Доброго времени суток всем участникам форума!
Здесь я совсем новичок, пришёл по необходимости - прошу помощи!

Вот уже наверное месяц как мучаюсь над проблемой зарядного устройства для двух последовательно соединённых VRLA батарей (12В, 7,2Ач).
БП для зарядки уже собрал - 30В 3А, на TOP227Y.
Зарядку будет контроллировать МК. Т.е. именно МК генерирует ШИМ сигнал и он же следит за током/напряжением зарядки. В будущем, планируется добавить возможности зарядки других типов аккумуляторов, в т.ч. с меньшим номинальным напряжением. В общем разрабатывается эдакий универсальный зарядник, думаю будет очень похож на устройство, описаное в аппноуте AVR450.

На первый взгляд всё было просто - N-channel мосфет, High-Side драйвер и собственно всё. Но когда уже собрал эту схему, понял где просчитался - бутстреп просто не заряжается, если к выходу подключен аккумулятор
Следующий вариант был с P-канал мосфетом и драйвером. Но едва подумал, как сразу споткнулся на этих самых 30В. Первая проблема - все драйверы работают до 25В. Вторая - при разности потенциалов затвор-сток более 20В выйдет из строя сам мосфет.
С последним вариантом потратил много времени на всякие схемы, где ещё добавляется 12В. Типа 30В на затвор - закрыты, 12 - открыты и мосфет остаётся жив. Но ничего нормального не получилось. Когда ставил драйверы (VCC - 30V, GND - 12V и схема для смещения уровней на лог. входе) они просто сгорали. Попробовал схему аналогичную AVR450, только вместо массы - 12В: она работает, но есть проблемы с регуляцией (100% мощности получаю примерно при 60% ШИМ и заметна значительная нелинейность) и самая основная - жуткий нагрев мосфета, что собственно и не удивительно, т.к. форма напряжения на затворе пилообразная. Резитор (подтяжка затвора к 30V) уменьшил как мог, поставил на 1Вт. И всё-равно мосфет греется, да плюс ещё и резистор.

Вот набросок основной части этой схемы, на всякий случай:


Ток зарядки пока планируется 1-2А. Но на будущее неплохо было бы, чтобы устройство нормально работало с токами до 6А. Т.е. лучший вариант - N-channel мосфет, типа того же IRFZ48N, IRFR48Z и т.д.

Прошу, пожалуйста, подскажите хоть что-то!!! Совсем уже сил нет

Заранее спасибо.

Сообщение отредактировал vintch - Jun 15 2007, 09:43

Да, видимо действительно проблема интересная. Даже на таком форуме нет никаких мыслей

Пока могу предложить только одно решение: преобразователь с 30 на 40В, который будет питать драйвер мосфета (например IR2117). Тогда напряжение затвор-исток составит +10В, что более чем достаточно для открытия N-channel мосфета.

Преобразователь можно собрать на MC34063, габариты выйдут маленькие, стоимость вообще копеечная, КПД будет также высоким.

Больше никаких идей? Тогда буду пробовать вот ТАК...

Ну вот такая идея, сделать дополнительную обмотку питания и в качестве драйвера применить драйвер с опторазвязкой, ну что то типа HCPL3120 или аналогичные их много фирм выпускает.

Так выходные же! Какие тут могут быть мысли ?

а впрочем ...
мысль первая: можно рулить сразу преобразователем на TOP227, если, конечно, он не задействован ещё для чего-нибудь кроме зарядки.

2. сделать питание для High-Side драйвера, от дополнительной обмотки на трансформаторе TOP-а или от маломощного DC-DC преобразователя.

3. использовать Low-Side драйвер и управлять транзистором через импульсный трансформатор.

4. уменьшить напряжение на выходе TOP-а до безопасного для затвора и драйвера уровня (18..20 В), преобразователь зарядника сделать повышающим (Step-Up). Можно будет использовать N-канальный транзистор, сидящий истоком на земле.

