电流将短路负载限制为20A

模拟新手在这里，也是第一次在这个论坛上...感谢您的阅读！

我所拥有的是烟火控制。我已经弄清楚了所有数字控制的内容，但是模拟位并不是我的强项。

汽车电池为该设备提供电源，输出通道将使用SCR，IGBT或普通的汽车继电器进行切换。我想限制电流，以免滥用这些元件，从而使许多通道可以接受大电流，即使某些通道的电阻比其他通道高很多。

我看到的大多数电路都是围绕电池充电的，或者电流要低得多。因此，这是到目前为止我想到的最简单的事情：

基本上，我使用达林顿对中每个部分的电流增益来限制流入负载的电流。我想要有关此设计的反馈或指向更合适的内容的指针（正如我所说，鉴于负载可能很短的想法，很难找到它）。

次要问题包括：

我相信我的负载周围需要一个缓冲二极管（或电容？），而开关附近的某个地方则需要二极管。

诸如此类的使用线性驱动器进行限流的问题在于，驱动器将耗散与跨接在其上的电压降成比例的能量。如果负载降低了大部分电压，则驱动器可能能够幸免。但是，如果负载在20 Amps时仅下降几伏，那么驱动器将耗散大量能量。

在20安培和12伏特时，电路将耗散功率= V x I = 12 x 20 = 240瓦。这是一个很大的数目。

如果负载在20 A时下降10 V，驱动器必须下降其余2V。因此，负载耗散为10V x 20 A = 200瓦，驱动器耗散为2V x 20A = 40瓦。进入达灵顿的40瓦功率需要相当大的散热片，以免过热。如果您迅速将其关闭，并且如果其中只有一个或两个处于此模式，则可以“摆脱它”。但是，如果许多负载在极限电流下保持一会儿，就会出现问题。

一种解决方案是让控制器在我超过10安培时完全关闭，等一会再试一次。这样做的麻烦在于，最高可达20A，但是如果负载尝试消耗的电流超过20A，则仅限于20A的突发信号=远低于平均电流20A。

一种解决方案是在开关处于限流状态时“开关” PWM（仅开关该开关），并调整开/关比，以使平均值= 20A。电路听起来可能更便宜，更简单。一个运算放大器或每个电路和一些无源元件。或CMOS施密特栅极封装和一些玩法。

“最佳”方法是使用一种开关模式驱动器，该驱动器的极限电流限制为20 A，仅在需要时才关闭可用能量。这些驱动器也可以是简单的92晶体管（极简形式），但每个电路都需要一个烦人的电感器。

如图所示，结果非常不精确，因为达林顿晶体管对的电流增益将非常不精确。除非您选择进行测试（例如，用电位计调整基极电阻），否则将非常不准确，即使如此，长期来看也不是很好。我可以为您提供便宜的电流限制驱动器电路。但首先让我们看看问题出在哪里。

