Ηλεκτρονικό Φορτίο DC 2-160V 200W συνεχόμενα ή στιγμιαία πάνω από 1KW
Όταν θέλουμε να τεστάρουμε στο εργαστήριο μιά πηγή τροφοδοσίας , όπως τροφοδοτικό ή μπαταρίες πρέπει απαραίτητα να τα συνδέσουμε με φορτίο που θα καταναλώσει την max ισχύ που υποτίθεται ότι είναι κατασκευασμένο το τροφοδοτικό ή για τις μπαταρίες , να μπορέσουμε να διαπιστώσουμε άν στο μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης του κατασκευαστή η μπαταρία μπορεί να κρατήσει
υψηλο επίπεδο τάσης ή άν γονατίζει και θα καταστραφεί από υπερθέρμανση !
Θα έχετε παρατηρήσει ότι και οι ακριβότεροι φορτιστές μπαταριών λιθίου , δεν μπορούν να εκφορτίσουν τις μπαταρίες πάνω από 1-2Α όπου απαιτείται μεγάλη επιφάνεια ψύξης και 1-2Α τεστ εκφόρτισης δεν σημαίνει απολύτως τίποτα για τις σημερινές ισχυρές μπαταρίες όπου αυθεντικές και μαιμού έχουν τις ίδιες ενδείξεις ...
Το απλό τέστ που οι περισσότεροι πιθανόν κάνουν πρακτικά γιά τροφοδοτικά είναι χρησιμοποιώντας ισχύος λαμπτήρες ιωδίνης οχημάτων ή συνδεσμολογία πολλών βαττικών αντιστάσεων και αμπερόμετρο στην σειρά , αλλά δεν μπορούμε με ακρίβεια να καθορίσουμε το απαιτούμενο σταθερό ρεύμα και η μέτρηση είναι απλά ενδεικτική.
Για τον λόγο ακριβώς αυτό υπάρχουν ειδικές και ακριβές συσκευές που μπορούν να απορροφήσουν με μεγάλη ακρίβεια το απαιτούμενο ρεύμα από μία πηγή με σταθερό ρεύμα ή σταθερή ισχύ και μάλιστα μπορούν να λειτουργήσουν και σαν ενεργά φορτία σε AC πηγές / τροφοδοτικά και να μας λύσουν τα χέρια με μετρήσεις ακριβείας πρίν τα τοποθετήσουμε στην κατασκευή / συσκευή στην κανονική λειτουργία τους.
Υπάρχουν όμως περιπτώσεις που αυτά αδυνατούν να δώσουν τα ζητούμενα και αυτή η περίπτωση είναι οι πολύ χαμηλές τάσεις με τα πολύ υψηλά ρεύματα , όπως πχ ο έλεγχος εκφόρτισης ισχυρών στοιχείων Λιθίου 3,7V που απαιτούνται συνεχόμενα και ακριβείας ρεύματα της τάξης των 30-50 αμπέρ σε συνεχή εκφόρτιση , που και χιλιάδων ευρώ διατάξεις δεν μπορούν να προσφέρουν αποτέλεσμα , εδώ λοιπόν έρχεται να μας λύσει τα χέρια το Ηλεκτρονικό Φορτίο συνεχόμενων 200W που σχεδίασα και μπορεί να εκφορτίσει μιά τέτοια μπαταρία σε συνεχόμενα 40 & 50Α και να κάνουμε επίσημο benchmark που οι άλλοι αδυνατούν και μάλιστα σε στιγμιαίες μετρήσεις μπορούμε να ξεπεράσουμε τα 1000W πχ με ένα τροφοδοτικό PA 60V στα 20Α ανά συμμετρικό κανάλι τροφοδοσίας του.
Μάλιστα είναι και το μόνο που μπορεί να τεστάρει στα 50Α τα 3,3V τροφοδοτικά των Power PC , συνεχόμενα ...
