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

Całkiem prymitywny hot-plug system ;) czyli zwyczajny soft start na 12V.

trol.six 29 Kwi 2019 21:54 3705 15
  • Całkiem prymitywny hot-plug system ;) czyli zwyczajny soft start na 12V.

    Czasem zdarza się, że chcemy sobie podłączyć urządzenie pod coś co działa i już ma napięcie. Jednak nasze urządzenie ma np. kondensatory na wejściu co powoduje dość duży skok prądowy, a co za tym idzie wachania napięcia, co może prowadzić do niestabilnego działania już zasilanego urządzenia, a nawet do wyłączenia zasilania spowodowanego takim obciążeniem.

    Zrobiłem sobie więc prymitywny soft start.

    Jego prymitywność to:
    - nadaje się w zasadzie w wąskim zakresie napięcia 10-14V
    - nie posiada zabezpieczeń ani termicznych ani jakiś innych napięciowych
    - nie wyłącza się "natychmiast" ponieważ tranzystor po włączeniu ma prąd zwrotny

    Całkiem prymitywny hot-plug system ;) czyli zwyczajny soft start na 12V. Całkiem prymitywny hot-plug system ;) czyli zwyczajny soft start na 12V. Całkiem prymitywny hot-plug system ;) czyli zwyczajny soft start na 12V.

    Czas włączenia jest zrealizowany na pojemności C1 (na schemacie jest 1nF w rzeczywistości jest większa może nawet 470nF, nie pamiętam zbyt dobrze ale czas załączania ustaliłem w okolicach 0,5 sek) (razem z Cgs tranzystora) która ładuje się przez rezystor R2 włączając mosfeta.

    Czas wyłączenia jest troche szybszy bo pojemność po zaniku napięcia rozładowywuje się przez diode zwrotną D1 i rezystor R1. Jednak tranzystor jest w stanie włączenia do momentu rozładowania się pojemności jakie mogą być w układzie wyjściowym.

    Dioda zenera jest tutaj elementem podnoszącym napięcie w punkcie odniesienia dla napięcia otwarcia bramki co powoduje łagodniejsze otwieranie mosfeta.

    Należy pamiętać że napięcie źródło-bramka musi być stosowne do tranzystora (lub tranzystor do napięcia lub inne elementy), które to tutaj, to napięcie zasilania pomniejszone jest o spadek na diodzie zenera. To napięcie musi byc wystarczające aby mosfet miał stosownie do potrzeb niską rezystancje Rdson.

    Przykładowe charakterystyki dla IRF9540 którego zastosowałem:
    Całkiem prymitywny hot-plug system ;) czyli zwyczajny soft start na 12V. Całkiem prymitywny hot-plug system ;) czyli zwyczajny soft start na 12V.

    Tranzystor też w czasie włączania ma zwiększone wydzielanie ciepła. W moim przypadku nie ma to problemu, prąd w zakresie max 1A przy tranzystorze IRF9540, ale jest on istotny, razem z czasem załączania stanowią o ilości wydzielanego ciepła.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • PCBway
  • #2
    szymoniasty79
    Poziom 6  
    trol.six napisał:
    Całkiem prymitywny hot-plug system ;) czyli zwyczajny soft start na 12V.

    Czasem zdarza się, że chcemy sobie podłączyć urządzenie pod coś co działa i już ma napięcie. Jednak nasze urządzenie ma np. kondensatory na wejściu co powoduje dość duży skok prądowy, a co za tym idzie wachania napięcia, co może prowadzić do niestabilnego działania już zasilanego urządzenia, a nawet do wyłączenia zasilania spowodowanego takim obciążeniem.

    .


    Czy przygasanie światła w czasie włączania odkurzacza jest tego skutkiem?
  • PCBway
  • #3
    trol.six
    Poziom 31  
    szymoniasty79 napisał:
    Czy przygasanie światła w czasie włączania odkurzacza jest tego skutkiem?

