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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 120 A schalten. Womit ?


Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Hi Leuts,

ich stehe vor dem Problem, dass ich 12-20VDC und bis zu 120A mit einem 
Microcontroller schalten muss.
Nun stehe ich als Anfänger vor der Frage, welches Bauteil man am besten 
nimmt.....
Einen Moseft oder beispielsweise einen ProFET von Siemens...
Relais sind zwar noch am einfachsten, aber wegen der Geräusche scheiden 
die aus.

Wozu würdet ihr mir raten ?

Autor: Enrico (Gast)
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Wenn du GND-Seitig schalten kannst nimm einige N-Kanäler (FET) mit 
schneller Ansteuerung dann sollte das gehen.
Wenn du VCC-Seitig schalten musst , nimm P-FETs oder N-FETs mit 
Ladungspumpe dann ist das auch kein Problem.

Gib mal mehr infos raus, wie lange wird geschaltet, wie schnell muss das 
sein und was schaltest du damit (Motor, Heizung usw..)

Autor: Dennis (Gast)
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Dicke N-Kanal-MosFETs. IRF2804 vielleicht? Mindestens 2 parallel, weil 
TO220 auf 75 Ampere begrenzt ist. TO247 schaffen auch knapp 200 Ampere, 
trotzdem würde ich da sicherheitshalber 2 Stück nehmen.

Bei höheren Schaltfrequenzen (ab etwa 500 Hz) unbedingt leistungsstarke 
Treiber verwenden.

Wie bringst du den Strom auf die Platine?

Gruß

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Das Schalten ist gaaanz langsam.
Es geht um folgendes:
Ich habe ein hochwertiges Ladegerät für Bleibatterien, das nach der 
I0U0U-Kennlinie arbeitet.
Es misst also die Spannung der Batterie um den Ladezustand 
festzustellen, und lädt dann die Batterie mit einem Strom bis zu 120A 
(für ca. 15 min. maximal, danach maximal 90A).

Damit das Gerät 5 Batterien laden kann ohne dass umgeklemmt werden muss, 
ist so eine Art Verteilerbox dazwischengeschaltet.
Diese Box schaltet nun Ladegerät der Reihe nach für jeweils ca. 15 
Minuten an eine der angeschlossenen Batterien. Und zwar mit Relais 
(jeweils 2 parallel, Schaltleistung eines Relais 70A).

Nun ist diese Box hin (Relaiskontakte festgebrannt). Und da mich das 
Schaltgeräusch der Relais eh genervt hat, möchte ich diese ersetzen.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Trotz Geräusch: Dann kannst Du auch bei derart niedriger 
Schalthäufigkeit DC-geeignete Schütze nehmen. Ist eine relativ 
preisgünstige Methode.

Schau mal bei ebay unter Gabelstapler Ersatzteile. Evtl. mußt Du 
flexibel sein bei deren Spulenspannung.


hth,
Andrew

Autor: yaq (Gast)
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Mosfets für diesen Strom/Spannungsbereich sind wirklich nicht teuer. 
Sieh dich mal bei IR um!

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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@Andres: Wie gesagt, ich möchte auf jeden Fall eine elektronische 
Lösung, es spricht ja auch nichts dagegen. Ein Schütz wird ich dafür nie 
nehmen, schon allein wegen der Baugröße nicht. Dann schon eher ein 
Kfz-Relais, die sind da wesentlich kleiner.

@yaq: Ich sage ja gar nicht dass ein Mosfet teuer wäre, auch die Profets 
von Siemens sind mir nicht zu teuer.

Ich weiss nur nicht so recht wofür ich mich entscheiden soll...:-)
Diese BTS-Typen von Siemens /Infineon scheinen mir sehr robust, was 
Übertemperatur und Kurzschlussfestigkei betrifft. Und auch die 
Ansteuerung (Eingang des Profets gegen Masse schalten) dürfte mit einem 
BC547 und Vorwiderstand sehr einfach sein.

Allerdings bin ich eher der Softwaremensch, und wollte deshalb mal die 
Meinung von Leuten einholen, die von der Hardware mehr Ahnung und 
Erfahrungen haben als ich .

Autor: Dennis (Gast)
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Die ProFETs haben schon Vorteile. Zwei BTS555 parallel sollten reichen, 
die müssen aber immer noch gekühlt werden (rechne mal mit bis zu 20 Watt 
/ Package).

