Хранение импульсов высокой мощности и сильного тока

Это чрезвычайно сложная идея. Во-первых, предположим, что выходное напряжение не обязательно должно быть ровно 90 вольт, а должно быть более или менее постоянным во время импульса. Затем, если вы готовы купить автомобильные аккумуляторы, это не так уж сложно:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Автомобильные аккумуляторы имеют рейтинг CCA, Cold Cranking Amps. Это ток, который новая батарея будет обеспечивать при нуле F в течение 30 секунд. Если вы посмотрите сюда, например, вы увидите CCA в диапазоне от 600 до 800 ампер, так что ваши 45 ампер довольно просты. Другими словами, вы можете получить самые дешевые аккумуляторы, какие сможете найти.

Подойдут сильноточные Li-Po, но вам понадобится около 25 штук.

МОП-транзистор p-типа необходимо выбирать для низкого Rds(on). При 90 В и 2 Ом (45 А) в течение 0,3 секунды общая энергия импульса составит около 1200 Дж. При условии, что Rds(on) составляет 1% нагрузки (0,2 Ом), полевой МОП-транзистор будет рассеивать только 40 Вт и всего 12 Дж. МОП-транзистор должен быть рассчитан на 100 В плюс и ток стока 50 А, но его нетрудно найти.

Я предположил, что для целей защиты от электромагнитных помех вам нужно заземлить один конец нагрузки, и это определяет выбор p-типа. Если нагрузка может плавать, использование заземленных n-типов значительно облегчит вашу жизнь.

Что становится трудным, так это попытка создать непрямоугольный импульс. Я предполагаю, что возможен двухступенчатый импульс с периодом в 45 ампер (или немного больше), а затем периодом при более низком токе, который несколько кратен 45/8 ампер. Вы можете сделать это,

^{смоделируйте эту схему}

В данном случае при включении М1 напряжение на нагрузке около 96 вольт, или что там аккумуляторы выдавали при том токе, который вам нужно определить. Когда M1 выключен, а M2 включен, напряжение нагрузки будет около 48 вольт. Этот подход допускает только дискретные уровни тока, но довольно щадяще рассеивает мощность в генераторе импульсов. МОП-транзисторы работают как переключатели и рассеивают относительно небольшую мощность, пока они правильно управляются. И не забывайте, что диоды должны быть правильно рассчитаны как по напряжению, так и по току.

Если вы хотите что-то менее «цифровое», у вас могут возникнуть трудности, в зависимости от того, какая именно форма волны вам нужна. Поскольку это тестирование EMI, вам может понадобиться обратная экспонента, которую можно сделать прямолинейно, но не обязательно дешево.

Допустим, вам нужна экспонента с пиковым током 90 ампер и постоянной времени 10 мс. Затем вы можете сделать что-то вроде

^{смоделируйте эту схему}

Здесь я переключился на n-тип, так как он значительно упрощает управление воротами.

Маломощный источник питания 90 вольт заряжает конденсатор до 90 вольт. Сколько времени это займет, зависит от допустимого тока источника питания и номинала зарядного резистора.

Когда полевой транзистор включен, конденсатор разряжается с приблизительной реакцией

$$i(t) = \frac{V_{supply}}{R}(1-{e^{-\frac{t}{RC}}})$$ где RC — постоянная времени в секундах. Итак, если вам нужна постоянная времени 10 мс, $$\tau = .01 = RC$$ и $$C = \frac{\tau}{R} = \frac{.01}{2} = .005 = 5,000 \text{\mu F}$$ и вы обнаружите, что достать конденсатор емкостью от 5000 до 10000 мкФ на 90 вольт, который изящно справится с разрядами короткого замыкания (в долгосрочной перспективе), не так просто, как вы думаете. Вы можете получить емкость и напряжение довольно дешево, но опасайтесь сбоев после нескольких импульсов.

Вы заметите, что я не указал механику привода затвора, и это потому, что есть множество способов сделать это. Начните думать.

Кроме того, имейте в виду, что для диодов и транзисторов вы ДОЛЖНЫ добавить коэффициенты безопасности. Быстрое переключение больших токов по своей природе вызывает большие скачки напряжения в местах, которые вы не ожидаете в первый раз.

Я помню, как проводил тест с аналогичными требованиями к мощности. У нас была специальная батарея для этой цели, рассчитанная на 120В, 150А. Если у вас нет специального оборудования, подумайте о приобретении автомобильных аккумуляторов, как предложил jms. Я видел на практике тестовые установки с автомобильными аккумуляторами. Обратите внимание, что заряжать 8 аккумуляторов перед каждым тестом довольно сложно: если вам приходится проводить тесты каждый день, вам понадобятся как минимум 4 зарядных устройства и специальный человек, который будет менять аккумуляторы ночью. Если вам нужно проводить тесты без перерыва, вам понадобятся 2 полных комплекта батарей.

В любом случае не забудьте предохранитель или автоматический выключатель : они окупятся, если что-то пойдет не так, и ваш импульс станет немного длиннее 300 мс. Ищите предохранитель с номинальным током около 15-20 А, который допускает перегрузку 40 А в течение нескольких секунд.

Вы, вероятно, собираетесь использовать MOSFET или IGBT в качестве переключателя для генерации импульсов. Не пренебрегайте обратным диодом : любые длинные провода будут действовать как индуктивность при достаточном токе, особенно если они длиннее, чем необходимо, и кто-то решит организовать их петлями, чтобы испытательная площадка выглядела чище.

Обратите внимание на ультраконденсаторы, суперконденсаторы AKA или электрические двухслойные конденсаторы. Они имеют большую емкость в меньшем корпусе и лучше подходят для коротких импульсов, чем батареи. Вы можете использовать несколько колпачков параллельно, а не выбирать только один.

Также прислушайтесь к советам других ответов и комментариев по таким вещам, как обратные диоды и безопасность этого мощного проекта.