Странная пиротехника

[spamkerdyk]

Везет мне на странные события.
Мои коллеги физики попросили слепить для них нагрузку для 12-вольтового аккумулятора, который им периодически нужно разряжать током ампер 30. И хорошо бы, чтобы нагрузка сама следила за величиной тока и поддерживала его в течение разряда.
Я из подручных деталей соорудил ШИМ регулятор. Транзисторов высокотоковых у меня не было, поэтому я сделал 5 ключей на мосфитах с индивидуальной нагрузкой в каждом ключе и соединил все параллельно. А чтобы не сомневаться, можно ли затворы соединять параллельно, каждому мосфиту дал собственный драйвер (TC4420). А что... если у меня драйверов в запасе достаточно? А вот входы драйверов запараллелил и через буфер на КТ3102 запитал от тиньки 13-й. Все параллельные выводы от резисторов нагрузок (ТЭН-ов) просунул в датчик тока (Холла) и датчик измеряет суммарный ток. Напряжение с датчика (1 - 5В) поступает на ADC0, а на ADC1 - напряжение с потенциометра (0 - 5В). Поскольку ток физики измеряют внешним амперметром, я даже коды ADC не стал переводить в напряжение. Если код с ADC0 меньше кода ADC1 - прибавить единичку в код ШИМ, иначе - отнять единичку. Быстродействие никакое не нужно, там время измеряется даже не секундами, а десятками минут.
Вот такой примитив. Все работает прекрасно, плавненько, и в чем-о даже красиво, разрядные графики - конфетка, украшение любого отчета, даже пару экспериментов уже провели с 30 амперами. Транзисторы, правда, греются сильнее, чем я ожидал, да тьфу на них. Горячо, но приемлемо. Я сначала вентилятор приспособил, а сегодня дополнительный радиатор прикрутил к алюминиевой полоске, которая до сих пор стояла, ну и все теперь холодное.
Что еще не сказал? Тинька питается через КРЕН5. А еще там стоит китайский XL6009, генерирует +24В для датчика Холла из 12В аккумулятора. Все питается от того же аккумулятора, который мы разряжаем. Ну и частота ШИМ 2.5 кгц.
Это было предисловие. А вот теперь... вопрос не вопрос, сам не знаю ка сформулировать.
Несмотря на вентилятор, там на плате что-то постоянно грелось. Я сначала думал КРЕН-ка, но с чего бы ей при таком мизерном токе? Ну ладно, прикрутил к ней медяшку. Сегодня я все внимательно ощупал - оп-па, оказывается это электролит, который стоит на входе перед КРЕН-кой. Да так греется, что того и гляди бабахнет. Это чудо, что пару экспериментов выдержал.
Полярность не перепутана. Напряжение 12В конденсатор на 25В 470 мкф. На нем есть пульсации: когда ШИМ подключает ТЭН-ы, напряжение проседает на 0.1-0.2В Неужели такие пульсации так его греют?
Ладно, хрен с ним. Отпаял его, поставил керамику 1.2 мкф. Все. Больше ничего не греется, все работает (ну и работало).
Я успокоился, пошел чай пить. Вдруг за спиной: Бах! Пшшшшш! Оборачиваюсь, из платы идет дым. Плата продолжает работу как ни в чем ни бывало. На амперметре 30 ампер, на осциллографе красивый ШИМ.
Что за хрень?
А оказывается в XL6009 тоже электролит на входе - он и бабахнул. Но ничего не сломал, только сам умер.
Ну и какого... эти конденсаторы греются и взрываются? Все конечно прекрасно работает и без них, но откуда такая засада?
Короче, может быть кто-то знает решение, кто-то с таким сталкивался? Ну, первое решение понятно - выкинуть и забыть про них. А второе только что родилось, пока писал, не уверен в правильности догадки. Когда ШИМ подключает ТЭН-ы и напряжение проседает, конденсатор разряжается на аккумулятор. А Rвн аккумулятора мизерное - это батарея 500 Ач из параллельно соединенных Delta 12В 100 Ач. И разрядный (и зарядный) ток велик. Может быть есть смысл поставить диод межу АКБ и конденсаторами? Это исключит быстрый разряд. А потери в диоде меня не волнуют, это нагрузка, и это ее функция - рассеивать энергию.
В общем, нужен совет, бороться с этим или не надо? Какая-то неудовлетворенность остается, если их просто выбросить.
(На картинке отпаянный конденсатор стоит в том же месте, где и стоял, видно, что изоляция поплавилась. Ну и лопнувший видно. Провода - это вентилятор.)

