Kundenspezifischer 25-A-Netzeinschaltstrombegrenzer Designüberprüfung

Ich habe eine Einschaltstrombegrenzungsschaltung entworfen und würde eine Überprüfung durch Experten mit mehr Erfahrung mit dieser Art von Dingen begrüßen. Die Last beträgt etwa 50 x 19 VDC @ 3,5 A lineare Netzteile, die parallel geschaltet sind, mit einer Dauerlast von bis zu etwa 20 A @ 230 VAC.

Es gibt ein paar spezifische Anforderungen, die mein eigenes Design eher motivierten als eine Standardversion:

• Ich brauche 25 A bei 230 VAC, und die meisten kommerziellen Varianten scheinen 16 A (zu niedrig) oder 30 A (zu hoch) zu sein.
• Ein 25-A-Einschaltstrombegrenzer, den ich gefunden und getestet habe, begrenzte nicht wirklich auf 25 Apk, sondern mehr (über 35 A, wo meine Sicherung auslöst).
• Der Ort, an den dies gehen wird, hat beträchtliche mechanische Einschränkungen; Die meisten kommerziellen Pakete passen einfach nicht.

Hier ist mein Schema:

Wie es bei Einschaltstrombegrenzungsschaltungen üblich ist, schließe ich die NTCs mit einem Relais nach einer kurzen Verzögerung (ca auf Toleranz).

Es gibt auch einen thermischen Auslöseschalter, so dass, wenn die NTCs zu heiß werden, der Strom auslöst und ausgeschaltet bleibt, bis die Stromversorgung aus- und wieder eingeschaltet wird (damit die Schaltung nicht zwischen Ein und Aus wechselt, wenn die NTCs heiß und kalt werden). Dies ist meine eigene Erfindung (soweit ich weiß), aber ich habe es noch nie getestet. Ich habe es in SPICE simuliert und es scheint zu funktionieren.

Die beabsichtigte Reihenfolge, wenn der Stromkreis zum ersten Mal mit Strom versorgt wird, ist wie folgt:

1. Im stromlosen Zustand sind die Relais zunächst geöffnet.
2. Wenn der Netzstrom anfänglich bereitgestellt wird, senkt der Transformator ihn auf ein handhabbares Niveau (20 VACpp). Die Kondensatoren und der LM317-Regler wandeln diesen Wechselstrom in 12 VDC um.
3. Anfänglich sind die nicht invertierenden Eingänge zu N2A, N2B und N2C aufgrund der Kondensatoren C8 und C9 auf 0 V (Strom über R7, dann hatte R9/R11 noch keine Zeit, C8 und C9 aufzuladen). Dies bedeutet, dass diese Komparatoren ihren Ausgang gegen Masse kurzschließen (es handelt sich um einen Ausgang mit offenem Kollektor), sodass die Gate-Source-Spannung an T1 und T2 0 V beträgt und die Relais ausgeschaltet bleiben.
4. Der invertierende Eingang zu N2D liegt anfänglich bei etwa 2,4 VDC. Der nichtinvertierende Eingang hat 4,2 VDC. Der LM339 befindet sich daher zunächst im High-Z-Ausgangsmodus, sodass der Pull-up über R7/R8 den Ausgang auf 4,2 VDC setzt. Nach 0,1 Sekunden überschreitet der nicht invertierende Eingang von N2B den invertierenden 3-VDC-Eingang und wechselt in den High-Z-Ausgangsmodus, wodurch sich 12 V an der Gate-Source von T1 entwickeln und das linke Relais einschalten kann. Dadurch kann Strom über die NTCs R14 und R15 zur Last fließen.
5. Nach 0,6 Sekunden gehen auch N2A und N2C in den High-Z-Modus, schalten das rechte Relais ein und schließen die NTCs kurz.
6. Die Schaltung arbeitet im stationären Zustand, bis der Temperatursensor über etwa 150°C misst. An diesem Punkt übersteigt der invertierende Eingang den nicht invertierenden Eingang und der Ausgang von N2D wird mit Masse kurzgeschlossen, was wiederum das linke Relais nach etwa 0,1 Sekunden ausschaltet und die Last entfernt. Da der kurzgeschlossene Ausgang auch mit dem nicht invertierenden Eingang verbunden ist, übersteigt die Spannung des invertierenden Eingangs immer die nicht invertierende, sodass die Schaltung ausgeschaltet bleibt, bis die Stromversorgung aus- und wieder eingeschaltet wird.

Einige Notizen:

• Ich habe mich für eine linear geregelte Versorgung über den Schaltmodus entschieden, um die Einfachheit und maximale Langlebigkeit zu gewährleisten.
• Die Überspannungsschutzdioden parallel zu den Relais (zusätzlich zu den normalen Dioden zur Unterdrückung der induzierten Gegen-EMK) dienen dazu, die Zeit zu verkürzen, in der die Relaiskontakte beim Schließen und Öffnen einen Lichtbogen bilden, um die Lebensdauer der Kontakte zu verlängern. Diese Idee habe ich aus dem neuen Buch Art of Electronics x-chapters entnommen. Dies ist ein Kompromiss zwischen der für die Lichtbogenbildung aufgewendeten Zeit und der maximal induzierten Gegen-EMK.
• Hier sind viele Timings zu beachten: wie schnell die 12-VDC-Schiene im Vergleich zu den Komparatoreingängen hochkommt usw. Ich brauche nur drei dieser Schaltungen für meine Anwendung und kann Anpassungen an Kondensatorwerten usw. vornehmen, um es zu versuchen damit es zuverlässig funktioniert.

Ich kann das Netzteil-Datenblatt nicht teilen, da es vertraulich ist, aber es enthält die folgenden Informationen:

• Max. Eingangsstrom bei 230 VAC: 0,65 A
• Worst-Case-Einschaltstrom: ≤ 0,25 A²s ( ∫ i² dt ) / ≤ 12 A

Ich kann ein Netzteil öffnen, um die Eingangsstufe zu betrachten, aber ich vermute, dass es sich um eine Sicherung, einen Ringkerntransformator, dann Glättungskondensatoren und eine Regelung handelt (etwas ähnlich zu dem, was ich in meinem Design habe). Ich gehe davon aus, dass der Transformator den großen Einschaltstrom beim Einschalten verursacht, da er zu diesem Zeitpunkt kein Magnetfeld hat und daher zunächst wie ein niederohmiger Widerstand wirkt. Leider gibt das Datenblatt die Eingangskapazität / -induktivität nicht direkt an, aber vielleicht kann dies aus den obigen Werten ermittelt werden?

Stellt jemand irgendwelche Probleme fest? Glauben die Leute, dass meine thermische Verriegelung, Timings usw. funktionieren werden?