Kurzschlussschutz für Hochstrom-Wearable: Sicherung, Polyswitch, TBU, Leistungsschalter, etwas anderes?

EDIT1: Unten finden Sie weitere Informationen zu Ihrer Implementierung und eine aktuelle Reise, die Sie in den Akkupack stecken oder fest daran befestigen können, um Brände oder Explosionen zu vermeiden. Ich habe erst jetzt gesehen, dass Sie Links bereitgestellt haben.

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200 W LED ... Sie werden heller sein als die Scheiterhaufen. Wie auch immer, seien Sie vorsichtig und genießen Sie es. (Oh, und oft gemachter Fehler: Stellen Sie sicher, dass an jeder Komponente in einer Ummantelung ein Stück hochflexibler Draht angeschlossen ist. Normale einadrige Testkabel brechen ab. Kopfhörerkabel sind möglicherweise erhältlich, ich liebe das Zeug.)

Was Sie tun sollten, ist, die Batterien mit einer Zellenverwaltungsplatine oder einem Chip zu schützen. Viele High-End-Akkupacks, die auf ein bestimmtes Auto/Flugzeug/Helikopter ausgerichtet sind, haben sie tatsächlich bereits im Inneren, weil es immer und überall ziemlich wichtig ist.

Billige eBay/Alibaba-Pakete haben sie nicht, oft sogar, wenn es behauptet wird.

Fügen Sie dann eine beliebige Art von hart schaltendem Schutz mit dem 1,5-fachen Grenzwert der Schutzeinheit hinzu.

Ein solches System misst:

1. Der Strom, der beim Laden ankommt
2. Der Strom geht beim Entladen aus
3. Die Zellenspannung jeder Batterie

Und manchmal, oder vielleicht sogar oft, balancieren sie die Zellen am Ende des Ladevorgangs auch aus.

Mit einem Mosfet, einem niederohmigen Widerstand und einem Rail-to-Rail-Operationsverstärker können Sie Ihren eigenen elektronischen Stromauslöser erstellen. Oder ein Dual-Operationsverstärker, wenn die Berechnungen etwas einfacher sein müssen. Stellen Sie einfach sicher, dass Sie ein Balance-Ladegerät verwenden, wenn Sie es so oft wie möglich verwenden möchten. Leider muss ich jetzt laufen, sonst hätte ich vielleicht den vollständigen Schaltplan als Bonus hinzugefügt.

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EDIT1, Inhalt: Zuerst etwas Geschwätz über Batterien und DC-DC-Wandler (springen Sie zur nächsten Überschrift, wenn es Sie langweilt, aber es kann sich als wertvoll erweisen).

Um einige Dinge ins rechte Licht zu rücken, muss man sich darüber im Klaren sein, dass der Akkupack nur 4,8 Ah hat und dass der Energiegehalt oft, wenn nicht immer, bei einem relativ niedrigen Entladestrom gemessen wird, in diesem Fall vielleicht etwa 2,4 A. Zieht man das Zehnfache ab, sinkt die nutzbare Kapazität merklich.

Aber lassen Sie uns optimistisch sein und sagen, dass Sie eine Stromaufnahme von 20 A erhalten und eine nutzbare Kapazität von 4,5 Ah beibehalten werden. Dies bedeutet, dass dies nur 4,5 Ah / 20 A = 0,225 Stunden = 13,5 Minuten dauert. Ich kann nicht sagen, ob Sie damit zufrieden sein werden, aber ich wollte nur sichergehen, dass Sie die Zahlen gesehen haben. Und denken Sie daran, dass 4,5 Ah wahrscheinlich ziemlich optimistisch sein werden.

Über den DC-DC-Wandler war ich absolut nicht in der Lage, tatsächliche grafische oder mangels tabellarischer Daten über die Anforderungen oder Spezifikationen des Eingangs- bis Ausgangsbereichs zu erhalten, daher gehe ich von der angegebenen "Mindesteffizienz" aus, obwohl ich keine Informationen darüber habe, ob dies der Fall ist mit 0,2 V zwischen Eingang und Ausgang oder mindestens 2 V, im letzteren Fall, kann der Wandler schlechter arbeiten, wenn die Batterie leer wird.

