Un problème avec la limitation de courant utilisant un pilote linéaire, tel que celui-ci, est que le pilote dissipera de l'énergie proportionnelle à la tension qui le traversera. Si la charge baisse la majeure partie de la tension, le pilote peut être construit pour survivre. Mais si la charge ne chute que de quelques volts à 20 ampères, le pilote dissipera une grande quantité d'énergie.
À 20 ampères et 12 volts, le circuit dissipera la puissance = V x I = 12 x 20 = 240 watts. C'est un montant substantiel.
Si vous chargez des baisses de 10 V à 20 A, le pilote doit supprimer les 2 Volts restants. La dissipation de charge est donc de 10 V x 20 A = 200 watts et la dissipation du pilote est de 2 V x 20 A = 40 watts. 40 watts dans un Darlington ont besoin d'un dissipateur thermique assez important pour ne pas devenir trop chaud. Si vous l'éteignez rapidement et si seulement un ou deux d'entre eux sont dans ce mode, vous pourrez peut-être "vous en tirer". Mais si un certain nombre de charges restent au courant limite pendant un certain temps "il y aura des problèmes".
Une solution consiste à avoir un contrôleur qui s'éteint complètement lorsque je dépasse 10 ampères, attend un moment et essaie à nouveau. Le problème, c'est que jusqu'à 20 A, tout va bien, mais si la charge essaie de prendre plus de 20 A, elle est limitée à des rafales de 20 A = beaucoup moins que la moyenne de 20 A.
Une solution consiste à "PWM" l'interrupteur lorsqu'il est en limitation de courant - l'interrupteur est allumé ou éteint uniquement - et régler le rapport o / off de sorte que la moyenne = 20A. Le circuit pour ce faire peut être moins cher et plus simple qu'il n'y paraît. Un ampli op ou par circuit et quelques composants passifs. Ou un package de porte CMOS Schmitt et certains jeux.
La meilleure façon est d'utiliser un pilote de mode de commutation qui limite à 20 A et ne coupe l'énergie disponible qu'en cas de besoin. Ceux-ci peuvent également être de simples 92 transistors sous une forme minimaliste) mais nécessitent une inductance ennuyeuse par circuit.
Comme indiqué, le résultat sera TRÈS inexact car le gain de courant de la paire de transistors Darlington sera très imprécis. À moins que vous ne sélectionniez le test (par exemple, ajustez la résistance de base avec un potentiomètre), ce sera très imprécis et toujours pas bon à long terme. Je peux vous donner des circuits bon marché pour un pilote limiteur de courant. mais voyons d'abord où va la question.
Oui, vous avez besoin d'une diode à travers la charge si elle est inductive, de polarité telle qu'elle ne conduit généralement pas.
Dissipation dans le contrôleur, et pourquoi:
Le flux de courant de 12 V à travers la charge et le contrôleur vers la terre est
R est la somme de toutes les résistances dans un chemin série donné.
Pour 20A à 12V
- R = V / I = 12/20 = 0,6 ohms.
Si vous limitez le courant à 20 A, vous créez un R à variation électronique qui ajuste automatiquement le R total dans le circuit à 0,6 ohms SI la charge est inférieure à 0,6.
Si la charge est supérieure à 0,6 ohms, le contrôleur reste dur car le courant est inférieur à 20 A.
Dans votre exemple avec un allumeur 0,1R, le contrôleur doit ajouter 0,6-0,1 = 0,5 ohms.
Puissance dans l'allumeur = I ^ 2 x R = 20 ^ 2 x 0,1 = 40 Watts.
Puissance dissipée dans le contrôleur = 20 ^ 2 x 0,5 = 200 watts.
Le contrôleur devient chaud ":-).
Limitation de courant PWM:
PWM = la modulation de largeur d'impulsion transforme complètement la charge sur fos disons X% si le temps et éteint pendant 100-X% du temps
Si vous allumez et éteignez complètement la charge avec un rapport cyclique de 1: 5, le courant moyen sera de 20 A.
I on = 12 / 0,1 = 120 A!
I off = 0
(1 x 120 A + 5 x 0 A) / 6 = 20 Moyenne
La batterie doit être capable de délivrer les pics de 120A.
L'ajout d'une inductance en série avec la charge et d'une "diode de capture" transforme le circuit en un "convertisseur abaisseur", par exemple comme ceci
Si l'interrupteur est sur un Nième du temps, la tension de sortie sera 1 / Nième de Vin.
L'approche normale consiste à surveiller Iout et à régler la période de marche pour limiter le courant maximum comme souhaité.
Voici un exemple qui fait exactement cela.
Ce n'est pas tout à fait ce que vous voulez mais montre le principe. Il s'agit d'un circuit de commande de relais fourni par Richard Prosser commenté par moi. La substitution d'une inductance appropriée pour L1 et le placement de la charge juste en dessous de L1 fournissent une alimentation limitée en courant. Cela devient un peu "occupé" pour ce que vous voulez.
