Simular um despejo de carga automotiva com um banco de capacitores carregados?

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Eu tenho trabalhado em um dispositivo de registro de dados que acabará entrando no meu veículo pessoal. Examinei as interwebs e construí o que, em teoria, deveria ser uma fonte de alimentação bastante robusta capaz de lidar com transientes e subtensão rápidos e o lendário despejo de carga. Meu problema é, no entanto ... quero realmente testar a fonte de alimentação.

Nas perguntas anteriores que perguntei relacionadas ao design da parte da fonte de alimentação, me disseram que o "caminho certo" para simular um despejo de carga é com um dispositivo de teste pré-profissional adequado. Estou curioso, no entanto ... o que está me impedindo de montar algo que seja "suficientemente próximo"?

Minha idéia é simplesmente a seguinte: obter uma fonte de alimentação CC de baixa tensão, como uma fonte de alimentação antiga para PC. Obtenha um conversor DC-DC para elevar esses 12V a algo na faixa de 80V. Monte um banco de capacitores para me aproximar de um despejo de carga de 12V teórico .. que pelo que posso dizer está na faixa de centenas de joules. Depois de carregada, basta conectá-la à entrada da bateria do dispositivo - que não seria conectada a uma fonte de energia real, para que eu não queira estragar essa fonte de energia - e veja se explode e, se não, veja se funciona normalmente mais tarde.

Isso soa como a idéia mais idiota que você já ouviu? É uma idéia um tanto decente que simplesmente precisa de muito planejamento e verificação de números para funcionar da maneira mais planejada?

Toby Lawrence
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Respostas:

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Um despejo de carga é o que acontece com um sistema elétrico de automóvel quando uma carga grande (como os faróis) se apaga. O problema é que o sistema de carregamento (principalmente o alternador) possui uma indutância significativa e qualquer tentativa de reduzir rapidamente o consumo de corrente resulta em um "chute indutivo" que cria um grande pico de tensão no barramento de 12V. Esse chute é o mesmo fenômeno usado para criar a faísca no sistema de ignição, apenas uma manifestação diferente dele. O ponto é que qualquer equipamento conectado ao barramento de 12V precisa suportar esses picos ocasionais de tensão de 100-200V sem danos.

Como o despejo de carga é principalmente um fenômeno indutivo, provavelmente seria mais fácil simulá-lo dessa maneira também. Você realmente não precisa simular toda a energia de um despejo de carga automotivo real; você só precisa criar a mesma forma de onda de tensão nos terminais de alimentação do seu dispositivo.

esquema do simulador de despejo de carga

Coloque um indutor grande (L1, da ordem de 1H, talvez o principal de um grande transformador de potência) em série com o seu dispositivo (por exemplo, conecte o dispositivo à fonte de alimentação através do indutor). Isso representa a indutância do sistema de carregamento de automóveis.

Coloque alguns µF de capacitância (C1) em (paralelamente ao) seu dispositivo; isso representa a capacitância distribuída da fiação do automóvel e ajuda a limitar o tempo de espera do evento de despejo de carga. Verifique se este capacitor está classificado para algumas centenas de volts.

Coloque também um resistor de 120 ((R1) em paralelo com o seu dispositivo. Isso representa outras cargas estáticas no automóvel e definirá um limite superior no pico de tensão que o despejo de carga cria. (Este resistor consumirá 100 mA e dissipará 1,2W.)

Agora, conecte um resistor (R2) de baixo valor e alta potência ao dispositivo, em série com um comutador (SW1). Isso representa a carga que será "despejada". O valor do resistor deve ser tal que a corrente CC não exceda a capacidade da fonte de alimentação e você pode ajustar o valor do resistor para alterar a corrente em relação ao valor do indutor para descarregar uma quantidade específica de energia ( 0,5 × 2 × L). Por exemplo, se seu indutor é 1H e seu resistor é 12Ω (@ 12W), você estará desenhando 1A e a energia armazenada será 0,5 Joules.

Feche o comutador para "carregar" o indutor e abra-o - aí está o seu evento de descarga de carga simulado. Com esses valores do resistor, a tensão de pico será da ordem de 100-120V. Você pode usar diferentes combinações de valores de resistores para simular diferentes tipos de eventos. A proporção de R1 para R2 determina aproximadamente a tensão de pico do pico (em relação à tensão da fonte de alimentação). Escale ambos os resistores para baixo para simular eventos de corrente mais alta (energia mais alta). Diminua o capacitor para obter tempos de execução mais rápidos; 1H e 1µF ressoam a 160Hz, o que oferece um tempo de espera de 1,5 ms (1/4 de ciclo). Por exemplo, alterar C1 para 0,01µF resultaria em um tempo de espera de cerca de 150µs.

Dave Tweed
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Um diagrama seria ótimo !!
Michael Karas
De fato, um diagrama seria bom. Tudo faz sentido até a conexão do resistor "load dump".
21812 Toby Lawrence
O diagrama é útil - obrigado! Você poderia elaborar um pouco mais sobre como conectar e desconectar o resistor de despejo de carga pode gerar um evento comparável à definição / números clássicos de um despejo de carga?
Toby Lawrence
Adicionei mais detalhes ao começo e ao fim da minha resposta; espero que isso ajude.
perfil completo de Dave Tweed
Definitivamente sim ... e eu diria que sua resposta atinge a unha na cabeça. Você tem algum conselho para encontrar um indutor adequado por um preço decente? Tudo na faixa de 0,5H e acima parece ser de US $ 10 ou mais. Você mencionou um poder transformado ... que especificações eu procuraria? A indutância de um transformador é frequentemente citada?
Toby Lawrence