Daher werde ich die Kurve einer durchschnittlichen Lithium-Polymer-Batterie sehr grob auf eine durchschnittliche Spannung von 7,1 V über die Batterielebensdauer verallgemeinern, um die Berechnungen zu vereinfachen. Zur Info: Eine Zelle geht von 2,5 V auf 4,25 V über ihren Ladezyklus und rückwärts über die Entladung, die genauen Kurven und Dichten hängen wieder vom Gesamtstrom ab, so dass dies schnell zu einem komplexen Satz von Differentialen wird, und da es nur ein "für Ihre info", verallgemeinere ich es auf "sagen wir durchschnittlich 7,1 V bei konstantem Strom".

Wenn der DC-DC bei 5 V 20 A ausgibt, entspricht dies einer Ausgangsleistung von 100 W. Diese 100 W bei der niedrigsten spezifizierten Effizienz sind 82 % der Eingangsleistung. Die Eingangsleistung muss also sein: 100 W * (100/82) = 122 W. Seien Sie sich bewusst, das bedeutet, dass 22 W im Konverter stecken = Hawtness! Halten Sie es außerhalb des Outfits und angemessen belüftet. 122W bedeutet: 122W/7,1V = 17,2A. Mit 4,5 Ah (leicht reduziert, wie oben) sind das 4,5 Ah/17,2 A = 0,262 Stunden = 15,72 Minuten = 15 Minuten und 43,2 Sekunden.

Als Hinweis: Sie können den Wirkungsgrad an mehreren Stellen verbessern, indem Sie eine 3S-Zelle mit 11,1 V verwenden, um dem Akkupack eine geringere Stromaufnahme und dem DC-DC-Wandler mehr Raum für einen effizienten Betrieb zu geben. (Oder ein anderer DC / DC mit einem 22,2-V-Paket, das die Stromaufnahme im Paket wirklich entlastet, aber vermutlich sind diese nicht so erschwinglich, wenn Sie nicht 200 auf einmal kaufen).

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Nun, einige aktuelle Trippy-Berechnungen! Yay!

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Wer jetzt auf Nummer sicher gehen will, nimmt pro Akkupack 25A Auslösestrom. Dies kann sie bereits aufwärmen, selbst wenn sie 140 A aushalten können, bereiten Sie sich also darauf vor, leichte Beschwerden zu lösen. In der Tat, wenn Sie es richtig machen, rechnen Sie mit dem Schlimmsten: Ausfall des Schutzes und Explosion und tragen Sie die Batterien außen mit zwei oder drei Lagen festem Jeansstoff zwischen sich und möglicherweise einer dünnen Lage weicherem Stoff zwischen zwei Schichten, um den Druck zu verteilen. Nur eine Vorsichtsmaßnahme, kann nicht schaden, oder?

Ich werde die Berechnungen nach dem Schaltplan mit 25A durchgehen. Wenn Sie 40 A oder mehr wollen, können Sie auf eigenes Risiko diesen Strom durch 25 A ersetzen und die Berechnungen und Suchen durchgehen, um Ihre neuen Komponenten zu finden. (Oder wenn Sie jemals eine 4-A-Fahrt mit einer Batterie benötigen, ist dies auch mit denselben Anweisungen möglich).

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Jetzt, als ob das nicht langatmig genug wäre, gibt es noch mehr!

OP-AMPS:

Erstens: Den richtigen Operationsverstärker finden. Das ist ein bisschen schwierig, denn entweder enthält der Lieferant keinen interessanten Parameter, wie z. B. eine Kostenangabe (was Sie zwingt, zwischen einer Lieferantenseite hin und her zu wechseln), oder keine umfassende Suche, was Sie dazu zwingt, in kleine Subs einzutauchen -katheterien. Ich habe mich etwas willkürlich für Texas Instruments entschieden. Mit der Strategie "Klicken Sie auf die größte Zahl, bis Sie zur Suche nach Parametern gelangen". Wie gesagt, diese Leute müssen noch etwas über die Suche lernen.