Autor: Tom (Gast)
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Mein Tipp: IRF 1404
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf1404.pdf
http://www.reichelt.de/?ARTICLE=41598
IRF2804 ist auch gut, aber teurer.

Wie oben schon gesagt, TO-220 kann keine 120A, also ein paar 
parallelschalten. 4 Stück parallel ist konservativ gedacht. Und ein paar 
Zentimeter Draht am Drain jedes Transistors verbessert die 
Stromaufteilung.

Autor: Roland Praml (pram)
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Gut dass du schreibst was das werden soll. Wenn du Akkus lädst, 
benötigst du 2 Fets antiseriell. Mit einem kannst du nur den Strom VOM 
Ladegerät ZUM Akku unterbrechen. Sperrt der FET, dann fließt über die 
interne Body-Diode der Strom zurück ins Ladegerät, somit "sieht" das 
Ladegerät immer die Akkuspannung des vollsten Akkkus.

Sind die Batterien in Serie oder hängen die einzeln an der Verteilerbox.
Wenn in Serie, dann reichen dir die 55V Typen nicht und 100V Typen sind 
schon wieder teurer!

prinzipiell möglich ist es, aber der Schaltungsaufwand ist relativ hoch.

Gruß
Roland

Autor: yaq (Gast)
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Ja, hab mal mit nem BTS 660 (oder 640?) gearbeitet. Diese Typen kommen 
aus dem Automobilbereich und haben dort die Relais abgelöst. Der Vorteil 
ist:
Überstrombegrenzung, Abschaltung bei Übertemperatur, das ist gerade dann 
zu empfehlen, wenn du noch nicht so viel mit Hardware gemacht hast.
Außerdem gibts da einen Is (I sense) Ausgang, der einen Bruchteil(z.b. 
1/10 000) des Ausgangsstromes dort reinspiegelt. Strommessung ist damit
problemlos machbar. Hab ich selbst schon probiert.

Autor: infineon (Gast)
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bts555 sollte in diesem bereich alles schalten, und hat sogar neinen 
digitaleingang

Autor: Roland Praml (pram)
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Nein hat er nicht, zumindest brauchst du immer noch einen Open collector 
Treiber und kannst den Pin nicht direkt an den µC klemmen.
(Der BTS442 z.B. hat einen "echten" Digitaleingang)

Evtl soll der OP aber mal einen Schaltplan posten. Ich vermute nämlich 
dass die Batterien folgendermaßen verschaltet sind:

+60V
  |          +------+
  +------>   |  um  |
[Batt]       |schalt|
  +------>   | box  |
[Batt]       |      | <----+
  +------>   |      |     [Ladegerät]
[Batt]       |      | <----+
  +------>   |      |
[Batt]       |      |
  +------>   |      |
[Batt]       |      |
  +------>   |      |
  |          +------+
GND

und dann scheiden schon mal Fets < 60V aus

Gruß
Roland

Autor: Karlheinz Druschel (kdruschel)
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Erstmal danke für die vielen Antworten......
Aber einen Schaltplan habe ich nicht, da ich ja erst anfange damit.
Die Batteriene sind aber nicht in Reihe geschaltet, sondern ganz einfach 
einzeln an die Box angeschlossen, jeweils mit Plus und Minus.
Ebenso das Ladegerät. Die Masseanschlüsse sind intern verbunden (alle 
Batterien und Ladegerät), die Plus-Anschlüsse werden dann jeweils 
einzeln geschaltet (also vom Ladegerät zur Batterie).

Weiterhin ist an jedem Plus-Anschluss der Batterien ein Draht zur 
Spannungsmessung der Batterie. Nachdem eine Batterie eine zeitlang 
geladen wurde, wird darüber die Batterie mit der niedrigsten Spannung 
ermittelt und diese wird dann als nächstes geladen.

Autor: Torsten Schwalm (torstensc)
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Schon mal drüber nachgedacht die Relais durch elektronische Schütze 
(weis ich allerdings nicht ob es die DC gibt) oder ein fertiges 
IGBT-Modul zu ersetzen? Kostet evl. etwas mehr, aber spart Arbeit. 
Abgesehen davon, dass bei diesen Strömen das Design schon durchdacht 
sein sollte.

Torsten

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Roland Praml wrote:
> Wenn du Akkus lädst, benötigst du 2 Fets antiseriell. Sperrt der FET, dann
> fließt über die interne Body-Diode der Strom zurück ins Ladegerät,
Dem kann ich nur beipflichten.

