Anti-Blitz-Schaltung mit Verpolschutz (Schaltungsvorschlag)

[e-doc]

Die bekannte Schaltung mit einem MOSFET ist im Verpolungsfall leider über die Body-Diode des MOSFET überbrückt und damit ohne Schutz für den Controller...

Meinen Lösungsvorschlag stelle ich hiermit zur Diskussion:

Die beiden MOSFETs können gerne durch andere ersetzt werden (kommen den beliebten Typen IRFB4110 und IRFS4010 aber ziemlich nahe, die aber leider in der Bauteilbibliothek von LT-Spice nicht enthalten sind).
Die Zener-Diode kann eigentlich auch weggelassen werden, wenn man sich auf eine Akkuspannug von ca. 50V beschränkt, oder den Spanngsteiler R1/R2 anpaßt.
Kapazität und ESR des/der Controller-Endstufen-Elkos (C3) und Ri des Akkus sind eher Größenordnungen, als exakte Werte.
Bei Nutzung eines "Zündungsschalters" gehört dieser in die Zuleitung von R1 geschaltet. Ohne Zündungsschalter liegt der Stromverbrauch bei etwa 30uA.

Frage an die Experten:
Funktioniert das so wie gedacht, oder habe ich etwas Wichtiges übersehen?

[Edit Christian: Korrektur auf Wunsch des Verfassers]

 

[Christian]

Ich würde die Widerstände anpassen und damit auf die Zenerdiode verzichten. Dann besteht der Unterschied bzw. Mehraufwand zur originalen ABS lediglich im zusätzlichen MOSFET. Das ist in Situationen, wo Verpolungsgefahr besteht, ohne weiteres vertretbar (wer sich eine ABS zusammenlötet, gehört allerdings in der Regel zu denen, die einen Akku richtig herum anschließen).

Interessant wäre noch ein Schutz beim Ausschalten unter Last (bei der Version mit Hauptschalter). Mir ist da bisher nichts einfaches eingefallen.

Gruß,

Christian

 

[e-doc]

Die Widerstände passen bis etwa Ubatmax = Ugsmax*3.
Ohne ZD ist dann bei Ubatmin der Rgs der beiden MOSFETs etwas höher, als er mit stabiler Ugs bei 12-15V sein könnte (vermutlich nicht weiter schlimm).

Was passiert denn eigentlich beim Ausschalten unter Last, wogegen man sich schützen müßte?

 

[Christian]

Der MOSFET verbrennt wegen der langsamen Abschaltzeit.

Gruß,

Christian

 

[e-doc]

Der MOSFET verbrennt wegen der langsamen Abschaltzeit.

Man könnte verhindern, daß im laufenden Betrieb die MOSFETs der ABS sperren.
Z.B. durch eine Diode vom controllerinternen 12V- oder 15V-Stabi zu den Gates der MOSFETS. Die ZD1 müßte dann auf jeden Fall aber eine höhere Nennspannung als der Stabi haben (oder mehrere Dioden zwischen Stabi und Gates in Reihe schalten).
Um den Controller auszuschalten muß der geschaltete Plus dann aber separat herausgeführt sein, ggf. eine Entkopplungsdiode spendieren.

Andere Möglichkeit: Einen Wechselschalter als Hauptschalter verwenden, der in AUS-Stellung die Gates über eine Diode schnell gegen Masse entlädt. Ggf. auch hier eine Entkopplungdiode zum geschalteten Plus des Controllers einbauen, um nicht auch noch die Eingangskondensatoren des 12/15V-Stabis entladen zu müssen.

 

[Christian]

Ideal wäre es in meinen Augen, wenn man sich vom Controller unabhängig machen und den Schaltungsaufwand gering halten könnte. Ein optionaler MOSFET als Verpolungsschutz und ein(e) optionale(r) Wechselschalter/Diode als Ausschaltschutz klingt für mich nach einem einfachen und modularen System, bei dem jeder die Ausbaustufe nach seinen Anforderungen selbst wählen kann. Mach doch gelegentlich mal einen konkreten Schaltungsvorschlag.