Also kam ich hier raus: TI OpAmp vorkonfiguriert Parametric

Ich habe eingegeben:

• Gesamtversorgungsspannung min. <= 4,5 V (sehr schwache Batterie)
• Maximale Gesamtversorgungsspannung >= 10 V (Spitzenladestöße, einige Volt über Vmax der Batterie zulassen
• GBW(MHz) >= 0,152 (Gain BandWidth ist, um es etwas zu vereinfachen, der Punkt, an dem der Verstärker aufhört zu verstärken, 152 kHz erlaubt immer noch eine Reaktion weit unter 1 ms, 1 ms sollte in Ordnung sein, also brauchen wir keine GBW von vielen MHz.
• Iq(proKanal) <= 0,45mA (Dies ist der Versorgungsstrom pro Ampere. 1/10000 der Batteriekapazität wird wahrscheinlich deutlich unter der Selbstentladung der Batterie liegen, daher sollte dieser Maximalwert in Ordnung sein.
• Vos <= 3 mV (Dies ist ziemlich konservativ/restriktiv, aber es liefert viele Ergebnisse. Je niedriger dies ist, desto besser, aber 3 mV sind bereits anständig genug. Vos ist, um es noch einmal zu vereinfachen, die Spannung, unter der der Verstärker möglicherweise nicht "bemerkt". die Eingangsspannungsdifferenz. Ich habe ein Auslöseziel von 125 mV gewählt, also wären 3 mV 2 %. Weitere Informationen finden Sie in der Widerstandsauswahl.)

Ich sortierte es dann nach Stückkosten (niedrigste zuerst) und scrollte nach unten, bis ich ein zweikanaliges Rail-to-Rail-Modell fand. Rail to Rail bedeutet, dass die Ausgänge und/oder die Eingänge bis zur Versorgungsspannung gehen können. Normale Operationsverstärker erlauben es Ihnen nicht immer, bis zu einer der beiden Versorgungsspannungen mit zuverlässiger Ausgangsreaktion zu gehen. Rail-to-Rail spart viel beim Testen, Ausprobieren und Lesen, bei nur 1 $ maximalen Zusatzkosten. Ich sage: Lohnt sich für diese Anwendung! Zumal Sie so stark wie möglich auf das Gate des Mosfets drücken möchten (mehr dazu weiter unten).

Also kam ich zu TLC2262 mit 1 mV Offset, niedrigem Eingangsruhestrom, anständiger Verstärkungsbandbreite usw. Und das Datenblatt (überprüfen Sie dies immer!) Sagt eindeutig, dass die "Gleichtakt-Eingangsspannung" die negative Schiene enthält. Das bedeutet, dass der Operationsverstärker es uns ermöglicht, die sehr sehr niedrigen Spannungen über dem Widerstand zu messen.

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WIDERSTAND R1:

Als nächstes kommt der Messwiderstand R1. Ich entschied mich für eine obere Auslösespannung von 125 mV. Je tiefer Sie gehen, desto weniger Energie verschwenden Sie. Aber wenn Sie zu niedrig gehen, erhalten Sie verrückte Widerstandswerte. Ich denke, möglicherweise sind 5 mOhm für ein DIY-Design bereits sehr niedrig, aber es gibt wahrscheinlich einige mit zuverlässigen Verbindungen. Was Sie brauchen, ist ein Widerstand mit einer Möglichkeit, den Strompfad mit zwei Hauptstiften zu verbinden, und verbinden Sie Ihre Messung an zwei Punkten genau dort, wo der Widerstand beginnt. Denn die Drähte des Widerstands verfälschen schnell Ihre Messung. Stellen Sie sich einen Leistungswiderstand wie diesen vor:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Wenn Sie an den Enden der Drähte messen, messen Sie über 9 mOhm, wo Sie 5 mOhm erwarten, das ist fast das Doppelte! Sie schließen also den Operationsverstärker so nah wie möglich an den eigentlichen Widerstand an, mit so wenig stromführendem Kabel dazwischen.

Jetzt haben wir 5mOhm gewählt. Bei 25 A Spitzenstrom können wir die Verlustleistung des Widerstands wie folgt berechnen: P = I^2 * R = 25 A * 25 A * 0,005 Ohm = 3,125 W. Der Schaltplan zeigt sicherheitshalber 5W.

