Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Relpol przekaźniki
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przekaźnik elektroniczny MOSFET P/N / SSR? I>50A

15 Paź 2012 21:55 14715 37
  • Poziom 30  
    Witam

    Zastanawiam się nad rozwiązaniem problemu z odłączaniem zasilania przy pojeździe elektrycznym. Wytrzymałość prądowa musi być na minimum 50-60 A prądu ciągłego.
    Początkowo chciałem użyć tutaj zwykłego przekaźnika półprzewodnikowego na prąd stały:
    http://www.tme.eu/pl/details/asr-90dd/przekazniki-ssr-stalopradowe/anly-electronics/#
    Cena nie jest zaporowa, w zasadzie nic nie stoi na przeszkodzie by go kupić jednak chciałbym wykonać to samodzielnie z użyciem MOSFETów. Nie widzę problemu w zbudowaniu takiego łącznika na mosfetach typu N. Nawet zaprojektowałem taki klucz (podwójny, którego render płytki jest poniżej) jednak po fakcie zorientowałem się, że używając mosfetów z kanałem N będe musiał odłączać masę zamiast VCC. Może nie jest to jakaś tragedią jednak chce uniknąć sytuacji, kiedy przypadkiem obecność napięcia podczas prac np remontowych doprowadzi do istnej tragedii ;)

    Przekaźnik elektroniczny MOSFET P/N / SSR? I>50A

    Szukając innego rozwiązania wybór padł na mosfety typu P. Niestety mam z nimi mały problem (chyba wiele osób tak ma, że z N sobie radzi a z P ma trudności ;) )
    Otóż pierwsza sprawa to dobór tranzystora.
    Jak na razie wybór padł na IRF4905
    http://www.tme.eu/pl/details/irf4905spbf/tran...ory-z-kanalem-p-smd/international-rectifier/#
    Połączył bym je po 3 równolegle. Jednak co z jego sterowaniem? Czy one przypadkiem nie mają ogromnej pojemności bramki względem standardowych mosfetów typu N? Nie mam potrzeby szybkiego załączania zasilania (szybie wyłączanie jedynie w awaryjnych sytuacjach). Ponadto po włączeniu zasilania standardowo nie popłynie duży prąd (max kilka A). Zmierzam do pytania o driver. Czy w takim łączniku powinno się go stosować? Jeśli tak to jaki możecie polecić? Ir4227, lub z seri IR20xx (a może IR2110) czy zwykły driver na 2/3 tranzystorach z diodą zenra do zabezpieczenia bramki mosfetów, a może jeszcze inny? Dodam (już na początku powinienem), że zasilanie wynosiło będzie 36 V (kto wie czy w przyszłości nie zostanie zwiększone).
    Podsumowując, co doradzacie:
    1) nie bawić się (i tak nie wyjdzie tak dobrze) i kupić ten SSR (nie mając przyjemności z tworzenia... ;/ )
    2) przeprojektować instalację na odłączanie GND i użyć mosfetów typu N
    3) zostawić dla bezpieczeństwa pierwotną koncepcję (odłącznie VCC) i wykonać łącznik na mosfetach typu P a dalej:
    3a) użyć scalonego drivera
    3b) wykonać prosty układ z elementów dyskretnych z diodą zenera dla zabezpieczenia bramki.

    Pozdrawiam
    Karol
  • Relpol przekaźniki
  • Poziom 43  
    Karol966 napisał:
    jednak po fakcie zorientowałem się, że używając mosfetów z kanałem N będe musiał odłączać masę zamiast VCC.

    Przy odłączaniu akumulatora w pojazdzie spalinowym najpierw odłącza się masę. Równie dobrze można przyjać tę zasadę w pojeździe elektrycznym. Na czas remontu odłączać plus przez rozłączenie złącza.
  • Poziom 30  
    vodiczka napisał:
    Przy odłączaniu akumulatora w pojazdzie spalinowym najpierw odłącza się masę

    To fakt jednak robi się to rzadko, na tyle rzadko na ile dokonuje się poważniejszych napraw lub wymienia się AKU a w moim zastosowaniu będzie się to robiło nawet kilka- kilkanaście razy dziennie ;) Stąd pytanie czy to nadal poprawny trop?
  • Poziom 43  
    Sądzę że tak, żeby skutecznie odciąć zasilanie wystarczy odłączyć jeden biegun (dowolny)
    Odłączenie masy ma tę zaletę że po jej odłączeniu przypadkowe połączenie plusa akumulatorów z masą pojazdu niczym nie grozi, obwód się nie zamknie. Po odłączeniu plusa przypadkowe połączenie plusa z masą pojazdu skutkuje zwarciem akumulatorów.
  • Poziom 27  
    Nie wiem jaka jest aplikacja, ale 36V i 60A to ledwie 2kW (3KM) mały ten pojazd...

