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Limitatore di corrente

Circuiti, campi elettromagnetici e teoria delle linee di trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica

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[11] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utentebebos89 » 21 mar 2020, 0:53

elfo ha scritto:Il punto piu' "uggioso" e che ti occorre un alimentore "separato" da +/- 15 V pochi mA(potrebbe essere anche un DC/DC converter isolato ingresso + 12V uscita +/-15 V)


Non dovrebbe essere troppo difficile trovarne uno gia fatto o realizzarlo con la coppia lm78xx lm79xx che dovrei avere già. Guardo cosa riesco a trovare e posto un possibile candidato, per il resto sono apertissimo a qualsiasi tipo di idea.
Intanto vi ringrazio per il supporto
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[12] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utenteclaudiocedrone » 21 mar 2020, 2:09

Per ottenere 15 volt negativi e positivi dagli LM servono almeno 18 V negativi e positivi... non credo che la tensione in alternata fornita dal generatore sia sufficiente quindi occorrerebbe interporre un trasformatore elevatore... ritengo meno complesso e più efficiente usare un convertitore a commutazione come ha prospettato Foto Utenteelfo
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[13] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utentebebos89 » 21 mar 2020, 2:36

Perfetto, ne cercherò uno allora. Grazie
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[14] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utentebebos89 » 21 mar 2020, 2:46

Ho trovato questo con spedizione veloce, spero possa andare bene

Descrizione:

Tensione di ingresso 3 ~ 24 V, uscitaOpzionale± 5 V/± 6 V/± 9 V/± 10 V/± 12 V/ ± 15 V/±18V±24 V
Potenza di uscita massima: 1-8 W (Per i dettagli, si prega di vedere la descrizione nella parte inferiore o chiedere a noi per informazioni.)
Efficienza di conversione: 71-90%
Corrente di riposo: 3-4mA
Precisione: tensione Positiva ± 3%, di tensione Negativa di ± 5

8 W DC-DC Boost-Buck Convertitore di frequenza di lavoro 400 kHz.
Temperatura ambiente di funzionamento:-40 ~ + 85 Gradi Celsius

Dimensioni: 42x24x15mm
Peso: 10g

Alta efficienza fino al 90%
Costruito in Compensazione in Frequenza
Costruito in Funzione Soft-Start
Costruito in Funzione di Spegnimento Termico
Costruito in Funzione di Limite di Corrente
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[15] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utenteclaudiocedrone » 21 mar 2020, 3:06

Direi di sì, ora la palla a Foto Utenteelfo :-)
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[16] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utenteabusivo » 21 mar 2020, 11:17

bebos89 ha scritto:...Ho trovato questo con...

Hai notato che per avere la tensione di uscita si deve sostituire una resistenza in SMD?
Se non è un problema ...
Comunque seguo l'argomento che ritengo interessante!
Se quello che funziona basta non lo tocca' sennò te lassa!
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[17] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utentebebos89 » 21 mar 2020, 12:01

Non è un problema sostituire la resistenza SMD, comunque sul sito è possibile scegliere a priori la tensione in uscita e loro manderanno la giusta resistenza.
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[18] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utenteabusivo » 21 mar 2020, 12:04

bebos89 ha scritto:Non è un problema....

Perfetto!
Continuo a seguire senza più disturbare, scusate.
Se quello che funziona basta non lo tocca' sennò te lassa!
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[19] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utentebebos89 » 21 mar 2020, 12:09

Ogni intervento lo ritengo un aiuto e di sicuro non un disturbo, quindi intanto ti ringrazio per la segnalazione del possibile problema!! Saranno ben accetti tutti i suggerimenti :ok:
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[20] Re: Limitatore di corrente

Messaggioda Foto Utenteelfo » 21 mar 2020, 14:26

Alcune premesse:

- l'alimentatore +/- 15 V - come detto - deve essere isolato (cioe' le masse ingresso ed uscita devono essere isolate. Questo aspetto non costituisce un problema nella fase iniziale perche' in fase di prototipo possiamo utilizzare due pile 9 V
- vorrei procedere per gradi in vari post
- il "progetto" e' cooperativo e sottoposto alla "peer review" di tutto il forum
- prima di acquistare anche una minima parte del materiale necessario per la realizzazione attendere la conclusione e la revisione del progetto

*** Partiamo dalla fine

Scelta del "transistor" di regolazione , del dissipatore e dei componenti collaterali

Lo schema di partenza (di principio ma anche "operativo") e' in Fig. 1a

- fusibile (obbligatorio)
- mosfet di potenza
- resistenza di sensing

- Il fusibile rapido e' dimensionato per una corrente di poco superiore a quella nominale
- la resistenza Rs di sensing e' dimensionata come segue:

- consideriamo 0.65 V la Vbe di un transistor e 30 A la corrente max (vedremo poi perche' 30 A invece di 25 A).

