Добрый день! Подскажите, пожалуйста, как грамотно реализовать управление мосфетом в такой схеме:



Проблема в том, что отрицательное напряжение выведет его из строя (20В исток затвор максимум), входное напряжение 30В. Управление осуществляется микроконтроллером с частотой ШИМ до 400 кГц. Устройство панируется использовать в схемах зарядки аккумуляторов с выходным напряжением 28В и током до 7А.

Читал про варианты со стабилитроном (низкое быстройдействие) и возможность отрицательной стабилизации напряжения интегральным стабилизатором.
Спасибо за ответ!

Увы, много надеющихся, что МК с ШИМ позволит сделать все, что угодно.
Что бы Вы ни рисовали, без практического опыта ничего работать не будет. Дело даже не в способе управления ключом. Вы просто масштаба величин и списка реальных проблем не чувствуете.
Опыт же начинают приобретать с 40кГц и 0.7А. Через 2-3 года регулярных занятий этим вопросом можно помечтать и о 7амперах и даже о 400 кГц, хотя последнее часто лишне.

Что в данной ситуации можно порекомендовать, не только же расстроить человека? Откройте даташиты и примеры применения, например, на L4975.
После изучения будет намного понятнее куда двигаться дальше.

У Вас полевик не будет быстро работать. Т.к. затвор всегда через 30 К заряжается. Это даст очень малый ток зарядки затворной ёмкости (I=C*dU/dt) и, соответственно, низкую скорость переключения (см. формулу). Нужен драйвер, способный "прокачать" требуемый ток через затвор как на включение, так и на выключение полевика. Это можно сделать на эмиттерных повторителях, т.е. включить транзисторы в комплементарную пару. Но там придётся повозится с "мертвым временем". Либо, что правильно, взять готовый драйвер P-канального полевика.

З.Ы. Советую изменить схему так, чтобы можно было управлять N-канальным полевиком. Тогда даже драйвер могу посоветовать - mc33153, ir2104...

У меня есть аналогичная рабочая схема со входным напряжением 12В для зарядки литий-фосфатных аккумуляторов, ток до 3А, все работает отлично.



Забыл поменять номиналы в Протеусе, там резистор подогнан под максимальный ток нижнего транзистора.
N-канальный не могу, так как меряю ток в положительной цепи микрухой AD8210 и напряжение на аккумуляторах невозможно нормально просчитать, уже есть негативный опыт с N-канальным мосфетом. Насчет драйвера думал, просто всегда сам собирал усилительную схему на транзюках и с драйверами никогда дело не имел, даже и не знаю с чего начать, тем более что планируется поднять напряжение до 60В.

Года два назад начинал с такой схемы, линейная регулировка, низкий КПД, ест-но все очень грелось, но работает безотказно:

Номиналы могут отличатся от реальных.

Нашел еще такой вариант управления:

Да, с транзюками и микрухами опыт всегда негативный.
Применяя же транзисторы и микросхемы люди подобные задачи решают успешно.
Стоит посмотреть как они это делают. Особенно, когда нет (или еще на свете не было) AD8210.
Что собою представляет первичный источник (30 или планируемые 60 вольт где берутся)? От чего заряжаться будем, от сети в конечном итоге?
Аккумуляторы 28 вольт какой системы, свинцовые?

Короче, поискал я у производителей по нужным параметрам вроде эта микруха подойдет: IRS2181.

Что скажете?


Как это нет AD8210? Вам сфотографировать ее ;-)?
http://www.analog.com/static/imported-file...eets/AD8210.pdf
Первичный источник планируется гибрид, от солнечной панели 48В, контроллер меряет напряжение на ней и включает подзарядку аккумов, тип пока не выбрал либо гелевые необслуживываемые либо литий фосфатные (уже несколько лет с ними работаю), в любом случае всем заправлять будет контроллер.



Читая ваш ответ, создается такое ощущение, что все вокруг вас - нубы... В данном случае придиратся к словам - последнее, что вы должны были сделать. К слову, у меня есть уже рабочая схема с меньшими характеристиками (до 20В и 3А) и полностью рабочая, с КПД около 65-70% Я тут прошу помощи в реализации более мощной схемы, а не обучению правописания.

