[Rozwiązano] Przełącznik P-MOSFET o dość konkretnej mocy - potrzebny sprawdzony schemat

Rozważam wykonanie prototypu elektronicznego wyłącznika akumulatora (Vmax=55V, Imax=20A, Pmax=800-1000W). Włączanie plusem. Chciałbym zapewnić beziskrowe podłączanie akumulatora do zasilanej elektroniki. W drugim etapie chciałbym mieć możliwość beziskrowego przełączania między dwoma akumulatorami. W trzecim kroku chciałbym móc na podobnej zasadzie odłączać elektronikę od akumulatora na czas jego ładowania.

Wszystko chciałbym finalnie sterować 2-3 mikroswitchami z jakim małym AVR-em, czyli mały wyświetlacz LCD, trzy przyciski, a sterowanie wyłącznie półprzewodnikowe.

Oczywiście mógł bym coś zaprojektować, ale tego nie zrobię bo chcesz sprawdzony schemat

Czy rozważałeś użycie transoptora z wyjściem fotowoltaicznym do sterowania N-MOSFETa? Jego powolne ładowanie bramki było by tu zaletą
przykładowy element:
https://www.vishay.com/docs/83469/vom1271.pdf

jarek_lnx napisał:

Oczywiście mógł bym coś zaprojektować, ale tego nie zrobię...

Bardzo kobiecy początek Ci się udał

jarek_lnx napisał:

Czy rozważałeś użycie transoptora z wyjściem fotowoltaicznym do sterowania N-MOSFETa?

Mamy tu w zasadzie problem z mocą, są MOSFET'y (nawet z kanałem P) na to napięcie, czy natężenie, ale żaden nie daje więcej, niż powiedzmy 200W. To kwestia możliwości obudowy. Stąd prawdopodobnie konieczne byłoby użycie kilku tranzystorów połączonych równolegle. A skoro to są MOSFET'y, w takim układzie powstaje właśnie problem pojemności. Sterownik MOSFET'ów będzie konieczny, nie wiem tylko czy jeden na grupę, czy do każdego MOSFET'a. Nigdy nie bawiłem się z półprzewodnikowym sterowaniem tak dużymi prądami (mocami).

yogi009 napisał:

Bardzo kobiecy początek Ci się udał

Tu nie chodzi o fochy, śmieję się z poszukiwania sprawdzonych schematów, czy pytania o opinie w internecie. Doświadczenie zawodowe uczy, że jak coś komuś działa, to nie znaczy że jest dobrze zrobione. Często jest tak że wadliwy układ działa bo zaszły szczególne warunki do tego. W pracy spotykam się z tym notorycznie, a na "przecież to już działało" odpowiadam że to nic nie znaczy, niejeden program, czy układ działał tylko dlatego że nikt nie przyłożył się do debugowania.

yogi009 napisał:

Mamy tu w zasadzie problem z mocą, są MOSFET'y (nawet z kanałem P) na to napięcie, czy natężenie, ale żaden nie daje więcej, niż powiedzmy 200W.

O jakiej mocy piszesz, wydzielonej podczas pracy, czy podczas ładowania kondensatorów?

Musi to być MOSFET? Ja bym szukał rozwiązań w segmencie samochodówki - jakieś przekaźniki beziskrowe do rozrusznika, itp.

Może być przekaźnik SSR? Widziałem coś takiego: "KSI240D25-L" (parametry ma inne, ale może to Cię naprowadzi...).

jarek_lnx napisał:

O jakiej mocy piszesz, wydzielonej podczas pracy, czy podczas ładowania kondensatorów?

Podczas podłączania wtyczki akumulatora przeskakuje konkretna iskra (prawdopodobnie kondensatory elektrolityczne w sterowniku), to musz wyeliminować. A potem podczas pracy tak jak napisałem wyżej.

jarek_lnx napisał:

Tu nie chodzi o fochy, śmieję się z poszukiwania sprawdzonych schematów, czy pytania o opinie w internecie. Doświadczenie zawodowe uczy, że jak coś komuś działa, to nie znaczy że jest dobrze zrobione.

Szczerze mówiąc, chciałbym tym razem pominąć kwestie filozoficzne i skupić się na rzeczowej dyskusji. Inaczej będę musiał zacząć od prototypu o niższej mocy, a potem go rozbudować.

Ture11 napisał:

Może być przekaźnik SSR?