Avremo

Rs = \frac{0.65}{30} = 0,022 ohm

la potenza Pr richiesta (per una corrente in regime continuo di 25 A) vale

Pr = I^2 \cdot Rs = 25^2 \cdot 0,022 = 13,75 W

Occorrera' quindi una resistenza da almeno una 30ina di W ben dissipata
Valuteremo in sede di BOM (Bill Of Material) se scegliare una resistenza specifica per shunt a 4 terminali

Per il mosfet occorre fare alcune considerazioni aggiuntive.

Il numero dei mosfet disponibili e' sterminato (troppi!) per cui occorre fare uno "sfoltimento" preventivo.

La maggior parte dei mosfet viene utilizzata in applicazioni switching (in contrapposizione a lineari) in cui la dissipazione e' dovuta principalmente a perdite di commutazione.

Ne consegue che a fronte di capacita' di "erogazione" di correnti di molte decine (centinaia) di ampere la capacita' di dissipazione (e la relativa resistenza termica tra giunzione e case e tra case e dissipatore) e' mediocre.

Nel nostro caso lavoriamo in regime lineare e quindi la dissipazione e' "molto" alta.
Avevamo stimato 88 W (post [2]) che in sede di progetto - lasciando un margine di sicurezza - arrotondiamo a 100 W per semplicita' di calcolo.

Per puro companilismo - tra tutti i produttori di mosfet - scegliamo la ST (st.com) che e' italiana e scegliamo i mosfet con case TO220XX e TO247 che sono dei case che - accanto ad una facilita' di montaggio meccanico - offrono una bassa resistenza termica complessiva.

Per una selezione guarda

https://www.st.com/en/power-transistors ... l#products

Tra tutti i possibili candidati scegliamo

STP190N55LF3
- 55 V
- 120 A continui
- 0,48 C/W Resistenza termica giunzione - case
- 175 C
- 2.9 mohm

- costo 5 euro (con Iva) per 1 pezzo da distributore autorizzato

data sheet

https://www.mouser.it/ProductDetail/STM ... RVnQ%3D%3D

Come vediamo, il componente e' "sovrabbondante" ma c'e' un pero'.

Consideriamo l'aspetto dissipazione

Per una trattazione di base guarda
https://it.wikipedia.org/wiki/Resistenza_termica

Partiamo da questi dati per il calcolo del dissipatore

- Potenza da dissipare: 100 W
- Resistenza termica giunzione-case RTh_j-c= 0.48 C/W
- Resistenza termica case-dissipatore (compreso isolamento elettrico) RTh_c-h= 1 C/W
- T giunzione max 150C (per avere un margine di sicurezza rispetto ai 175 C)
- T ambiente 45 C

Con questi dati e' richiesta Resistenza termica giunzione-aria RTh_j-a
RTh_j-a = \frac{150-45}{100} = 1.05 \frac{C}{W}
Poiche'

RTh_j-a = RTh_j-c + Rth_c-h + RTh_h-a

occorre un dissipatore

RTh_h-a = RTh_j-a - Rth_j-c - Rth_c-h = 1.05 - 0.48 - 1 = -0.43 \frac{C}{W}

che e' un dissipatore "che non esiste" (ha un valore negatico ed e' possibile realizzarlo solo in forma attiva con una pompa di calore)

Una possibile alternativa e' quella disegnata nella Fig. 1b in cui vengono messi vari mosfet in parallelo.

Ci sono vari vantaggi (e svantaggi) in questa soluzione.

Parleremo dei vantaggi specie sotto l'aspetto della dissipazione

il mosfet puo' avere caratteristiche inferiori e noi sceglamo

STP95N4F3 nella versione con case TO220
- 40 V
- 65 A continui
- 1,36 C/W
- 175 C
- 5 mohm

costo 1.5 euro (con Iva) per 1 pezzo da distributore autorizzato

data sheet

https://www.mouser.it/datasheet/2/389/c ... 796381.pdf

Se mettiamo in parallelo 3 mosfet avremo che ciascuno deve dissipare 33 W (100 W/3)

da cui

RTh_j-a = \frac {150 -45}{33} = 3.2 \frac{C}{W}

avremo un dissipatore

RTh_h-a = 3.2 - 1.36 - 1 = 0.84  \frac{C}{W}

che e' un valore "basso" ma "possibile"

Il valore 0.84 si riferisce a dissipatore per ciascun mosfet per cui ne occorrono 3 o uno con

RTh_h-a =\frac{0.84}{3}= 0.28\frac{C}{W}

Puoi cercare su internet sui cataloghi dei vari costruttori le caratteristiche di dissipazione dei vari dissipatori.

E' ovviamente possibile "aiutare" la dissipazione con un ventilatore (es ventola 80 x 80 12 V) e il "guadagno" nella disspazione e' notevole (vedi sempre nei cataloghi)

Infine in Fig.1c abbiammo lo schema di test del complesso (fuse + mosfet + Rs) per verificare il funzionamento e le prestazioni della parte di potenza.

I rettangoli rappresentano i componenti (eventualmente piu' componenti in "parallelo") ed i(l) mosfet e' acceso con una pila da 9 V

In sede di verifica del funzionamento ci spettiamo di misurare una caduta di tensione inferiore ad 1 V (resistenza di uscita < 0,4 ohm) @ 25 A

Nel prox post studieremo la parte di controllo
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