    Zrób to na N-MOSFETach, z pompą ładunkową do bramek, tak powinno się to zrobić jak odłączasz plusa. Jeśli nie to może:

    SUM110P04-05-E3 (110A prądu i 40V)

    Ale ogólnie to takie rozwiązanie słabo nadaje się jako zabezpieczenie, może jednak stycznik/przekaźnik? 60A to dosyć niewiele, powinno się dać znaleźć, a i straty mniejsze. Zwłaszcza jak masz tego używać remontowo, czyli odłączenie bez prądowe.
  • Poziom 43  
    CosteC napisał:
    Zwłaszcza jak masz tego używać remontowo, czyli odłączenie bez prądowe.

    Ja zrozumiałem że normalne wyłączanie pojazdu, nie zabezpieczenie a obawy autora dotyczą obecności plusa zasilania w trakcie prac remontowych. Do takiego sporadycznego wyłączania wystarczy połączenie śrubowe lub lepiej "hebelek" na 60-100A jako wyłącznik awaryjny.
    CosteC napisał:
    Nie wiem jaka jest aplikacja, ale 36V i 60A to ledwie 2kW (3KM) mały ten pojazd...

    Może to jednoślad albo samochodzik dla starszego dziecka, rodzaj elektrycznego gokarta?
  • Poziom 43  
    Te tranzystory mają Rds(on) aż 20mΩ co przy połączeniu trzech równolegle daje 24W mocy strat przy 60A - sporo, wymaga to konkretnego radiatora, warto poszukać lepszych FET'ów. Drivera do MOSFET'ów nie potrzeba, napięcie na bramce trzeba ograniczyć poniżej 20V (np do 10V). Nawet przeładowywanie bramki przez 1kΩ nie będzie trwało dłużej niż kilkadziesiąt µs (jednego tranzystora) w tym zastosowaniu to i tak bardzo mało. Trzeba tylko zadbać żeby bramka tranzystorów nigdy nie "wisiała" w powietrzu bo to prosty sposób żeby mieć niekontrolowane napięcie na bramce i spalić tranzystor.
  • Poziom 30  
    No to po kolei;
    Pojazd elektryczny, hmm, tzw dicykl - modernizacja (podobny do tego studentów z Adelaide). Silniki i tak będą słabsze niż te 2kW. Pojazd nie ma rozwijać wysokich prędkości ;)

    Tradycyjne przekaźniki odpadają, długo szukałem i nie znalazłem żadnego, który by tu pasował (wysoki prąd oraz porządne połączenia - samochodowe niby do 80A są ale niby w jaki sposób ma ten prąd przepłynąć przez zwykłe wsuwki? ) Są mocne przekaźniki od skuterów do załączania rozrusznika. Porządne połączenia śrubowe ale raczej nie są przewidziane do pracy długotrwałej. Styczniki również odpadają gdyż są ogromnych rozmiarów oraz zwykle pobierają sporo mocy aby ruszyć elektromagnes. Myślałem też o podłączeniu równolegle np 2-3 zwykłych, samochodowych przekaźników o prądach styków do 30A. Prąd płynący przez styki i złącza nie był by już tak wysoki ale nie podoba mi się takie rozwiązanie. Przekaźnik elektroniczny to jednak coś bardziej ambitnego ;)
    Te 20mOhm to faktycznie przy tym napięciu 24W ;/ nawet nie zauważyłem, że mają aż taką dużą rezystancję Rdson :( Co prawda nie znalazłem teraz na szybko żadnego, który miałby chociaż mniej niż 5mOhm (na napięcie >50V).
    Chyba jednak będzie trzeba zrobić to na N mosfetach (lub ostatecznie kupić SSR czego chcę uniknąć).

