Hallo zusammen,
ich zerbreche mir den Kopf über folgendes Problem. Wir sind ein Formula
Student-Team und bauen ein elektrisch angetriebenes Rennfahrzeug. In der
Traktionsbatterie bzw. an deren Steckverbinder müssen wir einen
Indikator für Hochspannung anbringen (sog. HVIL, High Voltage Indicator
Light). In der Regel wird hier eine LED eingesetzt, die aufleuchtet,
sobald am Steckverbinder über 60V bis zu 600V anliegen. Dieser Indikator
darf sich ausschließlich aus der Hochspannung versorgen, also keine
LV-Hilfsspannung.
Wir haben schon verschiedenste Treiber ausprobiert und simuliert.
1. Vorwiderstand
2. Linearregler auf 12V
3. LED-Treiber-IC (Schaltregler)
4. Buck-Converter aus diskreten Elementen
5. Flyback
Variante 1 und 2 haben in der Vergangenheit funktioniert. Allerdings
wollen wir schon lange einen getakteten Regler verwenden, um nicht so
viel Abwärme zu produzieren (Platzbedarf). Variante 3 ist uns
abgeraucht, wie sich im Nachhinein herausstellte, war der duty-cycle des
Bucks einfach zu gering, als dass der IC damit zurechtkäme.
Variante 4 scheitert in sämtlichen überlegten Variationen schon in der
Simulation. Das liegt an mehreren Dingen, zum Beispiel mangels P-Channel
MOSFETs, die 600V Vds aushalten. Beim N-Channel haben wir Probleme mit
der Flankensteilheit (aktuell 3W Verlust, also kann man gleich linear
regeln) und mit dem Bootstrapping. Wir haben ja keine Hilfsspannung zur
Verfügung. Alle unsere Versuche zu erklären, würde an der Stelle etwas
zu weit führen.
Variante 5 scheitert an der Verfügbarkeit von kompakten und einzeln
erhältlichen Transformatoren.
Aber nun zur Frage: Wie können wir möglichst kompakt eine 20mA-LED aus
60 bis 600 Vdc betreiben (Einzelfertigung)? Hat da jemand eine Idee?
Danke & Gruß,
Daniel
Buck und statt Schaltregler einen 8Pin PIC mit PWM Modul, ADC und
Komperator 12F683 +low drob Regler 5V von Microchip wäre für mich der
Ansatz.
mfG
Michael
Muss die Anzeige von 60-600V Leuchten oder reicht wenn die 600V
angezeigt werden?
Habt ihr mal mit Glimmlampen experimentiert, das wäre eine einfache
technische Lösung die sicher funktioniert.
Zur ersten Frage: Ja, die LED muss von 60..600 V leuchten.
Zur zweiten Frage: Wir haben noch nicht mit Glimmlampen experimentiert.
Wir werden den Vorschlag genauer untersuchen, denn aufgrund der steilen
I-U Kennlinie müsste sich der Strom ja sehr gut über einen Widerstand
einfangen lassen, oder?
Also für nen 350V Step-Up hab ich die Variante mit dem Vorwiderstand
umgesetzt. Die Verlustleistung ist enorm.
Wäre eine Joule-Thief Schaltung nicht eine Möglichkeit?
Dann hätte man nur Transistoren als aktive Bauelemente und die gibts ja
für SNT Anwendungen mit 700V Sperrspannung.
Die übertragene Leistung hängt dabei davon ab, wann der Kern in
Sättigung geht.
Ich bezweifle selbst stark dass man damit auf sowas wie 12V
herunterkommt, aber von 600 runter auf 200V wäre ja schonmal ein großer
Fortschritt. Da fangen dann Geräte an die man kaufen kann.
Ein Filament aus einer Filament-LED-Lampe leuchtet bei schon viel
weniger als 20mA recht hell, z.B. bei 1mA. Das sind viele in Reihe
geschaltete LEDs. Dazu eine Stromquelle aus einem selbstleitenden FET.
