Strombegrenzung eines mit Gleichstrom betriebenen Heizelements

Was wäre der beste Weg, um den Strom in ein Heizelement mit 2,1 Ohm, max. 12 V zu begrenzen, das mit einer Reihe bekannter Gleichspannungen (5 V bis 12 V) mit ebenfalls bekannten maximalen Eingangsströmen (2 A bis 5 A) gespeist wird? Die Last kann nur von der High-Side geschaltet werden, da die Low-Side mit einem Thermoelement geteilt wird.

Mein erstes Experiment war die Verwendung eines PWM-Signals von +/- 40 kHz bis 400 kHz zur Steuerung eines High-Side-Mosfets, wobei das Tastverhältnis als Möglichkeit diente, den durchschnittlichen Stromverbrauch zu modulieren. Das führte zu großen Einschaltströmen, selbst bei 1 % Pünktlichkeit.

Meine zweite Idee war also, einen Abwärtswandler zu verwenden. Bei einer bekannten Eingangsspannung und Stromlieferfähigkeit (sagen wir 5 V, 2 A = 10 W) und einem geschätzten Wirkungsgrad des Buck (90 %) ergibt dies eine bestimmte Menge an Leistung, die dem Heizelement (9 W) zugeführt werden kann. Schließlich mit Ohm-Gesetz, v = P ∗ R , kann ich die Ausgangsspannung des Bucks bestimmen (in diesem Fall 4,34 V).

Die zweite Idee funktioniert ganz gut, aber ich strebe eine kompakte Lösung an, und die Spule und der Eingangs- / Ausgangskondensator müssen beim Ausführen von Simulationen ziemlich groß sein.

Also dachte ich, ich würde mich an die Community wenden, um andere mögliche Lösungen zu finden. Danke im Voraus für eure Beiträge!

Welche Temperatur soll das Heizelement erreichen? Zu welchem ​​Zweck wird es eingesetzt? Wie ist es physikalisch aufgebaut?
@LorenzoDonati Es ist eine Lötspitze, die ca. 350 ° C erreichen soll.

Antworten (2)

Da der Abwärtsregler funktioniert, würden Sie erwägen, die Schaltfrequenz zu erhöhen, um die Bauteilgröße zu reduzieren?

Ist die Stromversorgung der Heizung mit Wechselstrom eine Option? Sie könnten die Phasensteuerung verwenden, um die Spannung zu regulieren. Sie könnten auch ein Verhältnis von vollen Zyklen ein zu vollen Zyklen aus steuern, so dass Sie immer bei Null ein-/ausschalten, wodurch Transienten eliminiert werden.

Ich habe tatsächlich darüber nachgedacht, die Schaltfrequenz zu erhöhen, und bin von einem TPS54821 mit 1,6 MHz auf einen LM73606 mit 2,2 MHz umgestiegen, was geholfen hat, aber es fühlt sich immer noch nicht genug an. Und ich glaube, dass eine solche Frequenz die Grenze dessen erreicht, was die Hersteller anzubieten scheinen.
Wechselstrom wäre wahrscheinlich am besten, und tatsächlich glaube ich, dass die meisten Lötkolben so funktionieren, aber in diesem speziellen Fall geht es darum, Gleichstrom zu verwenden.

Wenn Sie Strom und nicht Spannung regeln, benötigen Sie keinen großen Eingangs- oder Ausgangskondensator. Führen Sie grundsätzlich Lösung Nr. 1 aus, fügen Sie jedoch eine Induktivität und eine Diode hinzu (möglicherweise benötigen Sie auch einen Snubber).

Ich verstehe Ihre Argumentation, aber es gibt ein paar Dinge, bei denen ich unsicher bin. Regele ich mit einem Buck mit Spannungs- oder Stromregelung nicht immer noch die Spannung und nicht den Strom? Wenn ich Ausgangskondensatoren entferne, würde das nicht die Fähigkeit des Bucks zur Selbstregulierung verringern? Und wenn ich Eingangskondensatoren entferne, würde sich das nicht auch auf die Buck-Leistung auswirken, aber auch andere Komponenten teilen sich dieselbe Eingangsschiene?
Wenn der Abwärtswandler konstanten Strom liefert, glättet die Induktivität den Strom. Der Kondensator hilft nicht. Wenn Sie den Eingangskondensator entfernen, hat dies die gleiche Wirkung auf die Schiene wie die PWM-Option.
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