Bezpieczny moduł zasilania wysokoprądowego

[BlackJack]

Dumałem trochę nad tym problemem i wpadło mi pewne rozwiązanie. Żywcem z automatyki raczej niczego na takie prądy nie weźmiesz, więc poszedłem na sposób.

Idę pokazuje szkic.

Ogólnie wykorzystałem prawo Kirhoffa, dzięki temu tak tranzystory jak i sam stycznik mogą być na mniejsze prądy, co obniża koszty układu.

Tak trochę od dołu rysunku,. Standardowy stycznik ma 4 styki, co prawda tylko 3 z nich są niby stykami mocy, a czwarty sygnalizacyjnym (mniejszy prąd 5A). Tutaj sie pomyliłem na rysunku, ale nie wykluczone że znajdziesz stycznik z lepszymi parametrami.

Ponieważ mamy 4 styki, to 200A możemy rozbić na 3 gałęzie po 63A każda + te nieszczęsne 5A. Ale w żeczywistości te 200A to i tak twój prąd MAX, więc pewnie tyla tam stale nie poleci ?

Czyli potrzebny jest stycznik na 63A (właściwie musiałby być na 100A 😕 ), To jakieś 360zł , plus ewentualnie 5 styk pomocniczy do sygnalizacji stanu stycznika, ale to są grosze przy cenie całego stycznika.

Wygląda to tak:

Kostrukcja jest modułowa, można przykręcić lub powiesić na szynie montażowej DIN.

Przed stycznikiem dasz sobie 4 tranzystory IGBT na 100A każdy. Dla czego 100A ? No bo jak sterowanie jednego padło, to reszta w razie draki musi utrzymać prąd gałęzi która padała, podobnie stycznik. Przed tranzystorami dasz sobie bezpieczniki topikowe, które w razie zwarcia na jakiejś gałęzi odetną ją.

Teraz sterowanie takim kombajnem. Tutaj potrzebne są dwie czasówki Ton dla tranzystorów i TOFF dla stycznika. Co robią. Ton - opóźnione złączenie i natychmiastowe wyłączenie, TOFF - natychmiastowe załączenie opóźnione wyłączenie.

Załączenie układu.

Najpierw zamykasz stycznik, jak jest zamknięty to zamykasz tranzystory.

Wyłączenie układu.

Najpierw wyłączasz tranzystory, potem stycznik.

W razie zwarcia na jednym lub kilku tranzystorach, stycznik i tak jest tak zaprojektowany, że jest w stanie rozłączyć prąd zwarciowy, bo ma komory gaszeniowe łuku elektrycznego.

Oczywiście to jest rysunek bardzo poglądowy ten układ można jeszcze bardziej rozbudować, ale to już byłaby pewna przesada.

Gabaryty ? Hm.. największy będzie stycznik tak sądzę jak zasilacz LOGO 1,3A czyli ok 60x90x80mm. no i tranzystory bo będa na radiatorze, reszta to kwestia rozwiązań, bo to w sumie elektronika, której funkcje jak czasówki może pełnić mikroprocesor w sterowniku robota, tylko tak 2-3 I/O trzeba sobie zarezerwować. Układ awaryjnego odcięcia też mozna bez problemu w to wkomponować. A i cewka stycznika jest na 24VDC, więc trzeba to uwzględnić w planach.

Prostszego chyba nic nie wymyślisz, żeby zmieścić się w budżecie, i jednocześnie miećc to niezawodne.

PS. schemat kreśliłem na prędce na kolanie, jak byś chciał dokładniejszy,z obwodem grzybka, sygnalizacji stanów itd. to napisz.

[OldSkull]

danioto, Ogólnie chodzi o to, że tranzystor MOSFET mają tę cechę, że rezystancja rośnie wraz ze wzrostem temperatury, dzięki czemu to co zabronione dla bipolarnych (dla których spadek napięcia maleje) jest dozwolone dla nich. Problemy?

- rozmiar wielu tranzystorów (ale na te prądy ciężko o mniejszy rozmiar)

- rezystancja połączeń - to się tak mówi, ale najlepiej byłoby zamówić sobie własne PCB gdzie na jednej warstwie masz źródło, na drugiej dren, pocynowane, niepolakierowane z położonymi dodatkowymi grubymi drutami miedzianymi do każdego z nich. Sterowanie bramek też by się musiało tutaj znaleźć jakoś.

- pojemność bramki - standardowo jakbyś chciał przełączać jak dla PWM byłby to problem przy wielu tranzystorach, ale w tym zastosowaniu nie ma większego znaczenia.

- jak masz połączenia przewodowe i takie prądy to oczywiście indukcyjności przewodów. musisz mieć odpowiedniej mocy zabezpieczenia

Zakładam, że napięcie naładowanego akumulatora nie przekroczy 45V, więc tranzystory na 60V byłyby raczej ok, ale może nawet 80V trzeba by zabrać. No i oczywiście w miarę możliwości jakieś chłodzenie całości - przelicz sobie straty dla temperatur złącza około 100*C.

