Hallo! Ich arbeite seit einer Weile an einem Solar Laderegler für Bleiakkus und habe nun folgende Schaltung dafür im Internet gefunden: http://www.timnolan.com/uploads/Arduino%20Solar/ArduinoSolar.pdf Das ganze erscheint mir recht logisch und ich habe inzwischen auch fast alles nachvollziehen können bis auf zwei Dinge: zunächst mal sind oben zwei Mosfets (Q1 und Q2) in engegengerichteter einbauweise eingebaut, die gleichzeitig per PWM geschaltet werden. In der Erklärung steht, dass das eine Diode ersetzen soll, aber wie funktioniert das genau? und die zweite Frage: der untere Mosfet (Q3) wird asynchron zu den oberen geschaltet, also immer entgegengesetzt. So wie ich das verstanden habe, dient das sozusagen als ideale Freilaufdiode für die Glättungsdrossel L1, damit die den Strom konstant halten kann (so wie die sicherheitsdiode daneben, nur Verlustfrei). Was mich aber wundert: der Strom durch diesen Mosfet würde doch dann von unten nach oben fließen, aber dazu ist er doch falschrum eingebaut oder? So wie er jetzt drin ist kann ich doch einfach nur nen Kurzschluss damit bauen. Vielleicht stimmt das aber auch so, ich bin in dem Bereich noch relativ neu (studiere gerade noch) Wäre super wenn dazu jemand von euch was sagen könnte! Viele Grüße Michael
Wenn die Solarspannungs kleiner als die Batteriespannung werden würde, die interne Diode des Q2 anfangen mit leiten, und einen Rückstrom verursachen (die Batterie also entladen). Dies soll die "Diode" Q1 verhindern. Der ist verkerhtherum geschaltet, so daß dessen innere Diode nicht leitet in dem Falle. Und Q1 wird dabei auch nicht angesteuert, leitet also nicht. Wenn Solarspannung>Ubatt., dann leitet die innere Diode des Q1. Bis jetzt wäre alles wie bei einer echten Diode. Da aber eine Diode einen Spannunsgabfall hat, verursacht die Verluste. Um dies zu vermeiden, nimmt man eben einen Mosfet in Inversverschaltung. Wenn die Diode also leiten soll, wird der Mosfet durchgeschaltet, und verusacht damit über seinen Rdson einen viel kleineren Spannungsabfall - die Solarzelle wird also besser ausgenutzt. So ein Mosfet läßt sich also (durch die innere, parasitäre Diode) wie eine normale Diode benutzen, deren Uf in Durchflußrichtung (Mosfet invers) durch Ansteuern praktisch kurzgeschlossen wird, womit Uf sehr klein wird. >der untere Mosfet (Q3) wird asynchron zu den oberen geschaltet, also >immer entgegengesetzt. So wie ich das verstanden habe, dient das >sozusagen als ideale Freilaufdiode für die Glättungsdrossel L1, damit >die den Strom konstant halten kann (so wie die sicherheitsdiode daneben, >nur Verlustfrei). Q2 und Q3 sind nicht asynchron geschaltet. Asynchron heist unabhängig voneinander, was hier nicht der Fall ist. Die werden halt nur gegenläufig geschaltet, Und ja - Q3 wird auch als "ideale" Diode verwendet - wie Q1. Verlustfrei isses aber trotzdem nicht, nur verlustfreier. Mosfets sind eigentlich ganz normale FETs, die sich in beide Richtungen verwenden lassen (einen Kurzschluß gibts dabei erstmal nicht). Nur haben Leistungs-Mosfets üblicherweise eine interne parasitäre Diode drin (technologiebedingt), die normalerweise nicht stört.
Alles klar, den ersten Teil hab ich verstanden, Danke! Zum zweiten: Ich meinte eigentlich mit "asynchron" eigentlich nur gegenläufig, hab mich wohl falsch ausgedrückt. Was mich aber immernoch wundert: ist der Mosfet Q3 denn jetzt nicht trotzdem falschrum drin?! Der schaltet doch die Lastseite auf Masse, also ein klassischer Kurzschluss?!