Ich gehe bei den nächsten Berechnungen davon aus, dass Sie zuverlässige Verbindungen erhalten können. Wenn nicht, könnten Sie mit einer Hochstrom-Laborversorgung (z. B. 10 A) und einem anständigen Multimeter testen, um zu sehen, wie hoch die Spannung pro 25 A wäre (2,5-mal so hoch wie bei 10 A).

Mit R = 0,005 Ohm (5 mOhm) können wir den Spannungsabfall also wie folgt berechnen: V = I * R = 25 A * 0,005 Ohm = 0,125 V = 125 mV. Wir werden dies später V(r1) nennen.

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DIODE

Dann müssen wir uns D1 ansehen. Wenn wir die Spannung über D1 auf etwa 0,5 V schätzen, können wir den Strom durch sie berechnen, indem wir unsere geschätzte durchschnittliche Batteriespannung von 7,1 V und den Widerstand R4 von 120 kOhm verwenden: V(r4) = Vbat - Vdiode = 7,1 - 0,5 = 6,6 V. Idiode = I(r4) = 6,6 V / 120 kOhm = 55 uA. (ist schön und niedrig). Um die Berechnungen nun richtig abzuschließen, müssen wir uns das 1N4148-Datenblatt ansehen. Der 1N4148 von Vishay ist günstig, leicht zu bekommen und für diesen Zweck sehr gut geeignet, also schauen wir uns an: 1N4148

Auf Seite 2, in Abbildung 2, können wir sehen, wie hoch die Durchlassspannung (Vdiode) für einen Durchlassstrom ist. Leider reicht der Graph nur bis 100 uA, aber da die Diode im unteren Bereich schön und gleichmäßig reagiert und sich einer bestimmten Asymptote bei 0,00001 uA nähert, können wir etwa Vf (Diode) = 0,45 V bei 55 uA extrapolieren. Anscheinend waren wir um etwa 50 mV daneben. Wir können weiter iterieren, aber der Widerstand ist ziemlich groß, ebenso wie die Spannung darüber, also sind wir sozusagen "nah genug" für ein Auslösefenster von 24 A bis 27 A. In Abbildung 1 können wir sehen, dass die Vf (Diode) mit höherer Temperatur abnimmt. Wenn die Batterien also warm werden, schaltet sich die Stromüberwachung früher aus, was nach einer guten Funktion klingt.

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OP-AMP Funktion und math

Jetzt wird Op-Amp OA1-B (2. Teil des TLC dual Op-Amp) als Komperator verwendet. Es gibt keine Rückkopplung vom Ausgang zu den Eingängen. Das bedeutet, wenn der negative (-) Eingang über den positiven (+) Eingang gelangt, schwingt der Verstärker seinen Ausgang nach unten. Wenn + höher ist, schwingt der Verstärker hoch. Wenn also die von OA1-A kommende Spannung geringfügig höher ist (verbunden mit dem - Eingang) als die Diodenspannung von 0,45 V (verbunden mit dem + Eingang), schaltet der Operationsverstärker den MOSFET aus.

Ignorieren Sie vorerst R8, R9, LED1 und Q1, sie haben im Moment überhaupt keine ausreichend signifikante Wirkung.

Hier kommt einige magische OpAmp-Mathematik für OA1-A. Ein OpAmp versucht in seiner einfachsten Definition (von der wir in diesem speziellen Fall von OA1-A vernünftigerweise annehmen dürfen), durch Anpassen, dass sein negativer (-) Eingang die gleiche Spannung wie sein positiver (+) Eingang erhält die Ausgabe.

Wenn also die Stromauslösung aktiviert wird, beträgt die Widerstandsspannung V(r1) 125 mV, wie wir vor der Verwendung des Widerstandswerts und des Auslösestroms berechnet haben. Unter der Annahme dieses Punktes ist der OpAmp + -Eingang 125 mV höher als der Minuspol der Batterie. Jetzt versucht der OpAmp, V- auf die gleiche Spannung zu bringen. Unter der Annahme, dass dies erreicht wird, beträgt die Spannung an R2 ebenfalls 125 mV. Jetzt kann ein OpAmp keinen nennenswerten Strom aus oder in seine Eingänge leiten, daher muss der Strom vom Ausgang des OpAmp durch den Rückkopplungswiderstand R3 kommen. Der Strom durch R2 und R3 ist also (ungefähr) gleich.

