72V 500A 16KHz PWM versterker

Ik zou graag een 16KHz PWM signaal van een 68HC11 via optocouplers gebruiken als controller voor een elektromotor van 72 Volt zonder ompoling (1 draairichting). 500A is een mogelijke piekbelasting voor enkele seconden, continu belasting verwacht ik in de buurt van 150A.

Ik gebruik de 68HC11 altijd voor kleine robot projecten, maar zou nu ook graag het een en ander kunnen programmeren in een elektrische auto conversie.

Kent iemand wellicht een voorbeeld schakeling (MosFet / OpAmps ?)?
En wat voor type's zouden hiervoor in aanmerking komen ?

Of waar moet ik (behalve de zorgvuldig gebouwde koeling en zekering) rekening mee houden ?

Is dat een processor van conrad, of vergis ik me nu. Als dat wel zo is kom je niet aan de 16KHz, dat is max 2KHz of zo iets.

http://nl.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?m...nge=MOSFET Power Modules#breadCrumb

Hier heb je wat mosfet's, even naar beneden scrollen.
Een paar paralel zetten, er staan ook data sheets bij.

Je moet het zeker afzekeren, en de stroom meten en het geheel afschakelen bij overstroom.
En het geheel goed koelen natuurlijk.

stroom meten kan je hier mee doen.
http://pdf.dzsc.net.cn/ACS/ACS755SCB-200.pdf

En hier zijn ze eventueel te koop.

http://nl.farnell.com/allegro-microsystems/acs755scb-100-pff...dp/1521725

Oh oh, nooit gekeken naar de max frequentie van de pwm pin.
Ik heb ooit een hele serie 68HC11's gekocht, geen idee meer of dat toen bij Conrad was. De processor draait op 4 MHz, volgens mij stel je de pwm in door te delen en een patroon in een register te zetten, maar ik zal voor de zekerheid even zoeken of ik zo de 16KHz inderdaad wel haal, dank je wel Lambiek (even mijn haar checken).

Ik vond dit schema van een open source controller:


Maar die IRPF4668PBF mosfet's hebben overal een levertijd van een maand of wat.

Dank je wel voor de link naar rs-online.

Enig idee of ik in de problemen kom als ik in bovenstaand schema 5 van deze mosfet's parallel monteer Of moet ik dan nog meer aanpassen ??
http://nl.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?m...&R=0193616

Ik heb eerlijk gezegd geen idee hoe ik de gewenste capaciteit van de condensators bepaal.

Er komen zekeringen tussen alle accu's.
En ik wil een intrusion beveiliging zodat bij een botsing ook de stroom afgesloten wordt.

Die Open Source controller gebruikt een LEM HASS 300-S als Hall sensor voor het checken van de overbelasting maar dank voor de link met beschikbare sensors, de beschikbaarheid van dit soort onderdelen blijkt vaak de grootste uitdaging.

Ik zal een temperatuursensor toevoegen op de koelplaat die actief gekoeld wordt met 2 kleine blowers.

Ik las dat het verstandig is om bij het aanzetten de condensators tijd te geven op te laden voordat de mosfet's aangestuurd worden met het pwm-signaal om de totale stroom bij het wegrijden binnen de perken te houden.

Iemand nog meer ideeen waar ik rekening mee zou moeten houden ?

MOSFET's voor zulke stromen parallel zetten is een beetje vragen om problemen, omdat ze nooit op hetzelfde moment gaan geleiden en sperren. Het kan op zich wel hoor, maar er zitten wat addertjes onder het gras.

Je zou ook een IXFN200N10P kunnen nemen, kost 22.50 euro bij Farnell, en die kan 100V / 200A goed hebben. Misschien dat die 100V wat aan de krappe kant is, je zult zelf moeten bekijken wat de spanning maximaal kan worden, en daar nog een marge op moeten nemen.

Voor de gate driver kun je het beste een IC nemen die daar voor bedoelt is; ik vond er laatst een van Zetex die 9A piek deed.

Voor de condensators zul je waarschijnlijk wel een inrush current limiter moeten voorzien.

Let ook op met de bandbreedte van de optocoupler; die dingen zijn vaak zo traag als dikke str*nt.