Τα συνεχόμενα 200W max του φορτίου είναι πάντα το γινόμενο Τάση * Ρεύμα , γιά παράδειγμα μπορούμε να τεστάρουμε συνεχόμενα ένα τροφοδοτικό 100V στα 2A ή να εκφορτίσουμε ένα στοιχείο 4V στα 50 αμπέρ = πάντα 200W.
Η λογική της παρακάτω σχεδίασης είναι αντί να χρησιμοποιήσουμε PWM γεννήτρια και τεράστιες αντιστάσεις φορτίου 200W που μας περιορίζουν στα max 200W (ακόμα και στιγμιαία) , να χρησιμοποιηθούν δύο από τα ισχυρότερα mosfet Το-264 Plus που υπάρχουν σε ισχύ κατανάλωσης επάνω τους 1250W έκαστο και να επιβαρυνθούν αυτά την πτώση τάσης τού φορτίου γιά τις τάσεις άνω των 10 βόλτ και το σύμπλεγμα των 100W αντιστάσεων (10 mΩ) , να αντέξουν στα 50 αμπέρ γιά κάτω από 5 βόλτ όπου τα mosfet θα βρίσκονται κοντά σε πλήρη αγωγιμότητα και θα καταστραφεί οποιαδήποτε μικρή αντίσταση που συνδέεται στα Sources των mosfet και χρειάζονται
γιά την ανίχνευση του ρεύματος 0-50Α.
Με αυτόν τον τρόπο έχουμε και υψηλή τάση λειτουργίας μέχρι 160 βόλτ , αλλά παράλληλα και λειτουργία γραμμική μέχρι τα 2 βόλτ.
Η καρδιά του κυκλώματος είναι ο συγκριτής ακριβείας LT1013 της Analog Devices , ο οποίος παίρνει τάση αναφοράς 0,9V από το TL431 shunt regulator και ρυθμίζει το ρεύμα κατανάλωσης από 0 έως 50Α σύμφωνα με την τοποθέτηση του ποντεσιόμετρου RV1 10K το οποίο θα μπορούσε να είναι και 10 στροφο Bourns αλλά δεν το συνιστώ γιατί πρέπει νάναι σαφής η θέση του πρίν την σύνδεση.
Ο συγκρητής έχει πολύ καλά φιλτραρισμένο το feedback CS των mosfet ώστε να μην υπάρξει ποτέ αυτοταλάντωση λόγω της επαγωγής των 10 αντιστάσεων σύρματος και η κάπως υψηλή αντίσταση των 10 mΩ είναι απαραίτητη γιά την ανίχνευση χαμηλών ρευμάτων κάτω από τα 3 αμπέρ.
Ο συγκριτής LT1013 οδηγεί τα mosfet με καθαρά DC τάση και αυτοματοποιεί την πόλωσή τους ώστε να καταναλώνουν το ρεύμα που έχουμε τοποθετήσει το RV1 και η ακρίβεια άν συνδέσετε ψηφιακό αμπερόμετρο ακριβείας θάναι 4 ίδια ψηφία σε οποιαδήποτε τάση εισόδου από 2 - 160 βολτ.
H Schottki δίοδος 80Α που χρησιμοποιήθηκε στην είσοδο του φορτίου η ST STPS80170C , είναι καθαρά για προστασία ανάποδης πολικότητας σύνδεσης του φορτίου και περιορίζει την τάση στα 170V.
Άν παραλειφθεί , η τάση λειτουργίας ξεκινάει από το 1V και φτάνει πάνω από 400 ...
Τα 2 mosfet που χρησιμοποίησα είναι της IXYS IXFB82N60 1250W έκαστο , TΟ-264 Plus package , χωρίς τρύπα και βιδώθηκαν με λάμες στερέωσης πάνω σε 2 κιλά αλουμινένιο ψυγείο γι' αυτό και το πρωτότυπο βγήκε 250W συνεχόμενης κατανάλωσης.
Στα Sources των mosfet υπάρχουν 10 "τσιμεντένιες" αντιστάσεις σύρματος των 0,1 Ωμ / 10 = 10 mΩ και θερμαίνονται μόνο στις χαμηλές τάσεις υψηλού ρεύματος 30-50Α.