R2 und R3 (als Fortsetzung von OP-Amp Math)

Strom durch R2 und R3:

I(r3) = I(r2) = V(r2) / R2 = V(r1) / R2 = 125 mV / 7,5 kOhm = 16,7 uA. (V(r2) kann durch V(r1) ersetzt werden, da der Operationsverstärker den Wunsch hat, seinen - und + Eingang auf die gleiche Spannung zu bringen).

Jetzt wollen wir, dass der Ausgang am genauen Auslösepunkt gleich der Diodenspannung wird, so dass ein kleines bisschen darüber den MOSFET ausschaltet. Die Spannung an R3 muss also sein:

V(r3) = Vf(Diode) - V(r2) = Vf(Diode) - V(r1) = 0,45 V - 0,125 V = 0,325 V (wieder die Substitution aufgrund des Rückkopplungsverhaltens des Operationsverstärkers).

Was ergibt: R3 = V(r3) / I(r3) = 0,325 V / 16,7 uA = 19,5 kOhm.

Das Verhältnis zwischen R3 und R2 ist also R3/R2 = 2,6

Im obigen Schema können wir also die angegebenen Werte durch beliebige Standard-/auffindbare Werte ersetzen, die um den Faktor 2,6 voneinander entfernt sind, da dies das gleiche Gleichgewicht beibehält. Versuchen Sie jedoch, den R2 zwischen 1 kOhm und 10 kOhm zu halten, damit Sie im Bereich eines leckarmen, aber vernünftigen Signals bleiben (10 uA bis 150 uA). 1,5 kOhm und 3,9 kOhm wären eine Option, oder 2,0 kOhm und 5,2 kOhm, oder möglicherweise 10 kOhm und 26 kOhm.

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WARUM R5?

Der 220Ohm R5 ist nur eine Vorsichtsmaßnahme. Es vermeidet, dass der OpAmp schnell versucht, einen großen Strom in das Gate zu leiten, und schützt sowohl den von Ihnen verwendeten OpAmp als auch den MOSFET.

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Der MOSFET

Der MOSFET: Das ist wieder etwas knifflig. Die Entscheidung für einen Hochleistungs-MOSFET basiert auf jahrelanger Entwicklungserfahrung. Vor 10 bis 15 Jahren hätte ich vielleicht gesagt „Schauen Sie sich mal Bipolartransistoren an, die sind wahrscheinlich besser geeignet“, aber heutzutage für beständige Hochstromleitung: MOSFET!

Nun, was Sie in erster Linie wollen: Niedriger Einschaltwiderstand (R(ds)-on) bei Ihren Betriebsbedingungen. Je höher der Einschaltwiderstand, desto mehr Leistung verschwenden Sie im MOSFET. Kraft wegwerfen = nicht günstig. Also, wenn Sie 0 in Ihr Budget bekommen können, bekommen Sie 0. Natürlich ist es nicht möglich, 0 zu bekommen, und in Ihrem Budget kann die Einschränkung Sie durchaus auf 3 mOhm R(ds)On im Optimum oder 10 mOhm bis 20 mOhm R( ds)Ein mit einer maximal erreichbaren Gate-Spannung von etwa 7V. Je höher die Gate-Spannung (bis zu einer Grenze: Jedes Datenblatt gibt an, bei welcher Gate-Spannung "V (gs) Max" unterbrochen wird), desto besser. Mit einer 3S-Batterie anstelle einer 2S-Batterie erhalten Sie also auch eine bessere MOSFET-Leitung.

Als nächstes möchten Sie sicherstellen, dass es tatsächlich die Ströme leiten kann, die Sie durchlassen möchten, und dass Sie ein Paket haben, mit dem Sie sich bei Bedarf wohl fühlen. An diesem Punkt habe ich mich für International Rectifier entschieden, weil ich noch nie einen IR-MOSFET gekauft habe und traurig war, als ich anfing, ihn zu benutzen. Meiner Meinung nach liefern sie wirklich die Spezifikationen und Grafiken, die sie liefern, also ist das eine gute Qualität, wenn Sie versuchen, hohe Ströme durch etwas zu leiten.

