Bauanleitung Einschaltstrombegrenzung ("Antiblitzschaltung")

Ich hatte vor einigen Wochen hier eine Schaltung vorgestellt, die den Lichtbogen beim Zusammenstecken von Batterie und Controller unterdrückt und somit den Abbrand an den Steckern verhindert. Der ursprüngliche Entwurf stammt von Segafredo, ich habe lediglich noch einen zusätzlichen Kondensator spendiert, um den Ladestrom zu begrenzen. Im Betrieb verhält sich die Schaltung aufgrund des sehr kleinen MOSFET-Kanalwiderstandes neutral. Im ausgeschalteten Zustand zieht sie keinen messbaren Strom.

Bauanleitung und Funktionsnachweis standen noch aus - was ich hiermit nachhole.

Schaltbild:



Stückliste:

• Elko 47 µF/ 25 V
• Widerstände 22 kOhm und 56 kOhm, 1/4 Watt
• MOSFET IRF 1405
• Schalter (z.B. Schiebeschalter, Kippschalter, Schlüsselschalter, ...)
• Platinenabschnitt (z.B. Streifenraster 14 x 7)

Die Streifenrasterplatine muss lediglich an einer Stelle mit einem Cuttermesser unterbrochen werden.



Danach werden die Teile bestückt (MOSFET zum Schluss).



Wer mag, kann den Schalter weglassen und die Schaltung fest mit dem Controller verbinden. Die Batteriekabel werden dann wie gewohnt gesteckt - nur dass es halt nicht funkt.

Eine Messung zeigt den langsamen Ladevorgang des Kondensators (Messung mit 36V-Bosch-Akku und JiaHeForest-Controller).



Aus dem zeitlichen Verlauf der Spannung über den Zwischenkreiskondensatoren und deren Größe (hier: 2 x 470 µF) lässt sich berechnen, dass der maximale Ladestrom wie gewünscht zwischen zwei und drei Ampere liegt. Andere Batteriespannungen und andere Controller führen zu abweichenden Ergebnissen.

Die Absicherung der Batterie muss zwischen Batterie und Antiblitzschaltung erfolgen, und die Schaltung muss komplett isoliert werden.

Viel Spaß beim Nachbauen.

Gruß,

Christian

Edit: Die Schaltung ist nicht zum Ausschalten unter Last geeignet (siehe den weiteren Diskussionsverlauf)

Edit: Zusammenfassung (Stand: 11/2017) und Linksammlung siehe https://www.pedelecforum.de/forum/i...g-antiblitzschaltung.3880/page-16#post-917988

 

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Ja, richtig.

Gruß,

Christian

 

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Je größer die Widerstände sind, desto schwieriger wird es, einen vernünftigen Gate-Source-Spannungshub hinzubekommen (wahrscheinlich bestimmt der MOSFET den Spannungsteiler dann mit). Es ist wichtig, sicher ausschalten zu können (U_GS möglichst niedrig) und gleichzeitig den MOSFET zwecks kleinem Kanalwiderstand im eingeschalteten Zustand in die Sättigung zu bringen (U_GS möglichst hoch).

Im ausgeschalteten Zustand verursacht die Schaltung keine messbaren Verluste, und im eingeschalteten Zustand sind ihre Verluste um Größenordnungen kleiner als die Verluste durch den Standby-Betrieb des Controllers. Welchen Sinn hätte da eine Änderung?

Die Schaltung kann sicher für andere Zwecke/Funktionalitäten abgewandelt werden, allerdings steigt dann auch die Komplexität.

Gruß,

Christian

 

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Nein, gerade das ist ja der Vorteil eines MOSFET gegenüber einem bipolaren Transistor.

Gruß,

Christian

 

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Bei 40 A liegt die Verlustleistung (rechnerisch/vereinfacht) bei unter 7 W. Ich würde es mit einem MOSFET und ausreichender Kühlung probieren. Mit zwei MOSFETs dürftest Du auf der sicheren Seite liegen.

Gruß,

Christian

 

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Vermutlich schon. Vergleiche die max. zulässige Gate-Source-Spannung des MOSFETs mit dem, was der Spannungsteiler aus Deiner Batteriespannung macht. Über das Schaltverhalten (d.h. den max. Einschaltimpuls) kann ich nichts sagen. Wenn der MOSFET schneller schaltet als der IRF1405, dann wird dieser Impus höher liegen.

Gruß,

Christian

 

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Der Schalter macht das eigentliche Problem nur "unsichtbar", denn der Lichtbogen entsteht trotzdem und verbrennt die Kontakte. Je nach Schalterkonstruktion wird dies früher oder später zum Ausfall führen. Auf dem Weg dahin wird wegen des erhöhten Kontaktwiderstandes ein Spannungsverlust auftreten, der bei hohen Fahrströmen den Schalter erwärmt und gegen Ende der Lebensdauer auch die Geschwindigkeit (leicht) verringert.