Nie jestem pewny, czy styki przekaźnika będą odpowiednie podczas ładowania prądem 18A (900W), albo podczas jazdy (kiedy po prostu trzęsie). Stąd pomysł na układ bezstykowy.

yogi009 napisał:

Mamy tu w zasadzie problem z mocą, są MOSFET'y (nawet z kanałem P) na to napięcie, czy natężenie, ale żaden nie daje więcej, niż powiedzmy 200W. To kwestia możliwości obudowy. Stąd prawdopodobnie konieczne byłoby użycie kilku tranzystorów połączonych równolegle. A skoro to są MOSFET'y, w takim układzie powstaje właśnie problem pojemności. Sterownik MOSFET'ów będzie konieczny, nie wiem tylko czy jeden na grupę, czy do każdego MOSFET'a. Nigdy nie bawiłem się z półprzewodnikowym sterowaniem tak dużymi prądami (mocami).

Ostatnio robiłem podobny układ i wyszedł mi dość zgrabnie.
Zacznę od końcówki:
Tranzystor NMOS RFG70N06 w obudowie TO-247. Rds-on=0.014Ohm @ Vgs=10V, Ptot=150W,
Sterowanie: TC429 - taki miałem, ale są nowsze i pewnie lepsze,
Do tego transoptor PC817
Zasilanie: konwerter DC/DC PM7213, chyba z 9V na 12V, wyjąłem z jakiejś starej karty sieciowej.

Przy Rds-on na poziomie 14mOhm moc wydzielana w tranzystorze będzie poniżej 6W, więc jakiś radiator będzie potrzebny. Spadek napięcia Vds będzie około 1/4V, więc chyba do przyjęcia. Stąd uważam, że jeden tranzystor wystarczy.

yego666 napisał:

Stąd uważam, że jeden tranzystor wystarczy.

Ja wyżej napisałem, że moc chwilowa dochodzi do 800-1000W, więc jeden MOSFET może nie wystarczyć. Poza tym z założenia steruję plusem, czyli potrzebuję P-MOSFET. Mógłbyś wkleić schemat swojego rozwiązania?

yogi009 napisał:

Ja wyżej napisałem, że moc chwilowa dochodzi do 800-1000W, więc jeden MOSFET może nie wystarczyć. Poza tym z założenia steruję plusem, czyli potrzebuję P-MOSFET. Mógłbyś wkleić schemat swojego rozwiązania?

To przecież moc na odbiorniku a nie wydzielana na tranzystorze !
Na tranzystorze wydzieli się moc Rds-on * Id^2 czyli 0.014 * 400 = 5.6W
Za dużo jak na tranzystor mogący oddać 150W ?

yego666 napisał:

To przecież moc na odbiorniku a nie wydzielana na tranzystorze !

Wreszcie ktoś obudził mój umysł... Czyli coś takiego powinno być odpowiednie?

http://www.bristolwatch.com/pdf/irf4905.pdf

Trochę nieporządnie, ale wiadomo o co chodzi.

IRF4905 może mieć trochę za niskie Vds, no i więcej mocy będzie się na nim wydzielać, ergo potrzeba większy radiator. Ale to jest PMOS, a u mnie masz NMOS !

yogi009 napisał:

Ture11 napisał:
Może być przekaźnik SSR?


Nie jestem pewny, czy styki przekaźnika będą odpowiednie podczas ładowania prądem 18A (900W), albo podczas jazdy (kiedy po prostu trzęsie). Stąd pomysł na układ bezstykowy.

Przekaźnik SSR jest układem bezstykowym.

Ture11 napisał:

Przekaźnik SSR jest układem bezstykowym.

No to muszę sprawdzić

Dodano po 11 [minuty]:

No, te przekaźniki SSR to w zasadzie na MOSFET'ach są zrobione, chyba ze 2 złącza po drodze (P-MOS i N-MOS?), spadek napięcia do 1,6V. No i cena. Chciałbym tu użyć 4 takich układów przełączających.

yogi009 napisał:

beziskrowego przełączania między dwoma akumulatorami

Generalnie, powinieneś użyć dwóch tranzystorów w połączeniu "back-to-back".
To połączenie jest opisane w aplikacji z postu
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3702274.html#18749555
Wskazane będzie użycie tranzystorów z kanałem N. Sterować można za pomocą fotowoltaicznego drivera (jak wyżej) albo izolowanego drivera mosfet, robią je znani producenci: Texas, Analog, itp, itd, są wersje ze zintegrowaną izolowaną przetwornicą DC2DC.

krzysiek_krm napisał:

Generalnie, powinieneś użyć dwóch tranzystorów w połączeniu "back-to-back".
To połączenie jest opisane w aplikacji z postu
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3702274.html#18749555
Wskazane będzie użycie tranzystorów z kanałem N. Sterować można za pomocą fotowoltaicznego drivera (jak wyżej) albo izolowanego drivera mosfet, robią je znani producenci: Texas, Analog, itp, itd, są wersje ze zintegrowaną izolowaną przetwornicą DC2DC.

