Stanowisko do badania superkondensatora

Question

Witam. Chcę zaprojektować stanowisko laboratoryjne - doświadczalny obiekt regulacji typu dwójnik RC, z superkondensatorem. Układ powinien umożliwiać z...

Anonymous · Answer

Sam zasilacz stabilizowany to za mało.
Przy tych mocach (prądach) to raczej zasilacz dużej mocy niestabilizowany.
Jakie są akceptowalne czasy ładowania?
Bo dla 3000F przy prądzie 50A to czas około 3min.
Jeśli zadowoli Cię czas 10min to do pomyślenia jest taki pomysł - (nieprzemyślany) - stabilizowane źródło prądowe sterowane napięciem, z czujnikiem kontroli prądu w postaci opornika precyzyjnego mocy rzędu 0,05 Ohm w źródle (emiterze) tranzystora (ów) dużej mocy, zasilanych z obniżonego napięcia jak najmniejszej wartości aby obniżyć straty mocy.
Napięcie wejściowe ustawiające prąd wyjściowy jest zadawane ze sterownika.
Napięcie na kondensatorze kontrolować tym sterownikiem - przy 2,7V zmniejszy Uwe do zera ->Iwy=0.
Będą duże straty mocy w tranzystorach wyjściowych, zwłaszcza w początkowej fazie ładowania, gdy napięcie na kondensatorze jest niskie -> napięcie na tranzystorach wysokie.
Inny pomysł - MOSFET jako klucz włączający napięcie o ograniczonej wydajności prądowej (np. 20A - opornik mocy) podawane na kondensator. Napięcie na nim narasta, po osiągnięciu 2,7V sterownik wyłącza klucz. Nastawy różnych prądów ładowania można zrealizować zmieniając oporniki (przekaźnikami, kluczami MOSFET). Wadą jest niestabilizowana wartość prądu ładowania (malejąca w czasie).
Jeszcze można pomyśleć o ładowaniu impulsowym.

0rex0 · Answer

Wydaje mi się, że rozwiązanie ze źródłem prądowym jest dobrym pomysłem. Pozwoliło by to na "płynne" ładowanie superkondensatora. Pytanie tylko jak to "ugryźć"? Program do sterownika PLC + SCADA nie powinien mi sprawić kłopotów, jednak część elektroniczna to już gorsza sprawa. Próbowałem szukać czegoś podobnego w sieci, ale nic nie znalazłem. Proszę o pomoc.

Anonymous · Answer

Zobacz tu: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2538938.html
Układ na U2D, Q3-Q4.
Ten układ pracuje z Uwe=0-0,7V co przy R10=0,1 Ohm oznacza stabilizowany prąd 0-7A.
Można zastosować mocniejsze MOSFETy, można nawet wykonać kilka takich identycznych źródeł pracujących równolegle na wspólne obciążenie jakim byłby kondensator.
Oczywiście osobne zasilanie elektroniki (U2D) a osobne dla tranzystorów mocy i kondensatora - dla obniżenia strat mocy ( ciepło), o odpowiedniej wydajności prądowej. Myślę, że tu sprawdziłby się np. dobry zasilacz komputerowy 5V - były takie nawet 50A. Ale nie wiem czy to dobre rozwiązanie.
Będzie duużo ciepła: dla I=20A opornik R10 potrzebny precyzyjny i drogi - powiedzmy 0,05 Ohm/40W - wydzieli się na nim 20W, na tranzystorach o ok. (5-1)x20=80W w momencie startu, na końcu ładowania moc spadnie do (5-1-2,7)x20=26W. Dwa MOSFETy na radiatorze z nadmuchem dadzą radę.
Zmniejszyć moc strat w oporniku R10 raczej się nie da, gdyż oznacza to jego mniejszą wartość a wtedy mniejsze na nim napięcie i zwiększenie błędów związanych z napięciem niezrównoważenia wzm. operacyjnego, jego dryftem. Chyba że zastosujesz jakiś precyzyjny drogi WO, wymagań co do dokładności też nie znam.
Sterowanie napięciem 0-1V, to też można zmienić na większe, albo zmniejszyć napięcie ze sterownika zwykłym dzielnikiem.
Sama konstrukcja nie będzie łatwa z powodu dużych prądów (połączenia, styki itp) - samo podłączenie badanego kondensatora też trzeba przemyśleć.
W tym układzie kondensator jest podłączony do plusa - stosując tranzystory z kanałem P można zrobić układ odwrotny - kondensator byłby podłączony do masy co ułatwiłoby wykrywanie na nim napięcia granicznego przez sterownik i wyłączanie źródła.
Tyle, że większy wybór jest wśród N-channel.