Gruß,

Christian

 

[torcman]

Sorry aber wieder eine Schaltung die den zu schützenden Kondensator in ms von null auf 40V auflädt, obwohl das Diagramm das hundertfache suggeriert. Wenn man sich so viel Aufwand nimmt, dann soll es smarter gebaut werden, um die Ladezeit wesentlich länger zu haben (rc zu vergrößern bringt es nicht).

 

[Christian]

Die Ladezeit liegt in diesem Fall bei 10 bis 20 ms, wie man am Stromverlauf (rote Kurve) erkennen kann. Suggeriert wird da eigentlich nicht allzuviel. Die Schaltung dient hauptsächlich dem Zweck, das Verbrennen von Stecker-/Schalterkontakten zu verhindern. Zudem soll dies mit geringem Aufwand erreicht werden. Beides funktioniert in der Praxis recht gut.

Ich kann nicht einschätzen, inwieweit die Pulsbelastung beim Einschalten eine Rolle spielt gegenüber der Pulsbelastung im Betrieb. Aber wenn Du einen einfachen Verbesserungsvorschlag hast, dann zögere nicht ...

Gruß,

Christian

 

[xango]

Ich verwende keine Antiblitzschaltung mehr. Um den Funken zu vermeiden ist m.E. eine Vorlade-R entsprechender Dimensionierung der parallel zum FET liegt den man über einen Schalter im Pfad von R1 einschaltet wenn Akku und Controller verbunden sind.
Damit erübrigt sich auch das Problem des Ausschaltens unter Last.

 

[torcman]

Die Ladezeit liegt in diesem Fall bei 10 bis 20 ms,

geht man von 50% als Schwelle sind es weniger als 10ms (aus dem Bild - nachzeichnen der Schaltung werde ich nicht, keine Zeit)

das Verbrennen von Stecker-/Schalterkontakten zu verhindern

ja das tut es zuverlaessig, weil kein Funke enstehen kann

Aber wenn Du einen einfachen Verbesserungsvorschlag hast, dann zögere nicht ...

ja habe ich,

anstatt den Elko C1 und aus der expotentiallen Kurve des Ugs nur den winzigen Bereich zu nutzen, wo der Strom so hoch geht, davor und danach, unntutzliche Zeit,

mach doch das Nutzen von Mueller Effekt (Mueller-Kapazitaet). Dann hast Du kaum Verspaetung (delay), danach einen linearen Anstieg der Spannung am Ausgang, ergo konstanten Strom, das will man doch. Kein Elektrolit-C, nur Widerstaende und keramik-C.

Nur als Idee, die heutige Schaltungen tun auch, wie jede zweiteiligen Kontakte, wo ein pre-charge erledigt wird.

Der Nachteil der Schaltungen ist immer noch, einen nicht vernachlaessigbaren Widerstand in den Strompfad reinzulegen, wo man eigtentlich keinen will. Die Verpolsicherheit hier verdoppelt sogar den Wert. Klar, bei teueren MOSFETs kann man damit leben.

 

[torcman]

Funktioniert das so wie gedacht, oder habe ich etwas Wichtiges übersehen?

lege mal hier die .asc datei geziped, dann kann man damit simulieren.

 

[e-doc]

Schaltung unten, wie gewünscht...

Falls es jemand stört, lassen sich die 10 oder 20mS auch leicht verlängern (mit anderen Nachteilen dann), den eigentlichen Zweck erfüllt die Schaltung aber prinzipiell so schon.
Man könnte sicher auch per Sägezahngenerator und Komparator den sich aufladenden Kondensator (C1) dazu nutzen, eine von Null auf 100% hochlaufende PWM zur Steuerung des/der Power-MOSFETs zu erzeugen, nur einfach nachzubauen und für jeden nachzuvollziehen ist die Schaltung dann nicht mehr.

 

[torcman]

Sägezahngenerator und Komparator

Und dann wird die Schaltung großer, und großer, und großer. Nimmt auch unnötig Strom weg.

Die Schaltung von Christian von 2010 tut doch deren Job, funken unterbinden.

Sind die Controller die ihr angewendet so dumm gebaut, das diese Funktion eines leichten Anlaufens nicht schon drin haben? Oder haben die keine Startup sequence.

