Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Multimetr Fluke
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Arduino sterowanie bramką Mosfet

danielm55 28 May 2019 14:54 696 18
  • #1
    danielm55
    Level 4  
    Witam.

    Potrzebuję prostego rozwiązania na sterowanie bramką Mosfet-a sygnałem PWM z arduino.
    Sterowanie grzałką 2000W, napięcie zasilające grzałkę 230V -stałe.
    Z tych 230V musiałbym wyodrębnić zasilanie dla Arduino i na bramkę Mosfet.
    Myślałem aby sygnałem pwm z arduino poprzez optoizolator sterować bramką Mosfeta aby regulować moc.
    Na bramce Tranzystora potrzebny jest sygnał prostokątny o amplitudzie 10V.
    Jak najlepiej sterować bramką Mosfeta z izolacją galwaniczną?
    Do you have a problem with Arduino? Ask question. Visit our forum Arduino.
  • Multimetr Fluke
  • Helpful post
    #2
    tronics
    Level 38  
    Korzystając z dedykowanego drivera np. HCPL-J314, oczywiście napięcie zasilania musi kolega zorganizować we własnym zakresie korzystając z np. przetwornicy DC-DC. Tanio nie będzie.
  • Multimetr Fluke
  • #4
    tronics
    Level 38  
    @arturavs - zależy co dokładnie autor posiada i co chce osiągnąć. Jeśli ma np. PV bez inwertera to triak się nie przyda wcale. By dobrać najlepsze rozwiązanie to byłoby dobrze wiedzieć skąd te 230VDC i czemu ma ta grzałka służyć.
  • #5
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    tronics wrote:
    Jeśli ma np. PV bez inwertera to triak się nie przyda wcale.

    Tu zgoda. Ogólnie za mało informacji o docelowym układzie.
  • #6
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Moim zdaniem w tej aplikacji
    danielm55 wrote:
    Sterowanie grzałką 2000W

    sterowanie PWM nie jest konieczne, wystarczy proste sterowanie załącz - wyłącz.
    Poza tym przy tych parametrach obciążenia
    danielm55 wrote:
    2000W, napięcie zasilające grzałkę 230V -stałe.

    proponowałbym zastosować gotowy stycznik albo SSR, samodzielne zbudowanie takiego układu nie jest trywialne.
  • #7
    tronics
    Level 38  
    Quote:
    sterowanie PWM nie jest konieczne, wystarczy proste sterowanie załącz - wyłącz.

    Zakładasz z góry, że chodzi o obiekt o dużej inercji. Zakładanie tego bez jasnego sygnału ze strony autora wątku jest dość ryzykowne. Co jeśli rzeczywiście potrzebuje płynnie sterować mocą w krótkim czasie? Wtedy ani stycznik, ani SSR (AC bądź DC) tego nie zapewni.
  • #8
    krzysiek_krm
    Level 40  
    tronics wrote:
    Quote:
    sterowanie PWM nie jest konieczne, wystarczy proste sterowanie załącz - wyłącz.

    Zakładasz z góry, że chodzi o obiekt o dużej inercji. Zakładanie tego bez jasnego sygnału ze strony autora wątku jest dość ryzykowne. Co jeśli rzeczywiście potrzebuje płynnie sterować mocą w krótkim czasie? Wtedy ani stycznik, ani SSR (AC bądź DC) tego nie zapewni.