Το fan ψύξης ανοίγει θερμοστατικά στους 45 βαθμούς (KSD-01F 45) και στους 90 βαθμούς θερμοκρασία κλείνει προσωρινά η οδήγηση (KSD-01F 90) μέχρι το fan να κρυώσει το ψυγείο κάτω από τους 80 βαθμούς για προστασία των mosfet.
To LM358 αντί του LT1013 , δουλεύει ικανοποιητικά άν δεν βρίσκετε το δεύτερο καθώς και τα 2 mosfet μπορούν να αντικατασταθούν με 4 IRFP4568 με τον ίδιο πάντα τρόπο οδήγησης και ίδιο μέγεθος ψυγείου.
Άν αλλάξετε την R2 από 1Κ σε 1,2Κ το ρεύμα θα ανέβει στα 70Α περίπου σε πάνω από 4 βολτ.
Τα αυθεντικά IXYS IXFB82N60 τα βρήκα για φίλο εδώ https://www.ebay.com/itm/IXFB82N60P-Transistor-N-MOSFET-Polar-unipolar-600V-82A-1250W-IXYS/202737053475?hash=item2f3411ef23%3Ag%3AqDoAAOSwk-pdMV~~&LH_ItemCondition=3
Παρακάτω βλέπετε το κύκλωμα σε κουτί που περιέχει και SMPS τροφοδοτικό 3-28V 50A , και εκτελεί λειτουργία εκφόρτισης Li-Ion 5,5Ah στα 20Α μετά 10 λεπτά από την έναρξη και το ρεύμα δεν άλλαξε ούτε μισό mA μέχρι τον τερματισμό φόρτισης στα 2,8V.
Καλή επιτυχία σε όποιον το προσπαθήσει , πάντως εμένα μου "έλυσε" τα χέρια για τις μετρήσεις/εκφορτίσεις ισχυρών μπαταριών λιθίου και έλεγχο σωστής λειτουργίας 3,3V & 5V τροφοδοτικών 50Α των extreme power PC.
Όταν θέλουμε να τεστάρουμε στο εργαστήριο μιά πηγή τροφοδοσίας , όπως τροφοδοτικό ή μπαταρίες πρέπει απαραίτητα να τα συνδέσουμε με φορτίο που θα καταναλώσει την max ισχύ που υποτίθεται ότι είναι κατασκευασμένο το τροφοδοτικό ή για τις μπαταρίες , να μπορέσουμε να διαπιστώσουμε άν στο μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης του κατασκευαστή η μπαταρία μπορεί να κρατήσει
υψηλο επίπεδο τάσης ή άν γονατίζει και θα καταστραφεί από υπερθέρμανση !
Θα έχετε παρατηρήσει ότι και οι ακριβότεροι φορτιστές μπαταριών λιθίου , δεν μπορούν να εκφορτίσουν τις μπαταρίες πάνω από 1-2Α όπου απαιτείται μεγάλη επιφάνεια ψύξης και 1-2Α τεστ εκφόρτισης δεν σημαίνει απολύτως τίποτα για τις σημερινές ισχυρές μπαταρίες όπου αυθεντικές και μαιμού έχουν τις ίδιες ενδείξεις ...
Το απλό τέστ που οι περισσότεροι πιθανόν κάνουν πρακτικά γιά τροφοδοτικά είναι χρησιμοποιώντας ισχύος λαμπτήρες ιωδίνης οχημάτων ή συνδεσμολογία πολλών βαττικών αντιστάσεων και αμπερόμετρο στην σειρά , αλλά δεν μπορούμε με ακρίβεια να καθορίσουμε το απαιτούμενο σταθερό ρεύμα και η μέτρηση είναι απλά ενδεικτική.
