banco de carga: 12V, 120 A

Necesitará una carga que se adapte automáticamente a diferentes voltajes de fuente, de modo que la potencia convertida en esa carga a calor sea constante.

Normalmente, implementarías algo así con transistores, que controlas en consecuencia.

Entonces, sí, necesitarás algún tipo de controlador; un bucle de retroalimentación parece altamente deseable.

En este escenario, probablemente sea más fácil usar un conjunto de MOSFET como "resistencias" de carga. Dado que toda la matemática es realmente fácil,

$$ P = U \ cdot I \ text, $$

Básicamente, puede simplemente escribir un bucle que disminuya la resistencia efectiva de sus MOSFETs (al aumentar el voltaje de la compuerta en un mosfet de canal N, normalmente) hasta que llegue a su punto de poder "debería ser". Por supuesto, tener un controlador PID completo es un enfoque mucho mejor, evitando las oscilaciones, pero todo esto se reduce a cuánto más rápido puede controlar el MOSFET que la fuente de energía que va a cambiar.

Ahora, prácticamente:

• 12 V · 120 A = 1.44 kW. Debe sacar esta cantidad de calor de sus transistores para que no se quemen. Buena suerte con eso.
• Eso es aún 180 W por MOSFET si tienes 8.
• Para permitir que 12 V empujen 120 A a través de un sistema, ese sistema debe tener una resistencia efectiva de 0.1 Ω. Eso hace que encontrar MOSFET que puedan hacer esas corrientes y un Rds_on sea lo suficientemente bajo como para cumplir con eso.
• Una traza de PCB diseñada para transportar 120 A a más de 10 cm, no se le permite calentarse más de 40 ° C por sí misma (sin contar los transistores calientes) de 70µm de cobre (dos veces lo que se encuentra en la mayoría de PCB) tendría que ser 4.8 cm de ancho. Eso es un desafío de diseño allí mismo; cuanto más estrechas sean las trazas, mayor será la resistencia inherente (lo que hace que el punto anterior sea más difícil de lograr)
• Tenga en cuenta los picos de voltaje que inducirían unos pocos nH de inductividad parásita si de repente se apagan los 120 A (por ejemplo, para el apagado automático en caso de sobrecalentamiento). No es bonita, en absoluto.
• 120 A realmente suena como si un experto diseñara estas cosas. La cantidad de cosas afiladas que pueden explotar y volar no debe subestimarse en estas corrientes.

Hagamos las especificaciones correctas: un sumidero de corriente de 0-120A con un voltaje de entrada de 10-14V.

Disipar todo este poder en un componente es una mala idea, así que lo dividiremos en, digamos, módulos de 10 a 20 amperios que luego se colocarán en paralelo. Aquí hay un módulo de este tipo:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Es simple: un DAC crea un voltaje de control (VRef), luego un opamp controla un MOSFET en el modo de seguidor de fuente. Vref aparece en la resistencia de carga conocida, por lo tanto, la corriente es I = Vref / R.

Puedes mezclar esta solución con la de Finbarr, usando un voltaje constante para Vref y encendiendo y apagando cada módulo.

Un gran equipo de 50c opamps de doble canal y FET de $ 1 usualmente vencerán a un MOSFET enorme y costoso, tanto en precio como en máxima disipación, debido a que el calor se concentra menos en un solo punto y, por lo tanto, es más fácil deshacerse de él.

Ahora, el uso de MOSFET de canal N tiene un inconveniente: necesitará una fuente de alimentación más alta para impulsar las puertas. Pero también tiene una ventaja: puede soldar todos los drenajes de sus NMOS a una gran porción de barra de cobre que se dobla como riel eléctrico y tendrá una transferencia de calor mucho mejor al disipador térmico final.

Verá, la potencia máxima de un FET TO220 (o similar) está bastante limitada por el aislante eléctrico que lo separa del disipador de calor, porque el área en la parte posterior de un TO220 no es tan grande.

Si obtienes FET con RthJC alrededor de 0.7-1 ° C / W, la almohadilla en la parte posterior agregará más resistencia térmica (si no más) ... la soldadura conduce el calor mucho mejor, y el área de superficie de la almohadilla se puede usar entre la barra de cobre grande y el disipador de calor real es mucho más grande.

También puede usar un disipador de calor en vivo (a +12 V), pero como es muy probable que se enfríe con agua ... probablemente sea mejor ponerlo a tierra para evitar la electrólisis.