У Вас на рисунке полноценный источник напряжения, поскольку имеется конденсатор на выходе, а требуется источник тока и, желательно с минимальными пульсациями. В связи с этим настоятельно рекомендую исключить его (конденсатор) из схемы. Индуктивность дросселя необхоимо иметь значительную, чтобы сделать приращение тока за время действия импульса минимальным и, соответственно, спад тока во время паузы.
Напряжение на входе импульсного источника тока следует сделать приблизительно в 2 - 3 раза больше, чем напряжение на аккумуляторе при его полной зарядке, дабы обеспечить достаточный диапазон модуляции для ШИМ.

В Вашем случае лично я поступил бы несколько иначе, а именно:
Силовая часть зарядного устройства выполнена на прямоходовом преобразователе в виде "косого полумоста", питающегося непосредственно от сети. На его вторичной обмотке должно быть 2 диода, обеспечивающих протекание тока на прямом и обратном ходу. Это будет полный эквивалент "чоппера", нарисованного Вами.
Так же будет необходим маломощный вспомогательный источник на VIPER22, к примеру, (не люблю TOP-ки), предназначенный для питания схемы управления, драйверов и датчика тока.
И еще, прежде, чем приступать к макетированию, я бы лично смоделировал это дело в PSpice, чтобы уточнить основные параметры трансформатора и выходного дроссеоля.

2Stanislav_S


Такой вариант не подойдёт. Трансформатор используется заводской (POL-30300), а устройство, возможно, пойдёт в серийное производство. Не перематывать же нам все трансформаторы

2exSSerge


Совсем забыл Это всё работа! Вовсе забываю о выходных...


Да, мысль интересная. Но есть заморочка - во время зарядки от этого БП будет питать еще целая куча электроники, так что этот вариант тоже отпадает Но вообще было бы неплохо - это можно сделать с минимальным количеством компонент и в результате получится устройство с очень высоким КПД.


За обмотку уже говорил. А вот маленький DC-DC преобразователь - это наверное наилучшая из мыслей.
Сегодня хотел на МС34063 попробовать, только вот почему-то пальнул. Где-то промахнулся.
Может вы подскажите какое-то решение?


М... не. Это ещё один трансформатор... Устройство получится слишком громоздким. Хотя, трансформатор ведь тоже мелкий будет. Даже незнаю, подумаю, спасибо.


Step-Up... Совсем инной подход к решению моей проблемы Я его даже не обдумывал. Снова спасибо, буду думать.

2Прохожий

Позвольте с вами немного не согласиться. Это стандартная цепь Step-Down импульсного преобразователя. Т.е. на выходе она действительно даёт постоянный ток с минимумом пульсаций.
Но, она может дать и значительный ток, так что проблем не вижу. Так же сделано в AVR450.


Его следует сделать больше, да, но не в 2-3 раза! Достаточно чотбы напряжение было всего на 2-3В больше чем заряженый аккумулятор. Ведь в данной схеме при 100% ШИМ падение напряжение будет менее 1В, таким образом эта схема даже на полностью заряженый аккумулятор сможет дать значительный ток. Напряжение на входе - 30В. Напряжение полностью заряженого аккумулятора - 28-29В. Максимум 30, при быстром заряде.
Хм, надо будет немного изменить делитель, чтобы на входе получить где-то 32В... Что-то я совсем пропустил этот момент.
Насчёт конденсатора. Если его убрать - на аккумулятор пойдёт просто пульсирующий ток. О таком способе заряда уже давно ведут споры, но пока всё-таки в большенстве случаев применяется постоянный, а не пульсирующий ток.

Насчёт вашего предложения реализации этой системы - не подойдёт. Повторюсь, от этого БП (тот что на ТОРе) будет питаться электроника.

