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【DIY大赛】一款峰值电流限流开关
阅读: 4435 |  回复: 32 楼层直达

2018/08/20 20:27:23
1
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长

QQ截图20160321155901 感恩!这的确是一份用心的问卷

QQ截图20160321155901 绝弯路!管理员用心整理的


   好多公司调机子都用的调压器,自己也是,每次新板子上电都是小心翼翼的,就怕哪里有问题,BOOM的一声,保险管就剩2条腿了。。。。。

串个灯泡之类的吧,有点嫌弃,主要是麻烦,很多时候,甚至有些电路并不能正常工作。不串吧,因为像调压器这类,他本身是没有限流功能的,所以就想做这么个东西,顶到峰值电流以后,马上切断输入,起到一个保护的作用。

  当然这个东西,其实淘宝有类似的,不同的是他开关用的继电器,我嫌弃慢了。在者他是互感器采样只能用于交流电路,那像高压直流也无能为力了。

  重点我觉得有2个:

第一个:过流点只是多级的,往往像X电容什么的,多少有个冲击电流,所以这个过流是真过流还是假过流,应该有个逻辑判断在里面。

第二个:采集电流必须是正负双向的,只能用cs电阻或者像霍尔之类的(待定),不仅能用于交流还能用于直流。

----------------

剩下的就是怎么去做这个东西了,用纯模拟?数模结合?

串联的开关初步就是背靠背的igbt吧,这个比mos耐冲击,比如用他个6颗。。。


东儿版开关v1版测试2018-10-09更新



v2版,实现测试视频:



2018/08/21 09:03:04
2
weixiu123
电源币:1371 | 积分:1 主题帖:0 | 回复帖:280
LV5
营长
不错,顶一个吧!
2018/08/21 09:11:32
3
电源网-fqd
电源币:5053 | 积分:15070 主题帖:398 | 回复帖:5029
LV11
统帅
选一个参赛分组
2018/08/21 13:41:09
5
心如刀割[版主]
电源币:767 | 积分:65 主题帖:63 | 回复帖:909
LV9
军长
这个还真不好选 
2018/08/21 20:36:58
10
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长
就是不知道选那个组啊,如果说里面用到的电源的话,那就是个半桥了
2018/08/21 11:48:18
4
492511435
电源币:5 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:6
LV1
士兵
先占位学习,继续加油
2018/08/21 14:34:57
6
飘飘飘
电源币:0 | 积分:0 主题帖:18 | 回复帖:199
LV6
团长
搬个小凳听课。
2018/08/21 16:27:01
7
初学者开关
电源币:4 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:3
LV3
排长

想到一块去了,前段时间一直研究,采用精密互感器+单片机,无奈技术不到家,这次好,听听课

2018/08/21 16:28:53
8
初学者开关
电源币:4 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:3
LV3
排长
在追加下,最好是可以设定个值,过了这个值就保护
2018/08/21 20:03:11
9
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长
过流保护的值肯定是可调的,这只是一个,还有个是滤波,这个时间也得可调,也就是灵敏度了,不然老是误动作也很烦
2018/08/22 09:12:31
11
firefox886
电源币:126 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:583
LV9
军长
还是用可控硅吧,可关断型的,很耐用的!当年用eps改为ups,最初就是用mos,igbt,都炸了一堆,最后还是上可控硅了!
2018/08/27 00:03:42
12
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长

主要结构如下,左右对称的PI滤波,中间是限流的开关管,在另一根线上是cs检测电阻

想法是不管那边是输入,那边是输出,当过流的瞬间,电感会在us级限制电流的上升速度,检测电路检测到电流,在经过一定的延时,确认过流了,就关闭由4个1200v 50a的IGBT组成的开关。

目标设计是最大有效值20a电流,极限峰值电流为50a,所选用的IGBT为50A一个,100度30a,所以2个并联50A,是么问题的。所用的运放为固定50倍的差分运放,宽带为350Khz,应该是够用了。

原理图还没有画完,这几天,有点小忙,,,

--

限流开关

2018/09/03 22:40:06
13
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长

前2天发现用的那个差分运放,快带不够,在电源上用做次级的环路控制,当电流0加载到40a的时候,实际电流上升斜率30us左右,运放输出用了70,80us,这个是不能接受的,所以干脆改成高速运放做差分了。

--

关于控制部分想了好久,到地是用纯硬件还是加单片机,最近还是加单片机吧,因为到时面板控制会有很多的按键和led显示,用纯硬件,隔离用的光耦数量实在是太多了,还是加单片机CAN通信隔离好了。

--

这个是大致是主板原理图,先用这个把功能调出来以后,在慢慢考虑面板的设计,这样工作量会少一点。万一要是这个控制方案不行?那把面板一起画了,岂不是很累人?