是的，如果负载是电感性的，极性使其通常不导通的负载，则需要一个跨负载的二极管。

耗散控制器，以及原因：

通过负载和控制器到地面的12V电流为

• I = V / R。

R是给定串联路径中所有电阻的总和。

对于12A下20A

• R = V / I = 12/20 = 0.6欧姆

如果电流限制为20A，则说明您要制作一个电子变量R，如果负载小于0.6，它将自动将电路中的总R调整为0.6欧姆。

如果负载大于0.6欧姆，则控制器会保持通电状态，因为电流小于20A。

在您使用0.1R点火器的示例中，控制器必须增加0.6-0.1 = 0.5欧姆。

• 点火器的功率= I ^ 2 x R = 20 ^ 2 x 0.1 = 40瓦。

• 控制器中的功耗= 20 ^ 2 x .5 = 200瓦。

控制器“变热” ：-)。

PWM电流限制：

PWM =脉冲宽度调制（如果有时间）将负载完全打开，例如X％，然后在100-X％的时间内关闭

如果您以1：5的占空比完全打开然后完全关闭负载，则平均电流将为20A。

我= 12 / 0.1 = 120 A！

我关= 0

（1 x 120 A + 5 x 0 A）/ 6 = 20平均值

电池必须能够提供120A的峰值。

与负载，和一个“续流二极管”系列添加电感器接通电路变成“降压变换器”，例如像这样的

如果开关在N分之一时间导通，则电压输出将为Vin的1 / Nth。

通常的方法是监视Iout并调整导通周期以根据需要限制最大电流。

这是一个做到这一点的例子。

这不是您想要的，而是说明了原理。这是Richard Prosser提供的继电器驱动器电路，我对此做了评论。用合适的电感代替L1并将负载置于L1的正下方可提供限流电源。您想要的东西变得有点“忙”。

使用受保护的限流MOSFET

建议使用电流保护的MOSFET，例如具有电流和温度限制的ON Semiconductor NCV8401保护的低侧驱动器

如果维持高的故障电流，则NCV8401的强项就是关闭电源，并限制发生故障时可以流过的最大电流。像这样的设备可以很好地做到这一点，但它们并非旨在允许长期保持限制电流。我已经试过将这样的连接设备直接放在汽车电池上并打开它们。没问题-它们只是处于限制状态，当过载条件消除后，它们将恢复正常运行。

这些是奇妙的设备，并且在其位置上非常有用，但是它们无法达到最初规定的在负载等故障条件下保持20 Amp稳定电流流入负载的目的，除非您将其散热以吸收全部故障电流-这需要在最坏的情况下，驱动器中的功耗高达12V x 20A = 240瓦。NCV8401的结至外壳热阻为1.6 C / Watt，最高结温为150C。即使在环境温度为25C的理想散热器（0 C / W）上，最大允许（150-25）/ 1.6 = 78瓦。实际上，即使具有非常强大的散热系统，大约40瓦的功率也是非常好的。

如果更改了规格就可以了，但是如果您要连续提供有限的20A（直到停止或烧断），则只有两种方法。要么

• （1）接受12V x 20A = 240W的总耗散，并由驱动器耗散不承担的负载或

• （2）使用开关模式能量转换，以便驱动器在负载需要的任何电压下提供20A的电流。驱动程序仅处理低效转换产生的能量。例如，如果负载为0.2欧姆，则在20A时，Vload = I x R = 20A x 0.2 = 4伏。负载功率为I ^ 2 x R = 400 x 0.2 = 80瓦，或= V x I = 4V x 20 A = 80瓦（当然也是）。

在这种情况下，如果4V是由效率为z％的开关模式转换器提供的（0 <= Z <= 100）。在上面的示例中，如果Pload = 80瓦，那么如果说Z = 70（％），则开关模式转换器仅消耗（100-Z）/ 100 x P负载= 0.3 x 80W = 24瓦。这仍然很可观，但远远少于线性限制器所耗散的240-80 = 160瓦。所以...

开关稳压器限流器

这是作为最终解决方案的另一个示例。可以将其投入使用，但基于此原理进行基础设计会更好。

电路，将做几乎正是你想要的可以在图11A或11B在这里的电路使用例如MC34063建MC34063数据表

使用一组比较器（例如LM393，LM339等）来实现类似的操作可能很容易，因为您可以执行真正的负载电流检测，而不是在此处逐周期检测，但这可以工作。

如果需要，可以将引用的MC34063电路修改为使用N通道或P通道外部MOSFET（这可能是我可能会使用的）。FET确实确实有短路失效的习惯。设计使其即使在失败时也很少出现，这使问题减少了很多：-)。

在这里，可以将输出电压设置为“高”，因为我们所追求的是能量转换和电流限制。例如，如果负载为0.4R，目标目标电压为12V，则限流器将限制实际发生的情况。代替逐周期限制器或逐周期限制器，您可以添加低端负载电流检测，并使用它来限制驱动电压，以便提供目标负载电流。