Тише, тише. В вашем случае лучший драйвер - это ВЧ трансформатор с соответствующими элементами, а в данном случае делители не серьезно. Схемы есть и действительно безотказные и применяются в промышленности.

Ok, но я выше еще писал про высоковольтный драйвер от IR он в пике выдает до 2,5 А на мосфет. Такая схема не подойдет?

Судя по ничтожной мощности, это озеленение какого-то садового участка, т.е. личные нужды, поэтому нет никаких причин усложнять схему, типа держаться за общий провод и т.п. — надо плюс СБ подключить к плюсу АКБ, и тогда ключ понижающего стабилизатора станет NMOS и окажется внизу. Затем его надо подключить к любому подходящему ШИМ-контроллеру, которому и выдавать от МК только уставки для его обратной связи, т.е. нужные значения тока и напряжения. МК же там нужен только для MPPT, а делать непосредственно на нём и сам преобразователь — это далеко не просто.

Что-то на мой взгляд КПД совсем низкий. Может стоит применить нормальное управление полевиками, сделать синхронное выпрямление, подобрать современные транзисторы с приличными характеристиками? Тогда на вскидку можно и на более мощной схеме обойтись без радиаторов.

Подойдет, если Вы придумаете или найдете готовую схему для заряда бутстрепного конденсатора. Потому что при выходном напряжении 28 В он никогда не зарядится.
Посему сделайте лучше синхронный buck на драйвере который специально для этого "заточен", типа LM5104.

Спасибо, то что нужно!



Брал IRF4905 у него сопротивление открытого канала 20 мОм, упрвление - да, я дилетант в силовой электронике, стараюсь придумывать все сам и не всегда оно работает как нужно.

Проезжая через город N, с меня слетела шляпа...
Большое спасибо Вам за то, что кроме обучения нас русскому языку еще берете на себя и функции модератора. Это первое, что Вы должны были сделать.

Могу предложить свой драйвер P-MOSFET, если заработает - напишите обязательно, а если нет - не надо. Только по частоте на порядок "упадите" как форумчане того советуют.

Угу, порою создаются самые разнообразные впечатления.
AD8210 существует ведь не от сотворения мира. Как-то же люди обходились и без нее.
Вот и почитайте как делают подобные системы и делали раньше.
Проблема ведь не в драйвере затвора, а в предложенном неуклюжем решении задачи в целом.

Спасибо за помощь! Частоту уменьшу до 60 кГц, буду пробовать с драйвером предложенным пользователем WIM. Если все заработает с КПД от 85%, то буду дальше играться с частотами.

AD8210 использовал для удобства, у нее четкая линейная зависимость напряжения на выходе от тока, согласен, свет клином на ней не сошелся, делал на разных ОУ и в отрицательной, и в положительной цепях. Не понимаю чем она вам так не нравится, ведь она не мешает работе всей схемы, но зато может мерять ток в обоих направлениях, например, разряд и заряд. Минимальная обвязка, напряжения мониторинга до 60В.


Скажите, пожалуйста, в чем бестолковость классической схемы используемой в buck стабилизаторах? Видимо те схемы которые я видел были бестолковыми.

Буду очень благодарен, если ткнете пальцем, спасибо.
По поводу схемы, то она не просто из головы взята, а на основе похожих несложных систем. Тем более схемой там и не пахнет просто набросок блока чтобы понятно было о чем речь идет.
Для начала попробую с той, которую предложили форумчане - с синхронным бэк драйвером, а потом буду совершенствоваться, ведь это просто хобби, а не производственная и жизненно необходимая задача, а не ошибается только тот, кто ничего не делает.


МРРТ, видел я похожие проэкты на rcdesign. Если я правильно понял, то с повышением тока нагрузки ЭДС резко падает и дальнейшая зарядка аккумуляторов становится невозможной - потеря мощности, то есть тут можно скомбинировать back и boost преобраователи, и выбирать режим в зависимости от текущих значений тока и ЭДС солнечной панели. Я правильно понимаю?