--

确实自己设计的东西也不能一定保证成功,但是我们要尽量去尝试,万一成功了?对不对,万一成功了,装逼都带风的,会漂的

--

主板大致的原理图:

里面主要包含了,辅助电源,驱动部分,电流检测部分,和电流比较锁死复位部分和单片机主控部分

--

PDF:主板初始原理图


2018/09/06 23:16:39
14
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长

PCB紧张绘制中,有点小激动,终于连通了,哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈,离成功有近了一步

--

2018/09/09 14:01:54
15
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长

板子昨天已经发出去了,对应的物料也买了,下周就可以出结果,吼吼吼吼吼吼吼吼吼吼吼吼

--

2018/09/09 14:50:14
16
firefox886
电源币:126 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:583
LV9
军长
我就坐你旁边看你炸鸡。。。。。。。。。。。。
2018/09/10 09:28:42
17
电源网-fqd
电源币:5053 | 积分:15070 主题帖:398 | 回复帖:5029
LV11
统帅
2018/09/11 22:33:53
19
qinzutaim[版主]
电源币:3004 | 积分:144 主题帖:38 | 回复帖:3711
LV11
统帅
就坐旁边啊,星版不怕炸到自己么?
2018/09/11 18:11:26
18
飞天蚂蚁
电源币:23 | 积分:4 主题帖:6 | 回复帖:54
LV4
连长
wait
2018/10/11 21:35:33
20
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长

9月9号回来的板子,公司项目比较急,歇了一个月,这2天终于调了一下,就现在来看的效果来说,还是非常满意的,哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈

--

可惜上传视频不容易,不然真可以来个视频看下效果。

--

因为太久没更新了,前面的开环LLC就不写了,那个运放电路没问题,单电源供电可以把正负电流全部差分放大到直流,后面就直接到精华部位

--

1.首先来张整机的照片,可惜的是花了140块rmb买的6个IGBT结果是个没有体二极管的,脑子里面默认是有的,所以当时就没注意看

--

2.在初步调试的时候,发现背靠背的IGBT关断的时候,前面个IGBT关断瞬间电压高的很,所以果断决定占时不考虑交流,就只用于直流

--

3.后面的测试主要是这样的,开关输入接一个直流电平,输出接电子负载,电子负载并个MOS,mos管直接15v驱动,驱动中间串个开关。

正常的时候电子负载带功率模拟电源,然后突然闭合mos驱动开关,燃mos直通,短路,模拟调试的电源mos直通了。

--

4.首先是输入个200v的直流试下水,黄色是1毫欧电阻放大50倍的波形,绿色是输出端波形,紫色是igbt驱动,蓝色是输出端的电流。

可以看到首先是黄色带了差不多4a的电流,然后突然闭合mos,mos瞬间短路,接着电流上升到一定值,IGBT关闭了。

--

5.接下来就是输入400v测试了,首先是空载输出,然后电子负载突然加载5a电流,也就是2000w功率了,输入源也是高压可调电源。

在突然加载瞬间,有一点跌落这个和输入电源有关系和开关也有关系。电子负载比较水,有点过冲还有点震荡,相信以后东儿版的负载比他这个好!

--

6.在400v输入,5a输出,突然mos管短路输出时,输出和差分运放输出和igbt的ds电压关系,黄色通道差分输出,绿色输出电压,紫色,IGBT的ds电压,蓝色输出电流

可能有人问,为啥蓝色的电流瞬间会那么大,因为开关的输出端是有一颗1KV 105的CBB电容,不加电容是不行的,高频滤波用的,电容放电,所以那个电流是有点大。

--

7.上面可以看到紫色的ds电压上升电压速度非常慢啊,难道IGBT关断速度这么慢?我也是带着这样的疑问,用2个差分,对C级和E级对地分别测了电压。

紫色C级对地电压也就是输入,绿色E级电压,黄色差分放大电压,蓝色输出电流。

可以看到在一瞬间,绿色电压开始下降,而且是线性下降,这个是因为输出端串了电感,电感限制了电流,电压也就线性下降了。

这个不可能是IGBT关断慢造成的,别人600A的IGBT关断也只有1us的样子。

--

8.在补充一张,驱动和ds关系图,这个其实看到这个开关所用的IGBT,关断接近是0电压关断的,所以要把这个IGBT冲击坏,还是很难的,除非是电感完全饱和了,板子的电感也很关键

--

9.最后群友问,那个差分运放放大和实际电流有多少时间延时,所以用探头直接测了电阻波形和运放的输出的对比。

黄色是直接测1毫欧电阻的波形,被干扰的不行不行,不过大致轮廓还是可以看清楚的,紫色是差分运放输出,可以看到看图片,延时大概就那么200,300ns的样子,很好的样子!


2018/10/11 21:37:40
21
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长

总结一哈:

1.原本设计的交直流通用,因为背靠背管子,有个管子耐压太高就放弃了交流,可能在背靠背哪里对地的地方放个电容就好了,但是吧,以后有时间在折腾交流吧,现在直流效果不错

把这个撸OK了,因为急着用这个,哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈。

2.本来板子是设计了单片机的,但是现在调试就用电位器代替了,发现其实峰值电流用不着设计很大,像上面400v测试时,峰值设计的10a过流,400v*10都4kw了,所以感觉那个可调没啥必要,下一把把单片机去掉!

