Имитация автомобильной нагрузки с помощью банка заряженных конденсаторов?

11

Я работал над устройством регистрации данных, которое в конечном итоге перейдет в мой личный автомобиль. Я исследовал сети и построил то, что, по идее, должно быть довольно мощным источником питания, способным выдерживать быстрые переходные процессы и пониженное напряжение, а также деструктивную нагрузку. Моя проблема, тем не менее ... Я хочу на самом деле проверить блок питания.

В предыдущих вопросах, которые я задавал, связанных с конструкцией блока питания, мне говорили, что «правильный способ» имитировать сброс нагрузки - это использование надлежащего устройства для предварительного тестирования. Мне любопытно, хотя ... что мешает мне подстроить что-то, что "достаточно близко"?

Моя идея заключается в следующем: получить низковольтный источник постоянного тока, например, старый блок питания для ПК. Получите DC-DC преобразователь, чтобы повысить это 12 В до чего-то в диапазоне 80 В. Соберите банк конденсаторов, чтобы я оказался рядом с теоретическим разрядом нагрузки 12 В, который, насколько я могу судить, находится в диапазоне сотен джоулей. После зарядки просто подключите его к входу аккумулятора устройства - который не будет подключен к реальному источнику питания, чтобы я не мог потенциально испортить этот источник питания - и посмотрите, взрывается ли, а если нет, посмотрите, работает ли он нормально. после этого.

Похоже ли это на самую глупую идею, которую вы когда-либо слышали? Является ли это несколько приличной идеей, которая просто требует много планирования и проверки номера, чтобы работать примерно так, как задумано?

Тоби Лоуренс
источник

Ответы:

17

Сброс нагрузки - это то, что происходит с автомобильной электрической системой, когда отключается большая нагрузка (например, фары). Проблема заключается в том, что система зарядки (прежде всего генератор переменного тока) имеет значительную индуктивность, и любая попытка быстро уменьшить потребление тока приводит к «индуктивному удару», который создает большой скачок напряжения на шине 12 В. Этот удар - то же самое явление, которое использовалось для создания искры в системе зажигания, просто другое ее проявление. Дело в том, что любое оборудование, подключенное к шине 12 В, должно выдерживать эти случайные пики напряжения 100-200 В без повреждений.

Поскольку сброс нагрузки - это в первую очередь индуктивное явление, вероятно, было бы проще смоделировать его также. Вам на самом деле не нужно моделировать полную энергию реальной автомобильной нагрузки; вам просто нужно создать одинаковую форму напряжения на клеммах питания вашего устройства.

схема симулятора сброса нагрузки

Поместите большой индуктор (L1, порядка 1H, возможно, первичный элемент большого силового трансформатора) последовательно с вашим устройством (то есть подключите устройство к источнику питания через индуктор). Это представляет индуктивность автомобильной системы зарядки.

Поместите несколько мкФ емкости (C1) поперек (параллельно) вашего устройства; это представляет распределенную емкость автомобильной проводки и помогает ограничить время нарастания события сброса нагрузки. Убедитесь, что этот конденсатор рассчитан на несколько сотен вольт.

Поместите резистор 120 Ом (R1) параллельно с вашим устройством. Это представляет другие статические нагрузки в автомобиле и устанавливает верхний предел пикового напряжения, создаваемого сбросом нагрузки. (Этот резистор будет потреблять 100 мА и рассеивать 1,2 Вт.)

Теперь подключите низковольтный резистор большой мощности (R2) к устройству последовательно с переключателем (SW1). Это представляет нагрузку, которая собирается быть "сброшенной". Значение резистора должно быть таким, чтобы постоянный ток не превышал возможности источника питания, и вы можете отрегулировать значение резистора для изменения тока относительно значения индуктора, чтобы сбросить определенное количество энергии ( 0,5 × I 2 × L). Например, если у вас индуктор 1H, а резистор 12Ω (@ 12W), вы будете использовать 1A, а накопленная энергия будет 0,5 Дж.

Замкните выключатель, чтобы «зарядить» индуктор, затем откройте его - вот ваше событие имитации сброса нагрузки. При этих значениях резистора пиковое напряжение будет порядка 100-120 В. Вы можете использовать различные комбинации значений резисторов для имитации различных видов событий. Отношение R1 к R2 приблизительно определяет пиковое напряжение пика (относительно напряжения источника питания). Масштабируйте оба резистора вниз, чтобы имитировать более сильные (более высокие энергии) события. Сделайте конденсатор меньше, чтобы получить более быстрое время нарастания; 1H и 1 мкФ резонируют при 160 Гц, что дает вам довольно неторопливое время нарастания 1,5 мс (цикл 1/4). Например, изменение С1 до 0,01 мкФ даст вам время нарастания около 150 мкс.

Дэйв Твид
источник
Диаграмма была бы отличной!
Майкл Карас
Действительно, схема была бы хороша. Все имеет смысл вплоть до подключения резистора «сброс нагрузки».
Тоби Лоуренс
Диаграмма полезна - спасибо! Не могли бы вы подробнее рассказать о том, как на самом деле подключение и отключение резистора сброса нагрузки может генерировать событие, сравнимое с классическим определением / числами для сброса нагрузки?
Тоби Лоуренс
Я добавил больше деталей в начало и конец моего ответа; надеюсь, это поможет.
Дэйв Твид
Это определенно есть ... и я бы сказал, что ваш ответ бьет по голове. Есть ли у вас какие-либо советы по поиску подходящего индуктора по приемлемой цене? Все в диапазоне 0,5Н и выше, кажется, составляет 10 долларов или больше. Вы упомянули о преобразовании власти ... какие характеристики я бы искал? Часто ли указывается индуктивность трансформатора?
Тоби Лоуренс