Solarregler umbau

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Re: Solarregler umbau

Beitragvon jb79 » Fr 5. Mai 2017, 11:40

Hallo Werner!

Mit Gleichrichter hat die von dir gezeichnete Schaltung wenig zu tun, das ist ist ein Buck Converter mit einer Schutzdiode.

Zur Schaltung hab ich ein paar Dinge anzumerken:
Der Bottom-Fet braucht keine so hohe Steuerspannung, bezogen auf Masse reichen da 10V.

Die Diode vor dem Gate wird auch Probleme machen, der vorgeschaltete Transistor soll den Mosfet ja abschalten. Theoretisch und DC mäßig würde das auch so halbwegs funktionieren dank parisitärer Widerstände. Bei einem PWM Signal mit mehreren 10KHz hast du aber das Problem, daß die Gatekapazität den Transistor noch lange genug aktiv halten wird, weil der Transistor das Gate nicht entladen kann (die zusätzliche Diode dort verhindert das perfekt). Damit hast du im blödesten Fall einen Shot Through, nämlich dann wenn der untere Transistor noch nicht sperrt, die oberen beiden aber schon leiten => fetter Kurzschluß und kaputte Bauteile (im besten Fall nur eine Sicherung).

Wo du die (auf Masse bezogen) hohe Spannung brauchst ist der bzw. die schaltenden Top Level Mosfets. Die Level-Shifter Stufe mit dem Transistor müßte also dort hingebaut werden.

Hab so eine Schaltung (mit niedrigeren Spannungen und entsprechendem Treiber IC) auch schon probiert, rausgekommen ist immer ein abgefackelter Bottom-Level Mosfet. Warum weiß ich allerdings immer noch nicht.
Denke man sollte die Diode also hinten (nach dem Last-Elko) reinbauen, mit einem Mosfet und oben genanntem Controller für die ideale Diode sollte das dann laufen. Die Lösung mit dem Transistor im Top-Pfad hätte aber den Vorteil eines minimal höheren Wirkungsgrades, weil dort das Integral aus Strom/Zeit geringer ist.
lg Jürgen
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Re: Solarregler umbau

Beitragvon Wernko » Sa 6. Mai 2017, 13:54

So ist es gut.jpg
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Hallo Jürgen!
Der Bottom-Fet T2 benötigt doch eine höhere Steuerspannung als 10V. Denn während der Entladung von (L) über den Elko und die Last liegt an Source von T2 eine höhere
Spannung als 10V. Es könnten ca 70V werden die am Source von T2 kurzzeitig anliegen. 70V ist die Betriebsspannung.
Daher die 80V die auf das Gate von T2 kommen sollen. Mit 10V am Gate wenn Source 70V ist, wacht T2 noch nicht mal auf.

Stimmt, die Diode D2 die ich da eingezeichnet habe ist überflüssig, kann sogar sehr viel Unheil anrichten ( Shot Through glatter Durchschuss) ist ganz treffend!!!
Doch ich wollte eventuelle UECsat des Transistors damit vom Gate von T2 weghalten, damit Gate wirklich 0V werden kann. Aber so geht es doch nicht, denn das Gate kann so seine Ladung nicht abbauen.
(leitet zu lange) eventuell Durchschuss von T1 und T2. Mit anschließender schlechter Laune!!!! Mit 680K parallel zu Z15 könnte es aber gehen.

T1 ist nun der PWM Schalt Mos Fet und zugleich die Diode welche die Entladung über die Reglerschaltung verhindert. Auch hier wollte ich mit Diode D1 sicher gehen, daß Gate von T1 0V werden kann.
Ob sich der Akku so über die Reglerschaltung entladen kann habe ich noch nicht herausgefunden.
Der Strom hat da ja zwei Möglichkeiten über T1 in die Schaltung oder T2 als fetter Kurzschluß.
Mit Schottky Dioden aufzubauen ist sehr sicher. Aber die Verluste.
Wenn es etwas Besseres möglich ist kann man ja nicht davon ablassen.

mfG
Werner.
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Re: Solarregler umbau

Beitragvon Wernko » So 7. Mai 2017, 07:40

Hallo Jürgen und alle Interessierten!