Dazu einfach mal die Grundlagen zum Fet anschauen. zB:
http://www.sprut.de/electronic/switch/nkanal/nkanal.html

Bei einem Profet dürfte es nicht anders sein.

Autor: infineon (Gast)
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@ roland praml

zum "digitaleingang"´: man braucht wohl kaum irgend eine "schaltung" 
(außer man verwendet irgendwelche dinosaurier aus der uc geschichte.
als "open collector" sollte sich (fast) jeder 0815 io pin konfigurieren 
lassen.
aber zum thema: was wäre denn deiner meinung nach ein "echter 
digitaleingang"

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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infineon wrote:

> zum "digitaleingang"´: man braucht wohl kaum irgend eine "schaltung"
> (außer man verwendet irgendwelche dinosaurier aus der uc geschichte.
> als "open collector" sollte sich (fast) jeder 0815 io pin konfigurieren
> lassen.

Du übersiehst die Schutzdioden an den IO Pins. Selbst wenn man den 
Ausgang als Open Collector konfiguriert, fließt ab Vcc+0,5V ein Strom.

Autor: Иван S. (ivan)
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Karlheinz Druschel wrote:
> ich stehe vor dem Problem, dass ich 12-20VDC und bis zu 120A mit einem
> Microcontroller schalten muss. [...] Wozu würdet ihr mir raten ?

Falls es die Rahmenbedingungen (negative Versorgungsspannung vorhanden) 
zulassen könnte eventuell ein GTO-Thyristor oder auch ein IGCT das 
Mittel der Wahl sein. (Du plenkst.)

Iwan

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Иван S. wrote:

> Falls es die Rahmenbedingungen (negative Versorgungsspannung vorhanden)
> zulassen könnte eventuell ein GTO-Thyristor oder auch ein IGCT das
> Mittel der Wahl sein.

Nein, die sind so ziemlich das ungünstigste was man machen kann:
Bei 2-2,5V Spannungsabfall und 120A müssen 240-300W verheizt werden.
Bei einem guten Mosfet mit <10mOhm dagegen weniger als die Hälfte.

IGBTs und Thyristoren sind nur bei hohen Betriebsspannungen (50-100V 
aufwärts) sinnvoll.

Autor: Roland Praml (pram)
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> aber zum thema: was wäre denn deiner meinung nach ein "echter
> digitaleingang"

Benedikt hat es erfasst. Ich wär nämlich fast mal selber über den Fehler 
gestolpert, weil ich einen BTS443 direkt an einen AVR anschließen wollte 
(welchen ich nicht als Dinosaurier ansehe)
Hab 8 solchen Fets jetzt einen A6B595 spendiert, weil ich hier noch den 
Vorteil hab, dass ich nicht so viel Portpins benötige.

Der BTS442 hat noch einen "echten" 0/5V Digitaleingang, der BTS443 
hingegen einen, an dem 12/0V zum Schalten anliegen.

Aber zurück zum Thema:

Man braucht 2 Fets antiseriell und einen Max 1614 oder so was.

http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/1669

BTS scheidet deshalb wohl aus, da diese ggf so "intelligent" sind dass 
bei "umgekehrten" Stromfluss eine Schutzschaltung anspricht (Vermutung!)

Du brauchst (wie oben schon angemerkt) aber mindestens 2 parallel und 
dann nochmal antiseriell, also mind. 4 Stück pro Akku

bei 3mOhm entstehen dann ca 40W an Verlustleistung


Gruß
Roland

Edit: der Max1614 liefert vermutlich zu wenig Gatestrom

Autor: Paul H. (powl)
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Ich würde dir raten doch Relais zu nehmen. Diese kannst du mit einer 
Spritze mit Öl befüllen und danach mit dem Lötkolben zubrutzeln. Das hab 
ich auch schon gemacht. Das mindert den Geräuschpegel auf ein fast 
unhörbares maß und beeinträchtigt die Funktion nicht. Natürlich nicht 
Salatöl, das wird ranzig. Ich habe Motoröl genommen, funktioniert gut, 
andere empfehlen hingegen Trafoöl, das hatte ich allerdings nicht 
greifbar. Du kannst natürlich entsprechend große Relais oder mehrere 
parallel nehmen (wobei das nur sinnvoll ist wenn die wirklich alle 
gleich schnell schalten). Ich denke Platzprobleme wirst du bei diesem 
Problemfeld auch nicht grad haben.

Ansonsten fällt mir nur eins ein: ganz ganz viele FETs parallelschalten.

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