    Autor w dziale dla początkujących zadaje dość podstawowe i elementarne pytanie, mam podejrzenie graniczące z pewnością, że nie buduje celownika do bomby atomowej. Oczywiście mogę się mylić.
  • #9
    danielm55
    Level 4  
    Kolega tronics ma rację.
    Układ miałby służyć do sterowania grzałki 2kW z paneli pv - dopasowanie obciążenia do wydajności paneli w zależności od warunków pogodowych - bez inwertera. Panele połączone w szereg aby nie było zbyt dużych prądów. O ile przy niskim napięciu i niskich mocach mógłbym poeksperymentować, to tu już wolę się doradzić co do sterowania mosfeta. Wiem, że to podstawowe i elementarne pytanie ale z Mosfetami przy większych mocach nie miałem zbyt wiele okazji się bawić i wolę podpytać. Chodzi głównie o odizolowanie obwodu wysokiego napięcia od obwodów sterowania i sposób wysterowania bramki. Rozumiem, że łatwiej by było użyć osobnego zasilacza 220v AC dla arduino i obwodów niskonapięciowych? Myślałem też aby napięcie na panelach mierzyć poprzez przetwornik a/c po przez dzielnik napięcia, ale wówczas dosyć duże zmiany napięcia mierzonego będą powodowały niewielkie zmiany(być może nie wystarczające) napięcia na dzielniku. Wiem, że sterowniki takie można kupić na necie, ale czytałem na forum, że niektóre z nich to imitacje przerobione z zasilaczy komputerowych. Arduino + niskie napięcie sobie ogarnę, mam pomysł na program ale wolę dopytać co do wysokich napięć. Dobrze by było aby całość zasilić z pv, trzeba by zapewnić stabilizację aby zasilanie niskonapięciowe nie było wrażliwe na spadek napięcia przy gorszych warunkach pogodowych.
  • #10
    tronics
    Level 38  
    Problemów jest więcej niż kolega sobie zdaje sprawę. np. częściowe lub całkowite zacienienie niektórych paneli w szeregu. Dedykowane sterowniki i certyfikowane instalacje są na to przygotowane, składane samemu z reguły ... średnio
    Ale to wtrącenie dodatkowe.
    Zasilanie - wiadomo, przetwornica o szerokim wachlarzu napięć wejściowych. Teoretycznie od biedy by dobry zasilacz komputerowy uszedł :) Jeśli kolega akurat nie ma to coś dedykowanego z TME (meanwell itp). Przełączanie względem odczytu napięcia PV - startowo z sieci, jeśli PV > progu to przekaźnik przełączy na zasilanie z PV, jeśli spadnie poniżej progu to wracamy do zasilania sieciowego (czyli przekaźnik DPDT ze stykami NC na sieć). Do tego histereza żeby bez sensu nie pykało przy granicznych poziomach. Jakie napięcia wyjściowe będą potrzebne? 5V z pewnością, przydałoby się też 15V do załączenia MOSFETa i napięcie ujemne do jego pewnego wyłączenia (choć jeśli weźmiemy MOSFET z odpowiednio wysokim Vgs(th) to powinno z pojedynczym napięciem 12-15V wystarczyć).
    Pomiar napięcia PV - tu można by rozważyć oprócz dzielnika (który i tak być musi) izolację w postaci np. HCPL-7800. Jasne, to ogranicza nieco zakres użyteczny, ale mamy trochę bezpieczniej, w końcu po co sterowanie mosfeta z PV robić izolowane galwanicznie gdy pomiar napięcia nie jest? Zabezpieczenia - szybkie bezpieczniki topikowe, aR lub gR, transile.
    Jeśli chcemy jeszcze lepszą kontrolę to można zamiast driverów pokroju J314 wziąć coś w stylu 316J - dodatkowe możliwości wykrycia usterki i zabezpieczenia obwodu. Prąd to wiadomo pomiar przez halla. I do tego wszystkiego jeszcze jakby nie było trzeba zabezpieczenie termiczne (mosfet) jak i pomiar temperatury i zabezpieczenie termiczne cwu. Jak rozumiem celem tego PWM jest osiągnięcie czegoś w stylu MPPT czyli maksymalizacji uzyskiwanej mocy z instalacji PV. I właśnie z tego względu rozwiązanie kolegi krzysiek_krm zupełnie się nie będzie nadawało, dlatego tak istotna była informacja od autora.
  • #11
    krzysiek_krm
    Level 40  
    tronics wrote:
    Jak rozumiem celem tego PWM jest osiągnięcie czegoś w stylu MPPT czyli maksymalizacji uzyskiwanej mocy z instalacji PV. I właśnie z tego względu rozwiązanie kolegi krzysiek_krm zupełnie się nie będzie nadawało, dlatego tak istotna była informacja od autora.