步进电阻线性限制器

最简单的方法可能是提供一组开关电阻器，该开关电阻器可以进行二进制开关以将负载电流限制为20A。如果电流过高，则计数器会递增电阻值；如果电流过低，则计数器会递减电阻值。当负载小于0.6R时，始终在20A时功耗为240W，但电阻会起作用，而用作负载开关的双极晶体管或FET可能会变冷。并不是很难做到，而是一种“令人讨厌的粗略”方法：-)。

$R_{DS(ON)}$

在短路情况下，您不希望使用限流器，而是在电源关闭时使用。如果发生短路，电池的12V（？）将通过开关MOSFET，即使使用20A的限流器，它们也必须处理240W（！）。折返式电流限制器有一些技巧，可以将短路后的电流降低到更安全的水平，但是我的想法是最好完全切断电流。

原理：测量MOSFET上的电压。如果它上升到高于1V的某个阈值，则复位一个置位复位触发器，该触发器的输出驱动MOSFET。消除短路后，MOSFET保持截止状态，必须再次设置置位复位触发器以重新启动电源。

之前在CNC设备等上构建了热释控制器并进行了各种工业安全实施，您永远都不能允许通过逻辑电路进行安全控制。

至少应将DC线路上的物理开关连接到高温点火装置，作为设防键的一部分。您是否考虑过说如果FET短路会发生什么…… 它们确实会发生……点火电路将带电，那么家伙会去更换下一个的焦油并将其吹开。

机械上的所有安全电路都经过认可的安全继电器，会切断驱动器驱动力的物理继电器等，它们从不仅仅依赖于杀死驱动器电机的信号……它们也可能会杀死该信号，但是总会有一个物理中继。作为安全电路的一部分，您应该100％包括一种将FET上的12V电压断开的方法。

您还应该限制导通时间，我建立的导通时间包括对几个ma的连续性检查，以指示在点火之前通道上是否有良好的电路，当然还要显示在点火失败后设备的连续性...

我自己的回答：该电路在面包板测试中很有希望。我计划用其他电路替换LED输出，以下拉功率MOSFET的栅极。

http://www.edaboard.com/thread166245.html#post701080

我仍然必须弄清楚如何与我现有的控制方案共存，但这很简单。

第二个答案，可能是我要实现的答案：

我本来打算使用汽车继电器来做到这一点，以确保其可靠性和鲁棒性。后来我沿着这条固态路径走了，因为继电器及其线束和插座的物理尺寸变得有点恼人，并且我发现便宜的IGBT和/或SCR用于控制通道，只是想做这种限流方案在它们前面，电流限制了一组4个通道的总电流为20A。

除了驱动，我相信每个通道都将使用以下出色的器件之一：ON Semiconductor NCV8401自保护功率MOSFET。 它们被用作汽车继电器的替代品，令我惊讶的是，每个仅售0.80美元。我确信摩托罗拉（ON）的内部电流和热量限制比我做得要好。我将要处理热量问题，可能必须将大片铜线焊接到我的PCB上以处理电流，但是由于这是占空比短的东西，我认为我可以在不着火的情况下完成它。

谢谢绅士的帮助

这就是我要怎么做。电路允许较大的初始电流（受C1 ESR和U2的源极-漏极电阻限制），但始终使来自电池的电流保持在20A以下（假设每个电路图为15V）。这样可以在良好处理“不良浸入式点火器”的情况下提供良好的快速点火能力。

编辑-进一步考虑，此原理图存在几个安全问题。我将通过解决这些问题的更新来尽快修改此答案。

灯泡。与负载串联的240W白炽灯泡在用作简单导体的同时，将最坏情况下的电流限制为20A。奖励的操作员反馈和紧急断开连接。亮度与在任何给定时间流过的电流成正比。砸坏灯泡的外壳，灯丝将迅速烧毁，断开电路。