[ForcePoint]

Ставлю на такие варианты:

• Нагрев "дюралек" переменным магнитным полем от токоведущих частей;
• Индуктивность проводов и ТЭН'ов. Импульсные токи замыкаются через конденсаторы и греют их ESR.

Присылайте фото всей системы с указанием диаметров и длин проводов (или - линейкой для маштаба) и сообщите частоту ШИМ'а.

входы драйверов запараллелил и через буфер на КТ3102

КМК, 3102 - лишний.

[mike-y-k]

spamkerdyk, неплохо бы схему, параметры АКБ (сопротивление), и все остальные подробности в цифрах.
Типа - частоту PWM, диапазон скважности…
Пока стоит просто поставить шунт и посмотреть картинку тока осциллографом…
В большей части устройств в провод + ставят диод защиты от переполюсовки - стоит посмотреть влияние его подключения.
Ну и во входную и выходную цепи линейных преобразователей ставят по два конденсатора…

[genao]

Я бы сказал, ну вы и артист, spamkerdyk.
Замкнулись силовые ключи, закоротили конденсаторы, ток начал расти, со скоростью, ограниченной индуктивностью силовых проводов, ну и заскакивает он выше 30А (так как средний ток 30А).
Дальше, разомкнулись силовые ключи, ток, поддерживаемый индуктивностью силовых проводов куда устремляется?
Правильно, часть в закрывающиеся ключи, а часть, в малюсенькие конденсаторы, которые бабахают, которые выполняли роль RC цепочек, параллельных силовым ключам.

Может быть есть смысл поставить диод межу АКБ и конденсаторами? Это исключит быстрый разряд

Ну дык он ситуацию не спасает.
Нужно запитать кренку и XL6009 от изолированного DC/DC, подключенного напрямую к клеммам АКБ свитой парой проводов.

[spamkerdyk]

Я полагал, что достаточно словесного описания схемы... Ладно, вот наляпал графическое. Ножки на тиньке указаны от фонаря, я не помню конкретные номера, но это не имеет значения: входные напряжения точно поданы на ADC, выход - точно взят с ШИМ. К схеме претензий никаких. Все работает.
Теперь уточнения.
Про частоту я говорил 2.5 кгц. Я ее не выбирал, какая получилась по-умолчанию, такую и оставил. Аккумуляторам частота по барабану. Важен средний ток.

Диапазон скважности: нулевая длина - 0 ампер, а максимальная - 50 ампер с чем-то (за пределами датчика, но немного, может 2-3 ампера). Соответственно у меня импульс к периоду где-то 3:5, гистерезис я не вводил, так что он плюс-минус пол-ампера постоянно болтается.

Нагрев дюралек магнитным полем отпадает по миллиону причин из которых самая существенная - рядом стоят еще две таких же дюральки, холодные как северный полюс.

"3102 - лишний" - наверное. Я просто на всякий случай поставил, чтобы не нагружать порт тиньки пятью входами сразу. Работает - и ладно.

Картинку тока я не смотрел. Смотрел картинку напряжения на аккумуляторе. Там четкий прямоугольник примерно 0.2 вольта.
Два конденсатора - так у меня и стоят два: входной раскаленный, выходной холодный, и пульсаций на выходных нет (ну, мизер какой-то).

Аккумуляторы у меня Delta 100 ач 12 вольт пять штук параллельно. То есть внутреннее сопротивление 4/5 миллиома (0.8 мом). Заряжены до 13.6В.

"разомкнулись силовые ключи, ток, поддерживаемый индуктивностью силовых проводов куда устремляется?"
Если бы не было диодов параллельно мосфиту, то хз. Скорее всего просто спалил бы мосфиты. А так, через диоды в аккумулятор. С обратной полярностью, соответствующей току зарядки аккумулятора. То есть, какая-то маленькая часть просто возвращается в аккумулятор.

PS Обнаружил на смартфоне картинку, я ее сделал, когда работал с макетом. В общем-то по сравнению с макетом ничего особо не изменилось. Сейчас плата стоит вплотную к выводам ТЭН-ов, синие провода почти внатяг (5-10 см). А все остальное то же самое. В стоке мосфитов по два ТЭНа в параллель (примерно 1.2 - 1.3 ома в сумме).
Вот еще зацепка. Макет я отстраивал с одним аккумулятором, то есть внутреннее сопротивление было 4 мом. Судя по тому, что никакой нагрев мне тогда в глаза не бросился, то если что-то и грелось, то не сильно. А заметил нагрев я после эксперимента с полной батареей. Ну и закончилось это взрывом.