В большинстве ШИМ контроллеров которые я "перелопатил" управление режимами CC и СV осуществляется подстроечными резисторами, а те которые управляются, например, через SPI или I2C от Maxim, у нас их не купить. Может посоветуете что-нибудь толковое для реализации режима CC с цифровым управлением, входными напряжениями до 60 В, внешним ключем и током до 10А. Буду очень благодарен.


Планировалось использовать МК в связке с сенсором тока, регулируя ток зарядки изменением скважности импульсов ШИМ. В любом случае, МК будет стоять (контроль напряжений, температур, управление дисплеем и т.д.) так почему бы его не задействовать для реализации режима СС?

Так Вам же уже разжевали и даже в рот положили. У Вас нагрузкой является аккумулятор, так? Значит, совершенно не обязательно, чтобы его минусовая клемма имела общий провод с "землёй" источника питания. Пусть общим будет плюсовой провод. Тогда в разрыв "земли можно включить N-канальный MOSFET, которых большое разнообразие, которые дешевле, которыми легче управлять. Ведь для этого не понадобиться никаких смещений уровня, драйверов с гальваноразвязкой и прочих прелестей.
Ток мерить тоже гораздо удобнее в той же "земляной" шине. Это радикально снижает требования к КОСС усилителя, не требует дорогих решений. Так, что Ваша задачка решается вдесятеро проще, чем Вы пытаетесь.

Измерение тока в отрицательной цепи меет кучу недостатков, все это я уже проходил, все нормальные датчики на ИС делаются в положительной цепи т.к. в отрицательной цепи может быть:
- нагрузка не имеет непосредственной связи с землей, в итоге один из негативных моментов АЦП неправильно считывает напряжение на аккумуляторах, в зависимости от логического уровня ШИМ сигнала в данный момент относительно земли;
Или же придется делать вычитающий усилитель на ОУ, причем для каждого аккумулятора свой. А как решить проблему выбора момента измерения напряжения, чтобы не мерять его когда полевик закрыт и разница потенциалов между землей и плюсом аккумулятора будет равна напряжению питания, а не ЭДС аккумулятора.
- при коротком замыкании выход из строя сенсора тока;
- ну и невозможность коммутации нагрузки ключом в отрицательном полюсе;
Так что насчет разжевали - заблуждаетесь. Создается впечатление - лишь бы покритиковать не углубляясь в проблему...


Делал я простые схемки на ОУ (реально дешевых) типа LM358, никакой линейностью там и не пахнет, а вот тот же ОУ AD820 показал отличные показатели, при цене AD8210.
В китайских зарядниках тоже ставят дешевые ОУ, в итоге литий-полимеры взрываются от перезаряда, а ток в 1А реально отличается от заданного, к примеру.

Столько схем представлено для зарядки аккумуляторов и очень многие представлены как раз с использованием коммутатора в положительной цепи - тиристора, биполярного пнп, р - канального полевого. Ведь это избавляет от кучи проблем, к примеру - отсутствие контакта нагрузки с землей.



Наверное эти схемы тоже бестолковые?

Тем более писал уже, что AD8210 будет использоваться для контроля зарядного и разрядного тока, а без общего минуса пока с трудом представляю как это все реализовать.

Не, ну у Вас твердые убеждения и совершенно четкое понимание как и что нужно делать. Так и только так.
Тогда вряд ли кто-то тут сможет Вам не помешать. Тогда пусть будет все как есть. С особолинейными ОУ и р-каналом.
Главное, похоже, - трудоустроить имеющееся знания, а не приобрести нужные.

Я не против новых знаний, просто многие вещи, которые предлагают я уже использовал на практике, в итоге получил дополнительные проблемы. Я просто попросил помощи с реализацией драйвера для полевика и обосновал почему некоторые из предложенных вариантов не подходят, что в этом преступного? Есть конкретная задача и я пытаюсь ее решить. Тем более, некоторые предложения я принял к сведению и попытаюсь реализовать их на практике.