Die Skizze davor von mir ist ja kompletter Unsinn. Alle schlafen noch keiner hat etwas gemerkt. Gerade eben ich selber. Ist ja nur eine Zeichnung, noch keine Wirklichkeit.

Die 70V Betriebsspannung geht ja direkt über die Bulkdiode von T1-- über-- L-- auf den 12V Akku. Da freute man sich wenn die 70V auch Innenwiderstand hat. Dann wäre T1 gerettet.
Aber Modul wird heiß und Akku geht in die Binsen wenn man das nicht bemerkt.

Es ist ein saftiger Kurzschluß es aus (70V - 12V)/ Cu Widerstand von L.
Und T1 wäre in der Wirklichkeit anschließend vielleicht auch erledigt.

mfG
Werner
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Re: Solarregler umbau

Beitragvon Wernko » Di 9. Mai 2017, 13:23

Hallo,
Leider muß ich doch wieder etwas nerven. Es geht mir um die Reduzierung von Verlusten. Wenn man einmal auf die Idee gebracht wurde, diese möglichst klein zu halten, durch Verwendung von
Mos Fet als Gleichrichter, kann man ja nicht mehr so richtig davon ablassen. So geht es mir jedenfalls.
Ich könnte diese Version aufbauen und messen, wollte aber gerne erstmal theoretisch ein Ergebnis haben.
Im Anhang die Schaltung mit Mos Fet T1 u. einer Schottkydiode als Freilaufdiode.
Denn die geringen Verluste mit Mos Fet ca 1/3 sind beachtlich. Das hat Jürgen schon vorgerechnet. Die Ansteuerung ist nicht einfach.
Mir geht es jetzt um eine bestimmte Frage:
Ist in dieser Version (der rechte Teil ) Entladung des Akkus gegeben wenn die Betriebsspannung hier 70V und die Steuerspannung 80V für T und T1 0Volt ist.
Könnte hier etwas über die Bulkdiode von T in die Schaltung und den Innenwiderstand der 70V Quelle zurückfließen.

mfG
Werner
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Re: Solarregler umbau

Beitragvon jb79 » Mi 10. Mai 2017, 18:05

Hallo Werner!

Nein, die Batterie kann sich da nicht rückwärts über die Mosfets entladen wenn die aus sind, was der Fall ist, sobald die Gate-Source bzw. Gate-Drain Spannung 0 oder kleiner als 0 ist.
Genau deswegen schaltet man die beiden N-Kanal Mosfets ja in Serie da rein.

Die Schottky Diode im Low-Path wird trotzdem relativ hohe Verluste haben, denn da fließt im Mittel immer noch der Laststrom während der Dauer der Off-Time des High-Path. Je näher aber die Akkuspannung und die Modulspannung beieinanderliegen, desto geringer werden diese Verluste.
Man sollte da also eine Diode einbauen, die sehr niedrige Flußspannungen erreicht. Wenn du größere Ströme hast, so ist eine synchrone Lösung (Mosfet im Low-Path) und/oder ein Multiphasen Wandler (wo sich der Strom auf mehrere identische Pfade aufteilt) anzuraten.

Nochmal zum Low-Path und deiner Diode (weiter oben): D2 ist da kontraproduktiv. Der Transistor zieht das Gate schon auf Masse+Sättigungsspannung VCEsat. Du könntest da auch einen (Kleinsignal) Mosfet einbauen, dann bringst du diese Spannung noch weiter runter, das ist aber nicht notwendig, außer man arbeitet mit sehr hohen Frequenzen (hunderte kHz) im Leistungspfad.

Das Gate von T2 kann durch die Z-Diode auch nie mehr als 15V haben (bezogen auf Masse), maximal dürfen es 20V sein bei den meisten Mosfets, bei einigen auch weniger, darum ist da auch die Z-Diode zum Schutz drinnen. Mit 10V schalten normalerweise alle N-Kanal Mosfets voll durch, Logic-Level Typen auch schon mit niedrigeren Spannungen, nämlich 5V oder 3,3V. Diese sind dann meist teurer. Wenn eine direkte Ansteuerung aus einem Mikroprozessor nicht unbedingt nötig ist, so nimmt man da lieber einen Typ mit 10V, der günstiger ist und/oder einen kleineren On-Widerstand hat.
lg Jürgen
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Re: Solarregler umbau

