impreciso e comunque non funzionerà a lungo termine. Posso darti circuiti economici per un limitatore di corrente. ma prima vediamo dove va la domanda.
Sì, è necessario un diodo attraverso il carico se è induttivo, polarità tale da non condurre normalmente.
Dissipazione nel controller e perché:
Il flusso di corrente da 12V attraverso il carico e il controller verso terra è
R è la somma di tutti i resistori in un determinato percorso della serie.
Per 20A a 12V
- R = V / I = 12/20 = 0.6 ohm.
Se il limite di corrente a 20A si sta creando una R variabile elettronicamente che regola automaticamente la R totale nel circuito a 0,6 ohm SE il carico è inferiore a 0,6.
Se il carico è SUPERIORE a 0,6 ohm, il controller rimane acceso poiché la corrente è inferiore a 20 A.
Nel tuo esempio con un accenditore 0.1R il controller deve aggiungere 0,6-0,1 = 0,5 ohm.
Il controller "si surriscalda" :-).
Limitazione corrente PWM:
PWM = modulazione dell'ampiezza dell'impulso attiva completamente il carico fos dire X% se il tempo e spento per il 100-X% del tempo
Se si accende e si spegne completamente il carico con un ciclo di lavoro 1: 5, la corrente media sarà di 20 A.
I su = 12 / 0,1 = 120 A!
I off = 0
(1 x 120 A + 5 x 0 A) / 6 = 20 Media
La batteria deve essere in grado di erogare picchi di 120A.
L'aggiunta di un induttore in serie con il carico e un "diodo di cattura" trasforma il circuito in un "convertitore buck" come ad esempio
Se l'interruttore è su un Nth del tempo, la tensione in uscita sarà 1 / Nth di Vin.
L'approccio normale è monitorare Iout e regolare il periodo di accensione per limitare la corrente massima desiderata.
Ecco un esempio che fa proprio questo.
Questo non è esattamente quello che vuoi ma mostra il principio. Questo è un circuito di pilotaggio relè fornito da Richard Prosser da me commentato. Sostituire un induttore appropriato per L1 e posizionare il carico appena sotto L1 fornisce un'alimentazione limitata. Questo sta diventando un po '"occupato" per quello che vuoi.
Uso di un MOSFET con limitazione di corrente protetta
È stato suggerito l'uso di un MOSFET protetto corrente come il driver lato basso protetto NCV8401 ON Semiconductor con limite di corrente e temperatura
Il punto di forza dell'NCV8401 è quello di arrestare se viene mantenuta un'elevata corrente di guasto e di limitare la corrente massima che può fluire quando si verifica un guasto. Dispositivi come questo lo fanno bene, ma non intendono consentire il mantenimento della corrente limite per lunghi periodi. Ho provato a collegare il dispositivo in questo modo direttamente attraverso una batteria dell'auto e ad accenderli. Nessun problema: si limitano a limitare e tornano al normale funzionamento quando viene rimossa la condizione di sovraccarico.
Si tratta di dispositivi meravigliosi ed estremamente utili al loro posto, ma non raggiungeranno l'obiettivo dichiarato originariamente di mantenere una corrente costante di 20 Amp nel carico, ad esempio in condizioni di guasto TRANNE se li affondi per assorbire la corrente di guasto completa, il che richiede una dissipazione di potenza fino a 12V x 20A = 240 Watt nel driver, nel peggiore dei casi. L'NCV8401 ha una resistenza termica da giunzione a custodia di 1,6 C / Watt e una temperatura massima di giunzione di 150 C. Anche su un dissipatore di calore perfetto (0 C / W) a 25 ° C ambiente che consentirebbe un massimo di (150-25) / 1.6 = 78 Watt. In pratica, circa 40 watt sarebbero molto buoni anche con un sistema di dissipazione del calore estremamente capace.
Se le specifiche sono state modificate, va bene, ma se si desidera procurarsi continuamente un 20A limitato (fino a quando non viene arrestato o si spegne), ci sono solo due modi. O
(1) Accetta la dissipazione totale di 12V x 20A = 240W con il driver che dissipa ciò che il carico non sopporta o
(2) Utilizzare la conversione dell'energia in modalità interruttore in modo che il driver fornisca 20 A a qualsiasi tensione richiesta al carico. L'autista si occupa solo dell'energia proveniente da una conversione inefficiente. Ad esempio, se il carico è 0,2 Ohm, quindi a 20A, Vload = I x R = 20A x 0,2 = 4 Volt. La potenza del carico è I ^ 2 x R = 400 x 0,2 = 80 Watt, OPPURE = V x I = 4V x 20 A = 80 Watt (di nuovo, ovviamente).
In questo caso, se il 4V proviene da un convertitore di modalità switch con efficienza z% (0 <= Z <= 100). Nell'esempio precedente in cui Pload = 80 Watt quindi, se il convertitore indica Z = 70 (%), il convertitore di modalità switch dissipa solo (100-Z) / 100 x P load = 0,3 x 80W = 24 Watts. Questo è ancora sostanziale ma molto inferiore ai 240-80 = 160 Watt che sarebbero dissipati con un limitatore lineare. Così ...
Limitatore di corrente del regolatore di commutazione
Questo è inteso come un altro esempio che come soluzione finale. Potrebbe essere messo in servizio, ma sarebbe meglio fare un progetto basato su questo principio.
Un circuito che farà quasi esattamente quello che vuoi può essere costruito usando ad esempio un MC34063 nel circuito di fig 11a o 11b qui MC34063 datasheet
Probabilmente sarebbe altrettanto semplice utilizzare un pacchetto di comparatori (ad es. LM393, LM339 ecc.) Per implementare qualcosa di simile in quanto è possibile eseguire il rilevamento della corrente di carico reale anziché il rilevamento del ciclo per ciclo fatto qui, ma funzionerà.
I circuiti MC34063 di riferimento potrebbero essere modificati per utilizzare un MOSFET esterno canale N o canale P, se lo si desidera (che è quello che probabilmente userei). Le FET hanno effettivamente l'abitudine di fallire il corto circuito. Progettare di averli di rado se mai falliscono rende questo meno problematico :-).
Qui la tensione di uscita può essere impostata su "alta" poiché ciò che stiamo cercando è la conversione dell'energia e la limitazione della corrente. ad es. se il carico è 0.4R e la tensione nominale nozionale è 12V, allora il limitatore di corrente limiterà ciò che accade realmente. Al posto di o oltre al limitatore ciclo per ciclo, è possibile aggiungere un senso di corrente di carico laterale basso e utilizzarlo per limitare la tensione di azionamento in modo da fornire la corrente di carico target.
Limitatore lineare resistore a gradini
Il metodo più semplice può essere quello di fornire un banco di resistori commutati che possono essere commutati binariamente per limitare la corrente di carico a 20A. Un contatore conta il valore della resistenza verso l'alto se la corrente è troppo alta e verso il basso se troppo bassa. La dissipazione di potenza è di 240 W a 20 A sempre quando il carico è inferiore a 0,6 R MA LE resistenze svolgono il lavoro e transistor bipolari o FET utilizzati come interruttori di carico possono funzionare in modo freddo. Non troppo difficile da fare ma un approccio "fastidiosamente rozzo" :-).