    Całkiem możliwe że tak. U mnie czasem w takiej sytuacji, nawet wybija automatyczne bezpieczniki.
    .
  • #4
    grawastar1986
    Poziom 13  
    Jeżeli mamy odkurzacz z regulacją mocy, to najlepiej uruchamiać go na minimum i potem zwiększyć. Mamy wtedy ładny soft-start. I trochę oszczędza się silnik.
  • #5
    krisRaba
    Poziom 27  
    Dla urządzeń o dużym prądzie rozruchowym stosować można również NTC. Często znaleźć je można w dużych zasilaczach impulsowych, czy przed wbudowanymi transformatorami, by ograniczyć początkowy "strzał", czyli "inrush current". Działa to na tej zasadzie, że zimny NTC ma jakąś określoną rezystancję, z którą musi zmierzyć się prąd rozruchowy. Na NTC wytwarza się spadek napięcia, który z kolei ogranicza prąd. Wskutek przepływu prądu i niezerowej rezystancji wydziela się jakaś moc strat, która podgrzewa NTC, obniżając tym samym jego rezystancję, zmniejszając spadek napięcia i umożliwiając większy pobór prądu. Czyli też taki soft-start.
    Dodatkowo dla większych obciążeń często stosuje się przekaźnik, który po ustalonym czasie robi obejście NTC (zwiera go), by nie prażyć go w nieskończoność i żeby nie pogarszać sprawności urządzenia.
    Dla zastosowań DC można z powodzeniem obejście robić MOSFETem.

    Też można napisać, że NTC jest nieco prymitywnym zabezpieczeniem, bo jeśli jest rozgrzany, a w międzyczasie wyłączysz i włączysz urządzenie, to NTC ma nadal niską rezystancję i słabo będzie chronił przez dużym prądem. Z drugiej strony jest wtedy jakaś szansa, że np. bateria kondensatorów nie zdążyła się całkowicie rozładować i "strzał" nie będzie aż taki duży.
  • #6
    mkpl
    Poziom 37  
    Dla układów AC poza termistorem NTC można zastosować równoległy przekaźnik lub triak by ograniczyć straty. Czasem tak robi się w lepszych zasilaczach impulsowych.
    Dobrym ograniczeniem prądu impulsowego jest również odpowiednio dobrana cewka.
  • #7
    krisRaba
    Poziom 27  
    mkpl napisał:
    Dla układów AC poza termistorem NTC można zastosować równoległy przekaźnik lub triak by ograniczyć straty.

    Wydawało mi się, że to właśnie napisałem ;)
    krisRaba napisał:
    Dodatkowo dla większych obciążeń często stosuje się przekaźnik, który po ustalonym czasie robi obejście NTC (zwiera go), by nie prażyć go w nieskończoność i żeby nie pogarszać sprawności urządzenia.
  • #8
    szymon122
    Poziom 37  
    krisRaba napisał:
    Wskutek przepływu prądu i niezerowej rezystancji wydziela się jakaś moc strat, która podgrzewa NTC
    .
    Orientuje się ktoś jakie są to mniej więcej temperatury? Może on uszkodzić inne elementy, np stopić obudowę, albo uszkodzić kondensator elektrolitowy?
  • #9
    krisRaba
    Poziom 27  
    szymon122 napisał:
    Orientuje się ktoś jakie są to mniej więcej temperatury? Może on uszkodzić inne elementy, np stopić obudowę, albo uszkodzić kondensator elektrolitowy?

    Dobre pytanie, jeszcze się nad tym nie zastanawiałem, bo dopiero rozważam takie rozwiązanie i to tu to tam trochę o nim czytam. Jakoś intuicyjnie nie przytulałbym tego elementu do innych, nogi też ma zwykle uformowane tak, by zachować odstęp od PCB.
    Co ciekawe w żadnej z kart katalogowych elementów dostępnych w TME nie znalazłem przykładowej charakterystyki, raczej podają w tabelach informacje, z których powinieneś to sobie (jakoś) wyliczyć.
    Przykładowa karta: link

    Znalazłem taki kalkulator, który służy do wyznaczania bety, niestety nie liczy w drugą stronę. Ale podstawiając kolejne wartości i celując w betę z karty katalogowej można zobaczyć jaka jest spodziewana rezystancja dla 100°C.
    https://www.ametherm.com/thermistor/ntc-thermistor-beta
    Biorąc z wcześniej linkowanej karty wersję B57237S0220M000, czyli R25=22Ω, B25/100=3300K, podstawiamy R1=22, R2=?, T1=25°C , T2=100°C. Strzelając kilka wartości wychodzi, że beta ok.3300K wychodzi dla R2=2.38Ω.
    Pewnie się tak tego nie robi :P ale pokazuje to, że NTC może mieć temperaturę rzędu 100°C i nadal jego rezystancja nie jest bliska zeru.