Beitragvon Wernko » Do 11. Mai 2017, 14:30

Hallo Jürgen,

Ein bischen bin ich wieder weg davon den Low-Path also meine Freilauf-Schottkydiode zu ersetzen durch einen Mos Fet. Das wäre eine wirklich sehr interessante
Methode. Aber die Unsicherheit doch mal einen Shot Through zu erwischen ist mir zu groß. Der obere Mos Fet, das ist nach meiner Ansicht OK.
Ja man kann noch steigende Flanke verzögern und fallende nicht. Bei dem unteren Mos Fet steigende so lassen und fallende Flanke verzögern. Aber so richtig sicher ist es nicht.
Es gibt mit L,C, R ja Möglichkeiten das zu machen.
Ich kann mir vorstellen, daß man schon beim messen mit Mess Spitzen so einen glatten Durchschuß fabrizieren kann. Da opfere ich lieber ein bischen Leistung.
Ich hab übrigens im fliegenden Aufbau mit Mos Fet IRFB 4321 diese Situation mal kurz nachgebaut.
Es fließt wirklich kein Strom aus dem Akku heraus. Siehe Zeichnung. Gut es genau zu wissen.

mfG
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Re: Solarregler umbau

Beitragvon Wernko » Do 31. Aug 2017, 13:08

Eing Wid Re bei Belastung.odg
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Graphic PaPe.odg
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Hallo,
Zuletzt habe ich versucht die Vorteile der gesteuerten MosFet als Dioden zu nutzen, bin aber doch wieder davon abgekommen. Das war die Freilaufdiode u. die zugehörige
(zwei in einem Gehäuse) Diode die verhindert, daß der Akku sich über die Schaltung oder die Leistungsquelle entlädt. Aber die Gefahr den glatten Durchschuß beider MosFet zu bekommen, war mir zu groß. Die beiden müssen beide so gut harmonieren in ihrem schalten und sperren, daß es auch leicht mal knallen kann und dann macht man ein langes Gesicht.
Schon wenn man mit den Meßspitzen darangeht, kann das passieren. Meine Meinung. Die Eingänge sind ja sehr hochohmig und doch auch niederohmig durch Beschaltung.
Dieser niedrige Rdson Widerstand von n-Kanal MosFets ist schon verlockend..
Aber in Zukunft werden bestimmt auch noch bessere Schottkydioden herauskommen. Solche mit 200V 20A und das Wichtige dabei, mit noch weniger Uvor. Vielleicht eine mit 0.5V statt 0.8V.
Bei diesem Lade Regler ist es die Schottky Diode BYV 32E-200. Und der MosFet als Schalter IRFB 4321 PBF, die mir optimal erschienen.
Wie auf dem Bild zu sehen ist, ist er aber immer noch nicht fertig der Regler. Immer noch im Status ändern probieren usw. Siehe Anschluß beider letzt genannter Bauelemente.
Und die Shunts 2 x 0.1 Ohm parallel. Und von der Leistung sind die auch noch zu schwach bei 15A.

Ich habe noch Kurven angefügt:
1. Verlauf von Eingangsleistung Pe und Ausgangsleistung Pa und daraus der Wirkungsgrad.
--Die grüne Kurve hat mich sehr gefreut. Konnte es nicht glauben und habe nocheimal gemessen und gerechnet. War kein Meßfehler. Also 98%.
--Da kommen 28V auf die Last von 8 Ohm. Und die Eingangsspannung ist knapp 60V.
--Hier ist der Unterschied nicht sehr groß von 60V auf 28V bringen. Ist ja klar, daß der Unterschied klein sein muß. Sonst hohe Schaltverluste durch dazu noch höhere Frequenz
--mit steigender Belastung.
--Wenn man dann das andere Ende der grünen Kurve sich anschaut . Da werden 135V auf 28V bei 8 Ohm gebracht und schon sind es nur noch 67% Wirkungsgrad.
--Aber man hat nicht immer die Wahl und muß auch größere Spannungen hier max 135V verarbeiten können.

2. Verlauf des Eingangswiderstands Re (Ohm) in Abhängigkeit von der Eingangsspannung Ue (60V - 135V)
--da kommt der quadratische Verlauf heraus. Ist ja klar Spannung steigt, Strom sinkt, Widerstand steigt quadratisch.

mfG
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