Also bin ich hierher gegangen: International Rectifier "StrongIRFET" Tisch

Nun, IR hat verschiedene Serien, und eine andere Serie bietet Ihnen möglicherweise erschwinglichere Optionen als ich, aber ich überlasse Ihnen auch etwas Recherche (zu diesem Zeitpunkt bin ich 3 Stunden dabei) :-). Ich mochte meine Chancen mit dem Namen "StrongIRFET" und die Ergebnisse haben mich nicht enttäuscht.

Also habe ich nach R(ds)On sortiert, weil man sich für etwas entscheiden muss und das ist in diesem Fall so gut wie alles.

Dann scrollte ich nach unten, um ein nettes Paket zu finden, mit 20 Jahren Erfahrung filtern meine Augen Paketnamen fast sofort nach „This is SMD“, „This is Through Hole“ und „This is Nonsense“ (und vielen Unterkategorien). . Aber um eine kleine grobe Anleitung zu machen, wenn es "TO2**?" sagt, wo * Zahlen sind und ? entweder nicht vorhanden ist oder ein Buchstabe, ist es sehr wahrscheinlich ein Durchgangslochgehäuse mit einem schönen Schraubenloch, um es an einem Stück Metall zu befestigen, um Wärme abzuführen. Diese sind wahrscheinlich die beste Wahl für Leute, die mit MOSFETS beginnen. Klicken Sie auf eines davon, überprüfen Sie das Datenblatt, überprüfen Sie den Mouser-Preis, überprüfen Sie, ob Sie ein Glücksgleichgewicht zwischen $$$ und HAWT-HAWT-HAWT erreicht haben. Wie? Einfach! ...-ish.

Der Beispiel-MOSFET: IRFP7430 . Im Datenblatt (<-- klick ) steht auf Seite 2 etwas ganz Tolles. Zweite Tabelle (für 25 Grad C), dritte Zeile, R(ds)On ist 1,2 mOhm mit Id = 50 A und Vgs = 6 V. Das klingt erreichbar! Aber im Elektronikdesign wird man zu einem pessimistischen Leben gezwungen, also suchen wir nach Graphen. Diagramme sind unsere Freunde.

Vergleichen Sie auf Seite 4 Abb. 3 und Abb. 4. Wenn es heißer ist, leitet es die Flipcharts ab! Nun, da geht einiges vor sich, auf das ich nicht eingehen werde, aber im Grunde ist es wahrscheinlich in Ordnung, wenn wir die Grafik für 25 Grad C verwenden.

So. Wir gehen davon aus, dass unsere niedrigste Batteriespannung 5 V beträgt, sodass V(gs) nahe der 4,8-V-Marke liegt. In der Tat treibt uns der Pessimismus erneut dazu, die 4,8-V-Kurve zu verwenden (eine von der unteren). Abb. 3 zeigt uns dann, dass wir bei 20 A im schlimmsten Fall 0,25 V "fallen lassen". Das ist eine Menge! Aber denken Sie daran, dass der Akku in diesem Fall schon ziemlich leer ist, also wird es sowieso nicht lange dauern.

Berechnung der Verlustleistung: P = I * V = 20A * 0,25V = 5W. Sie benötigen also einen Kühlkörper oder ein anderes Metallstück, um einen Teil der Wärme abzuführen.

Jetzt, während des "durchschnittlichen Betriebs", wird die V(gs) mit 7,1 V wahrscheinlich nahe 6,8 V erreichen. Da 6,0 V und 7,0 V in der Grafik nicht so weit voneinander entfernt sind, schätzen wir etwa die Hälfte zwischen ihnen. Problem. Das Verhältnis zwischen Strom und Spannung liegt außerhalb unseres Bereichs unserer Obergrenze von 25 A.

