Construyendo un Indicador de Umbral de Voltaje con Amplia Ventana de Voltaje (0-600V)

Question

Antecedentes:

Soy de un equipo de Fórmula SAE que diseña y construye un vehículo eléctrico para competir en una Competencia de FSAE.

Situación:

Construimos un Acumulador que alberga las baterías y componentes relacionados. Esto debe tener un indicador que avise cuando el lado del vehículo de los Relés de Aislamiento tenga un voltaje de CC por encima de 60V.

Es decir, cuando los terminales +/- expuestos del acumulador tengan un VDC de 60V o más, se encenderá un indicador.

Idea:

Diodo Zener de 60V en línea con la resistencia adecuada para limitar la corriente.

es decir 1N5264B-TP Diodo Zener

Problema:

¿cómo puedo manejar una ventana de voltaje tan amplia?

Tengo dificultades para averiguar de las hojas de datos del diodo si es posible aplicar hasta 600V, obviamente el voltaje máximo no es ilimitado pero es difícil averiguar cuál es realmente la ventana.

Nota: el circuito puede que no llegue a ver los 600V, es solo que según las Reglas de FSAE-EV no se nos permite un voltaje de tracción por encima de 600V, por lo que cualquier circuito que pueda funcionar con 60V-600V nos servirá independientemente del voltaje final que pueda ser.

Esperamos que el voltaje real esté en algún lugar alrededor de 450-500V +/- 50V

Answer 1

La respuesta obvia es usar un divisor de resistencia para reducir el voltaje, luego compararlo con un voltaje umbral proporcionalmente más bajo.

Podrías usar algo como un TL431 como detector de umbral, o un comparador que compare con un umbral dividido de una fuente regulada, u otras cosas diversas.

Supongamos que tienes un comparador que funciona con 5 V. El máximo de 600 V en la entrada debería resultar en cerca de 5 V en la salida después del divisor. Tomemos 2 MΩ para la resistencia superior. Eso significa que la resistencia inferior debería ser de 16.8 kΩ. La señal de salida del divisor será el voltaje de entrada dividido por 120.

Por lo tanto, 60 V en la entrada producirá 500 mV en la salida del divisor. La salida del divisor va a una entrada de un comparador, y un voltaje de referencia de 500 mV va a la otra entrada.

Hay que tener en cuenta la disipación de potencia de la resistencia superior del divisor. En el peor de los casos, tendrá 595 V a través de ella. Eso significa que esta resistencia de 2 MΩ disipará 180 mW. Por lo tanto, debe ser al menos una resistencia de ¼ W. También debe estar clasificada para soportar 600 V.

A veces, en casos como este, es más fácil poner múltiples resistencias más pequeñas en serie, tanto por la menor disipación de potencia como por el voltaje para cada resistor individual.

Answer 2

Para algo como esto, especialmente dado que necesitas que todo funcione desde la fuente de alto voltaje, puede ser más sencillo optar por la antigua tecnología y usar una bombilla de neón de 60V con una resistencia adecuada o limitador de corriente.

Estas lámparas tienen el interesante umbral de encendido que estás buscando.

Dependiendo de lo brillante que lo desees, las lámparas de neón más grandes requerirán mayor disipación de potencia en la resistencia o limitador de corriente.

Posible circuito de control de voltaje de alimentación amplio.

simula este circuito – Esquema creado utilizando CircuitLab

NOTA: Si usas el MOSFET mostrado el diodo zener limitador de voltaje de la compuerta está incorporado.