[AE]

Przyda się jeszcze dioda do rozpraszania energii nagromadzonej w cewce stycznika 😋

[BlackJack]

Przyda się jeszcze dioda do rozpraszania energii nagromadzonej w cewce stycznika 😋

To zależy od stycznika, niektóre mają ją w sobie, czasami jest to warystor. Często są to moduły wpinane w stycznik. Z drugiej strony to schemat blokowy bardziej niż ideowy.

Ale jak nie ma miejsca a trzeba tym sterować tranzystorem to ja to robię tak jak na zdjęciu.

Szukam stycznik co ma zaciski cewki z boku, po czym w obudowie wiercę małe otworki, przy tych zaciskach. Nogi diody tak kształtuję, aby dioda nie wypadła, blaszka zacisku i przewód dociskają wyprowadzenia diody i gwarantują pewny styk.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[danioto]

Wybaczcie, że dopiero teraz - zmieniałem ostatnio stan cywilny i trzeba było to oblać 😉

Czyli z tego co rozumiem stawiamy na redundancję rozwiązania. Przedstawię tutaj mój tok rozumowania związany z proponowanym przez Ciebie BlackJack rozwiązaniem:

1. O załączanie zasilania się nie boję, ponieważ to będzie w warunkach statycznych - robot na pewno nie będzie wykonywał w tym czasie żadnych ruchów, dlatego prąd zasilania będzie niewielki.

2. Ciekawsza sytuacja będzie przy rozłączaniu zasilania w warunkach dynamicznych, czyli poprzez wciśnięcie grzybka bezpieczeństwa (przy wyłączaniu zasilania włącznikiem głównym będzie analogiczna sytuacja do punktu 1). Co się stanie jeżeli 2 z 4 tranzystorów wyłączy się szybciej niż pozostałe - wtedy przez krótką chwilę prąd każdego z pozostałych tranzystorów będzie dwukrotnie większy niż nominalnie i może dojść do przepalenia tych tranzystorów. Skoro każdy układ półprzewodnikowy jest odrobinę inny to za każdym razem kiedy będzie wciśnięty awaryjny stop podczas jazdy tranzystory ulegną przepaleniu. Dobrze rozumuję?

3. Czasówkę wolałbym zrealizować przykładowo na jakimś układzie 555 niż na procesorze, ponieważ chciałbym, by tor logiczny i mocy były zupełnie niezależne od siebie. Angażując w to procka, który w tym układzie i tak będzie (nadzorowanie poprawnej pracy akumulatora oraz obsługa zderzaków mechanicznych) straciłbym tą niezależność.

4. Diodę przy cewce stycznika dodaje się tak samo jak przy cewkach przekaźników, prawda? Ale tak jak BlackJack powiedział, to jeszcze nie jest schemat ideowy, ale spróbuję go zmontować na dniach (jak uda mi się rozwiać moje wątpliwości i zrozumieć działanie całości).

Dzięki za pomoc!

[BlackJack]

Gratulacje.

Ale wracając do tematu.

ad1 & ad3 - skoro problem włączenia pod obciążeniem nie istnieje potrzebna jest jedna czasówka TOFF. Nie wiem czy warto ją samemu budować ? Jeżeli masz tam 24-36V, to chyba lepiej zainwestować w fabryczną, jest to wielkości pojedyńczego modułu, potocznie zwanego ESKą, czyli wielkości jednofazowego wyłącznika nadmiarowo-prądowego. Tylko nie wiem czy znajdziesz z czasem krótszym niż 100ms, ale z tego co wiem powinny być 10ms.

ad2. Ten problem tak na zdrowy rozum praktycznie nie istnieje (choć mogę się mylić, aż tak w elektronice nie siedzę), bo zauważ że te dwa wolniejsze tranzystory będą włączone przez bardzo krótki czas rzędu us czyli będą pracowały tak jakby z prądem impulsowym, a wtedy mogą przyjąć na siebie większy prąd bez szkody dla siebie. Z drugiej strony ten prąd też ma jakiś tam czas narastania, on tam też się nie pojawi nagle i z nikąd.

ad4. Tak diodę łączy się tak samo jak przy przekaźniku, stycznik to właściwie jest wielki przekaźnik, różnie są tylko w budowie komory styków, gdzie gaszony jest łuk elektryczny. Stycznik jest tak zaprojektowany aby rozłączyć prądy zwarciowe czyli minimum 5x większe od nominalnych. Oczywiście skraca to jego żywotność, ale to i tak nadal tysiące cykli.

[danioto]

Myślałem trochę na ten temat i powiem szczerze, że nie podoba mi się ta opcja z kilku względów, z których możecie nie zdawać sobie sprawy. Mam ograniczone miejsce, a w porównaniu do pierwotnie zakładanej wersji mam zarówno IGBT i stycznik - potrzeba będzie dużo miejsca. Przy zaprojektowanym wcześniej wersji koszt całości będzie się mieścił w okolicach 800zł, a przy tej nowej będzie o wiele większy. Spróbuję zaryzykować, jeżeli mi się zgrzeją styki to będę miał problem - zobaczymy co z tego wyjdzie.