Masalah dengan pembatasan arus menggunakan driver linier, seperti ini, adalah bahwa driver akan membuang energi sebanding dengan tegangan yang dijatuhkan di atasnya. Jika beban turun sebagian besar tegangan maka pengemudi mungkin dapat dibangun untuk bertahan hidup. Tetapi jika beban turun hanya beberapa volt pada 20 Amps maka pengemudi akan membuang sejumlah besar energi.
Pada 20 Amps dan 12 volt rangkaian akan menghilang Daya = V x I = 12 x 20 = 240 Watt. Itu jumlah yang besar.
Jika Anda memuat turun 10 V pada 20 A pengemudi harus menjatuhkan 2 Volts yang tersisa. Jadi disipasi beban adalah 10V x 20 A = 200 Watt dan disipasi driver adalah 2V x 20A = 40 Watt. 40 Watt ke Darlington membutuhkan heatsink yang cukup besar untuk tidak terlalu panas. Jika Anda mematikannya dengan cepat, dan jika hanya satu atau dua dari ini dalam mode ini maka Anda mungkin bisa "lolos begitu saja". Tetapi jika sejumlah beban tetap pada batas arus untuk sementara waktu "akan ada masalah".
Salah satu solusinya adalah memiliki pengontrol yang mati sepenuhnya ketika saya melebihi 10 Amps, menunggu beberapa saat dan mencoba lagi. Masalah dengan ini adalah bahwa hingga 20A semuanya baik-baik saja tetapi jika beban mencoba untuk mengambil lebih dari 20 A itu terbatas pada semburan 20A = jauh lebih sedikit dari rata-rata 20A.
Salah satu solusinya adalah "PWM" sakelar saat berada dalam batas arus - sakelar hidup atau mati saja - dan sesuaikan rasio o / off sehingga rata-rata = 20A. Sirkuit untuk melakukan ini bisa lebih murah dan lebih sederhana daripada kedengarannya. Sebuah opamp atau per sirkuit dan beberapa komponen pasif. Atau paket gerbang CMOS Schmitt dan beberapa permainan.
Cara terbaik adalah menggunakan driver mode sakelar yang membatasi pada 20 A dan mematikan energi yang tersedia hanya jika diperlukan. Ini juga dapat berupa 92 transistor sederhana dalam bentuk minimalis) tetapi membutuhkan induktor yang mengganggu per sirkuit.
Seperti yang ditunjukkan hasilnya akan sangat tidak eksak karena gain saat ini dari pasangan transistor Darlington akan sangat tidak tepat. Kecuali jika Anda memilih tes (mis. Sesuaikan resistor basis dengan potensiometer) itu akan sangat tidak akurat dan masih tidak bagus untuk jangka panjang. Saya dapat memberi Anda sirkuit murah untuk driver membatasi saat ini. tapi pertama-tama mari kita lihat ke mana perginya pertanyaan itu.
Ya, Anda memerlukan dioda melintasi beban jika induktif, polaritas sehingga biasanya tidak melakukan.
Pembuangan dalam pengontrol, dan mengapa:
Aliran arus dari 12V melalui beban dan pengontrol ke ground adalah
R adalah jumlah dari semua resistor dalam jalur seri yang diberikan.
Untuk 20A pada 12V
- R = V / I = 12/20 = 0,6 ohm.
Jika Anda membatasi hingga 20A saat ini, Anda membuat variabel elektronik R yang secara otomatis menyesuaikan total R di sirkuit menjadi 0,6 ohm JIKA beban kurang dari 0,6.
Jika beban LEBIH dari 0,6 ohm, pengontrol tetap menyala karena arus kurang dari 20A.
Dalam contoh Anda dengan penyala 0,1R controller harus menambahkan 0,6-0,1 = 0,5 ohm.
Daya penyala = I ^ 2 x R = 20 ^ 2 x 0,1 = 40 Watt.
Daya hilang dalam pengontrol = 20 ^ 2 x .5 = 200 Watt.
Kontroler 'menjadi panas ":-).
Pembatasan arus PWM:
PWM = modulasi lebar pulsa mengubah beban sepenuhnya pada fos katakan X% jika waktu dan mati untuk 100-X% dari waktu
Jika Anda mengaktifkan beban sepenuhnya dan kemudian sepenuhnya mati dengan siklus tugas 1: 5, arus rata-rata adalah 20 A.
I on = 12 / 0,1 = 120 A!
I off = 0
(1 x 120 A + 5 x 0 A) / 6 = 20 Rata-rata
Baterai harus dapat memberikan 120A puncak.
Menambahkan induktor secara seri dengan beban, dan "catch diode" mengubah rangkaian menjadi "buck converter" misalnya seperti ini
Jika sakelar menyala pada Nth waktu voltase keluar akan menjadi 1 / Nth Vin.
Pendekatan normal adalah memantau Iout dan menyesuaikan periode aktif untuk membatasi arus maksimum yang diinginkan.
Inilah contoh yang melakukan hal itu.
Ini bukan apa yang Anda inginkan tetapi menunjukkan prinsipnya. Ini adalah rangkaian driver estafet yang disediakan oleh Richard Prosser yang dikomentari oleh saya. Mengganti induktor yang sesuai untuk L1 dan menempatkan beban tepat di bawah L1 memberikan pasokan terbatas saat ini. Ini semakin "sibuk" untuk apa yang Anda inginkan.