    Mam jeszcze pytanie odnoście sterowania mosfetem typu P. Jeżeli załącza on zasilanie powiedzmy tak jak tutaj o potencjale 36V to do jego załączenia należy podać na jego bramkę napięcie z przedziały 36 V (wyłączony) - 16 V(włączony = maksymalne napięcie bramki: 36-20=16V)?
  • Poziom 27  
    Nie jęczeć! szukać
    IRF2907ZLPBF
    IRFB3207ZPBF
    IRFP2907PBF (4.5mOhm @ 25'C 90A wytrzymuje) stykną?

    po prostu użyj N-MOSFETa i już. W zależności od stopnia lenistwa mała przetworniczna izolowna na 12V lub pompa ładunkowa.
  • Relpol przekaźniki
  • Poziom 30  
    Jak się nałoży odpowiedni filtr to rekordy wyszukiwarki są dużo bardziej okrojone ;) To nie jęczenie :P Chciałbym użyć elementów SMD.
    Co raz bardziej myślę o użyciu N mosfetów. To chyba najlepsze rozwiązanie. Dodatkowo było by fajnie użyć mechanicznego łącznika jak kiedyś się stosowało w samochodach do odcinania zasilania (takie zabezpieczenie). Był to jakby kluczyk ale w formie miedzianego bolca. Podejrzewam, że duże prądy to wytrzymuje. Szkoda, ze nie wiem jak tego wyszukać ;)
    Co do sterowania N-mosfetem to po co tutaj przetwornica izolowana? Nie prościej, pewniej po prostu stabilizator na np 15V no i układ tranzystorów do sterowania bramką lub nawet pierwszy lepszy driver mosfetów? Np IR2110 (trochę duża obudowa) lub nawet HIP66**
    Tak na przyszłość dobrze rozumiem sposób sterowania mosfetami typu P, o którym napisałem wcześniej?
  • Poziom 25  
    vodiczka napisał:
    Karol966 napisał:
    jednak po fakcie zorientowałem się, że używając mosfetów z kanałem N będe musiał odłączać masę zamiast VCC.

    Przy odłączaniu akumulatora w pojazdzie spalinowym najpierw odłącza się masę. Równie dobrze można przyjać tę zasadę w pojeździe elektrycznym. Na czas remontu odłączać plus przez rozłączenie złącza.


    A dlaczego przy ODŁĄCZANIU akumulatora NAJPIERW odłącza się masę?
    Bo operując kluczem przy odkręcaniu nakrętek w okolicy pełnej metalowych elementów, dotknięcie kluczem do tych elementów niczym nie grozi - są też na potencjale masy. Potem można już bezpiecznie odkręcać klemę na "plusie" akumulatora, bo zwarcie klucza do masy już niczym nie grozi.
    Natomiast odłączenie masy akumulatora przez stosowanie MOSFETA typu N jest niewykonalne.
  • Poziom 30  
    kulmar napisał:
    Natomiast odłączenie masy akumulatora przez stosowanie MOSFETA typu N jest niewykonalne.

    Z jakiego powodu? Wydawało by się to akurat najprostszym rozwiązaniem.
  • Poziom 30  
    Schemat nabazgrałem na szybko by pokazać koncepcję klucza/ przekaźnika elektronicznego. Jest niedokończony a chwilowo zajmuję się czymś innym

    Przekaźnik elektroniczny MOSFET P/N / SSR? I>50A
  • Poziom 25  
    I wyjścia OUT1 i OUT2 mają być w zamierzeniu połączone z "minusem" akumulatorów?
  • Poziom 30  
    No raczej nie ;)
    W tej formie schematu wiele nie widać. Akumulatory podłączone są pod zaciski VBAT+ oraz GND, a cała dalsza elektronika jest podłączona na stałe do VBAT+ oraz OUT1/ OUT2 (jest rozdzielona w tym przypadku na 2 oddzielnie włączane obwody).