Wir können aber abschätzen, dass bei logarithmischer Skalierung beider Achsen und einem leicht sublinearen Verhalten bei 25A der Spannungsabfall etwa 55mV beträgt. Ich mache das mit einem Lineal und ein bisschen menschlicher Gehirninterpolation (Künstler nennen das Vorstellungskraft, aber ich denke, das klingt wischiwaschi). In seinem durchschnittlichen Auslösestrom-Betriebsbereich wird es also dissipieren: P = V * I = 0,055 V * 25 A = 1,38 W. Das ist besser als der winzige eensy weensy Widerstand, den wir gewählt haben. Großartig!

So, nun zum Mouser (nur ein Hinweis): IRFP7430PBF

Pfui! $6,86? Kann akzeptabel sein, aber trotzdem, WEITER! (Übrigens, Sie können zuerst den Mouser machen, wenn Sie ein knappes Budget haben, spart eine Menge Grafiken, aber für ein anständiges Beispiel habe ich mich entschieden, es falsch herum zu machen).

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Nächster MOSFET: irfp7537

Sieht schön und bullig aus. Wir haben aus unserem Fehler gelernt, Mouser zuerst.

Mouser: IRFP7537PBF

Hm, $3,22. Viel besser.

Jetzt die Grafiken, klicken Sie auf den Link oben für das Datenblatt (nach "Nächster MOSFET"). Vergleicht man Abb. 1 von diesem mit Abb. 1 vom vorherigen, ist bereits klar, warum dieses nur halb so teuer ist. Es ist der doppelte Widerstand! Aber dennoch ein paar schnelle Berechnungen mit den zuvor gezeigten Methoden:

Extrem niedrige Batterie, V(gs) = 4,8 V, geschätzt auf halbem Weg zwischen 4,5 V und 5,0 V Leitung, schlimmster Fall bei 20 A: V (ds) = 0,25 V. Heu! Dasselbe! Diese MOSFETs haben also einige Gemeinsamkeiten. Also wieder Metall hinzufügen.

Durchschnittliche Batterie: V(gs) = 6,8 V, Diagramm irgendwo zwischen 6,0 V und 7,0 V. Diesmal liegt die Flanke bei 30A mit 0,1V, also liegt 25A wohl eher bei 0,08V statt 0,055V. Bei diesem beträgt die durchschnittliche Auslösestromverlustleistung also: P = 0,08 V * 25 A = 2 W. Immer noch kleiner als der Widerstand!

Sie können also praktisch auch den zweiten wählen, da der DC/DC-Wandler, die Kabel, der Innenwiderstand der Batterie und der Messwiderstand zusammengenommen immer noch viel mehr Energie verschwenden als Ihr MOSFET.

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R6, R7, R8, R9, Q1, SW1

Jetzt gibt es nur noch ein Problem zu beheben: Sobald der Strom ausgelöst wird, schaltet der MOSFET aus, das ist gut. Aber dann gibt es keinen Strom mehr. Der Operationsverstärker OA1-A geht also wieder in den Modus "kein Überstrom gemessen". Dies würde bedeuten, dass der Operationsverstärker OA1-B dann den MOSFET wieder einschaltet. Aber sehr schnell. Im Bruchteil einer Millisekunde. Es würde also zu schwingen beginnen und den Strom kontinuierlich effektiv begrenzen, aber die Wärme im MOSFET schnell erhöhen.

Um dies zu lösen, werden Q1 und einige Widerstände als "Speicher" eingefügt. Wenn der Operationsverstärker OA1-B niedrig wird, schaltet der Transistor Q1 ein, um den MOSFET auszuschalten. Q1 speist dann Strom in den Minuspol des Operationsverstärkers OA1-B und die LED durch R9. R8 stellt sicher, dass der Operationsverstärker OA1-A davon nicht gestört wird (da OA1-A möchte, dass sein Ausgang 0 V beträgt).

Diese Situation bedeutet, dass der Operationsverstärker OA1-B an seinem – Eingang eine viel höhere Spannung sieht als am + Eingang, wodurch der Ausgang niedrig und der MOSFET ausgeschaltet bleibt. Außerdem leuchtet die LED, um Sie zu benachrichtigen: "Ich habe einen Überstrom ausgelöst!". (Verwenden Sie jedoch eine LED mit niedrigem Strom oder hoher Helligkeit, da ich mich dafür entschieden habe, den Strom klein zu halten).