Den FET finde ich jetzt aber nur bis 600V (BSS126), da musste "man" sich
noch was überlegen:
http://www.infineon.com/dgdl/Infineon-BSS126-DS-v02_01-en.pdf?fileId=db3a304330f6860601310483af163eba
Die Schaltung (siehe unten bei "FET als Konstantstromquelle"):
http://elektroniktutor.de/analogtechnik/i_konst.html
Es gibt auch Einzel-LEDs die bei viel weniger als 20mA schon hell
leuchten, den Wirkungsgrad der LED solltet ihr optimieren, das lohnt
sich bei dieser Anwendung sicher weil es die Ansteuer-Schaltung
einfacher macht.
Typbezeichnung suche ich heute Abend mal eine für euch raus.
OK, Typ der LED kann ich nicht nennen, Etikett der Rolle ist abgefallen.
Aber vergleicht doch den Strom mit den angegebenen Lumen, unter der
Berücksichtigung dass man auch weniger als den Nennstrom nehmen kann.
Wenns sein muss kann man auch die Candela vergleichen, aber unter der
Vorgabe dass diese höher ausfallen wenn der Abstrahlwinkel kleiner wird.
Bei 10mA sind das auch schon wieder 6W Verlustleistung.
"1. Vorwiderstand
2. Linearregler auf 12V
3. LED-Treiber-IC (Schaltregler)
4. Buck-Converter aus diskreten Elementen
5. Flyback
Variante 1 und 2 haben in der Vergangenheit funktioniert. Allerdings
wollen wir schon lange einen getakteten Regler verwenden, um nicht so
viel Abwärme zu produzieren (Platzbedarf).
"
Vermutlich scheidet die Lösung wegen Kühlkörperbedarf daher aus.
asd schrieb:> OK, Typ der LED kann ich nicht nennen, Etikett der Rolle ist abgefallen.
Du designst etwas, von dem du nicht mal weißt, was damit versorgt wird?
Ein Tipp, wenn da schon der Kleber abfällt: kauf neue LEDs. Kauf High
Efficiency Low Current LEDs...
Hey,
benutzt dafür einfach eine HV Buck converter. Wir benutzen dafür seit 3
Jahren einen von ST. Wandelt von unserer Batteriespannung auf 5V runter
und betreibt dann eine LED.
Euch ist aber bewusst das der HVIL auch leuten muss, wenn nur einer von
zwei AIRs geschlossen ist?!
FS TEAM MEMBER schrieb:> Euch ist aber bewusst das der HVIL auch leuten muss, wenn nur einer von> zwei AIRs geschlossen ist?!
Du redest eher vom TSAL?
Zitat aus dem Reglement:
> EV3.3.9 Each accumulator container must have a prominent indicator, such as> an LED that will illuminate whenever a voltage greater than 60V DC is> present at the vehicle side of the AIRs.> EV3.3.10 The voltage being present at the connectors must directly control> the indicator using hard wired electronics (no software control is> permitted). Activating the indicator with the control signal which closes> the AIRs is not sufficient.> EV3.3.11 The accumulator voltage indicator must always work, e.g. even if> the container is disconnected from the GLVS or removed from the car and> carried around.
Hier steht übrigend auch der Grund, warum wir keinen Microcontroller
verwendet können. Sorry, das hätte ich erwähnen sollen. Die
vorgeschlagenen Lösungen werde ich am Wochenende nochmal genau
durcharbeiten. Ich melde mich dann wieder. Danke soweit allen, die etwas
beigetragen haben.
Schaue mal unter
http://www.fsae.com/forums/
Da hat mal ein Team (Karlsruhe) vor Jahren ihren Schaltplan
veröffentlicht. An dem hat sich auch nicht mehr so viel geändert.
Gruß
Simon
Daniel schrieb:> Variante 4 scheitert in sämtlichen überlegten Variationen schon in der> Simulation. Das liegt an mehreren Dingen, zum Beispiel mangels P-Channel> MOSFETs, die 600V Vds aushalten.
Warum denn FETs?
Nimm Bipol (wie es auch ATX-Netzteile tun) erst rechnt bei dem kleien
Strom.
