Idee für neue Ladeschaltung

[bernhard8]

Ich möchte hier meinen neuen Ansatz für eine Ladeschaltung präsentieren. Ich habe das ganze nur im Kopf durchgespielt. Vielleicht fällt jemandem noch was dazu ein. Alle Teile habe ich aus anderen Schaltungsideen zusammengebastelt.

Wo ich unsicher bin: ich erwarte in Extremfällen recht hohe Generatorspannungen. Sagen wir mal bis zu 100V. Um den IC und die Mosfets zu schützen (Gate-Spg maximal 20V) habe ich die Versorgung der Einheit über eine 12V Zenerdiode gemacht. Der Kondensator lässt aber Ladespitzen für die Mosfets zu. Bei diesem Teil bin ich mir recht unsicher ob er überhaupt erwartungsgemäss funktioniert.

Die Regelung soll Ladestromabhängig erfolgen. Ich habe hier einen Shunt Widerstand eingezeichnet, werde es wenn möglich aber mit einem Hall Sensor aufbauen. Den gebe ich dann in den + Zweig des Akkus damit ich wieder überall eine gemeinsame Masse habe.

Beim Trafo werde ich probieren: Primärseite 2x 10Wdg, Sekundärseite 10Wdg. Ich habe hier einen Kupferlackdraht mit einem mm Durchmesser. Das sollte hoffentlich für Ströme im 10A Bereich reichen. Wenn es mit 10Wdg klappt könnte ich auch einen normalen 1,5er Draht mit Isolierung verwenden um Verluste zu verringern. Das ganze wickle ich um einen Ringkern rum.

Wie gesagt ist alles noch Theorie, aufbauend auf meine bisherigen Versuche. Falls jemand Verbesserungsvorschläge hat freue ich mich natürlich bevor ich die nächsten Teile zerstöre

[jb79]

Hallo!

Wo soll der Strom 10A sein, beim Eingang (was bis zu 1kW bedeuten würde), oder am Ausgang (dann ca. 140W Ladeleistung)?

Muß es denn unbedingt eine galvanisch getrennte Ausgangsspannung sein, das verkompliziert eigentlich nur alles. Schau dir mal den LM5116WG an, der kann bis zu 100V Eingangsspannung und schaltet 2 Transistoren (die Diode des Step-Down Converters wird hier auch durch einen Transistor ersetzt, synchroner DC/DC Wandler also). Es gibt dafür sogar ein Berechnungstool, der Shunt-Widerstand kann sogar weggelassen werden wenn man den RDSon des unteren FET verwendet.

[andreas]

Hallo Bernhard,

an Deiner Schaltung paßt einiges nicht. Zunächst ist der Tl494 falsch beschaltet. Schau Dir das Datenblatt und Pin 13 an. Der Kondensator in Reihe zur Z-Diode hat dort nichts zu suchen, er gehört parallel zur Chipversorgung und darf etwas größer sein. Der R vor der Z-Diode und sie selbst können einige Leistungen umsetzen, also dicke Teile einsetzen. Die Gateansteuerung sieht unpassend aus, 2,2 Ohm in Reihe zur Diode ist ein Witz und bei max 200 mA Steuerstrom aus dem Chip viel zu klein. Abgesehen davon, ob die 1N4148 dafür strommäßig noch geeignet ist - schnell genug ist sie in jedem Fall. Zwischen die Drainanschlüsse gehört ein C um 0,1 µF oder mehr, er muß Strom vertragen können. Die Gleichrichterdioden müssen schnelle Typen sein, Schottky ist da Pflicht.

MfG. Andreas

[bernhard8]

Danke für die Tipps, ich werde sie einfliessen lassen. Zum LM5116: den wollte ich schon kaufen, der ist eher schwer zu kriegen.
Mit der Höhe der Eingangsspannung muss ich erst noch rumprobieren. Die Z-Diodenstabilisierung ist sowieso blöd weil sie bei hoher Spannung wieder soviel Leistung verschlingt.

Der Kondensator in Serie zur Z-Diode ist angedacht um einen flotten Stromstoss beim Schaltzeitpunkt zu erreichen (für Gate-Umladung).
Der Gate-Vorwiderstand kann ruhig grösser sein, ich hab nur gerade keinen 47 Ohm Widerstand zur Hand. Bei den letzten Aufbauten gings mit 2.2Ohm als (kleinen) Schutz immer gut.

Galvanische Trennung brauche ich nicht, möchte aber ggf. auch bei kleineren Eingangsspannungen als 13V laden können. Deswegen tuts ein normaler Abwährtswandler nicht.

Die 100V sind reine Vorsichtsangabe. Keine Ahnung ob ich die je erreiche. Bisher traten maximal 30V auf. Im normalen Betriebszustand muss die Generatorspannung sowieso belastet werden. Ich gehe hier von maximal 100V Generator-Leerlaufspg aus. Das ist ein blöder Betriebszustand der noch Schwierigkeiten macht. Hier würde wirklich am Einfachsten der LM5116 helfen.