    PS. Pisząc OUT czyli jak sam kolega napisał 'wyjście' miałem na myśli odbiornik/ obciążenie czyli resztę układu a wejściem całego przełącznika są zaciski akumulatorów - tak wydaje mi się logicznie.
  • Poziom 25  
    I tu widać, dlaczego rozważając jakiś obwód, najpierw rysuje się jego schemat. I proponuję od tego zacząć. Odręczny schemat - akumulator, klucze (MOSFETY) i odbiorniki. Wtedy można dalej prowadzić sensowną dyskusję.
  • Poziom 30  
    Wydawało mi się, że schemat ogólny, którego na szybko wykonany rysunek/ zdjęcie poniżej jest zbędny no ale jeśli rozwiewa to pewne wątpliwości to proszę bardzo:
    Przekaźnik elektroniczny MOSFET P/N / SSR? I>50A
    GND1 - punkt masy akumulatorów
    GND2 - punkt masy za włącznikiem
    VABT+ dodatni zacisk akumulatora = + zasilania.
    Robc - odbiornik (tu driver silników BLDC, sporo cyfrówki, 2 przetwornice DC/DC i inne).
  • Poziom 25  
    Tak, tak można ale:
    1. jeśli punkt oznaczony jako GND2 będzie posiadał zewnętrzne elementy metalowe dołączone do niego, to zwieranie tych punktów do konstrukcji (GND1) będzie zamykało obwód.
    2. jeśli sygnały sterowania będą generowane względem potencjału GND1 (tego nie wiem), to dla odbiornika będą widziane jako zakłócone przez napięcia różnicowe GND2-GND1. Takiego połączenia właściwie być nie powinno (sterowanie na GND1 a wykonawczy na GND2).
    3. Takie połączenie wymusza staranne odizolowanie od konstrukcji (chassis?) wszystkich punktów masy GND2 (może być bardzo trudne w praktyce).

    To tyle na "gorąco".

    Dodam: jeśli np. do układu na potencjale GND2 jest podłączone starannie odizolowane od obudowy gniazdo, to podłączenie do tego gniazda jakiegoś urządzenia (np. bateryjnego) grozi zamknięciem obwodu przez dotknięcie metalową obudową takiego urządzenia do metalowej konstrukcji pojazdu.
    I jeszcze jedno (to już sam zauważyłeś) - wszelki prace konserwacyjne części na potencjale GND2 są w rzeczywistości pracami na potencjale zasilania.
  • Poziom 27  
    Nie wiem jak w twoim pojeździe ale w automotive jako takim często używa się konstrukcji jako masy. Wtedy twój układ staje się niewygodny - musi być przy akumulatorach.

    Przetwornica izolowana przydaje sie do zrobienia zasilania N mosfeta który jest na szynie dodatniej.
  • Poziom 30  
    CosteC napisał:
    Przetwornica izolowana przydaje sie do zrobienia zasilania N mosfeta który jest na szynie dodatniej.

    No i to jest przecież to co rozwiązuje mój problem ;)
    Przecież tak samo jak będę kawałek dalej sterował silnikiem BLDC za pomocą wyłącznie mosfetów typu N z driverami do sterowania nimi to tak samo mogę wykonać klucz do odłączania zasilania. Co prawda akurat tutaj jeszcze nie ma połączenia z masą pojazdu a obudowa elektroniki jest tylko na bokach metalowa to i tak to rozwiązanie ze stale podłączonym plusem nie napawało mnie optymizmem.

    Wykonałem wstępny schemat takiego klucza na tranzystorach przeznaczonych do automotive (IRF3808, VDSS = 75V,RDS(on) = 0.007Ω,ID = 75A/106(25'C)) + driver IR2101 (trochę mały 0.13/0.27A - możecie polecić coś w równie małej obudowie o prądzie jak w IR2110?). Do tego dołożyłem mały AVR do powolnego ładowania dużych kondensatorów w driverze BLDC. Myślałem aby w celu włączenia zasilania stopniowo zwiększać wypełnienie PWM tak aby kondensatory stopniowo się naładowały. Do regulacji czasu softstartu posłużyłby zwykły potencjometr. Pytanie czy taki sposób sterowania (stopniowe zwiększanie wypełnienia górnych mosfetów) mając na uwadze dalsze układy elektroniczne jest bezpieczny?
    Do zasilenia IR2101 użyłem zwykły stabilizator liniowy jednak tak duży spadek napięcia raczej go dyskwalifikuje (pomyśle nad przetwornicą DC, i tak będę używał LM2576-12V jednak dopiero za włącznikiem).
    Mam prośbę o sugestię co z tym softstartem zrealizowanym za pomocą PWM'a, czy to poprawne rozwiązanie?
    Druga prośba to prośba o sprawdzenie schematu, czy ma jakieś rażące błędy?