 

[e-doc]

Und dann wird die Schaltung großer, und großer, und großer. Nimmt auch unnötig Strom weg.

Und deshalb kam der Vorschlag ja auch nicht von mir.

Die Schaltung von Christian von 2010 tut doch deren Job, funken unterbinden.

Meine auch. Und killt den Controller nicht bei Verpolung vor der Schaltung. Deswegen baue ich die Schaltung auch in den Controller mit ein.

Sind die Controller die ihr angewendet so dumm gebaut, das diese Funktion eines leichten Anlaufens nicht schon drin haben? Oder haben die keine Startup sequence.

Die Controller sind wohl meist so einfach gebaut, bzw. der dicke Elko einfach an Ubat, der parallel zur Endstufe hängt (oder mehrere davon).
Und dann sind es meist auch noch Low-ESR-Typen.

 

[torcman]

nicht bei Verpolung vor der Schaltung

wie kann zu einer Verpolung kommen?

Milionen/Miliarden von Elektronik-Geraeten vertrauen auf die Verpolugssicherheit der Stecker. Angefangen von USB ueber Netzadapteranschluesse bei Laptops ect ect bis Pedelec Steckern (BionX Bosch Xion) oder auch privaten Extender mit XT-60. Eine Umkehr-kurzschluss-diode plus Sicherung im Akku reicht fuer den Fall, dass bei mir noch nie aufgetrentten ist (benutze XT-60)

Die Controller sind wohl meist so einfach gebaut, bzw. der dicke Elko einfach an Ubat, der parallel zur Endstufe hängt (oder mehrere davon).

ja, weiss ich,

wenn man die 150 und mehr mOhm plus Kabel eines Akku um 2-3mOhm eines Startup_MOSFETs in dem Controller erweitert, waere die Sache erledigt. Das machst Du jetzt innen drin, OK.

 

[Thisamplifier]

XT90S

Bei dieser verpolungssicheren Steckverbindung ist der Antiblitz schon drin und ich spare mir den Aufwand.

Gruß

Bernhard

 

[e-doc]

wie kann zu einer Verpolung kommen?

Falsch angelötete oder schlechte/falsche Stecker. Mir noch nicht passiert.

Milionen/Miliarden von Elektronik-Geraeten vertrauen auf die Verpolugssicherheit der Stecker.

Ja, auf jeden Fall.

...fuer den Fall, dass bei mir noch nie aufgetrentten ist (benutze XT-60)

Sag niemals nie (besonders, wenn auch fremde Leute mit dem Bike fahren)...

XT90S
Bei dieser verpolungssicheren Steckverbindung ist der Antiblitz schon drin und ich spare mir den Aufwand.

Die sind mir eigentlich zu fett für max. 15-20A.

 

[Christian]

Bei dieser verpolungssicheren Steckverbindung ist der Antiblitz schon drin und ich spare mir den Aufwand.

Nicht, wenn Du einen Hauptschalter schützen möchtest.

Gruß,

Christian

 

[Schwipp]

Wie schaltet denn ein BMS bei Unterspannung unter Last den Strom ab?
Da muss das Problem doch gelöst sein, d.h. es muss schnell abgeschaltet werden.

Und was ist mit IGBTs IRGP30B60 ? kann 30 - 60 A, 600 V, aber zum Spannungsabfall im Transistor finde ich nichts.
Seite 12:
Der IGBT verhält sich eingangsseitig wie ein Anreicherungs-IG-FET und ausgangsseitig wie ein Bipolar-Transistor. Da zwischen Collector und Basis der FET eingeschlauft ist,kennt der IGBT keine harte Sättigung und kann somit relativ schnell ausschalten.
https://home.zhaw.ch/~hhrt/EK1/LeistungsFETundIGBT/LeistungsFETundIGBT.pdf

 

[Christian]

Das ganze ist keine Frage der physikalischen Eigenschaften des MOSFETs, sondern eher eine Frage der Ansteuerung. Der Elko macht halt nicht nur das Einschalten (gewünscht) langsam, sondern auch (ungewünscht) das Ausschalten.

Gruß,

Christian