PPS Последний анекдот. Случайно заглянул в даташит. Ёпрст, оказывается IRL1104 стоамперные. А я почему-то помнил что 10 ампер. Потому и огород и пяти штук затеял.
Ясно, почему они не грелись при "предельном" токе.
Ладно, что сделано то сделано. Переделывать не буду. Все равно установка на один эксперимент.

[genao]

как-то так

[mike-y-k]

spamkerdyk, поставьте по входу 0.1…0.33µF пленку/керамику и все образуется
А измерить ток на электролите в такой схеме будет просто познавательно…
На тему пары емкостей я писал именно про пленку/керамику и электролит вместе с каждой стороны от 78xx…
Нашел в записках сумасшедшего (без подробностей правда) про события конца прошлого века - тогда пришлось в схеме с питанием от 12V АКБ и контроллера, и мощной нагрузки ставить последовательно 7809 и 7805 с пленочным со стороны АКБ. Похоже тогда просто не дошло до подробного изучения…

[zoog]

А Вы посмотрите пульсации на этих электролитах да подсчитайте ток. Сам аккумулятор на чатотах выше 1кГц тоже имеет повышенное вн. сопротивление/индуктивность так что его желательно грузить постоянным током.

[gbdj]

Ну и частота ШИМ 2.5 кгц.‹...›
Полярность не перепутана. Напряжение 12В конденсатор на 25В 470 мкф. На нем есть пульсации: когда ШИМ подключает ТЭН-ы, напряжение проседает на 0.1-0.2В Неужели такие пульсации так его греют?

Да, греют. 0.1В на частоте 2кГц дают ток пульсаций около 0.5А, который является "max ripple current" для таких конденсатора 470мк/25В, то есть через несколько минут работы они должны бабахнуть. Что у вас и происходит

Нагрев "дюралек" переменным магнитным полем от токоведущих частей

Этого не может быть так как индукционные плитки алюминиевую посуду не греют, что бы дюральки греть магнитным полем, надо частоту поля около мегагерца.

[spamkerdyk]

Вложение 171900как-то так

Была у меня такая мысль насчет индуктивностей. Малость сгладить пульсации на аккумуляторе. Ведь это средний ток у меня 30 ампер, а в импульсе-то все 50 идут. Но, блин, лень же раньше меня родилась. Выдумывать дроссель на 10 ампер не захотел, аппарат одноразовый, да и функция у него тупо посадить аккумулятор перед экспериментом по заряду, физики неделю-две его погоняют, а потом в разборку для новых экспериментов. Потому все, что отпаивать трудно, на панельках собрано.

На тему пары емкостей я писал именно про пленку/керамику

Пардон, затупил

ток пульсаций около 0.5А,

Наверное вы правы. Да и без наверное тоже.

Короче, окей. Голова уже не совсем пустая. Спасибо всем неравнодушным за советы.
Нет, блин, ну как же все просто и очевидно... когда тебя носом ткнули

Так. Сегодня все еще воскресенье. Сейчас чуток переделаю схему, согласно тому, что увидел в ответах. Но, как всегда, немножко по-своему, по рабоче-крестьянски, попробую "обмануть" теорию. (Жаль, дома протестировать не на чем). Ой, как неохота XL9003 выдирать... но придется. Надо на ней электролит заменить.
Короче: вот, демонстрирую свое "гениальное" решение, что хочу сделать. Добавляю С7, С8 и D1 (D1 такой не потому, что надо, а такой в загашнике нашел).
У меня есть смутная надежда, что когда напряжение на аккумуляторе проседает, диод не даст конденсатору разряжаться и отрежет переменную составляющую. Работают же конденсаторы в выпрямителях и не греются.

PS Отпаял конвертер. На нем написано XL6009EL. Откуда я взял 9003? Вот такая память

Мы победили, и враг бежит, бежит, бежит.
Огромное всем мерси за науку. Оказалось достаточно одного диода и все остыло до человеческих температур. Ну, 0.33мкф я на всякий случай тоже присоединил. Хуже не будет.

PS Нет, ну какое коварство. Оказывается, постоянный ток не всегда постоянный