    No i PWM też się nie nadaje, kiedy panel będzie "szarpany" PWM-em to w stanie ON będzie przeciążony a w stanie OFF nieobciążony. Przy takim układzie to panel musiałby być buforowany kondensatorami o jakiejś abstrakcyjnej pojemności.
    Moim zdaniem dobrym rozwiązaniem może być zbudowanie wielofazowej przetwornicy impulsowej typu "buck", w której tętnienia prądu na wejściu i wyjściu są znacznie mniejsze w porównaniu z przetwornicą jednofazową, jednak tak czy siak trzeba to wszystko obliczyć.
    A nie możesz zastosować większej liczby grzałek o mniejszej mocy ?
    Łatwiej byłoby rozwiązać wiele problemów.
  • #12
    tronics
    Level 38  
    Przetwornica buck to też pwm i też wszystkie poruszone tutaj problemy konstrukcyjne będą miały zastosowanie (i więcej, jak np. dobranie częstotliwości przełączania, indukcyjności cewki i dbanie by nie było nieciągłości prądu oraz wchodzenia w nasycenie). Problem nietrywialny dla niezaznajomionych z tematem, ale zdecydowanie prostszy jeśli odpuścimy konstrukcje wielofazowe (zresztą i tak prostsze konstrukcje regulatorów mppt to jedna cewka).
    Quote:
    A nie możesz zastosować większej liczby grzałek o mniejszej mocy

    Jeśli to rzeczywiście CWU to ilość otworów pod grzałkę jest dość ograniczona. Czasem można wsadzić 2, czasem 3. I zazwyczaj na tym koniec. Zakładając, że każda innej mocy to daje 7 różnych punktów (a+b+c, a+b, a+c, b+c, a, b, c). Mogłoby wystarczyć. Na 2 to niestety kombinacje są tylko 3 więc tak średnio.
  • #13
    danielm55
    Level 4  
    Dokładnie miałoby to być coś w rodzaju MPPT. Czujniki Halla już mam, czujniki temperatury również.
    Muszę wstępnie ogarnąć sterowanie mosfeta z izolacją galwaniczną i dzielnik napięcia, faktycznie również przydała by się izolacja.
    Napięcia jak kolega pisał 5v arduino + 12v - 15v na sterowanie bramki. Na razie do testów potrzebowałbym prostych rozwiązań, myślałem wstępnie o zasilaczu beztransformatorowym z 7805 i 7812-15. Potrzebuję też w miarę prostego sterowania mosfet z izolacją galwaniczną.
    Jeżeli program by działał i spełniało by to swoje zadanie wówczas można dalej rozwijać projekt.
    Problemy na pewno będą ale myślę, że warto spróbować.
  • #14
    krzysiek_krm
    Level 40  
    tronics wrote:
    Przetwornica buck to też pwm i też wszystkie poruszone tutaj problemy konstrukcyjne będą miały zastosowanie

    Nie bardzo, zapominasz o tym, że według pomysłu autora załączasz czystą rezystancję - prąd narasta jak oszalały, spowalniany tylko przez jakieś pasożytnicze indukcyjności, które nawiasem mówiąc należy minimalizować żeby niechcący nie zbudować "zagłuszarki", w przetwornicy załączasz indukcyjność - prąd narasta wolniej.
    tronics wrote:
    (zresztą i tak prostsze konstrukcje regulatorów mppt to jedna cewka)

    I też trudno powiedzieć jak dobrze działają - panel "sam z siebie" ma raczej dość małą pojemność więc trzeba się ratować bateriami kondensatorów.
    tronics wrote:
    jeśli odpuścimy konstrukcje wielofazowe

    To nie jest znowu aż tak skomplikowane, zresztą jest całkiem dużo aplikacji, na których można się wzorować - zysk związany z "kasowaniem" tętnień prądu jest niebanalny.
    tronics wrote:
    dobranie częstotliwości przełączania, indukcyjności cewki i dbanie by nie było nieciągłości prądu oraz wchodzenia w nasycenie

    Niestety, na tym polega projektowanie urządzeń, coś tam trzeba przemyśleć, policzyć, itp, itd.
  • #15
    tronics
    Level 38  
    Quote:
    Nie bardzo,

    Wskaż różnice w sterowaniu MOSFET dla buck i dla "pwm czystej rezystancji". Tego dotyczyło pytanie w tym wątku (wysterowania mosfeta). Na które swoją drogą w żaden sposób kolego nie odpowiedziałeś, za to rozpisujesz się o tym co już raz napisałeś, a nikt tego nie podważał. Jaki konkretnie masz w tym cel?
    Quote:
    To nie jest znowu aż tak skomplikowane

    Nie, tylko to kilka razy więcej rzeczy, które mogą pójść źle, co za tym idzie kilka razy większe ewentualne straty. Dodatkowo - to tylko 2kW a nie 20.
    Quote:
    zysk związany z "kasowaniem" tętnień prądu jest niebanalny

    Tętnienia były i będą, zawsze. Niech kolega sobie zasymuluje buck 1 czy 4 fazowego i zobaczy prąd źródła zasilania... Dlatego tam są kondensatory i muszą być. A tętnienia prądu obciążenia są mniej istotne w tej konkretnej aplikacji.
  • Helpful post
    #16
    krzysiek_krm
    Level 40  
    tronics wrote:
    Wskaż różnice w sterowaniu MOSFET dla buck i dla "pwm czystej rezystancji".

