Probleem: Wireless Power Transfer

Voor demonstraties ben ik bezig een eenvoudige schakeling voor Wireless Power Transfer te maken:

http://www.uploadarchief.net/files/download/resized/witricity_schematics_problem_resized.jpg

Op zich functioneert de schakeling zoals hier getoond, maar er doen zich een aantal grote problemen voor.

Ik kan deze schakeling met de 4069 op max 7,5 V laten draaaien, maar met een hogere spanning gaat het fout. Dan slaat de oscillator op hol en begint op een boventoon te oscilleren. De mosfet die toch al kokend heet wordt, begint dan te stomen.

Met de 40106 kan ik de schakeling op 12V stabiel laten draaien, maar de mosfet kookt na een korte periode.

De energie overdracht werkt met de 4069 over een maximale afstand van ca. 15-20 cm, met de 40106 tot zo'n 25 cm.

De 1N4148 was nodig om de blokgolf stabiel te krijgen. Zonder deze diode was de blokgolf na de eerste buffer al vervormt. Er kwam een rare dip in te zitten, en na de 4x buffer was het een puinhoop. Met de diode ertussen blijft de blokgolf uitstekend van vorm.

De 4069/40106 (en andere geteste IC's) draaien op 5V gestabiliseerd. Ik gebruik meerdere ontkoppelings C's van 100nF, met eentje vlak bij de +V van het IC.

Waarom wordt een mosfet die meer dan 100W aan kan, een lage Ron heeft, al bij 7V veel te heet, en kookt bij meer dan 9V???

Waarom is er zoveel terugwerking op de blokgolf vanaf de 2e buffer van de 4069?

Waarom slaat de oscillator boven de 7,5V op hol, terwijl deze toch echt niet meer dan 5V krijgt???

Is het mogelijk dat de mosfet op een hogere frequentie parasitair oscilleert, en zo ja, hoe dat te bepalen/verhelpen???

Is er mogelijk iets fout met de 2mH smoorspoel???

Bij voorbaat dank voor suggesties, tips en hulp!

Hoi,

De Ron is alleen van toepassing als de fet helemaal geschakeld is, maar niet tijdens de flanken van het schakelen.
De diode zal hier een belangrijke oorzaak in hebben, de gate van de fet moet zich over de 1K weerstand ontladen, dat gaat te langzaam bij hogere schakelfrequenties.

Een fet moet in deze toepassingen altijd "hard" gestuurd worden, dus vanuit een bron die flink wat stroom in de gate kan stoppen, en ook weer snel eruit kan trekken.
Reken op een gate laad en ontlaad stroom van >100mA

Ik omschrijf het een beetje plastisch, maar anders kan ik het niet omschrijven

Arco

Special Member

Werken dit soort systemen meestal niet met een kleine terugkoppelwikkeling in de basisleiding?

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Op 8 april 2013 22:44:46 schreef minimax:
Een fet moet in deze toepassingen altijd "hard" gestuurd worden, dus vanuit een bron die flink wat stroom in de gate kan stoppen, en ook weer snel eruit kan trekken.
Reken op een gate laad en ontlaad stroom van >100mA

Ja, ik zie in dat hier een probleem ontstaat! Dan zou ik na de buffers net als in een MW-zender een stuurtrap moeten toepassen.

Mijn voeding kan op zich niet meer dan 1A leveren. Maar ik zie in de gevallen dat ik het uiterste uit de schakeling haal, de spanning zo'n 0,5-2V zakken.

Arco: Wat betreft de terugkoppelwikkeling, dat weet ik werkelijk niet. Ik heb enkel maar naar "simpele" schakelingen gekeken. Ik had gehoopt dat ik deze foutloos kon laten draaien, maar zie in dat ik beter een goede middelgolfzender-schakeling kan kiezen, dan stijgen de kansen op succes hopelijk.

In ieder geval al vast bedankt!

Nog afgezien van het veel te langzaam ontladen met die 1k weerstand, gaat die MOSFET ook niet echt lekker open met maar 5V op zijn gate.

Het je dat kristal echt nodig? Met een 555je kun je ook wel op 500kHz komen, en die kan 200mA sourcen en sinken.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Ik zou voor die gatespanning zeker 12 of 15 volt pakken. De datasheet geeft aan dat de treshold spanning van de mosfet tussen de 2 en 4 volt ligt. Dat is pas het punt vanaf waar de mosfet begint met opengaan.

Als je in de datasheet kijkt naar figuur 5 zie je dat de mosfet bij 5 volt al snel verzadigd is. Als je de lijn van 10 Volt bekijkt is het al stukken beter.

Spanning staat en stroom gaat!

Je MOSFET MOET meer dan ca. 6V Gate-source-spanning hebben, anders gaat-ie niet vol in geleiding. overigens heb je bij 455 kHz ca. 200mW gate-stuurvermogen nodig, dat kan een 4069 of welk ander TTL- of CMOS-chipje dan ook NIET leveren. Gebruik voor die MOSFET een goede driver, bijv. de TC4427, die kan ca. 1,5A

Zorg er ook voor dat je LC-kring precies afgestemd is op resonantie.
Ook de afnemende kring moet goed afgestemd zijn op resonantie. Bedenk ook dat door de koppeling de resonantiefrequentie kan verschuiven.

de 2mH smoorspoel zou je zover kunnen aanpassen dat de Drain-Source-capaciteit van de MOSFET resonant is met de 'smoorspoel' dat levert een hogere spanning aan de seriekring op, daardoor kan daar meer stroom lopen.
Kijk bijvoorbeeld eens hoe een klasse-E/F-eindtrap voor de middengolf is opgebouwd, je gebruikt hetzelfde principe.