Penggunaan MOSFET yang membatasi arus yang dilindungi
Penggunaan MOSFET yang dilindungi saat ini telah disarankan seperti ON Semiconductor NCV8401 driver sisi rendah yang dilindungi dengan arus dan batas suhu
Forte NCV8401 adalah untuk dimatikan jika arus gangguan tinggi dipertahankan dan untuk membatasi arus maksimum yang dapat mengalir ketika gangguan berkembang. Perangkat seperti ini melakukan ini dengan baik, tetapi mereka tidak dimaksudkan untuk memungkinkan arus pembatas dipertahankan untuk waktu yang lama. Saya telah menguji coba perangkat penghubung seperti ini langsung di aki mobil dan menyalakannya. Tidak masalah - mereka hanya akan membatasi dan akan kembali ke operasi normal ketika kondisi kelebihan dihapus.
Ini adalah perangkat yang luar biasa, dan sangat berguna sebagai gantinya, tetapi tidak akan memenuhi tujuan yang dinyatakan sebelumnya yaitu mempertahankan arus 20 Amp yang stabil ke dalam beban pada kondisi mis. KECUALI jika Anda memanaskannya untuk mengambil arus gangguan penuh - yang membutuhkan disipasi daya hingga 12V x 20A = 240 Watt pada driver, kasus terburuk. The NCV8401 memiliki persimpangan untuk kasus resistensi termal 1,6 C / Watt dan suhu persimpangan maksimum 150 C. Bahkan pada heatsink yang sempurna (0 C / W) pada suhu 25C yang memungkinkan Anda maksimum (150-25) / 1,6 = 78 Watt. Dalam praktiknya sekitar 40 Watt akan sangat bagus bahkan dengan sistem heatsink yang sangat mumpuni.
Jika spesifikasinya sudah berubah itu baik-baik saja, tetapi jika Anda ingin sumber 20A terbatas terus menerus (sampai berhenti atau meledak) maka hanya ada dua cara. Antara
(1) Terima pemborosan total 12V x 20A = 240W dengan pengemudi menghilangkan beban yang tidak diambil atau
(2) Gunakan konversi energi mode-beralih sehingga pengemudi memberikan 20A pada tegangan apa pun yang diperlukan untuk beban. Pengemudi hanya berurusan dengan energi dari konversi yang tidak efisien. Misalnya, jika bebannya 0,2 Ohm, maka pada 20A, Vload = I x R = 20A x 0,2 = 4 Volt. Daya muatnya adalah I ^ 2 x R = 400 x 0,2 = 80 Watt, OR = V x I = 4V x 20 A = 80 Watt (lagi, tentu saja).
Dalam hal ini, jika 4V bersumber dari konverter mode sakelar yang z% efisien (0 <= Z <= 100). Dalam contoh di atas di mana Pload = 80 Watt maka, jika konverternya adalah Z = 70 (%) maka hanya konverter mode pengalih yang menghilang (100-Z) / 100 x beban P = 0,3 x 80W = 24 Watt. Ini masih substansial tetapi jauh lebih kecil dari 240-80 = 160 Watt yang akan hilang dengan pembatas linier. Jadi ...
Switching regulator limiter saat ini
Ini dimaksudkan sebagai contoh lain selain sebagai solusi akhir. Itu bisa ditekan ke dalam layanan tetapi melakukan desain dasar berdasarkan prinsip ini akan lebih baik.
Sebuah sirkuit yang akan melakukan hampir persis apa yang Anda inginkan dapat dibangun menggunakan misalnya MC34063 di sirkuit gambar 11a atau 11b di sini lembar data MC34063
Mungkin akan mudah menggunakan paket pembanding (mis. LM393, LM339 dll.) Untuk mengimplementasikan sesuatu yang serupa seperti Anda dapat melakukan pengindraan arus beban yang sebenarnya daripada siklus dengan pengindraan siklus yang dilakukan di sini, tetapi ini akan berhasil.
Sirkuit MC34063 yang direferensikan dapat dimodifikasi untuk menggunakan N Channel atau P Channel MOSFET eksternal jika diinginkan (yang mungkin akan saya gunakan). FET memang punya kebiasaan gagal hubungan pendek. Mendesain untuk memilikinya jarang jika pernah gagal membuat ini kurang bermasalah :-).
Di sini tegangan keluaran dapat diatur ke "tinggi" seperti apa yang kita kejar adalah konversi energi dan pembatasan arus. misalnya jika bebannya 0.4R dan tegangan target nosional adalah 12V, maka pembatas arus akan membatasi apa yang sebenarnya terjadi. Sebagai pengganti atau juga siklus oleh pembatas siklus, Anda dapat menambahkan indera arus beban sisi rendah dan menggunakannya untuk membatasi tegangan drive sehingga arus beban target disediakan.
Limiter linear melangkah resistor
Metode termudah adalah menyediakan bank resistor yang diaktifkan yang dapat diubah biner untuk membatasi arus beban hingga 20A. Penghitung menghitung nilai resistor naik jika arus terlalu tinggi dan turun jika terlalu rendah. Disipasi daya adalah 240W pada 20A selalu ketika beban kurang dari 0,6R TAPI resistor bekerja dan transistor bipolar atau FET yang digunakan sebagai sakelar beban dapat menjadi dingin. Tidak terlalu sulit untuk dilakukan tetapi pendekatan yang "sangat kasar" :-).