Tak, tylko celuję w P-MOS'y. Chciałbym włączać plusem, a nie masą.

yogi009 napisał:

Tak, tylko celuję w P-MOS'y. Chciałbym włączać plusem, a nie masą.

Jeżeli sterowanie będzie izolowane galwanicznie, to źródło tranzystora z kanałem N będzie na potencjale pływającym w stosunku do masy Twojego układu. Podłączasz dren do plusa, na źródle masz wyjście i wszystko.

@yogi009, mam nadzieję, że się nie obrazisz jak się dołączę

@krzysiek_krm, czy taki schemat dla dwukierunkowego przepływu będzie ok ? chodzi o możliwość ładowania regeneracyjnego akumulatora podczas zjazdów czy hamowania.



Pytanie następne, jak wysterować driver mosfeta, przydałby się izolowany sygnał z Vcc, tylko jak to najprościej zrobić ?

Pozdr

Slawek K. napisał:

yogi009, mam nadzieję, że się nie obrazisz jak się dołączę

Cześć Sławek

Tu chodzi (być może) o ładowanie regeneracyjne, natomiast ja pytam o ładowanie ładowarką. W tym przypadku chyba dobrze by było najpierw odłączyć kontroler od zasilania, a dopiero potem podłączyć ładowarkę. No i na ten schemat jeszcze nanosimy informację, że mamy 2 akumulatory i 1 gniazdo ładowania W zasadzie przy dobrej kondycji akumulatorów można je połączyć równolegle i używać jako jednego (przy moim stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniu na prąd), wtedy nie trzeba tak komplikować schematu.

Schemat powyżej pracuje jako switch, zatem odłączanie kontrolera/sterownika jest obsłużone (wyjście OUT).
Czy dobrze rozumiem, że chcesz mieć możliwość wyboru/przełączania akumulatorów ?

Pozdr

Sławek, po kolei:
-. jedno gniazdo ładowania XT60,
-. dwa akumulatory (do wyboru),

Funkcje:
-. wybór stanu: ładowanie lub jazda,
-. wybór akumulatora roboczego,
-. odłączenie obu akumulatorów od systemu.

To zapewni beziskrowe podłączanie akumulatorów, zmianę akumulatora roboczego, ładowanie każdego akumulatora kolejno. Sterowanie można wykonać na małym mikrokontrolerze w formie 2-3 przycisków i małego ekranu LCD (albo nawet 2-4 diod LED). Generalnie chodzi o brak iskier i rezystorów mocy używanych do tych zadań. Nie ma sensu podgrzewać atmosfery Oczywiście MOSFET'y zabiorą zapewne 1-1,6V napięcia, ale przy mniejszych prądach to nie powinno stanowić problemu.

Kilka informacji

Slawek K. napisał:

@krzysiek_krm, czy taki schemat dla dwukierunkowego przepływu będzie ok ? chodzi o możliwość ładowania regeneracyjnego akumulatora podczas zjazdów czy hamowania.

nie wiem, co dokładnie masz na myśli, takie szeregowe połączenie, zwane żargonowo "back-to-back" jest używane gdy:
- prąd ma płynąć w obu kierunkach
lub
- prąd ma być blokowany w obu kierunkach
spójnik lub znaczy tyle co w zwykłej logice matematycznej
wiadomo, że wynika to z faktu istnienia diody podłożowej w tranzystorze mosfet, w tym przypadku jest ona pasożytnicza ale w innych przypadkach bywa pożyteczna.
Kiedy dwie baterie (lub więcej) pracują na jedno obciążenie można użyć klucza back-to-back aby uniemożliwić ładowanie jednej baterii przez drugą.

Slawek K. napisał:

Pytanie następne, jak wysterować driver mosfeta, przydałby się izolowany sygnał z Vcc, tylko jak to najprościej zrobić ?

Tak, jak narysowałeś - izolację galwaniczną masz w fotowoltaicznym sterowniku tranzystora: dioda świeci na fotodiodę, która "robi" napięcie Vgs, rozwiązanie jest proste i miłe, tylko nieco powolne, jeżeli nie potrzebujesz dużych szybkości przełączania, bierz w ciemno.

yogi009 napisał:

Tu chodzi (być może) o ładowanie regeneracyjne, natomiast ja pytam o ładowanie ładowarką. W tym przypadku chyba dobrze by było najpierw odłączyć kontroler od zasilania, a dopiero potem podłączyć ładowarkę. No i na ten schemat jeszcze nanosimy informację, że mamy 2 akumulatory i 1 gniazdo ładowania W zasadzie przy dobrej kondycji akumulatorów można je połączyć równolegle i używać jako jednego (przy moim stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniu na prąd), wtedy nie trzeba tak komplikować schematu.

Ja bym Ci proponował narysować jakiś schemat blokowy z symbolicznymi kluczami prądowymi i rozważyć gdzie prąd ma płynąć w jedną lub w obie strony a gdzie nie wolno mu płynąć w obie strony, podejmiesz wtedy optymalne decyzje co do doboru elementów.

yogi009 napisał:

rezystorów mocy używanych do tych zadań

To jeszcze przez chwilę pomyśl czy nie potrzebujesz funkcji typu "precharge" żeby uniknąć udarów przy ładowaniu pojemności z małych impedancji akumulatorów.
Proponuję kolegom jeszcze rozważenie użycia wynalazku typu "dioda idealna". Chwyt polega na cwanym użyciu tranzystora n-mosfet, z wykorzystaniem diody podłożowej, nie będę ględził o szczegółach, wiedzy jest mnóstwo.
Poczytajcie o układach "ideal diode controller" tudzież "ORing controller", produkują je duże firmy: Texas, Analog, Maxim, OnSemi, itp, itd, może przydadzą się w waszych aplikacjach.
Jak macie trochę wolnego miejsca i wolne środki, rozważcie użycie styczników typu "kilovac", tanie i maleńkie nie są ale mają dużą "siłę rażenia", widziałem taki stycznik w elektrycznym autobusie z silnikiem ponad 200 kW.

krzysiek_krm napisał:

Jak macie trochę wolnego miejsca i wolne środki, rozważcie użycie styczników typu "kilovac", tanie i maleńkie nie są ale mają dużą "siłę rażenia", widziałem taki stycznik w elektrycznym autobusie z silnikiem ponad 200 kW.

Dzięki za te ciekawostki Krzysztof, na razie jednak nie buduję autobusu elektrycznego i styczników dla silnika 200kW nie będę potrzebował. Resztę informacji sprawdzę. Schemat blokowy opisałem dość prosto, wydaje się czytelny. Ogólnie cały moduł też prawdopodobnie jest prosty jak konstrukcja młotka, wolałem jednak zapytać o stosowane w praktyce aplikacje z uwagi na mój brak doświadczeń z przełączaniem większych prądów za pomocą półprzewodników. A praktyczne aplikacje to zazwyczaj są po prostu stosowane i sprawdzone schematy. Nie kreskówki, nie blokowe, tylko szczegółowe użytkowe aplikacje służące doszlifowaniu całego projektu.

Witam.

Link 60V 120A, starczy?

Podobne sztuki testowałem dla 120W obciążenia szły spokojnie na radiatorze 4cm2 z większym radiatorem dasz radę osiągnąć to co chcesz.

dasej napisał:

Link 60V 120A, starczy?

Fajny MOSFET, u mnie normalnie przy 54V idzie ok. 200W, myślę że max. to ok. 1kW (sterownik ma max. 500W), ale pobór chwilowy. Podczas maksymalnego obciążenia watomierz pokazuje mi wartości poniżej 600W, nie jestem pewien, na ile mogę mu zaufa, stąd ten zapas do 1kW. Swoją drogą to też jest ciekawe, przykręciłem programowo moc sterownika do 50% (czyli do przepisowych 250W), a on na najwyższym poziomie wspomagania pokazuje mi 580W...

@yogi009 Moc sterownika + straty?
Zawsze możesz je połączyć równolegle.

dasej napisał:

Moc sterownika + straty?

No rozumiem, ale ile tych strat? 100% w silniku BLDC na sterowniku sinusoidalnym?

Weźcie jeszcze pod uwagę, że przy całkiem dużym napięciu zasilania, sterowanie mosfetem z kanałem p nie jest takie znowu trywialne.

Qrcz, VOM1271 jest nieosiągalny, w żadnym sklepie, najbliższa dostawa 42 tydzień czyli połowa października, czy jest jakiś sensowny zamiennik ?

EDIT

Czy :
TLP191B https://www.tme.eu/Document/878b11cd22d93595fd5ba14b2582f6fb/TLP191BU.C.F.pdf
APV1121 https://www.tme.eu/Document/3a51afcec70d875dd4a47749bebcb7b5/APV1121SJ.pdf

będą ok ?

Pozdr

Slawek K. napisał:

Czy :
TLP191B https://www.tme.eu/Document/878b11cd22d93595fd5ba14b2582f6fb/TLP191BU.C.F.pdf
APV1121 https://www.tme.eu/Document/3a51afcec70d875dd4a47749bebcb7b5/APV1121SJ.pdf

będą ok ?

Parametry nie są krytyczne w tym zastosowaniu, w TLP191 wyłączanie będzie trwało dużo dłużej, bo nie ma zintegrowanego układu rozładowania bramki tylko rezystor. Pozostałe parametry podobne.

Thx.
Kupiłem APV.

Pozdr