Djupurladdningsskydd, 80 ampre (schema)

[Göran]

Här är ett schema på djupurladdningsskyddet jag pratat om och i det här utförandet är det avsett för 12 volt. Jag bifogar även den nedladdningsbara pdf-filen, annars blir det svårt att läsa vad som står på bilden nedan.
Växelriktare har ju en förmåga att dräpa fritidsbatterier som inte tål djupurladdning och det här djupurladdningsskyddet ska förhindra det.Sedan kan ju djupurladdningsskyddet användas till annat också, exempelvis om man kör med vindkraftverk och använder shuntregulator för då saknar man skydd mot djupurladdning.

Synpunkter?

djupurladdningsskydd.jpg (20.53 KB) Visad 5763 gånger

urladdning_transient.jpg (23.74 KB) Visad 5754 gånger

De tips jag fick med från "EL" var dessa:

> Den är endast testad i simuleringsprogram i datorn. Bra med lite praktiska prov också.
> Det krävs några små ändringar om man vill använda den för högre spänningar som 24V.

> Sen är det nog bra att ha kanske 2-4st parallellkopplade kraftiga MOSFETar
> med tanke på en stötströmmar som kan uppstå om man startar en
> motor eller dyl.
>
> Kika i databladet till MOSFET:en efter "RDS on" Resistans mellan Drain och
> Source.
> kan stå nåt typ 0,018ohm el dyl. Ju kraftigare desto lägre.
>
> Pot:en R4 ändrar spänningen då frånslag sker (låg batt-sp)
>
> Sen är det bra att ha ett motstånd (R7 och R8) mellan OP:ns utgång och
> ingången (Gate) på MOSFET
> anledningen i det här fallet är att MOSFET:ar har en kapacitans på ca 1-2nF
> mellan gate och source
> OP brukar inte tycka om att man sätter en kondensator direkt från utgången
> till jord, ofta börjar de
> självsvänga.
>
> Samma gate-source kapacitans "bråkar" om man vill slå av och på en ström
> fort med en MOSFET
> då måste den del som driver gaten kunna ge en hel del ström så kapacitansen
> gate-source laddas upp fort
> annars får man mycket värme som måste kylas bort.
>
> MOSFET:ar är spänningsstyrda så de drar ingen basström som
> vanliga bipolära (typ: NPN och PNP) transistorer gör.
>
> LM358 är en dubbel operationsförstärkare, kan ersättas med strömsnålare
> typer, TL062 kan vara nåt eller en "OP90".
>
> Skickar med schema + en bild där du ser hur hysteresen funkar, titta på till
> och frånslag (samma spänning?)
> Sinus-signalen är inkommande spänning.

Discharge_prot.pdf

(22.59 KB) Nerladdad 268 gånger

För den som känner sig sugen på att servera en kretskortslayout finns ett gratisprogram för schemaritning och kretskortslayout här:
http://www.expresspcb.com/ExpressPCBHtm/Free_cad_software.htm

[Jonas L]

Jag vet inte var jag ska börja....så jag tar väl det mest uppenbara först. Så får jag och andra fylla i småplocket senare:

1. Det saknas överbelastningsskydd. Det betyder att kopplingen står i ljusan låga om man överbelastar den. Antaget att man har en säkring som är rätt dimensionerad är detta ingen kris, men om man täcker för lufthålen har den ingen möjlighet att märka överhettningen innan det är för sent. Löses med en termosäkring (enklast) eller en termistor (återställer sig själv).

2. Det saknas frihjulsdiod och transientskydd. Vid avstängning är det C2 & C3 som kommer få ta hela smällen. Löses med en diod på sekundärsidan samt något lämpligt på primärsidan. Jag skulle kunna tänka mig en lagom stor plastkonding samt kanske en zener (plockar bort lite diverse överspänningar, bra att ha).

3. C1 är polariserad, vilket får en att tro att det ska sitta vilken elektrolyt som helst där. Det är dock inte fallet. Om man ska få bra undertryckning av störningar så bör detta vara en plastkonding eller en keramisk konding. (Dessutom är elektrolytkondingar på 1 uF i princip utrotade på de här spänningsnivåerna. Det finns så mycket bättre kondingar nuförtiden.)