@SparkyGSX: tja, echt nodig...dit is een schakeling die in de datasheets wordt vermeld, dus beproefd. En de ceramische resonatoren had ik liggen, dus was het een makkelijke oplossing..dacht ik...

Dat met de 555 ga ik hopelijk vanavond testen.

@meander: ja, duidelijk, ik heb gisteravond een andere mosfet erin gezet, de IRLIZ24 met een lagere Vgs en lagere Qg. Maar ik denk dat de aansturing van mij principieel fout is, want ook deze mosfet wordt kokend heet.

@DC2PCC: dat is ook erg duidelijk. Ik heb al gekeken, dat wordt een bestelling want zoiets heb ik niet liggen. Ik zie dat Futurlec de TC4426/7/8 voor $1,20 verkoopt. Dit lijkt mij het proberen waard.

De suggestie de smoorspoel te laten resoneren is ook nuttig. Daar had ik niet aan gedacht.

Prachtig, bedankt, ik kan weer verder met het experimenteren!

Voor demonstraties van draadloze energie overdracht kan ik deze aanraden.

LC-tank circuit resoneert automatisch op zijn resonantiefrequentie dmv een Royer-oscillator. Zeer eenvoudig ook nog.

Ik gebruik hem zelf voor demo's en een aangepaste versie voor draadloze energie overdracht voor een propeller klok

Het op hol slaan kan veroorzaakt worden door terugwerking van je zendkring op je oscillator.

En de 2mH spoel kan in verzadeging raken boven een bepaalde spanning, waardoor eer een vrij grote stroom kan lopen. Enig idee hoeveel stroom het geheel opneemt?

@kris van damme: ik neem aan dat je gelijk hebt, maar is dat normaal op slechts 455 KHz? Gebeurt dat direct via het IC of is een kort printbaantje al voldoende om het signaal op te pikken ondanks de lage frequentie?

Aangezien de voeding een LM2575 is, zou deze maximaal 1 ampere mogen leveren.

@Nburgmeijer: inderdaad, leuk uitgevoerd, maar voor mij niet van toepassing. Ik maak een 5-in-1-kast experiment rond het thema magnetisme/spoelen. Dat laat zich in dit geval het beste doen door een nogal grote spoel op een Ø 80mm plexiglasbuis met ca. 35 wdg. dik draad. Dan kan ik ook magneetvelden (noord-zuid/zuid-noord) demonstreren, en tevens inductie van stroom dmv een magneet bij de spoel.

Henry S.

Moderator

Een IRF510 is gemakkelijker aan te sturen, en ik heb het zelfs met IRF530's gedaan, maar een een IRF840 heeft een aanzienelijk grotere gatecapaciteit.

Je kan ook IRF610/710 of 810 proberen, maar kwa spanning voldoet de IRF510 al.

Twee documenten over klasse D/E/F:
http://www.webklik.nl/user_files/2011_03/234396/_ClassDEF1.pdf
http://www.webklik.nl/user_files/2011_03/234396/_ClassDEF2.pdf

73's de PA2HS - ik ben een radiohead, De 2019 CO labvoeding.

beste Ron,

Je doet wel aan vermogenoverdracht hé. De uitgestraalde veldsterkte is waarschijnlijk vrij groot, zeker dicht bij de zendspoel en dat slaat in op alles wat errond zit. Het kan zelfs zijn dat de 1N4148 dit vrolijk gelijkricht en zo een negatieve bias op de fet veroorzaakt, waardoor een goede geleiding in het gedrang komt. is het oscillator circuit stabieler waneer de 155µH spoel is losgekoppeld? (Let daarbij wel op van de mogelijke flyback spanningen van de 2 mH spoel) Waarom voed je de 4069/40106 niet met een hogere spanning? wordt hij sneller van .Heb je gemeten een scoop?

@ Henry S.
Hieruit begrijp ik dat ik hopeloos verkeerd zit met mijn mosfets. Ik ben beter af met de IRF510. Ik kan uiteraard ook de TC4427 zoals door DC2PCC voorgesteld proberen, maar dat is een omweg.

Bedankt voor de links, die waren interessant!

@kris van damme
Het ging al fout voordat de 1N4148 werd gebruikt. Maar zoals je stelt, er wordt redelijk wat vermogen uitgestraald. Duidelijk is er "iets" dat dit niet leuk vind. Misschien in het ergste geval de oscillator in een metalen kastje monteren!?

Ik ben begonnen met de 4069/40106 op 12V en de mosfet op 15V, maar dat ging uiteraard fout. Toen ben ik overgegaan naar de configuratie zoals in mijn eerste bijdrage beschreven.

Ik moet overigens wel toegeven dat mijn spoel groot is, en de test-opstelling is waarschijnlijk niet de allerbeste. Aan de andere kant heb ik vergelijkbare schakelingen gezien die allemaal zonder afscherming schijnen te kunnen werken.

EricP

mét CE

Ik zou een fatsoenlijke FET driver pakken. niet zelf gaan lopen frutten met vage bedenksels. Gewoon, hard aansturen. Daar hebben knappe koppen over nagedacht. Aardige kans dat als je je aan de datasheet van die driver houdt, die fet opeens een stuk koeler is.