Speicher für High Power High Current Pulse

Dies ist eine äußerst herausfordernde Idee. Nehmen wir zunächst an, dass der Ausgang nicht genau 90 Volt betragen muss , sondern während des Pulses mehr oder weniger konstant sein sollte. Dann, wenn Sie bereit sind, ein paar Autobatterien zu kaufen, ist es nicht allzu schwer:

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

Autobatterien haben eine Bewertung namens CCA, Cold Cranking Amps. Dies ist der Strom, den eine neue Batterie bei Null F für 30 Sekunden liefert. Wenn Sie sich hier beispielsweise umsehen , sehen Sie CCAs im Bereich von 600 bis 800 Ampere, also sind Ihre 45 Ampere ziemlich einfach. Mit anderen Worten, Sie können die billigsten Batterien bekommen, die Sie finden können.

Hochstrom-Li-Pos würden funktionieren, aber Sie würden ungefähr 25 davon benötigen.

Der p-MOSFET muss für niedrige Rds(on) gewählt werden. Bei 90 Volt und 2 Ohm (45 Ampere) für 0,3 Sekunden beträgt die Gesamtimpulsenergie etwa 1200 J. Unter der Annahme eines Rds(on) von 1 % der Last (0,2 Ohm) verbraucht der MOSFET insgesamt nur 40 Watt und 12 J. Der MOSFET muss für 100 V plus und 50 Ampere Drainstrom ausgelegt sein, aber das ist nicht schwer zu finden.

Ich bin davon ausgegangen, dass Sie für EMI-Zwecke ein Ende der Last geerdet benötigen, und dies bestimmt die Wahl des p-Typs. Wenn die Last schwimmen kann, wird die Verwendung von geerdeten n-Typen Ihr Leben viel einfacher machen.

Was schwierig wird, ist der Versuch, einen nicht rechteckigen Impuls zu erzeugen. Ich schlage vor, dass ein zweistufiger Impuls erreichbar ist, mit einer Periode bei 45 Ampere (oder etwas mehr) und dann einer Periode bei einem niedrigeren Strom, der ein Vielfaches von 45/8 Ampere ist. Sie können dies tun, indem Sie

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

In diesem Fall beträgt die Spannung an der Last beim Einschalten von M1 etwa 96 Volt oder was auch immer die Batterien bei diesem Strom abgeben, den Sie bestimmen müssen. Wenn M1 ausgeschaltet und M2 eingeschaltet ist, beträgt die Lastspannung etwa 48 Volt. Dieser Ansatz erlaubt nur diskrete Strompegel, verzeiht jedoch ziemlich viel Verlustleistung im Impulsgenerator. Die MOSFETs werden als Schalter betrieben und verbrauchen relativ wenig Leistung, solange sie richtig angesteuert werden. Und vergessen Sie nicht, dass die Dioden sowohl für Spannung als auch für Strom richtig dimensioniert sein müssen.

Wenn Sie etwas weniger "Digitales" wollen, haben Sie möglicherweise Schwierigkeiten, je nachdem, welche Wellenform Sie genau benötigen. Da es sich um EMI-Tests handelt, benötigen Sie möglicherweise eine inverse Exponentialfunktion, die einfach, aber nicht unbedingt billig durchgeführt werden kann.

Angenommen, Sie möchten eine Exponentialfunktion mit 90 Ampere Spitze und einer Zeitkonstante von 10 ms. Dann kannst du sowas machen

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Ich habe hier auf einen n-Typ umgestellt, da dies den Gate-Antrieb viel einfacher macht.

Eine 90-Volt-Versorgung mit niedriger Leistung lädt den Kondensator auf 90 Volt auf. Wie lange dies dauert, hängt von der Strombelastbarkeit der Versorgung und dem Wert des Ladewiderstands ab.

Wenn der FET eingeschaltet wird, entlädt sich der Kondensator mit einer ungefähren Antwort von

$$i(t) = \frac{V_{supply}}{R}(1-{e^{-\frac{t}{RC}}})$$ wobei RC die Zeitkonstante in Sekunden ist. Wenn Sie also eine Zeitkonstante von 10 ms wünschen, $$\tau = .01 = RC$$ Und $$C = \frac{\tau}{R} = \frac{.01}{2} = .005 = 5,000 \text{\mu F}$$ und Sie werden feststellen, dass es nicht so einfach ist, einen Kondensator mit 5.000 bis 10.000 uF bei 90 Volt zu bekommen, der Kurzschlussentladungen (auf lange Sicht) anmutig handhabt, wie Sie vielleicht denken. Sie können die Kapazität und Spannung ziemlich billig bekommen, aber achten Sie auf Ausfälle, nachdem Sie ein paar Impulse gegeben haben.

Sie werden feststellen, dass ich die Mechanik des Gate-Antriebs nicht spezifiziert habe, und das liegt daran, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, dies zu tun. Fangen Sie an, etwas nachzudenken.

Denken Sie auch daran, dass Sie für Dioden und Transistoren Sicherheitsfaktoren hinzufügen MÜSSEN. Das schnelle Schalten großer Ströme erzeugt naturgemäß große Spannungsspitzen an Stellen, die Sie beim ersten Mal nicht erwarten würden.

Ich erinnere mich an einen Test mit ähnlichen Leistungsanforderungen. Wir hatten für diesen Zweck eine spezielle Batterie mit einer Nennleistung von 120 V und 150 A. Wenn Sie keine dedizierte Ausrüstung erhalten, sollten Sie die Anschaffung von Autobatterien in Betracht ziehen, wie von jms vorgeschlagen. Ich habe Testaufbauten mit Autobatterien in der Praxis gesehen. Beachten Sie, dass das Aufladen von 8 Akkus vor jedem Test eine ziemliche Herausforderung darstellt: Wenn Sie jeden Tag Tests durchführen müssen, benötigen Sie mindestens 4 Ladegeräte und eine engagierte Person, die die Akkus nachts auswechselt. Wenn Sie Ihre Tests ununterbrochen durchführen müssen, benötigen Sie 2 komplette Batteriesätze.

Vergessen Sie auf keinen Fall eine Sicherung oder einen Schutzschalter : Sie zahlen sich aus, wenn etwas schief geht und Ihr Puls etwas länger als 300 ms wird. Suchen Sie nach einer Sicherung mit etwa 15-20 A Nennstrom, die eine Überlastung von 40 A für einige Sekunden zulässt.

Sie werden wahrscheinlich einen MOSFET oder einen IGBT als Schalter verwenden, um Ihre Impulse zu erzeugen. Vernachlässigen Sie nicht eine Flyback-Diode : Alle langen Drähte wirken bei ausreichendem Strom als Induktivität, insbesondere wenn sie länger als nötig sind und jemand beschließt, sie in Schleifen anzuordnen, um das Testgelände sauberer aussehen zu lassen.

Sehen Sie sich Ultrakondensatoren, AKA-Superkondensatoren oder elektrische Doppelschichtkappen an. Sie haben eine höhere Kapazität in einem kleineren Gehäuse und eignen sich besser für kurze Impulse als Batterien. Sie können mehrere Kappen parallel verwenden, anstatt nur eine auszuwählen.

Beachten Sie auch die Ratschläge der anderen Antworten und Kommentare zu Dingen wie Rücklaufdioden und Sicherheit dieses Hochleistungsprojekts.