4. Tidskonstanten C1&R4-6 verkar bli på c:a 5 ms. Detta betyder att kopplingen kommer att kunna hänga med (alltså slå av och till) upp till knappt 200 Hz. Eftersom det kan finnas spänningsvariationer på betydligt lägre frekvenser på grund av vindkraftverk så borde denna tid höjas rejält. Om det inte finns en speciell anledning till att den ser ut så här?

5. Den här kopplingen bryter nollan. Det är den smidigaste lösningen, men alla som monterar in ett sådant här skydd måste veta om det och vad det innebär. I vissa fall kan det annars bli väldigt fel.

6. Gatemotstånden är höga. Man brukar inte välja så höga för det går snabbare att sluta/bryta om man inte har så stora motstånd. Å andra sidan så orkar inte operationsförstärkaren med hur mycket som helst, man väljer normalt en krets som är mera lämpad för att driva MOSFET:ar. Det måste nog provas ut. Eventuellt ska man byta till en lite "hetare" opamp, så löser det sig.

7. R2&R3 känns onödigt högohmiga. Kan minskas för att förbättra störtålighet.

[Martin]

Även om det står i databladet att MOSFET:en ska klara 50 A så är det nästan omöjligt att få den att klara 40 A även med bra kylning. Jag skulle föreslå ett relä istället.

[Göran]

Nu blev det plötsligt väldigt svårt.

Jonas L, i punkt 5 skriver du att koppingen bryter nollan, men det här är ju likspänning från batteriet, så var kommer nollan in i bilden?

Martin, reläer drar mycket ström och därför måste det väl vara bättre med MOSFET:ar om man vill ha en strömsnål grunka? Om jag inte missförstått det hela så kan man parallellkoppla flera MOSFET:ar för högre ström, eller?

[Martin]

Tumregeln säger att man inte ska parallellkoppla mer än tre MOSFET:ar för att den lilla skillnaden i resistans mellan de olika transistorerna gör att strömmen fördelar sig olika.

Jag menar inte att det är omöjligt att styra 80 A med MOSFET:ar men jag tror att det är lite mer komplicerat än vad ritningen visar. Ett relä är mycket enklare men drar ju lite ström som du säger.

Men MOSFET:ar är inte helt förlustfria heller. T ex IRFZ44N som är vanlig i dessa sammanhang har en Rds(on) på 0,018 ohm. Det blir 40 * 40 *0,018 = 29 Watt per transisior som måste kyla bort vid en belastning på 80 A. Vid så höga belastningar skulle ett relä vara bättre.

[Jonas L]

Sorry, jag menade minuspolen.

Om det är tänkt att vara 80 A _kontinuerligt_ så måste det till en annan kategori av mosfetar. Totalt bör man neråt 4 eller gärna 2 milliohm. Ska du bara köra 80 A under en kortare tid (säg 5 min) och en lägre ström kontinuerligt (riktmärke 30-50 A) så kan man antagligen hantera den sortens effekter. Vidare ska alla MOSFET:arna sitta på samma kylfläns så att de håller samma temperatur, för lastdelningens skull. Om det är möjligt så är det bra att hålla nere antalet FET:ar, så slipper man balanseringsproblematiken. Eftersom det här handlar om 12 V så bör det kunna gå med FET:ar på 30 V, så det känns inte hopplöst att hitta en FET som klarar det ensam.

[Göran]

Jonas, det är tänkt för växelriktare på 500 watt, men att det tillfälligt ska klara det dubbla.
Jag har också tänkt på det här som ett djupurladdningsskydd överhuvudtaget när man ska ta ström från batteriet, till lampor, TV, eller vad som helst. Vissa laddningsregulatorer saknar djupurladdningsskydd, exempelvis Phocos MPPT-regulator för solpaneler som i övrigt är väldigt bra.

Ok Martin, men vid 80A (drygt 1kW) har kanske inte 29 watt per transistor så stor betydelse.
Även om man räknar med lägre belastning på 10A (120 watt) för man förluster på 2 watt per transistor, samma som ett relä alltså?

[Martin]

Jag får det till runt 0,5 W per transistor vid 10 A men det beror ju på vilken transistor man använder. 44:an som jag nämde är populär bland hemmabyggare eftersom den är billig. Lite bättre transistor kan lätt kosta mer än 100 kr styck om man bara ska ha några stycken.

[Göran]

Ok, jag räknade nog fel.
Det hade varit förnämligt om det även gått att bygga in en stand-bye-funktion i apparaten.