Oder SiC-Fets bzw IGBTs, wenn es teuer und kompliziert werden werden
muss ;-)
Wie schon erwähnt Viper06:
http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM142/CL1454/SC432/SS1635/PF253186
Einfacher geht es glaub ich nicht und der geht bis 800V und hat einen
integrierten FET. 4W sollten euch wohl reichen. Dazu noch ne Spule, ne
Diode, ein paar Elkos, nen Komparator, drei Widerstände und ne LED. Wenn
ihr wollt könnt ihr noch ne Referenz wie z.B. TL431 dran hängen. Alles
diskrete Teile ohne Software und alles andere als teuer. Die Viper06
gibt's sogar im DIP-Gehäuse. Wenn euch das zu viel Arbeit ist könnt ihr
auch nach dem Eval-Board schauen. Das ist glaube ich auch nicht so
teuer.
PS: Alternativ gibt es auch noch den TEA1721 von NXP. Auch da gibt es
ein günstiges Demo-Board allerdings ist das definitiv nur für 230V AC.
Ist bei den ST-Boards aber glaube ich auch der Fall. Müssen halt andere
Kondensatoren und Dioden rein und mal schauen ob die Abstände auf dem
Board groß genug sind, dann geht's auch für 600V. Im Prinzip sind die
Schaltungen aber so primitiv das man sich auch schnell was auf
Lochraster selber aufbauen kann.
Linear geht evtl. kompakter mit einem selbstleitenden MOSFET (also drei
Bauteile, FET+Widerstand+LED) ; IXYS hat entsprechende FETs bis 2 kV
oder so. Widerstand in den Source, Gate an Masse, LED in die
Drainleitung. Strom streuut mit Ugs. Dazu eine möglichst effiziente LED
(d.h. möglichst wenig Energie für die Helligkeit, die man euch
vorschreibt - das muss nicht die LED mit den meisten Lm/W in der Tabelle
sein)
Marian . schrieb:> Linear geht evtl. kompakter mit einem selbstleitenden MOSFET (also> drei> Bauteile, FET+Widerstand+LED) ; IXYS hat entsprechende FETs bis 2 kV> oder so. Widerstand in den Source, Gate an Masse, LED in die> Drainleitung. Strom streuut mit Ugs. Dazu eine möglichst effiziente LED> (d.h. möglichst wenig Energie für die Helligkeit, die man euch> vorschreibt - das muss nicht die LED mit den meisten Lm/W in der Tabelle> sein)
Sofern die LED-Technik keine Quantensprünge gemacht hat, ist man damit
immer noch in der Region wo man dicke Kühlkörper braucht.
Und die sind laut Eingangspost nicht erwünscht.
> Sofern die LED-Technik keine Quantensprünge gemacht hat, ist man damit> immer noch in der Region wo man dicke Kühlkörper braucht.
Wenn man mit 1mA auskommt dann kommt man mit einem Linear-Stromregler
auf 600mW Verlustleistung. Und 1mA bei einem dutzend effizienten LEDs
die in Reihe geschaltet sind ergibt schon eine passable Helligkeit.
Ansonsten scheint der oben erwähnte VIPER Schaltregler
(Beitrag "Re: HVIL für Formula Student Fahrzeug, Step-Down/Buck für 600V auf 12V, 20mA") ideal für die
Aufgabe zu sein. Rennt bei ca. 45V los, kann bis 800V am Eingang
vertragen und macht z.B. 5V (galvanisch getrennt wenn man eine Trafo
verwendet) an die man leicht ein paar LEDs anschließen kann.
Sascha schrieb:> Sofern die LED-Technik keine Quantensprünge gemacht hat, ist man damit> immer noch in der Region wo man dicke Kühlkörper braucht.
Zur Erinnerung: Siemens hat bereits vor >25 Jahren sehr schnell
reagierende PTCs für genau diesen Zweck herausgebracht.
In millionenfach verkauften zweipoligen Prüfstiftne werden davon 2 in
Serie geschaltet, und der Strom reicht für eine 3mm LED.
Sofern ihr also keine Festbeleuchtung benötigt...
>> Und die sind laut Eingangspost nicht erwünscht.
Und auch nicht nötig bei der PTC Lösung .
Diese Prüfstifte (z.B. von Firma Brennenstuhl produziert) laufen an 400V
AC und sind bis 500V AC zerstörungsfrei nutzbar. Somit sollte 600V DC
machbar sein.
Ggfs. mit 3 PTC in Reihe, zwecks Sicherheitsdenken. Damit kann man dann
600V AC / 800V DC garantiert abdecken.