Ну, если Вы наперёд всё знаете сами, про все нормальные датчики, а также всё проходили, то к чему эти вопросы? Вам бы не консультироваться, а консультировать здесь...
Датчики в положительной шине ставятся по единственной причине - невозможности технологически разделить земли питателя и нагрузки. Это решение вынужденное, оно дороже, требует или специализированных микросхем, или ухищрений с питанием усилителя, борьбы с высоким синфазным напряжением...
То, что Вы проходили и не справились с простой задачей, говорит совсем не о недостатках решения...

В огороде - бузина... Причём здесь измерение напряжения к измерению тока? Не мешает одно другому, подумать только немножко надо...
Тем более, причём здесь ШИМ? Это ещё надо постараться, чтобы показания АЦП зависили от "логического уровня ШИМ"...

А это как зависит от того, в какой провод включен датчик? Если в плюсовой, то ему короткие замыкания не страшны? Датчик тока - это шунт. И максимальный ток при КЗ он должен выдерживать штатно.

А здесь вообще ничего не понял. О чём это Вы?

Да кому это нужно? Вы пытаетесь телегу впереди лошади впрягать, а на логичный совет оглянуться ещё и обижаетесь. Может, и не нужно углубляться в надуманную проблему?

Ну, если задача - приспособить полюбившийся компонент, то тогда аргументов нет...

Не понимаю почему вы так прицепились к этой микросхеме, я разве писал про проблемы с ней? Разве она мешает работе предложенному вашему варианту, так к чему эти пустые споры ни о чем? Или может я писал, что у меня бюджет ограничен, работал я с ней и знаю, что она отлично себя проявляет.


Прежде чем комментировать, прочитайте все еще раз, оно здесь действительно не при чем, просто вы опять же приципелись к этой микросхеме, а зачем?
Вы на практике пробовали, то о чем говорите, может выслать вам мои первые образцы с N-канальным мосфетом? Уж вам то следовало бы знать, что напряжение на нагрузке меряется как среднее из выборки, и в эти значения попадают значения при которых полевик закрыт, а это значит что среднее значние будет между напряжением коммутирования и напряжением на нагрузке (в отличии от р-канала), а это никак не напряжение на аккумуляторе с точностью до сотых. Но я ведь об этом уже писал? Или может у вас есть другие варианты? И не пишите, что я это все придумал, могу прислать кучу даташитов и сслылок с предложенным мною вариантом.


Читайте здесь http://kit-e.ru/articles/chip/2006_10_116.php.
А ведь решение моего изначального вопроса, простое - форумчанин посоветовал использовать недорогой драйвер LM5104, который дает возможность:
- не менять другие блоки уже готовой схемы;
- уменьшить обвязку уже существующей схемы;
- как минимум улучшить работу р-полевика;
- работать в заданных исходных параметрах.

Да, негусто. Весьма.
Но оптимизм тут заменяет отсутствие знаний.

Я прицепился? Вы ничего не путаете? Я лишь отметил, что измерять ток в минусовом проводе проще. Как и коммутировать ток. Она (микросхема) действительно не мешает. Хотите измерять ток в "плюсовой" шине? Использовать "отличную" микросхему? Пожалуйста. Это действительно не меняет сути. Смысл только сомнителен... Но... вольному - воля.
Какие варианты? У Вас же МК? В программировании которого Вы, похоже, разбираетесь много лучше, чем в схемотехнике. Так в чём проблемы? Не нужно никаких вычитающих усилителей, усреднителей и прочего. У Вас три канала АЦП имеются? Вот один задействуйте для измерения усиленного напряжения с датчика тока, второй - для контроля напряжения в "плюсовой" шине (через делитель), третий - для измерения напряжения на стоке MOSFET-а, подключенного к "минусовой" шине АКБ. Её эдс легко определяется в момент выключенного ключа. Надеюсь, алгоритм не нуждается в детализации?

Спасибо, я читал. И давно уже, и неоднократно. Считаете, что изучили вопрос лучше? Применяйте, за чем же дело стало?
Спорить с Вами - последнее, чего мне лично не хватает. Думаю, и другим тоже.