Simulation eines Kfz-Ladedumps mit einer Reihe geladener Kondensatoren?

Ich habe an einem Datenerfassungsgerät gearbeitet, das irgendwann in mein persönliches Fahrzeug passt. Ich habe die Interwebs durchsucht und ein theoretisch ziemlich robustes Netzteil gebaut, das schnelle Transienten und Unterspannungen sowie den sagenumwobenen Lastabwurf bewältigen kann. Mein Problem ist jedoch ... Ich möchte das Netzteil tatsächlich testen.

In früheren Fragen, die ich im Zusammenhang mit dem Design des Netzteils gestellt habe, wurde mir gesagt, dass der "richtige Weg" zur Simulation eines Lastabwurfs ein geeignetes, vorprofessionelles Testgerät ist. Ich bin allerdings neugierig ... was hindert mich daran, etwas aufzubauen, das "nah genug" ist?

Meine Idee ist einfach folgende: Besorgen Sie sich eine Niederspannungs-Gleichstromquelle, beispielsweise ein altes PC-Netzteil. Lassen Sie einen DC-DC-Wandler diese 12 V auf etwas im 80-V-Bereich bringen. Bauen Sie eine Reihe von Kondensatoren zusammen, um mich in die Nähe eines theoretischen 12-V-Lastabfalls zu bringen. Soweit ich weiß, liegt dieser im Bereich von Hunderten von Joule. Sobald der Akku aufgeladen ist, schließen Sie ihn einfach an den Batterieeingang des Geräts an, der nicht an eine tatsächliche Stromquelle angeschlossen werden kann, damit ich diese Stromquelle nicht vermasseln möchte. Prüfen Sie, ob er explodiert, und prüfen Sie, ob er normal funktioniert danach.

Klingt dies nach der dümmsten Idee, die Sie jemals gehört haben? Ist es eine etwas anständige Idee, die einfach viel Planung und Nummernprüfung erfordert, um ungefähr wie beabsichtigt zu arbeiten?

Ein Lastabwurf ist das, was mit einem elektrischen System eines Automobils passiert, wenn eine große Last (wie die Scheinwerfer) ausgeschaltet wird. Das Problem ist, dass das Ladesystem (hauptsächlich der Generator) eine signifikante Induktivität aufweist und jeder Versuch, die Stromaufnahme schnell zu reduzieren, zu einem "induktiven Kick" führt, der eine große Spannungsspitze auf dem 12-V-Bus erzeugt. Dieser Tritt ist das gleiche Phänomen, das verwendet wird, um den Funken im Zündsystem zu erzeugen, nur eine andere Manifestation davon. Der Punkt ist, dass jedes Gerät, das an den 12-V-Bus angeschlossen ist, diesen gelegentlichen Spannungsspitzen von 100 bis 200 V ohne Beschädigung standhalten muss.

Da Load Dump in erster Linie ein induktives Phänomen ist, wäre es wahrscheinlich auch einfacher, es auf diese Weise zu simulieren. Sie müssen nicht wirklich die volle Energie eines tatsächlichen Kfz-Ladedumps simulieren. Sie müssen nur die gleiche Spannungswellenform über die Versorgungsklemmen Ihres Geräts erstellen.

Schalten Sie eine größere Induktivität (L1 in der Größenordnung von 1H, möglicherweise die Primärwicklung eines großen Leistungstransformators) in Reihe mit Ihrem Gerät (dh schließen Sie das Gerät über die Induktivität an die Stromversorgung an). Dies stellt die Induktivität des Kfz-Ladesystems dar.

Legen Sie ein paar µF Kapazität (C1) über Ihr Gerät (parallel dazu). Dies stellt die verteilte Kapazität der Fahrzeugverkabelung dar und hilft, die Anstiegszeit des Lastabwurfereignisses zu begrenzen. Stellen Sie sicher, dass dieser Kondensator für einige hundert Volt ausgelegt ist.

Stellen Sie auch einen 120Ω-Widerstand (R1) parallel zu Ihrem Gerät. Dies stellt andere statische Lasten innerhalb des Automobils dar und legt eine Obergrenze für die Spitzenspannung fest, die durch den Lastabwurf erzeugt wird. (Dieser Widerstand verbraucht 100 mA und verbraucht 1,2 W.)

Schließen Sie nun einen niederwertigen Hochleistungswiderstand (R2) in Reihe mit einem Schalter (SW1) an Ihr Gerät an. Dies stellt die Last dar, die "entleert" werden soll. Der Wert des Widerstands sollte so sein, dass der Gleichstrom die Leistungsfähigkeit des Netzteils nicht überschreitet, und Sie können den Wert des Widerstands anpassen, um den Strom in Bezug auf den Wert des Induktors zu ändern, um eine bestimmte Energiemenge abzulassen ( 0,5 × I ² × L). Wenn Ihr Induktor beispielsweise 1H und Ihr Widerstand 12Ω (@ 12W) beträgt, zeichnen Sie 1A und die gespeicherte Energie beträgt 0,5 Joule.

Schließen Sie den Schalter, um den Induktor "aufzuladen", und öffnen Sie ihn dann - es gibt Ihr simuliertes Load-Dump-Ereignis. Mit diesen Widerstandswerten liegt die Spitzenspannung in der Größenordnung von 100-120 V. Sie können verschiedene Kombinationen von Widerstandswerten verwenden, um verschiedene Arten von Ereignissen zu simulieren. Das Verhältnis von R1 zu R2 bestimmt ungefähr die Spitzenspannung der Spitze (relativ zur Versorgungsspannung). Skalieren Sie beide Widerstände nach unten, um Ereignisse mit höherem Strom (höherer Energie) zu simulieren. Verkleinern Sie den Kondensator, um schnellere Anstiegszeiten zu erzielen. 1H und 1µF schwingen bei 160 Hz mit, was zu einer ziemlich gemächlichen Anstiegszeit von 1,5 ms (1/4 Zyklus) führt. Wenn Sie beispielsweise C1 auf 0,01 µF ändern, erhalten Sie eine Anstiegszeit von ca. 150 µs.