Για τον λόγο ακριβώς αυτό υπάρχουν ειδικές και ακριβές συσκευές που μπορούν να απορροφήσουν με μεγάλη ακρίβεια το απαιτούμενο ρεύμα από μία πηγή με σταθερό ρεύμα ή σταθερή ισχύ και μάλιστα μπορούν να λειτουργήσουν και σαν ενεργά φορτία σε AC πηγές / τροφοδοτικά και να μας λύσουν τα χέρια με μετρήσεις ακριβείας πρίν τα τοποθετήσουμε στην κατασκευή / συσκευή στην κανονική λειτουργία τους.
Υπάρχουν όμως περιπτώσεις που αυτά αδυνατούν να δώσουν τα ζητούμενα και αυτή η περίπτωση είναι οι πολύ χαμηλές τάσεις με τα πολύ υψηλά ρεύματα , όπως πχ ο έλεγχος εκφόρτισης ισχυρών στοιχείων Λιθίου 3,7V που απαιτούνται συνεχόμενα και ακριβείας ρεύματα της τάξης των 30-50 αμπέρ σε συνεχή εκφόρτιση , που και χιλιάδων ευρώ διατάξεις δεν μπορούν να προσφέρουν αποτέλεσμα , εδώ λοιπόν έρχεται να μας λύσει τα χέρια το Ηλεκτρονικό Φορτίο συνεχόμενων 200W που σχεδίασα και μπορεί να εκφορτίσει μιά τέτοια μπαταρία σε συνεχόμενα 40 & 50Α και να κάνουμε επίσημο benchmark που οι άλλοι αδυνατούν και μάλιστα σε στιγμιαίες μετρήσεις μπορούμε να ξεπεράσουμε τα 1000W πχ με ένα τροφοδοτικό PA 60V στα 20Α ανά συμμετρικό κανάλι τροφοδοσίας του.
Μάλιστα είναι και το μόνο που μπορεί να τεστάρει στα 50Α τα 3,3V τροφοδοτικά των Power PC , συνεχόμενα ...
Τα συνεχόμενα 200W max του φορτίου είναι πάντα το γινόμενο Τάση * Ρεύμα , γιά παράδειγμα μπορούμε να τεστάρουμε συνεχόμενα ένα τροφοδοτικό 100V στα 2A ή να εκφορτίσουμε ένα στοιχείο 4V στα 50 αμπέρ = πάντα 200W.
Η λογική της παρακάτω σχεδίασης είναι αντί να χρησιμοποιήσουμε PWM γεννήτρια και τεράστιες αντιστάσεις φορτίου 200W που μας περιορίζουν στα max 200W (ακόμα και στιγμιαία) , να χρησιμοποιηθούν δύο από τα ισχυρότερα mosfet Το-264 Plus που υπάρχουν σε ισχύ κατανάλωσης επάνω τους 1250W έκαστο και να επιβαρυνθούν αυτά την πτώση τάσης τού φορτίου γιά τις τάσεις άνω των 10 βόλτ και το σύμπλεγμα των 100W αντιστάσεων (10 mΩ) , να αντέξουν στα 50 αμπέρ γιά κάτω από 5 βόλτ όπου τα mosfet θα βρίσκονται κοντά σε πλήρη αγωγιμότητα και θα καταστραφεί οποιαδήποτε μικρή αντίσταση που συνδέεται στα Sources των mosfet και χρειάζονται
γιά την ανίχνευση του ρεύματος 0-50Α.
Με αυτόν τον τρόπο έχουμε και υψηλή τάση λειτουργίας μέχρι 160 βόλτ , αλλά παράλληλα και λειτουργία γραμμική μέχρι τα 2 βόλτ.
Η καρδιά του κυκλώματος είναι ο συγκριτής ακριβείας LT1013 της Analog Devices , ο οποίος παίρνει τάση αναφοράς 0,9V από το TL431 shunt regulator και ρυθμίζει το ρεύμα κατανάλωσης από 0 έως 50Α σύμφωνα με την τοποθέτηση του ποντεσιόμετρου RV1 10K το οποίο θα μπορούσε να είναι και 10 στροφο Bourns αλλά δεν το συνιστώ γιατί πρέπει νάναι σαφής η θέση του πρίν την σύνδεση.