    Zakładając, że chcemy, by w stanie ustalonym płynął tam prąd 1A (ten komponent ma max.2.8A@0..25°C), to przy R=2.38Ω (czyli NTC ma już 100°C) mamy straty P=1A*2.38Ω=2.38W. Inny podany parametr, to Dissipation factor wynoszący ok. 17 mW/K, czyli przy naszych stratach (2.38W)/(17mW/K)=140K, czyli temperatura NTC będzie chciała wzrosnąć o 140°C względem otoczenia, czyli w tym punkcie dążyć będzie np. do 165°C (przy temp. otoczenia 25°C). Oczywiście wzrost temperatury będzie powodował dalszy spadek rezystancji NTC, więc ustali się jakiś punkt równowagi.
    Zmieniając w kalkulatorze T2 na 130°C i szukając wartości, by beta znowu była 3300K, dostajemy R2=1.23Ω, co daje przy 1A moc strat P=1.23W i wzrost temperatury względem otoczenia o (1.23W)/(17mW/K)=72,4K, czyli temperatura NTC dąży do 97,4°C przy temp. otoczenia 25°C... czyli przestrzeliliśmy i punkt równowagi jest gdzieś pomiędzy 100..130°C, oczywiście dla tego elementu i założonego prądu 1A.

    Coś mam wrażenie, że mocno na około te obliczenia i chętnie zobaczyłbym tutaj czyjeś obliczenia na skróty, które to potwierdzą lub skorygują :)

    Dodano po 3 [godziny] 6 [minuty]:

    Jeszcze taki śmieszek ;) Obejrzałem filmik pod podanym linkiem do kalkulatora. Szykował go pewnie jakiś dział marketingu firmy AMETHERM, która produkuje takie NTC, a w materiałach wielokrotnie pojawia się "°K", czyli "stopień Kelvina".. LOL ;) Czyli nie wszyscy wiedzą, że takie coś nie istnieje, nawet w firmie specjalizującej się w NTC ;)

    Dodano po 9 [minuty]:

    Gdyby ktoś chciał sobie dobrać NTC...

    Link
  • #10
    trol.six
    Poziom 31  
    krisRaba napisał:
    Dla urządzeń o dużym prądzie rozruchowym stosować można również NTC. /../
    Też można napisać, że NTC jest nieco prymitywnym zabezpieczeniem,

    Zgadza się, termistor stosuje się w celu zmniejszenia prądów udarowych, ale termistor NTC w relacji do zaprezentowanej konstrukcji też:

    1. Nie zapewnia po włączeniu prądu od małych wartości
    2. Nie zapewnia możliwego zwiększonego prądu startowego

    Stąd jego sens stosowania to na liniach zasilających, gdzie wachania napięcia są dopuszczalne.

    W przypadku mojej konstrukcji która też jest prymitywna, czas wyłączenia jest podtrzymywany przez kondensatory na liniach, o czym już pisałem. Można to usprawnić, ale w tym układzie zależało mi na prostocie, a kondensatory rozładowywane są przez niewielki rezystor obciążający te kondensatory.
    .
  • #11
    krisRaba
    Poziom 27  
    trol.six napisał:
    1. Nie zapewnia po włączeniu prądu od małych wartości
    2. Nie zapewnia możliwego zwiększonego prądu startowego

    Przyznam szczerze, że nie rozumiem :) I oczywiście nie mówię, że Twoja konstrukcja nie ma sensu, czy coś ;) Jak działa i spełnia Twoje założenia, to super.
    Ja wskazałem tylko alternatywę.