0rex0 · Answer

Męczę się z tym źródłem prądowym już drugi dzień i nie mogę sobie poradzić. Nie chce mi to w żaden sposób zadziałać. Zastanawiam się, czy nie dało by się takiego ładowania zrobić w prostszy sposób. Myślałem też nad zastosowaniem sterownia tyrystorowego po stronie pierwotnej transformatora. Ale nie wiem czy to by był dobry pomysł. Póki co jedynie zasilacz stabilizowany dział mi prawidłowo. Ale w tym wypadku maksymalny prąd ładowania to jakieś 7A. (symulacje w Multisim 9.) powoli kończą mi się pomysły.

jarek_lnx · Answer

W teorii prosta sprawa, robisz pomiar prądu mierząc spadek napięcia na boczniku i doprowadzasz do wzmacniacza błędu - będzie stabilizował prąd w praktyce dochodzi sprawa stabilności pętli sprzężenia zwrotnego, na a jeśli wydajność prądowa miała by być 50A lub więcej to sprawa się komplikuje, porządnie zrobiony zasilacz (ale stabilizujący napięcie) na taki prąd i podobne napięcie możesz zobaczyć na jakiejś (względnie współczesnej) płycie głównej PC (wielofazowy synchroniczny stabilizator impulsowy typu buck). Źródło prądowe?Prostsze to nie będzie, a zamiast kontrolowanego napicia lub prądu dostaniesz przebieg impulsowy o o wartościach średniej i szczytowej w złożony sposób zależnych od kąta włączenia. W symulacji to i 700A nie jest trudno zrobić, rzeczywistość jest trochę bardziej skomplikowana.

0rex0 · Answer

No właśnie z tymi źródłami prądowymi nie mogę sobie poradzić. Postaram się poczytać trochę teorii, żeby uzupełnić braki w wiedzy. Jeśli ktoś miał do czynienia z podobnym problemem to będę wdzięczny za wszelką pomoc.

Anonymous · Answer

Pokaż schemat co tam skleciłeś, dane elementów, łącznie z zasilaniem - coś poradzimy.
Podejrzewam problemy z nieprawidłowym zasilaniem WO.
Myślałem że już ładujesz bo rozpisałem to dość szczegółowo.
Impulsowo? - problemy będą z detekcja napięcia wyłączenia ładowania. Najprostszy sposób jaki widzę podałem w poście nr 2 - na końcu; klucz włączający zasilanie np. z 3,3V albo 5V- zasilacz komputerowy - poprzez opornik ograniczający.

jarek_lnx wrote:
jeśli wydajność prądowa miała by być 50A lub więcej to sprawa się komplikuje

A co myślisz o połączeniu równoległym kilku źródeł prądowych (każde np. po 5-10A) pracujących na wspólne obciążenie - kondensator?
Sterowanie współbieżne dla wszystkich - łatwa multiplikacja prądu, brak problemów z wyrównaniem prądów w równolegle połączonych MOSFETach.

jarek_lnx wrote:
porządnie zrobiony zasilacz (ale stabilizujący napięcie) na taki prąd i podobne napięcie możesz zobaczyć na jakiejś (względnie współczesnej) płycie głównej PC (wielofazowy synchroniczny stabilizator impulsowy typu buck).

No ale po co tu się męczyć, jeśli zasilacz ATX o odpowiedniej wydajności prądowej np 30-40A i napięciu 5V (w sam raz do tego celu) można kupić za 20zł?

Edycja - na zaśnięcie są dobre takie "przemyślenia":
takiego źródła prądowego nie należy ot tak sobie włączać gdy jest obciążone rozładowanym kondensatorem stanowiącym praktycznie zwarcie. Groźne i dla zasilacza i MOSFETów.
Przeczytaj https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2538938.html co tam pisałem o stanach nieustalonych.
Procedura ładowania powinna wyglądać tak:
1. Włączasz sterownik, który domyślnie podaje napięcie sterujące źródłem (źródłami) Uster=0,00V.

2. Włączasz zasilanie źródeł i kondensatora oraz zasilanie elektroniki (WO) - nic złego się nie dzieje, prąd ładowania =0 gdyż Uster=0.

3. Sterownik powinien mieć wbudowany "softstart" - czyli program który przy starcie ładowania podaje nominalne napięcie Uster ale nie w formie szybko narastającego zbocza, lecz z pewną ograniczoną szybkością narastania - rzędu np. 10V/s - 100V/s co przy Uster=ok.1V dałoby czas narastania ok. 0,01-0,1s (wobec czasu ładowania rzędu setek sek. to czas bez znaczenia).
Inicjujesz start ręcznie - albo programowo po wykryciu że źródła są gotowe (zasilane).

4. Po wykryciu na kondensatorze napięcia końca ładowania (2,7V) sterownik wyłącza ładowanie zmniejszając Uster do zera lecz podobnie jak przy starcie - z pewną szybkością opadania.

5. Wyłączenie zasilania kondensatora i WO, dopiero na końcu sterownika.

0rex0 · Answer

Zrezygnowano z tematu.