Nee - ist schon richtig. Der schaltet ein, wenn die Induktionsspitze der Spule kommt, die ja negativ gerichtet ist. Q3 wirkt ja wie eine Diode mit Anode gegen Masse. Q1 schaltet ein, wenn Usource (Eingang) > Udrain (Ausgang) Q3 schaltet ein, wenn Udrain < Usource (also wie Q1)
Der MOSFET ist schon korrekt eingebaut. Du hast im Prinzip auch recht mit Deiner Befürchtung, allerdings wird Q3 nur für kurze Zeit eingeschaltet um die Spule "freilaufen" zu lassen. Es gehört aber schon ein gutes Stück Nerven dazu, mit so einem Schaltungsdesign umzugehen, immerhin werden die MOSFETs per Software angesteuert und wenn die Software nicht korrekt arbeitet, dann gibt es Deinen befürchteten Kurzschluss und das schwächst Glied raucht ab. Ich würde nur die Freilaufdiode einbauen. Es schläft sich einfach besser :-)
>würde nur die Freilaufdiode einbauen. Es schläft sich einfach besser :-)
Kannst ja eine Sicherung reinbauen, damit Du nicht zu viele schlaflose
Nächte hast ;-)
Der IR 2104 hat übrigens eine Cross-conduction prevention logic - der kann also nicht in der Quere leiten, auch wenn die SW das wöllte.
super, habs kapiert! werd dann wohl wirklich die Variante mit der Sicherung nehmen. Dann muss ich auch echt aufpassen, ich hatte eigentlich vor, erstmal nur eine 10µH Drossel zu nehmen (weil ich keine 33µH für 20A gefunden hab)... Ich dachte mir eben, naja, zur Not wird das Ausgangssignal nicht ganz glatt. Wenn der dann aber nen kurzen baut deswegen, is schlecht. gut, weiß ich Bescheid, danke für die schnelle Hilfe!
Jens G. schrieb: > Der IR 2104 hat übrigens eine Cross-conduction prevention logic - der > kann also nicht in der Quere leiten, auch wenn die SW das wöllte. was heißt das? dass der IR nie den Q3 länger als ein paar sekundenbruchteile an lässt und ihn dann automatisch abschaltet?
NEin. Daß er nie Q3 einschalten kann, wenn Q2(und Q1) gerade aktiv sind (und andersherum). Du kannst damit also nicht die Batterie- und Solarspannung kurzschließen. (Cross-conduction prevention logic frei übersetzt: Querstromvermeidungslogik)
Danke!
Jens G. schrieb: > NEin. Daß er nie Q3 einschalten kann, wenn Q2(und Q1) gerade aktiv sind > (und andersherum). Du kannst damit also nicht die Batterie- und > Solarspannung kurzschließen. > (Cross-conduction prevention logic frei übersetzt: > Querstromvermeidungslogik) Das stimmt so nicht. Wenn Q3 dauerhaft eingeschaltet wird - was auch möglich ist - dann gibt es definitiv ein Wölkchen. Crossconduction braucht es dazu nicht, der Strompfad geht rückwärts aus der Batterie heraus nur durch Q3 mit praktisch unbegrenztem Strom.
@Eddy Current (chrisi) >Das stimmt so nicht. Wenn Q3 dauerhaft eingeschaltet wird - was auch >möglich ist - dann gibt es definitiv ein Wölkchen. Crossconduction >braucht es dazu nicht, der Strompfad geht rückwärts aus der Batterie >heraus nur durch Q3 mit praktisch unbegrenztem Strom. Stimmt - das hatte ich jetzt gar nicht so betrachtet (war zu sehr auf die Querstromproblematik ausgerichtet). Dieses Stelle könnte man jetzt noch weiterspinnen: wie stellt der µC fest, wie lange Q3 eigentlich eingeschaltet sein soll, denn wenn die L ihre Energie abgegeben hat, sollte Q3 ja wieder öffnen, weil sonst Strom aus der Batterie wieder zurückfließt. Kann eigentlich nur eine berechnete Zeit mit etwas Sicherheitabzug sein.