Ο συγκρητής έχει πολύ καλά φιλτραρισμένο το feedback CS των mosfet ώστε να μην υπάρξει ποτέ αυτοταλάντωση λόγω της επαγωγής των 10 αντιστάσεων σύρματος και η κάπως υψηλή αντίσταση των 10 mΩ είναι απαραίτητη γιά την ανίχνευση χαμηλών ρευμάτων κάτω από τα 3 αμπέρ.
Ο συγκριτής LT1013 οδηγεί τα mosfet με καθαρά DC τάση και αυτοματοποιεί την πόλωσή τους ώστε να καταναλώνουν το ρεύμα που έχουμε τοποθετήσει το RV1 και η ακρίβεια άν συνδέσετε ψηφιακό αμπερόμετρο ακριβείας θάναι 4 ίδια ψηφία σε οποιαδήποτε τάση εισόδου από 2 - 160 βολτ.
H Schottki δίοδος 80Α που χρησιμοποιήθηκε στην είσοδο του φορτίου η ST STPS80170C , είναι καθαρά για προστασία ανάποδης πολικότητας σύνδεσης του φορτίου και περιορίζει την τάση στα 170V.
Άν παραλειφθεί , η τάση λειτουργίας ξεκινάει από το 1V και φτάνει πάνω από 400 ...
Τα 2 mosfet που χρησιμοποίησα είναι της IXYS IXFB82N60 1250W έκαστο , TΟ-264 Plus package , χωρίς τρύπα και βιδώθηκαν με λάμες στερέωσης πάνω σε 2 κιλά αλουμινένιο ψυγείο γι' αυτό και το πρωτότυπο βγήκε 250W συνεχόμενης κατανάλωσης.
Στα Sources των mosfet υπάρχουν 10 "τσιμεντένιες" αντιστάσεις σύρματος των 0,1 Ωμ / 10 = 10 mΩ και θερμαίνονται μόνο στις χαμηλές τάσεις υψηλού ρεύματος 30-50Α.
Το fan ψύξης ανοίγει θερμοστατικά στους 45 βαθμούς (KSD-01F 45) και στους 90 βαθμούς θερμοκρασία κλείνει προσωρινά η οδήγηση (KSD-01F 90) μέχρι το fan να κρυώσει το ψυγείο κάτω από τους 80 βαθμούς για προστασία των mosfet.
To LM358 αντί του LT1013 , δουλεύει ικανοποιητικά άν δεν βρίσκετε το δεύτερο καθώς και τα 2 mosfet μπορούν να αντικατασταθούν με 4 IRFP4568 με τον ίδιο πάντα τρόπο οδήγησης και ίδιο μέγεθος ψυγείου.
Άν αλλάξετε την R2 από 1Κ σε 1,2Κ το ρεύμα θα ανέβει στα 70Α περίπου σε πάνω από 4 βολτ.
Τα αυθεντικά IXYS IXFB82N60 τα βρήκα για φίλο εδώ https://www.ebay.com/itm/IXFB82N60P-Transistor-N-MOSFET-Polar-unipolar-600V-82A-1250W-IXYS/202737053475?hash=item2f3411ef23%3Ag%3AqDoAAOSwk-pdMV~~&LH_ItemCondition=3
Παρακάτω βλέπετε το κύκλωμα σε κουτί που περιέχει και SMPS τροφοδοτικό 3-28V 50A , και εκτελεί λειτουργία εκφόρτισης Li-Ion 5,5Ah στα 20Α μετά 10 λεπτά από την έναρξη και το ρεύμα δεν άλλαξε ούτε μισό mA μέχρι τον τερματισμό φόρτισης στα 2,8V.
Καλή επιτυχία σε όποιον το προσπαθήσει , πάντως εμένα μου "έλυσε" τα χέρια για τις μετρήσεις/εκφορτίσεις ισχυρών μπαταριών λιθίου και έλεγχο σωστής λειτουργίας 3,3V & 5V τροφοδοτικών 50Α των extreme power PC.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου