Anschaltstrombegrenzung bei grosser Kapazitaet

Horst OP #7373033
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Hi, vorneweg sorry für die wahrscheinliche Doppelung, unter den unzähligen Beiträgen zum Thema Anlaufstrom habe ich leider nichts passendes gefunden.

Folgendes Szenario: Ich möchte ein Gerät mit folgenden Parametern schalten.

  • Betriebsspannung 20-30V
  • Betriebsstrom bis ca. 20A, aber erst einige Sekunden nach Anlegen der Spannung
  • Eingangselkos mit grob gemessen ca. 1-2mF (die auch immer leer gezogen werden). Die sind direkt am Anschluss und machen die Probleme.
  • Keine Induktivitaet, Abschalten ist kein Problem.
  • Masse gekoppelt, also zwangsweise high side-Trennung erforderlich

Geschaltet werden soll statisch, mehrmals am Tag. Derzeit macht das ein 30A-Relais, ich befürchte aber das wird das nicht all zulange mitmachen.

Mein Versuch war nun high side einen IRF4905 (P-channel, 74A, 220A peak) dafuer zu verwenden. Da statisch, hatte ich nur einen großen 1k-Spannungsteiler + Zener mit einem n-FET gegen GND als Gatetreiber verwendet, also recht langsam. Der IRF hat sich dabei sofort den Kanal reingebrannt und war dauerleitend.

Und hier wäre jetzt die Frage, wie kann ich das schöner machen? Bringt es was, den FET-Treiber schneller zu machen oder ist das wegen dem höheren Impulsstrom sogar schlechter? Hatte noch die Idee, einen zweiten P-FET mit ~100 Ohm Leistungswiderstand ein paar Sekunden vorher einschalten zu lassen um die Bank aufzuladen.

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Falk B. #7373042
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Horst schrieb:

Und hier wäre jetzt die Frage, wie kann ich das schöner machen?

Laden mit Vorwiderstand, der dann per Relais kurzgeschlossen wird. Ist die klassische Lösung für eine Einschaltstrombegrenzung.

Bringt es was, den FET-Treiber schneller zu machen

Nö.

oder ist das wegen dem höheren Impulsstrom sogar schlechter?

Eben. Denn beim Laden eines Kondensator wird die gleiche Energie im Vorwiderstand (oder MOSFET) umgesetzt, die im Kondensator gespeichert wird.

E = 0,5 * C * U^2 = 0,5 * 2mF * 30V^2 = 0,9J.

Klingt nicht viel, schafft aber ein normaler MOSFET Nicht als Pulsenergie im Linearbetrieb.

Hatte noch die Idee, einen zweiten P-FET mit ~100 Ohm Leistungswiderstand ein paar Sekunden vorher einschalten zu lassen um die Bank aufzuladen.

Genau. Man kann es auch mit einem MOSFET allein machen, wenn der als Konstantstromquelle beschaltet wird. Dauert etwas länger, dafür überlebt der MOSFET. Mit nur 1A Ladestrom sind deine 2mF in 60ms geladen.

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Horst OP #7373083
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Okay danke, das hilft schonmal!

@rawi: ca. 500mA fuer 1-2 sec typischerweise, aber auch erst nach erreichen von ca. 20V. Bis 20V könnte ich ihn sogar geladen halten.

Falk B. schrieb:

Genau. Man kann es auch mit einem MOSFET allein machen, wenn der als Konstantstromquelle beschaltet wird. Dauert etwas länger, dafür überlebt der MOSFET. Mit nur 1A Ladestrom sind deine 2mF in 60ms geladen.

Meinst du, die MOSFET als Konstantstromquelle laufen lassen und dann nach einer Zeit das Gate extra runterziehen, damit er voll durchschaltet? Überlege gerade wie man alle 3 Zustände (aus, CC, an) mit nur einem FET realisieren könnte... Ansonsten werde ich dann wohl die Variante FET + Vorwiderstand und Brueckenrelais mit Einschaltverzoegerung nehmen.

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Andrew T. #7373090
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Horst schrieb:

Ansonsten werde ich dann wohl die Variante FET + Vorwiderstand und Brueckenrelais mit Einschaltverzoegerung nehmen.

Besser: Man(n) nimmt 2 FET,

ein FET der hart den Vorwiderstand schaltet. der zweite der zeitverzögert den ersten FET und dne Vorwiderstand überbrückt.

also FET #2 macht das was Dein Brückenrelais macht.

Ist elegant, lautlos und verschleissfrei.

Bitte vermeide Krampflösungen die mit einem FET und nötiger SOA auskommen sollen.

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Bauform B. #7373093
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Horst schrieb:

Überlege gerade wie man alle 3 Zustände (aus, CC, an) mit nur einem FET realisieren könnte...

Mit einer etwas aufwendigeren Ansteuerung. Dafür gibt es spezielle ICs, so in der Art vom LTC4364. Der kann noch mehr und wird deshalb nicht als Hot Swap Controller beworben, aber TI hat auch welche. Und es gibt FETs, die für Linearbetrieb optimiert sind, z.B. "NextPower Live" von NXP.

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Falk B. #7373104
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Horst schrieb:

Überlege gerade wie man alle 3 Zustände (aus, CC, an) mit nur einem FET realisieren könnte...

Indem man ein Schaltnetzteil aufbaut. Der MOSFET schaltet mit vielen kHz, eine Drossel begrenzt den Stromanstieg, bei Maximalstrom schaltet der MOSFET ab. Wenn der Kondensator voll ist, schaltet der MOSFET dauerhaft ein. Ist aber unüblich und eher aufwändig. Lohnt sich hier eher nicht.

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