Noch ein Tipp an Michael: Den Wert für die Spule kannst Du gerne erhöhen, aber keinesfalls um den Faktor 3 verringern. Das erhöht den Ripplecurrent im Kondensator (welcher sowieso etwas klein dimensioniert ist) so, dass da gleich noch ein Wölkchen entsteht. Zumindest aber nicht, wenn Du schläfst und es draussen dunkel ist ;-)
hmm, wo bekommt man denn so große drosseln (also ab 33µH und für 20A) günstig her? sollte wirklich günstig sein, das ganze ist für ein Projekt in Entwicklungsländern. Ich könnte natürlich auch einfach die PWM frequenz erhöhen, aber dann gibts vermutlich EMV probleme. ripple-current... meinst du den strom durch C7 der parallel zur Drossel hängt? ich kann da ja auch einfach nen größeren dranhängen. Achja, wenn wir grade hier schon dabei sind =) unten an dem IR2104 hängt eine Schaltung aus einem Kondensator und einer Diode, um die höhere Schaltspannung für die Mosfets zu erzeugen. Die funktioniert ja über das PWM Signal, funktioniert also nur wenn die Mosfets schon angesteuert werden. Was passiert denn dann am Anfang, wenn man den Laderegler einschaltet, dann kann ja die Schaltung keine erhöhte Spannung erzeugen und damit kommt die Steuerung nie in Gang oder? Mysteriös ;)
>hmm, wo bekommt man denn so große drosseln (also ab 33µH und für 20A) >günstig her? Selber wickeln wäre eine Alternative. Welche Arbeitsfrequenz hat der Regler überhaupt?
bisher noch keine, habs ja noch nicht gebaut. hab aber sowas um die 50kHz angedacht.
Ahso, ich dachte es gibt eine passende Firmware dazu? Ok, wenn Du wirklich selber bauen willst, dann würde ich an Deiner Stelle jetzt mal folgendes tun: Simuliere die Schaltung, z.B. LTspice, speziell die Ausgangsstufe. dann bekommst Du ein Gefühl, was in der Schaltung los ist. Auch der Ripple läßt sich ablesen, Wirkunsgrad mit/ohne Q3, usw... Du kannst dem Ripplecurrent entweder mit vielen Kondensatoren oder mit einer grossen Speicherdrossel begegnen. In jedem Fall muss C3 für den Ripple ausgelegt sein, da heisst es also Datenblätter studieren. Die Induktivität muss sowieso beschafft werden. Tipp: Die Schaltung solltest Du keinesfalls in Lochrastertechnik verdrahten. Die Leitungsinduktivitäten würden Dir schwer zu schaffen machen.