[andreas]

Hallo Bernhard,

die Parallelstabilisierung mit Z-Diode wird effektiver, wenn sie anstatt per Widerstand von einer Konstantstromquelle angetrieben wird. Dazu reicht ein Pnp-Transistor samt roter Led und zwei Widerständen aus. Dabei darfst Du nicht nur den Z-Strom und den Betriebsstrom des Chips betrachten, sondern auch die impulsartigen Ladeströme für die Fet-Gates mit einrechnen, welche dann ein Elko an der Chip-Speisung bringen muß. Deine Schaltung gibt bei 12 V Generatorspannung gerade mal 5 mA für den Chip her, welcher mit wenigstens 7 V gespeist werden will. Und dabei sollte er schon mal um 7,5 mA angeboten bekommen... Andererseits sind es bei 100 V Generatorspannung 88 V über dem Widerstand, macht 88 mA Strom. Und über 7 W Verlustleistung! Rechnen wir nun noch die Diode mit 12 V bei 80 mA (ein wenig möchte der Chip ja auch haben), so ergibt sich dort auch ein knappes Watt - insgesamt über 8 W an Verlusten allein für die Speisung des Chips. Mit einer Konstantstromlösung für vielleicht 10 mA könntest Du diese Verluste drastisch senken und hättest den vollen Arbeitsbereich des Chip ausgenutzt, er sollte dann schon bei etwa 8 V Generatorspannung loslaufen.

Der Kondensator in Reihe zur Z-Diode sichert nur deren baldigen Tod ab; die erste Spannungsspitze vom Generator gelangt ungebremst auf die Z-Diode und kann sie damit überlasten.

Bezüglich Spannungsauslegung vom Generator her hast Du sicher Recht - es schadet nicht, dort auch für höhere Spannungen gerüstet zu sein. So darf Gleichrichter und Siebung ruhig deutlich überdimensioniert sein, auch wenn das im Normalfall nicht ausgelastet wird. Ich habe es hier auch für gut 100 V ausgelegt und weiß, daß mein Windrad locker bis dahin und weiter hochläuft, wenn ich es nicht vorher bremse. Neben einer guten Last hilft die Crowbar (siehe "Ladeelektronik" in diesem Forum) als Notbremse gegen Spannung und Drehzahl.

MfG. Andreas

[jb79]

Du könntest es ja noch mit einem LM5118 probieren. Das ist ein Boost/Buck Converter, der aber nur 75V Eingangsspannung verkraftet. Dafür gibts den IC beim Ebay Chinesen.

[bernhard8]

Um die zu hohe Spannung am PWM Controller kümmere ich mich später. Ich habe heute die Schaltung aufgebaut und probiere gerade damit rum.
Aufs Erste habe ich gesehen dass ich eine höhere Windungszahl an der Sekundärseite brauche. Ich kriege die Spannung so an der Sekundärseite nicht hoch genug.

@andreas:
was ich noch nicht verstanden habe: du meintest an den Drain Anschlüssen der Mosfets gehören Kondendsatoren. Ich habe diese Schaltung gesehen:
http://sound.westhost.com/project89.htm (ca. ein drittel runterscrollen). Dort ist jeweils ein RC Glied Zwischen Eingangs-Plus und Drain.

Soll ich hier einfach die von dir angesprochenen 100n vom Drain Richtung Plus einbauen?

Ich schätze hier soll der Kondensator die Energie der Spule aufnehmen sobald der Mosfet sperrt.

[andreas]

Hallo Bernhard,

ein C zwischen den beiden Drains tut es auch.

MfG. Andreas

[jb79]

Das RC Glied ist ein sogenanntes Snubber Netzwerk, der Kondensator ist für die schnellen, hohen Spannungsspitzen praktisch ein Kurzschluß, der Widerstand verheizt dann den entstehenden Strom. Das hat zwei positive Effekte auf den FET: 1.) Der Strom im FET sinkt scheller auf 0 womit die Schaltverluste und damit auch die Verlustleistung des FET sinken, 2.) Die Spannung wird begrenzt womit eventuell auftretende Überspannungen, die den FET überlasten könnten nicht mehr auftreten.

[bernhard8]

Herzlichen Dank für die bisherige Unterstützung. Ich habe das Teil testweise aufgebaut, jetzt jeweils mit 100nF Kondensatoren zwischen Drain und Versorgung (Generatoreingang).

Die Schaltung funktioniert mittlerweile nichtmal so schlecht, ich musste auf der Sekundärseite aber etwa die dreifachen Windungen (ca. 30) raufwickeln als auf der Primärseite (2x11). Jetzt krieg ich schon etwas Leistung durch.

Allerdings hab ich das Problem dass an den Drain Anschlüssen der Mosfets schnell mal 100V anliegen (sobald der Mosfet ausschaltet). Meine Mosfets halten nur 100V aus, daher sind sie gleich mal kaputt. Siehe Oszi Bild im Anhang.

Fällt jemandem was ein wie ich diese Spannungsüberhöhung in den Griff bekommen kann? Ansonsten: welche Mosfets könnt ihr mir hier empfehlen?
Ich habe den Typ FQP33N in Verwendung: http://docs-europe.origin.electrocompon ... d27ae8.pdf

PS: Ich stelle hier natürlich den Schaltplan rein falls ich die Schaltung ordentlich zum Laufen bringe.

Edit: Ich hätte noch IGBTs liegen. Die vertragen 600Volt. Die sind aber bei niedrigen Spannungen recht ineffizient soviel ich weiss.