Как вариант использование интеллектуального силового High-Side ключа.
К примеру
BTS 462-T 40 V 5.0 - 34 V 41 V 2.3 A 100 mOhm
BTS 452-T 52 V 6.0 - 52 V 62 V 1.7 A 200 mOhm
BTS 660P 62 V 5.0 - 58 V 62 V 9.9 A 9 mOhm
Это от Infineon, там еще куча есть на другие напряжения и токи, продает их Симметрон.
Управление - элементарное от МК.

Также есть у ST:
VN920 36V 16 mOhm
и другие...

Единственная проблема: время закрытия и открытия 10-30 мкс, что многовато, но если поискать, там встречаются экземпляры и с 1-2 мкс. Напряжение меньше 36 Вольт вообще нет.
Стоят эти штуки от 1 доллара до 4 в зависимости от тока, так что дешевле, чем будет полевик со схемой обвязки.

Начнем по порядку, т. е. с конца...


Тут Вы не совсем правы.
Прошу взглянуть на прикрепленный рисунок.
[attachment=11973:attachment]
Здесь:
Us - напряжение в точке соединения ключа и катода диода,
Il - ток дросселя и нагрузки (аккумулятора),
Is - ток ключа,
Ivd - ток диода.
Такие, приблизительно, картинки Вы увидете на осциллографе, если уберете конденсатор. В противном случае, часть тока будет "ответвляться" на перезаряд конденсатора.
В этом случае приращение и спад тока за период можно определить как:

Ilmax-Ilmin=Us*D/(L*f)

Здесь D - коэффициент заполнения. Величина, с помощью которой осуществляется управление выходным током.
Как следует из приведенного выражения, разницу между Ilmin и Ilmax можно сделать сколь угодно малой двумя способами:
1. увеличить частоту преобразования F,
2. увеличить дроссель L.
На практике используют комбинацию из этих двух способов. Так, что никакого пульсирующего тока в схеме без конденсатора не будет.


Правильно. Только это преобразователь напряжения в напряжение. А Вам необходим преобразователь напряжение-ток.



Тут Вы немного неправы. Поскольку это источник напряжения, то его основная задача - удерживать напряжение на своем выходе при изменении нагрузки. Поэтому, при изменении нагрузки (в Вашем случае - это заряд аккумулятора) ток будет стремится измениться, что противоречит поставленной задаче. Что же касается AVR450 (к своему стыду не читал сей документ), то на мой взгляд, не всегда стоит полагаться при решении задач, связанных с силовой электроникой, на документы, выпущенные фирмой по производству микроконтроллеров и ПЛМ.



Во первых, коэффициент заполнения следует ограничить. Никто и никогда не делает максимальный коэффициент заполнения равным 1. В этом случае огромного тока никогда не будет, поскольку этого не позволит дроссель.
А напряжение следует увеличить в два раза по отношению к полностью заряженному аккумулятору, чтобы у Вас время открытого состояния ключа приблизительно было равно времени его закрытого состояния с целью более равномерного распределения тепла между диодом и ключом. Максимальный коэффициент заполнения в этом случае следует выбрать около 0,6...0,65.


Понял. Жаль, конечно. На мой взгляд так было бы красивее.

2SunnyDevil

Очень интересное предложение! Спасибо!
Есть только одна проблема - подобной продукции нет у местных поставщиков
Я сам из Украины. Попробую ещё поискать в Киеве/Харькове, но честно говоря в результате не уверен.
Хотя если найду, решение определённо окажется красивым
Честно говоря никогда не встречал этих ключей. Почему-то :\
А ведь с их помощью у меня можно в значительной степени упростить схему - у меня на плате будет ещё около 4 полевиков, и соответственно драйверов. А тут всё проще...