Ahora, la disipación de potencia se dividirá entre MOSFET y la resistencia.

Entonces, la potencia máxima está en Vin = 14V y I = 10A

Presistor = 100W PFet = 40W

La potencia máxima para MOSFET se produce cuando el voltaje de entrada se divide en partes iguales entre la resistencia y el FET, por lo que a Vin = 14V ocurre a I = 7A y ambos componentes se disipan 49W.

Con 1 ° C / W entre su matriz FET y agua a 50 ° C, la matriz alcanzará los 100 ° C, así que está listo para comenzar.

Agregue una gran resistencia de potencia de 100W-150W. Verifique los precios, tal vez sería mejor disipar la mayor parte del poder en los FET y solo utilizar una derivación de detección actual para la resistencia.

O, si utiliza resistencias imprecisas (como una resistencia de caldera de agua o una bobina de cable resistivo) coloque una derivación de medición de corriente en serie, de modo que el opamp controle la corriente utilizando la derivación, pero la potencia se disipe en la resistencia grande .

Si no desea utilizar el enfriamiento con agua ... ¡buena suerte, hombre! La opción más barata sería como un secador de pelo: cable resistente muy caliente y ventilador muy fuerte.

* PLAN B

Si solo está interesado en la PROMEDIO de corriente consumida por su carga, entonces puede usar PWM y no disipar mucha energía dentro de los FET. En este caso, las resistencias entran en los drenajes FET como de costumbre.

Necesitará de 5 a 10 NMOS de baja resolución en paralelo y una resistencia de gran potencia, probablemente bricolaje con cable resistivo.

Pero tu corriente será cortada, y creo que esto no es lo que quieres, así que no voy a dar más detalles.

Creo que esto se puede lograr perfectamente siempre y cuando encuentres una forma de deshacerte de casi 1500W de calor. Obviamente, la carga es máxima, por lo que deberá considerar cuánto tiempo funcionará el dispositivo en diversas condiciones de carga y planificar un sistema de enfriamiento de agua o aire forzado en consecuencia.

En teoría, solo necesita construir siete sumideros de corriente: 1A, 2A, 4A, 8A, 16A, 32A y 64A y encenderlos en la combinación correcta. Los desafiantes, por supuesto, son los valores más altos. Suponiendo que desea mantener un voltaje de batería inferior a 10 V, necesitará un MOSFET con una resistencia de ENCENDIDO de 0.156 ohmios a 64 A para el último y eso probablemente será un desafío, especialmente si agrega una resistencia sensorial para controlar la corriente.

16A, sin embargo, significa una resistencia total de MOSFET y resistencia de detección de 0.625 ohmios, que es más realista.

Así que probablemente iría a 1A, 2A, 4A, 8A y luego a siete lavabos de 16A, dándote un máximo de 127A si lo deseas. Construya cada fregadero por separado, conecte la batería a un par de barras de distribución de cobre grandes y conecte cada fregadero por separado entre ellos. Los sumideros 16A generarán 192W significativos pero manejables cada uno a 12V.

Es bastante simple construir una carga electrónica que maneje 120 A más y sea insensible al voltaje del terminal. No necesitas un PID en absoluto. Simplemente necesita una carga de corriente constante.
Le sugiero que lea this como Una gran introducción a las cargas electrónicas. Los esquemas aquí son un poco complejos, pero puede simplificarlos con componentes modernos como IXTK TX90N25L2 he referenciado en los comentarios.

El elemento principal a comprender es que la disipación de energía en un dispositivo activo está sujeta a consideraciones especiales para la SOA en DC. La mayoría de los FET son muy limitados en el DC SOA, por lo que incluso si usa muchos puede ser un problema difícil de resolver. Lea esto y this describiendo los problemas.

Para usar un Arduino, necesitará una referencia de voltaje (TL431), DAC (TI DAC7571) y varios FET de potencia (aunque probablemente no necesite más de 2-3 en su aplicación) y controladores.

Crear la carga es significativamente más fácil que disipar toda esa energía (cerca de 1500 W). Necesitará un gran disipador de calor / ventilador para permitir que la carga se ejecute durante cualquier período de tiempo, por lo que podría ser mejor usar un sistema de refrigerante líquido. Con 5 galones de agua, se necesitarían 30 minutos para elevar la temperatura en 30 grados centígrados. Si ejecuta un sistema de pérdida a 5 galones por hora, entonces podría funcionar durante varias horas seguidas.