Utilisation d'un MOSFET limiteur de courant protégé
L'utilisation d'un MOSFET protégé par courant a été suggérée, comme le conducteur bas côté protégé par ON Semiconductor NCV8401 avec limite de courant et de température
Le point fort du NCV8401 est de s'arrêter si un courant de défaut élevé est maintenu et de limiter le courant maximum qui peut circuler lorsqu'un défaut se développe. Des appareils comme celui-ci le font bien, mais ils ne sont pas destinés à permettre au courant de limitation d'être maintenu pendant de longues périodes. J'ai testé un appareil comme celui-ci directement sur une batterie de voiture et je l'ai allumé. Aucun problème - ils entrent simplement dans la limitation et reviendront à un fonctionnement normal lorsque la condition de surcharge est supprimée.
Ce sont des appareils merveilleux et extrêmement utiles à leur place, mais ils ne répondront pas à l'objectif déclaré à l'origine de maintenir un courant constant de 20 A dans la charge, par exemple en cas de défaut, SAUF si vous les dissipez pour prendre le courant de défaut complet - ce qui nécessite une dissipation de puissance allant jusqu'à 12V x 20A = 240 Watt dans le pilote, le pire des cas. Le NCV8401 a une résistance thermique de jonction à boîtier de 1,6 C / Watt et une température de jonction maximale de 150 C. Même sur un dissipateur thermique parfait (0 C / W) à 25C ambiant qui vous permettrait un maximum de (150-25) / 1,6 = 78 watts. En pratique, environ 40 watts serait très très bon même avec un système de dissipation thermique extrêmement performant.
Si la spécification a été modifiée, c'est bien, mais si vous voulez alimenter un 20A limité en continu (jusqu'à ce qu'il s'arrête ou qu'il souffle), il n'y a que deux façons. Soit
(1) Acceptez la dissipation totale de 12V x 20A = 240W avec le conducteur dissipant ce que la charge ne prend pas ou
(2) Utilisez la conversion d'énergie à découpage pour que le pilote fournisse 20 A à la tension requise à la charge. Le pilote ne traite que l'énergie provenant d'une conversion inefficace. Par exemple, si la charge est de 0,2 Ohms, alors à 20 A, Vload = I x R = 20A x 0,2 = 4 Volt. La puissance de charge est soit I ^ 2 x R = 400 x 0,2 = 80 Watt, OU = V x I = 4V x 20 A = 80 Watt (encore une fois, bien sûr).
Dans ce cas, si le 4V provient d'un convertisseur à découpage qui est efficace à z% (0 <= Z <= 100). Dans l'exemple ci-dessus où Pload = 80 Watt, alors, si le convertisseur est dit Z = 70 (%), alors le convertisseur à découpage se dissipe uniquement (100-Z) / 100 x P charge = 0,3 x 80W = 24 Watts. C'est encore substantiel mais bien inférieur aux 240-80 = 160 Watts qui seraient dissipés avec un limiteur linéaire. Donc ...
Limiteur de courant du régulateur de commutation
Il s'agit d'un autre exemple que d'une solution finale. Il pourrait être mis en service, mais une conception à la base basée sur ce principe serait préférable.
Un circuit qui fera presque exactement ce que vous voulez peut être construit en utilisant par exemple un MC34063 dans le circuit de la figure 11a ou 11b ici Fiche technique MC34063
Il serait probablement aussi facile d'utiliser un ensemble de comparateurs (par exemple LM393, LM339, etc.) pour implémenter quelque chose de similaire que vous pouvez faire la détection du courant de charge réel plutôt que la détection cycle par cycle effectuée ici, mais cela fonctionnera.
Les circuits référencés MC34063 pourraient être modifiés pour utiliser un MOSFET externe de canal N ou de canal P si vous le souhaitez (ce que j'utiliserais probablement). Les FET ont en effet l'habitude d'échouer en court-circuit. Concevoir pour les faire échouer rarement, voire jamais, rend cela moins problématique :-).
Ici, la tension de sortie peut être réglée sur "élevée" car ce que nous recherchons est la conversion d'énergie et la limitation de courant. Par exemple, si la charge est de 0,4 R et que la tension cible théorique est de 12 V, le limiteur de courant limitera ce qui se passe réellement. Au lieu de ou aussi bien que le limiteur cycle par cycle, vous pouvez ajouter une détection de courant de charge côté faible et l'utiliser pour limiter la tension du variateur afin que le courant de charge cible soit fourni.
Limiteur linéaire à résistance étagée
La méthode la plus simple peut être de fournir une batterie de résistances commutées qui peuvent être commutées en binaire pour limiter le courant de charge à 20A. Un compteur compte la valeur de la résistance vers le haut si le courant est trop élevé et vers le bas si elle est trop faible. La dissipation de puissance est de 240W à 20A toujours lorsque la charge est inférieure à 0,6R MAIS les résistances font le travail et les transistors bipolaires ou FET utilisés comme interrupteurs de charge peuvent fonctionner froid. Pas trop difficile à faire mais une approche "grossièrement agaçante" :-).