    Przekaźnik elektroniczny MOSFET P/N / SSR? I>50A
  • Poziom 25  
    Nie mam stuprocentowej pewności, ale po przeanalizowaniu karty katalogowej sterownika IR2101 wydaje mi się, ze nie będzie działał poprawnie w tym zastosowaniu. Bo założeniem sterowania typu bootrstap jest zmiana sygnału sterującego w czasie - czyli np. sterowanie typu PWM. A tu klucz ma zostać załączony na stałe.
  • Poziom 27  
    Uściślę po koledze wyżej:
    Układ nie będzie działał dłużej niż kilkadziesiąt milisekund. Sterownik nie generuje napięcia powyżej szyny zasilającej stale - używa bootstrapa który wystarcza na tyle ile jest energii w kondensatorze. przy PWM to jest bardzo OK: proste, tanie i działa. W tej aplikacji nie będzie działać.
  • Poziom 30  
    No dobra. Rozumiem o co chodzi. Zatem czy macie konkretny pomysł jak to wykonać? Trzeba użyć przetworniczki prawda? Może ktoś naszkicować jakiś prosty schemat takiego układu?
  • Poziom 27  
    Zwykły driver low side + przetworniczka + układ sterowania wejściem drivera - transoptor będzie bardzo prostym rozwiązaniem.
  • Poziom 25  
    A jeśli masz do dyspozycji generator fali prostokątnej, to potrafisz podłączyć do niego dwie diody i dwa kondensatory tak, żeby na drugim kondensatorze pojawiło sie napięcie wyższe od napięcia zasilania o skok napięcia na wyjściu generatora?
  • Poziom 35  
    To są kombinacje. Łatwiej sterować górne NMOSy wykorzystując transformatorek - takowych nie należy się bać!. Do układu gdzie same tranzystory będą kosztowały kilkadziesiąt zł, zainwestowałbym kolejną dychę w to, by na takim IR2153 zrobic driver transformatora - same wyjscia scalaka (bez dodatkowych tranzystorów ani obwodu bootstrap) wystarczą by zrobić prosty push-pull, a scalak włączać lub wyłączać zwierając pin Ct do masy ;]
    Czyli: scalak w SOIC8 + rezystor + dwa kondensatory+ trafo + dioda + rezystor. I masz piekny high side driver z nieograniczonym on-time.
    Dodatkowo, tak potężne tranzystory mają spore Qg, i jeszcze jest ich kilka równolegle - aby je móc sprawnie przełączać i minimalizować straty na przełączaniu, 2-3A prądu bramkowego w impulsie, trzeba popchnąć. I to trzeba wziąć pod uwagę... Tranzystory powinny się przełączać w ciągu max dziesiątek mikrosekund...
  • Poziom 27  
    Z czystej ciekawości jak chcesz włączać i wyłączać N-MOSFETa przez transformatorek?
    Załączysz - owszem, wyłączysz, owszem, ale będzie się to działo wolno dosyć. Może ujdzie.

    BTW IR2153 jest wycofywany. Jest za to IRS2153.
  • Poziom 35  
    Nie wiem tylko czemu zakladasz ze bedzie to 'dosyc wolno'...
    Zauważ, że trafa sterujące do mosfetów stosuje się od zawsze w różnego rodzaju topologiach zasilaczy. Nawet obecnie gdy latwiej i taniej połozyc scalony driver, nie zawsze jest taka możliwość i nie zawsze sie to opłaca.
    Spróbuj sterować tranzystory w 2T Forward takim bootstrapowym driverem nie obstawiając go garścią dodatkowych elementów...;] A rozwiązanie z transformatorkiem jest proste i skuteczne...
    Nawet istnieje seria dsPICów które mają wbudowany dodatkowy chopper na każdy kanał PWM, aby uprościć użycie transformatora sterującego tranzystory.

    A co robią konstruktorzy przetwornic zasilanych z wyprostowanej 'siły' 400V? ;] Szczerze wątpię, że używają 600V driverów. Są niby takie do 1.2kV ale...
  • Poziom 27  
    Dobra, można dać też automatyczny szybki układ wyłączający na tranzystorze, diodzie i rezystorze.
    Obawiałem się że wyłączenie będzie pasywne, co bywa zbyt wolne i może zabić klucze.

    A propos - znacie producentów traf impulsowych do sterowania MOSFETami? Tylko takich które mogą pełnić funkcję izolacji bezpieczeństwa a nie tylko funkcjonalnej.