2Прохожий


Да нет, уместнее сказать "я совсем не прав"
Спасибо, буду знать. В области силовой электроники (различного рода преобразователи и т.д.) у меня очень мало опыта, поэтому делаю на основе того, что нахожу - и вот результат.
Кстати заметил, в AVR450 стоит конденсатор в 100мкФ. Т.е. получается на выходе ёмкости как бы почти нет, но то что есть и будет сглаживать и без того маленькие пульсации. А я вообще планировал на такой же зарядный ток ставить ёмкость около 3-4 миллифарад (т.е. 3-4 тысячи микрофарад).
Значит исправим

Насчёт увеличения напряжения... В два раза увеличить определённо не получится. 30В и так много, куда уж больше. Дело в том, что та самая электроника (что будет питаться от этого БП) имеет лимит входного напряжение 35В (40 - "абсолютный максимум", т.е. уже может сгореть).

--------

Спасибо всем за ответы, уже сделал много полезных выводов и нашёл кучку ошибок в своей затеи...

P.S. Немного отходя от темы.
Собрал преобразователь на LM2642, с выходными напряжениями 3,3 и 5В. Ключи - IRFZ48N.
Просто тупо не работает
Думал из-за ключей (т.к. для открытия им надо около 10-12В, а микра даёт только 5В) - так нет же, на затворах 0,1-0,3В. Осциллографа пока нет, так что немогу сказать, там низкий ШИМ или постоянка.
Монтаж и схему несколько раз проверял, всё в норме. Выход PG - "0". На входах SS1/2 - 1.2В, даже чуть больше (что соответствует включенному состоянию). Интегрированый стабилизатор на 5В также работает.
Понимаю, информации мало, но может быть кто-то подскажет возможное место промаха?

Я вообще-то тоже с Украины... И Infineon есть в Симметроне. www.symetron.com.ua а под заказ по хорошей цене может привезти Biakom. www.biakom.com
Мы сами их очень активно применяем, правда те, что на 75А.

А как насчет того что в даташите на некоторые из предложенных модулей позиционировано "no PWM..."? Я допустим реализовал схему из AVR450, только применил IRF4905. Вроде все работает, только как-то странно. Зарядное для 2-х батарей 12В, 12А/ч. БП такой же, только перенастроенный на 36В, чтобы иметь небольшой запас по ШИМ. Так вот, заряжаю в двух режимах, потому что нифига не понял как у Атмел организован алгоритм. Первый режим это заряд постоянным током, ну допустим 1А, до момента пока напряжение на АКБ не достигнет 13,5В на аккумулятор, потом переход в режим заряда постоянным напряжением, потому что включение второго режима сразу дает перегрузку по току БП из-за малого внутреннего сопротивления разряженных батарей. И как-то странно работает схема этого зарядника. От изменения индуктивности дросселя мало что меняется, транзистор по всей видимости плохо выключается, но не пойму из-за чего. Выключается резистором с питания 36В на затвор, включается подтягиванем затвора к нулю. Подозреваю что не совсем корректно работает именно из-за управления.

Значит не используйте их.

Я об этом писал...

2SunnyDevil


Прикольно, значит "земляки" - как у нас принято говорить

За ссылки на сайты компаний большое спасибо, поставщиков как раз не хватает. Точнее их хватает, но не хватает ихнего выбора

И что касается ключа. Никак немогу найти "умный" мосфет, который бы работал на частоте хотя-бы 100кГц. А мне желательно найти такой, который сможет на частотах до 300кГц работать - это было бы супер, т.к. решило бы ещё массу проблем.
Если вы на подобное натыкались, может поделитесь прямой ссылкой?
Ещё раз спасибо.

LM2673, LM2679, LM25576, TPS5430 посмотрите - ИМХО лучше на рассыпухе не сделаете. Если же хотите помучать транзисторы - посмотрите на аппликухи по TL5001 - там схема обвязки есть - её можо чуток модифицировать, чтоб транзистор большим напряжением затвор-исток не убить, и использовать для относительно небольших частот (30 кГц). Проверено - работает, но отказались от структуры сетевой-транс-выпрямитель-понижающий-стабилизатор в пользу сетевого флая, и очень вовремя

На такую частоту интеллетуальный ключ это врядли. Советую вернутся к мысли о повшении напряжения до 40-45В и применении n-канала.