    Obawiam się, że próbujesz odwracać kota ogonem, sterowanie nie jest jakimś ogromnym problemem, jest nim oddziaływanie obciążenia na źródło zasilania.
    tronics wrote:
    Tego dotyczyło pytanie w tym wątku (wysterowania mosfeta). Na które swoją drogą w żaden sposób kolego nie odpowiedziałeś,

    Odpowiedź na to pytanie jest banalna: "kup sobie izolowany driver mosfet (Analog, Texas i inni), są nawet wersje ze zintegrowaną izolowaną przetwornicą do zasilania obwodu bramki". Tylko że to nie jest główny problem w tym projekcie.
    tronics wrote:
    Jaki konkretnie masz w tym cel?

    Nie mam żadnego, moim zdaniem autor niepotrzebnie brnie w błędne rozwiązanie, ale może musi się sam o tym przekonać.
    tronics wrote:
    Tętnienia były i będą, zawsze.

    Bardzo odkrywcza myśl, jednak jest pewna różnica między amplitudą 10 A a 2 A (na przykład).
    tronics wrote:
    Niech kolega sobie zasymuluje buck 1 czy 4 fazowego i zobaczy prąd źródła zasilania...

    Poważnie, nie widzisz różnicy ?
    tronics wrote:
    Dlatego tam są kondensatory i muszą być.

    W projekcie autora mogą być dość drogie, w sumie tez nie ma co strzelać - wszystko można policzyć, ale mam jakieś podejrzenie, że przy dużym napięciu i dość dużej potrzebnej pojemności raczej nie będzie tanio.
    tronics wrote:
    A tętnienia prądu obciążenia są mniej istotne w tej konkretnej aplikacji.

    Nie chodzi akurat o obciążenie, grzałce to raczej nie zrobi różnicy, chodzi o zasilanie.
  • #17
    danielm55
    Level 4  
    Dzięki koledzy za zainteresowanie tematem. Prosiłbym o nakreślenie głównych problemów, na które trzeba zwrócić uwagę i jaki one mogą mieć wpływ na pracę sterownika, oraz pracę i wytrzymałość paneli. Z tego co zauważyłem i o czym również wcześniej myślałem to problem impulsowego poboru mocy z paneli. Choć myślę, że problem występował by bardziej podczas bardziej słonecznych dni. W dni pochmurne wydajność paneli jest mniejsza i zjawisko tętnień powinno być mniej uciążliwe. Sterownik stosujemy głównie aby zwiększyć sprawność paneli w mniej słoneczne dni. W bardziej słoneczne, gdy wydajność paneli jest większa, myślę, że można by było nawet bezpośrednio zasilić grzałkę. Inną kwestią jest odbiór mocy, w razie nagrzania wody w zbiornikach w bardziej słonecznym okresie.(Myślałem o cyrkulacji aby mieszać wodę w zbiorniku i dobrze wykorzystać jego pojemność). Wszelkie wskazówki i krytyka mile widziane.
    Pozdrawiam.
  • Helpful post
    #18
    tronics
    Level 38  
    Jeśli kolega rozumie technikalia oraz potrafi się posługiwać w miarę dobrze językiem angielskim to wiele ciekawych informacji może uzyskać np.
    https://www.instructables.com/id/ARDUINO-SOLAR-CHARGE-CONTROLLER-Version-30/
    Co prawda tutaj jest wersja stosunkowo niskonapięciowa i przeznaczona do ładowania aku, ale idea działania, zagadnienia projektowe itp. są poruszane i wystarczy dopasować do własnych potrzeb.
  • #19
    danielm55
    Level 4  
    Znalazłem w sieci cos takiego:
    Arduino sterowanie bramką Mosfet
    Co sądzicie o takim rozwiązaniu?