nein, ich steuere das selbst mit einem Atxmega an. Das wird ein etwas größeres Projekt mit mehreren parallelen Ladereglern. Das ganze zu simulieren, dazu fehlt mir die Software, das Wissen wie man die bedient und ehrlich gesagt gerade auch die Lust, ich probiers lieber aus;) Was ich aber gerade gefunden hab ist folgendes: http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html Damit hab ichs simuliert, es stimmt schon, eine 30µH Spule wäre deutlich besser. mal schaun wo ich die herbekomm. Notfalls muss ichs wirklich selbst wickeln ;) Die eine Frage von vorhin hab ich noch: >Achja, wenn wir grade hier schon dabei sind =) >unten an dem IR2104 hängt eine Schaltung aus einem Kondensator und einer >Diode, um die höhere Schaltspannung für die Mosfets zu erzeugen. Die >funktioniert ja über das PWM Signal, funktioniert also nur wenn die >Mosfets schon angesteuert werden. Was passiert denn dann am Anfang, wenn >man den Laderegler einschaltet, dann kann ja die Schaltung keine erhöhte >Spannung erzeugen und damit kommt die Steuerung nie in Gang oder? >Mysteriös ;)
Angehängte Dateien:
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1.png
(34 KB)
Michael S. schrieb: > Was passiert denn dann am Anfang, wenn > man den Laderegler einschaltet, dann kann ja die Schaltung keine erhöhte > Spannung erzeugen und damit kommt die Steuerung nie in Gang oder? > Mysteriös ;) Das geht so in Ordnung. Der Treiber an sich könnte(!) den unteren MOSFET dauerhaft leitend halten, den oberen MOSFET jedoch nicht, weil die Spannung gepumpt wird, also nicht statisch vorliegen kann. Selbst der erste Schaltvorgang, welcher den oberen MOSFET leitend macht, wird funktionieren, weil das Pumpen nicht mehrere Zyklen benötigt. Es handelt sich um eine Bootstrap-Schaltung, welche - wie der Name schon sagt - sich selber hochzieht. Das Henne/Ei-Problem ist also keines.
achso, er holt sich die Energie für die erste Ladung dann also über den Q3 aus der Batterie. alles klar. Ich hab grade mal nach einer größeren Spule gesucht, das wird echt gleich ziemlich teuer, auch die Kerne zum selberwickeln. könnte man die Frequenz auch auf 100kHz setzen um an der Drossel sparen zu können oder empfiehlt sich das wegen EMV nicht? steigen die Verluste in den Mosfets durch eine so hohe Frequenz stark an?
Vielleicht solltest Du bez. der Spule eine separate Anfrage starten. Ich denke, es gibt hier eine Menge Profis, welche Dir den passenden Kern empfehlen können. Ich persönlich hatte mit zuletzt eine Spule 130µH/10A/100kHz gewickelt, welche von den Dimensionen ganz gut passen würde. Bei Dir ergäben sich 14 oder 15 Windungen, 6 x 1mm Cu parallel auf E-Kern Epcos ETD34 N87 1mm Luftspalt sein (B66361G1000X187 + B66361G0000X187), Bürklin
gut, das ist ja doch nicht soo teuer. Aber könnte man die Frequenz auch auf 100kHz setzen um an der Drossel sparen zu können oder empfiehlt sich das wegen EMV nicht? steigen die Verluste in den Mosfets durch eine so hohe Frequenz stark an?
Im Prinzip: Höhere Frequenz, ja klar erhöhen sich die Verluste. Aber um wieviel, das müßte man erst einmal ausrechnen oder simulieren ;-) EMV ist zweitrangig und bei jeder Frequenz ein Thema. Die fehlenden Gatewiderstände garantieren Dir jedenfalls maximalen EMV-Output.
Michael S. schrieb: > Ich hab grade mal nach einer größeren Spule gesucht, das wird echt > gleich ziemlich teuer, auch die Kerne zum selberwickeln. könnte man die > Frequenz auch auf 100kHz setzen um an der Drossel sparen zu können oder > empfiehlt sich das wegen EMV nicht? steigen die Verluste in den Mosfets > durch eine so hohe Frequenz stark an? Hier mal ein Vorschlag für eine preisgünstige Lösung bei 50kHz und 20A: http://www.spulen.com/shop/product_info.php?products_id=933 Dieser Kern bewickelt mit 27 Wdg 2mm CuL bringt im Leerlauf 66µH und bei 20A noch 30µH. Berechnet mit dem Design-Tool von micrometals.com Recht erfreulich auch die Verluste, die dank eines Rdc von 6mOhm nur bei 2,6W @20A zu erwarten sind. Die Kernverluste bei 50kHz sind hingegen zu vernachlässigen. Ein wenig handwerkliches Geschick ist natürlich angesagt, wenn man ca. 1,1 Meter Kupferlackdraht 2mm um den Ringkern wickelt.