    Ad.1 Jeśli oczywiście dobrze Cię rozumiem, bo to dość zagadkowe stwierdzenie, to przecież właśnie zapewnia. NTC ochronny nie jest żadnym przerzutnikiem, że od pewnego progu działa. Puszcza prąd praktycznie od momentu pojawienia się jakiegokolwiek napięcia, bo to rezystor o zmiennej wartości w funkcji temperatury. Po prostu po rozgrzaniu puści tego prądu więcej. W sumie to w Twojej konstrukcji pojawia się progowanie, bo do przekroczenia Vgsth tranzystor praktycznie nie przewodzi.
    Ad.2 Po co zwiększać coś, co chcemy ograniczać? Jak chcesz iść na pełny gwizdek, to robisz sobie bypass ;) Przecież tego NTC masz dobrać tak, że pójdzie maksymalny DOPUSZCZALNY prąd, który zapewnia poprawną pracę całości systemu, bez zakłóceń. Skoro więc to maksymalny prąd i powyżej ustalonej wartości już mogą być problemy, to po co go zwiększać?

    trol.six napisał:
    Stąd jego sens stosowania to na liniach zasilających, gdzie wachania napięcia są dopuszczalne.

    Przecież wahania napięcia biorą się z nadmiernego prądu startowego. Prąd musisz ograniczyć do wartości, która jest akceptowalna, tj. nie powoduje już zakłóceń, które próbujesz wyeliminować.
    W Twoim rozwiązaniu feler jest taki, że czas ładowania bramki nie zależy od obciążenia, tylko od pojemności i rezystorów w obwodzie bramki. Czy udar wystąpi, czy nie, to i tak "soft-startujesz" układ podłączony do wyjścia. Zaleta jest taka, że przy odpowiednim napięciu zasilającym, po czasie startu tranzystor powinien być w pełni otwarty i zapewnić sam z siebie niskie straty, gdzie NTC staje się piekarnikiem i trzeba/można go obejść (bypass). Gorzej jak napięcie zasilające będzie za niskie, to wtedy będzie utrzymywał wyższe Rdson przez cały czas pracy.

    trol.six napisał:
    czas wyłączenia jest podtrzymywany przez kondensatory na liniach, o czym już pisałem.

    Nie wiem, czy rozumiemy to tak samo, ale według mnie takie podtrzymanie to wada. W NTC też występuje, bo rozgrzany NTC ma niską rezystancję i po wyłączeniu urządzenia, wyssaniu kondensatorów i ponownym włączeniu, udar nie będzie ograniczony tak jak przy zimnym.
  • #12
    trol.six
    Poziom 31  
    1. Nie, jeśli termistor ma 3 om a napięcie jest 12V to prąd startowy to i=u/r=4A. Natomiast mosfet włącza się stopniowo.

    2. Nie, już napisałem po co jest soft-start. Jesli masz kondensatory na wejściu to masz niemal prąd zwarcia. I nie zawsze dobierzesz termistor, bo jeśli ograniczysz prąd przez 3 om to przy starcie urządzenia 2A będziesz miał spadek napięcia 6V co może skutkować brakiem startu urządzenia. Innymi słowy, soft-start to nie jest ogranicznik prądu, tylko układ do łagodnego włączenia urządzenia. To nie jest to samo.


    krisRaba napisał:
    Czy udar wystąpi, czy nie, to i tak "soft-startujesz" układ podłączony do wyjścia.

    No i to jest powód dla którego zostało to zrobione. :)

    krisRaba napisał:
    Gorzej jak napięcie zasilające będzie za niskie, to wtedy będzie utrzymywał wyższe Rdson przez cały czas pracy.

    Zgadza sie, przecież napisałem o tym. Nie robiłem bardziej doskonałej wersji ponieważ urządzenie zasilane i tak ma zabezpieczenia.

    krisRaba napisał:
    ale według mnie takie podtrzymanie to wada.

    To czy jest to wada czy zaleta zależy od wymagań. W elektronice nic nie dzieje się natychmiast. Więc to czy ten czas jest akceptowalny czy nie zależy właśnie od wymagań. Uznałem że czas rozładowania jest wystarczający do przełączenia.

    Zrobienie doskonalszej wersji jest dość trywialne, bo wystarczy tranzystor z rezystorami. Ale nie zawsze ma to racjonalne uzasadnienie.
    .
  • #13
    krisRaba
    Poziom 27  
    trol.six napisał:
    1. Nie, jeśli termistor ma 3 om a napięcie jest 12V to prąd startowy to i=u/r=4A. Natomiast mosfet włącza się stopniowo.