3.最后在测试的时候发现个BUG,就是系统太过于灵敏,当输出过流系统自锁关闭,你手动重启的时候,如果有输入电压的存在,因为管子开通瞬间有个冲击电流,会再一次保护,导致冲不起来!

如果直接屏蔽,肯定是不行的,为啥,因为真正使用的时候,测试的电源都短路了,那你在强制开通那岂不是没这个开关的作用了?

所以我想了一种方案,那就是在输入和输出中间加个电阻,预充电,如果输出端的电压和输入差太多,就认为是输出短路了,强制你不能复位!因为真正短路的时候,输出端的电容是永远冲不起来的,除非就断开输出,所以把这个是个很重要的逻辑关系在里面。

4.基本的测试效果OK,下一步就是总结一哈,改版了,哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈,东儿版限流开关马上成功,你们可要知道,一台高压可调限流直流电源是很贵的,有了我这个限流开关,就可以用调压器+整流滤波+东儿版开关代替了,绝对节约的不是那1.2000千块,怕是1,2w块,哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈或或或或或后哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈。

以后妈妈在也不当心调电源炸鸡鸡了,在也不担心一个短路,保险管都燃起来,玻璃都融化了,哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈

2018/10/11 22:16:52
22
qinzutaim[版主]
电源币:3004 | 积分:144 主题帖:38 | 回复帖:3711
LV11
统帅
这么多哈哈嗬嗬的,是不是炸傻了?
2018/10/11 22:18:57
23
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长
开心啊,你这就不懂了,省下了好大一笔钱,
2018/10/12 09:33:42
26
电源网-fqd
电源币:5053 | 积分:15070 主题帖:398 | 回复帖:5029
LV11
统帅
2018/10/12 09:18:24
25
wenbinrui
电源币:0 | 积分:1 主题帖:0 | 回复帖:4
LV1
士兵
谢谢版主的无私奉献
2018/10/12 12:27:43
27
电源网-天边
电源币:156 | 积分:392 主题帖:59 | 回复帖:1137
LV9
军长
如果需要上传视频,我可以帮你上传  
2018/10/22 21:45:37
29
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长
哈哈哈哈,等我V2出来,拍个完全版的视频,
2018/11/14 16:49:55
31
lihui710884923
电源币:444 | 积分:1 主题帖:139 | 回复帖:477
LV8
师长
咱这个主要应用在哪里
2018/11/14 21:48:49
32
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长
调试电源,代替保险丝也好,代替高压直流电源也好,都可以
2018/10/12 09:14:25
24
zengyan085
电源币:1 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
粉丝占座,准备听课
2018/10/22 21:43:05
28
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长

V2版已经画好了,明天就可以发出去了,直接做他个几套。

更新以后的原理图:/upload/community/2018/10/22/1540215724-96961.pdf

主要是优化了:

1,只做直流,把改加的箝位二极管加上去了,特别指出是输出到输入的二极管,这个是箝位输出电压的,不加这个二极管输出电压会被冲到比输入高哦

2,增加了输出和输入电压的压差比较,输出电压低于输入电压太多的时候,按复位键是没办法复位开关的,这里有个bug,因为输出真正短路的时候输出是没有电压的,这个时候是不能复位开关的,所以这个功能也很重要。

3,增加了温度控制,设计的100度过温,这个是按15-20a持续电流设计的主板,虽然igbt是处于全开的状态但是,也会有发热,所以加一个温度控制在里面是很有必要的,温度过温以后,强制触发过流。

4,把控制和功率板分开了,主要是,利于更大功率的实现,现在这个功率板,15-20a的电流,一般的电源都没问题了,比如调试一个dc-dc,20a的输入电流,就按200v算,也是4kw了,还有个方面是控制小板采用了4层板,抗干扰能力会比放在主板上要强,即使干扰很严重,还可以外加屏蔽罩,加强屏蔽。

5,加了5个光耦,6个运放把单片机干掉了,基本的功能都OK了,只是调节过流的阀值需要手动调节电位器了,因为一般情况下,过流点是不太需要改变的,去掉单片机以后板子是就是纯硬件了。

6,驱动上增加了负压控制,实现更快,更可靠的关断。

--

主板:

--

控制小板:

--

操作面板:

--


2018/11/13 22:51:08
30
xd285070[实习版主]
电源币:45 | 积分:11 主题帖:22 | 回复帖:85
LV6
团长

板子上个月就画板了,一直到现在才有时间测试,经过2天简单的调试以后,V2版开关表示,非常成功!完全达到了预期效果,调整的参数,仅仅只是把输入和输出的欠压阀值点,设定到了25v,把差分放大的2个电阻由10K改成了5.1K,仅此而已。

今晚已经在群里面直播了,测试是输入670v直流,输出为一个1500w的电源模块,把mos管的散热片的压条去掉,让mos管发热到烧毁,直到开关保护,效果非常不错!

--

后续会把直播的视频上传到帖子当中。V2版的机子,先来几个照片

--

主机和操作面板

--

功能验证中

--

实测带载模块电源,测试中

2018/11/26 13:59:56
33
tianyao9393
电源币:347 | 积分:11 主题帖:9 | 回复帖:110
LV5
营长
东哥威武
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