Wenn's bisher funktioniert, würde ich nicht unbedingt sofort wechseln, das ganze aber trotzdem im Auge behalten.

Gruß,

Christian

 

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Für Freunde der dreidimensionalen Löttechnik habe ich die gleiche Schaltung alternativ mal ohne Platine aufgebaut. Man benötigt dafür zwei Hülsen (z.B. Aderendhülsen 2,5 mm²) oder drei ruhige Hände.

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Zuerst werden die beiden äußeren Anschlüsse des IRF1405 auf Hülsenlänge gekürzt und der mittlere Anschluss komplett entfernt. Es sollte kein Grat stehenbleiben.

Das zum Controller führende Massekabel wird direkt mit der Kühlfahne verlötet (es besteht eine interne Verbindung zwischen dem mittleren - nun entfernten - Anschluss und der Kühlfahne). Dazu müssen zuerst das Kühlblech und dann das Kabelende verzinnt werden. Nach dem Abkühlen des MOSFETs werden beide miteinander verlötet.

Der Lötvorgang muss so kurz wie möglich gehalten werden, sonst gibt der MOSFET auf. Wenn es nicht so recht will: Absetzen, abkühlen lassen, Karma justieren, neu anfangen.

Während des Verzinnens/Lötens sollten die beiden noch vorhandenen Beinchen mit einer Zange gegriffen werden, um die Wärme während des Lötens abzuleiten.

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Nun werden der 22k-Widerstand, der Elko und das zur Batterie führende Massekabel zusammengesteckt. Die Hülsen werden durch die Anschlussdrähte etwas verspannt und halten das Konstrukt recht gut zusammen, so dass das anschließende Löten recht einfach ist. Beide Hülsen sollten nicht am MOSFET anstoßen, sondern etwas Luft zum Löten lassen. Zunächst wird nur der Source-Anschluss (das Beinchen mit dem schwarzen Kabel) verlötet - und zwar beidseitig der Hülse.

Dann folgt der Gate-Anschluss (das andere Beinchen). Vorher wird hier noch der 56k-Widerstand eingesteckt. Dessen Beinchen sollte durch die Hülse reichen, so dass hier nur von einer Seite aus gelötet werden muss. Die andere Seite soll dem Widerstand ruhig etwas Spiel ermöglichen, damit der dünne Draht nicht abbrechen kann.

Zum Schluss wird eine feine Steuerleitung an das freie Ende des 56k-Widerstandes angelötet. Ich würde dieses Kabel aus Sicherheitsgründen bewusst sehr dünn wählen.

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Nun müssen noch die Anschlüsse mit Schrumpfschlauch oder Isolierband gegeneinander isoliert werden, und es muss per Kabelbinder eine Zugentlastung für die Steuerleitung hergestellt werden.

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Dann kann das ganze eingeschrumpft/isoliert werden.

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Da das wasserdichte Verpacken einer solchen Schaltung in erster Linie dazu führt, dass das Wasser nicht mehr aus der Ummantelung heraus kann , rate ich stattdessen zu einer spritzwassergeschützten Montage. Außerdem muss die Schaltung so befestigt werden, dass kein Zug auf die Anschlüsse ausgeübt werden kann.

Anschluss:

• Die Schaltung ersetzt das Massekabel zwischen Batterie und Controller.
• Die Pluspole von Batterie und Controller werden separat verbunden.
• Das Steuerkabel wird über einen Schalter an den Pluspol der Batterie geführt (oder mit dem batterieseitigen Pluskabel fest verbunden, wenn nicht geschaltet sondern gesteckt wird).

Viel Spaß damit.

Gruß,

Christian

 

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Ich habe die entsprechenden Leiterbahnen dick verzinnt. Leitet zwar schlechter als Kupfer, aber bei den kurzen Strecken geht das in Ordnung. Die Plusleitung ist gar nicht unterbrochen, sondern nur punktuell verbunden.



Mir gefällt die kompakte Variante aber auch besser.

Gruß,

Christian

 

AW: Bauanleitung Einschaltstrombegrenzung ("Antiblitzschaltung")

Um die Schaltung einfach zu halten, würde ich die MOSFETs direkt parallel schalten (gleiche MOSFETs zwingend vorausgesetzt). Das ganze sollte so symmetrisch wie möglich aufgebaut sein, da sich zusätzliche Symmetrierwiderstände im Lastzweig verbieten. Zusätzliche Gatewiderstände wären zur Vermeidung von Schwingungen vielleicht sinnvoll. Dann wird's aber mit dem 3D-Aufbau schwieriger.

Ich würde es zunächst ohne zusätzliche Widerstände probieren.

Gruß,

Christian