    No ale ma tyle dlatego, że taki dobrałeś, czyli od tych 4A problemu nie uświadczysz. Jak nie może tyle mieć, to wsadzisz inny, np. 22R@25*C który prąd startowy ograniczy bardziej, po czym po chwili (po rozgrzaniu) puści więcej.

    trol.six napisał:
    bo jeśli ograniczysz prąd przez 3 om to przy starcie urządzenia 2A będziesz miał spadek napięcia 6V co może skutkować brakiem startu urządzenia. Innymi słowy, soft-start to nie jest ogranicznik prądu, tylko układ do łagodnego włączenia urządzenia. To nie jest to samo.

    No ale w Twoim przypadku na początku będziesz miał spadek na tranzystorze 12V, potem 10V, 8V itp aż do podania pełnego napięcia po określonym czasie ;) Nie wiem czemu początkowy spadek na NTC Cię boli, a spadek na tranzystorze już nie ;) Stąd urządzenie może mieć kłopot ze startem w obu przypadkach, aż do momentu naładowania wspomnianych kondensatorów ;)
    Inna rzecz, że dobrze zaprojektowane urządzenie powinno mieć UVLO i sobie spokojnie poczeka na start sekcji zasilania i dogodne dla siebie warunki ;) Oczywiście jeśli zbyt niskie napięcie z jakiegoś powodu je boli...

    Dodano po 8 [minuty]:

    Bo piszesz, że Twój soft-start i ogranicznik prądu (tu NTC) to co innego. Niby tak, ale jak się zastanowisz, to potrzebujesz soft-startu właśnie z uwagi na duży prąd startowy (np. ładowanie kondensatorów w sekcji zasilającej, czyli początkowa praca na zwarciu). Tym samym chcesz je naładować wolniej, mniejszym prądem, by nie obciążać reszty systemu udarem ;)
  • #14
    trol.six
    Poziom 31  
    krisRaba napisał:
    Nie wiem czemu początkowy spadek na NTC Cię boli, a spadek na tranzystorze już nie

    Ponieważ termistor wymaga określonego prądu obciążenia, jesli masz obciążenie zmienne to mogą wystąpić problemy. Może się zdarzyć że termistor wystygnie.

    krisRaba napisał:
    właśnie z uwagi na duży prąd startowy (np. ładowanie kondensatorów w sekcji zasilającej, czyli początkowa praca na zwarciu). Tym samym chcesz je naładować wolniej, mniejszym prądem, by nie obciążać reszty systemu udarem ;)

    Jest zbyt wiele różnych obciążeń o różnych charakterach, że nie da się tego w jednym zdaniu zgeneralizować. Dlatego napisałem że chodzi o np ładowanie pojemności wejściowej, bo w zasadzie taki był główny powód. A to jest zupełnie co innego niż potem działanie takiego urządzenia co ma te pojemności.
    .
  • #15
    krisRaba
    Poziom 27  
    trol.six napisał:
    Ponieważ termistor wymaga określonego prądu obciążenia, jesli masz obciążenie zmienne to mogą wystąpić problemy. Może się zdarzyć że termistor wystygnie

    To fakt, wtedy może zwiększyć swoją rezystancję, a wtedy pik prądowy może wywołać spadek napięcia na nim i w dramatycznych sytuacjach nawet reset urządzenia. Dlatego w wielu rozwiązaniach się robi potem obejście. Plus jest taki, że ograniczy ponownie nadmierny prąd, który mógłby spowodować niestabilność całego systemu, a Twój układ puści wszystko jakby nigdy nic ;-)
    Generalnie oba rozwiązania mają swoje wady, bo są bardzo proste. Można je dozbroić, ale wtedy ich wadą jest, że nie są proste ;-)
  • #16
    trol.six
    Poziom 31  
    Dlatego jest takie powiedzenie, że jak coś jest do wszystkiego do jest do du... niczego.

    Ja też stosuje termistory NTC, ale tam gdzie to ma sens. Szczególnie gdy mamy nadwyżkę napięcia, a urządzenia sobie działają względnie długotrwale.
    .