[Karro]

En sådan där grunka bör nog ha en justerbar frånspänning i området 11,5V och en fast tillslagsspänning på ca 12,5V. Hysteres är inte så bra då risken finns att den slår av och på, då batteriet återhämtar sig lite när belastningen frånkopplas och då spänningen stiger igen. 12,5V uppnås inte om inte batteriet är fulladdat, eller laddare laddar. Frånslagsspänningen varierar tyvärr med belastningen, så saker krånglar lätt till sig.

Har inte växelriktaren inbyggt djupurladdningskydd?

Man parallellkopplar väl fler än 3 mosfetar, då det ju knappast finns något annat sätt att komma upp i ström? Öppna en större växelriktare och se mosfetar på rad. Jag vet inte riktigt hur man löser lastfördelningen. Antagligen på något krångligt sätt, om det inte är en kinagrej som går sönder ganska snart.
MOSFETar med några milliohm i är vad jag sett fruktansvärt dyra.

Jag beundrar människor som inte vet hur svårt något är och kopplar ihop grejer som inte borde fungera och får dem att fungera fint!

[Göran]

Jo Karro, men växelriktarna slår ju som regel av vid 10 volt och några sådana djupurladdningar räcker för att förstöra fritidsbatterier. Många använder sådana för att de är billiga, men även batterier som tål djupurladdning bör man inte djupurladda, enligt vad jag hört.

[PowerMizer]

Jag vet inte riktigt hur man löser lastfördelningen.

Jag kan ju egentligen inget om elektronik, men jag tycker mej ha sett/hört att man sätter något riktigt lågohmigt i serie med "trissan" (samma på de övriga) och sen parallellkoppar dom. Det låter i alla fall enkelt och billigt?!

[Karro]

Det gör man med vanliga transistorer. Där sker förändring mellan fullt avslag och fullt tillslag på några tiondels volt. För en MOSFET behövs flera volt för att göra samma förändring. Jag googlade runt lite kort och fann att man kan matchar mosfetar om man behöver parallellkoppla flera. Dvs köper in en hel bunt, kontrollmäter dem och använder de som har samma resistans tillsammans.

[PowerMizer]

Där sker förändring mellan fullt avslag och fullt tillslag på några tiondels volt.

Äh... Du kollrar bort mej direkt...

. . . man kan matchar mosfetar om man behöver parallellkoppla flera.

Okej, det begrep jag!

Tur det finns dom som begriper det man själv inte fattar.

[Jonas L]

Ok, jag ska försöka författa något snabbt här. För det första balanseringen:
När en bipolär ("vanlig") transistor blir varm minskar resistansen genom den. Detta leder till att den redan varma transistorn får ta en större andel av strömmen och blir ännu varmare....och den onda cirkeln är sluten. MOSFET däremot fungerar tvärt om. Den varma transistorn får en ökad resistans vilket skyfflar över strömmen på de kallare transistorerna och det blir självreglerande. Alltså är det mycket lättare att parallellkoppla MOSFET:ar. MEN, därmed inte sagt att det är lätt. Visst går det att parallella, men det innebär att det måste räknas på både det ena och det andra. Så för en hempulare så finns det ett par alternativ, som fungerar i enstaka produkter:
1. Överdimensionering. Man skaffar sig sådana marginaler att det inte "kan" gå fel. Ger en onödigt dyr produkt, men gör inget om man inte ska serieproducera.
2. "PFL" (Pure F-ing Luck). De flesta komponenter tåler den dubbla strömmen som de är märkta med. Så även om man misshandlar transistorerna långt bortom dess spec så finns det en god chans att det funkar ändå. Problemet kommer sen när man har sålt 1000 st som alla exploderar efter ett halvår....

Angående till och frånslag så är Karro på rätt spår. Men egentligen ser jag inte någon anledning till att användaren ska få ändra spänning med en pot. Det är bara risk att han ställer den fel. Om det är 11.5 resp 12.5 V som gäller så kan man räkna ut (fasta) resistorer efter det. Man kan dessutom komplettera med en knapp för att starta innan spänningen har gått upp till 12.5 om man behöver det.

Göran, varför vill du ha en stand-by? Den här kopplingen kommer i princip inte att dra någon ström alls när den inte switchar av eller på.

Och som avslutning en fundering: De stora växelriktare som du tänker använda, har inte de någon digital ingång för start/stopp? Enable? Inhibit? Det vore mycket enklare om man bara kunde detektera låg nivå och skicka en signal till de stora förbrukarna att slå av.