Wenn Sie nun SW1 drücken, verdrahten Sie die Basis des Q1 fest mit der Batterie +, wodurch der Transistor ausgeschaltet und der Schaltplan in seinen normalen Zustand zurückgesetzt wird. Es sei denn, der Überstrom ist immer noch da, in diesem Fall wird das Drücken des Schalters die zuvor beschriebene Schwingung verursachen. Es ist also eine gute Idee, die Taste nicht zu lange gedrückt zu halten, nur für den Fall.

HINWEIS 1: Es ist möglich, dass das System Q1 beim ersten Anschließen der Batterie einschaltet, ein kurzer Druck auf die Taste sollte dies beheben.

HINWEIS2: Unter idealen Umständen können Sie den Akku auch über den MOSFET laden, aber um ein seltsames Verhalten in den Operationsverstärkern zu vermeiden, ist es am besten, den Akku direkt zu laden, ohne dieses Schaltschema dazwischen.

KEINE ZUSAMMENFASSUNG ...... ICH BIN JETZT MÜDE! Es ist wieder 6:10 Uhr.

Ich hatte vor, alle Formeln zusammenzufassen, aber da ich jetzt über 5 Stunden in diesem Beitrag bin, überlasse ich das wohl dem Leser.

Der Schutz pro Teilkreis wäre VIEL sinnvoller.
Auch zusammengeschaltete LEDs können in mehreren Stromkreisen eine eigene Verdrahtung haben. Das Drahtgewicht ist ungefähr gleich, der Bündeldurchmesser von N-Drähten ist größer als 1 Draht mit der gleichen Nettostromfähigkeit und es KANN etwas mehr Isolierung geben. Die Flexibilität von N-Drähten ist besser.

Flinke Sicherungen mit einer Nennleistung von etwa Betriebsstrom sollten gut genug sein, wahrscheinlich [tm].
Eine stark überlastete Sicherung wird innerhalb von 10 Millisekunden durchbrennen.
Tische sind vorhanden.

Sie können den Strom pro Teilkreis straff begrenzen – optional mit Stromüberwachung und elektronischer Abschaltung. Klingt komplexer (ist es auch), aber nicht viel, und das Ergebnis ist besser. Sie können einen Überstrom mit Zeitprofil einstellen und beliebig schnell abschalten. Pro Schaltung werden (z. B.) ein MOSFET zur Stromversorgung, ein Strommesswiderstand, ein Operationsverstärker / Komparator und eine gemeinsame Referenzspannungsquelle benötigt. Vereinfacht gesagt könnten Sie eine RC-Verzögerung am Stromerfassungseingang haben, um eine leichte Verzögerung des Überstroms zu erzielen, ABER LEDs haben keinen Stoßstrom und werden daher nicht wirklich benötigt.

Sie können sowohl Strombegrenzung als auch Überstromauslösung haben. Wenn beispielsweise ein ausgewählter Stromkreis 4 A benötigt, können Sie die Strombegrenzung auf 5 A und die Überstromauslösung auf 4,5 A mit einer kleinen Verzögerung einstellen. QÜberhaupt keine sehr komplexe Schaltung und VIEL billiger als der Umgang mit einem Burning Man.

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Achtung!:

Brennender Mann! Sehr treffend. Ach.
40 A in engem Hautkontakt könnten zu Krankenhausbedarf und möglicherweise zum Tod führen.

Woher weiß ich das (abgesehen davon, dass es für vernünftigere Menschen als mich offensichtlich ist)?

Ich habe bei "ein paar" Gelegenheiten ein paar AA NimH plus Schlüssel und Münzen in meinen Taschen kurzgeschlossen und hatte einige nur schmerzhafte und lustige Erfahrungen. Zwei davon fallen mir sofort ein.

Wenn der Fotograf bei einem Mittagessen plötzlich schnell seine Kamera erdet und anfängt, hektisch den Inhalt seiner Hosentasche herauszuziehen und ihn irgendwo wegzuwerfen, während er versucht, seine Tasche von seinem Bein fernzuhalten, bemerken die Leute [tm].

Als Autofahrerin fertig, nur meine Frau gesehen - aber genauso 'lustig'.
Nie wieder.