@Lambiek: ik heb even in de datasheet gespiekt, en volgens mij heeft dat ding gewoon een output compare register op een van de tellers, dus het lijkt me sterk dat hij de 16kHz niet zou halen op 8 bit (of zelfs 9 bit). Als je een software PWM signaal wilt genereren niet, nee, dat lijkt me nogal logisch, maar wie doet dat nou in software? (als het niet noodzakelijk is)

@ etlaare.
Als je Lambiek kent weet je dat die maar een paar sprietjes heeft staan.

Wat die processor betreft, die kon je toen kopen bij conrad, en die hadden er hun eigen protocol ingezet dan kon je die dingen ook grafisch programeren. Maar ik denk dat jij de goede hebt, dus geen probleem.

@ SparkyGSX
Die mosfet's paralel moet geen probleem zijn, dat wordt zo vaak gedaan kijk eens naar de driver van een vorkheftruck, daar staan er wel een stuk of 12 tot 20 paralel.

De LT1336 is een goede gate driver, die ook tot 100% PWM kan (EDIT ik zie net dat je 72V moet hebben, deze kan max 40V). Dat kunnen de meeste niet, daar moet je wel opletten mocht je dat willen. Je elco's ook zo dicht mogelijk bij de mosfets zetten. De HCPL2630 zijn ook mooie opto's die kunnen makkelijk 20KHz schakelen.

Je hebt ook speciale stroom meet ic's die je over je PCB spoor kan plaatsen. Die dan via magneet velden de stroom meet.

[Bericht gewijzigd door Jeroen13 op 30 november 2009 20:13:26 (18%)]

holy bamibal .. 500A is niet misselijk.

Ik zou eens kijken naar IGBT-bricks die zo her en der worden aangeboden, dat lijkt me net wat praktischer.

@DJJeroen: waarom zou een low-side FET driver niet 100% open kunnen, en waarom zou die bestand moeten zijn tegen de volledige voedingsspanning? We hebben het niet over high-side drivers, en de TS wil geen volledige brug maken.

@Lambiek: dat het kan wil niet zeggen dat het zonder meer altijd goed gaat. Het kan zeker... als je weet wat je doet.

Op 30 november 2009 20:30:13 schreef Sine:
holy bamibal .. 500A is niet misselijk.

Ik zou eens kijken naar IGBT-bricks die zo her en der worden aangeboden, dat lijkt me net wat praktischer.

yummy bami.. als de bal maar niet uit elkaar spat.

Ik heb wel eens gezocht naar IGBT's en lijkt me prachtig, maar heb toen behalve erg prijzige versies nooit een geschikte gevonden. Maar ik hou me aanbevolen voor goeie bronnen. Dat zou dan wel bijna waterkoeling moeten worden als het zo dicht op elkaar zit niet ?

Op 30 november 2009 18:46:22 schreef SparkyGSX:
MOSFET's voor zulke stromen parallel zetten is een beetje vragen om problemen, omdat ze nooit op hetzelfde moment gaan geleiden en sperren. Het kan op zich wel hoor, maar er zitten wat addertjes onder het gras.

Je zou ook een IXFN200N10P kunnen nemen, kost 22.50 euro bij Farnell, en die kan 100V / 200A goed hebben. Misschien dat die 100V wat aan de krappe kant is, je zult zelf moeten bekijken wat de spanning maximaal kan worden, en daar nog een marge op moeten nemen.

Voor de gate driver kun je het beste een IC nemen die daar voor bedoelt is; ik vond er laatst een van Zetex die 9A piek deed.

Voor de condensators zul je waarschijnlijk wel een inrush current limiter moeten voorzien.

Dank voor deze aanbevelingen.
Ik had inderdaad al wel gehoord van problemen met oscillerende Mosfet's en ik hou niet zo van addertjes...

100V is op het randje, maar 200A bij het wegrijden op een helling lijkt me erg spannend.

De MIC4451 driver in dit schema doet volgens mij wel tot 12A

inrush current limiter ga ik even opzoeken en op studeren ...

Op zich is een inrush current limiter niet zo moeilijk, je kunt een weerstand nemen die je met een relais of zo overbrugt, maar met zulke stromen zijn simpele dingen al snel niet simpel meer.

Dit is zoals andere EV-rijders het soms handmatig doen, ik wil het door de microcontroller geautomatiseerd laten gebeuren bij het aanzetten.

En inderdaad, er komen veel dingen onverwacht de hoek om kijken om rekening mee te houden bij deze grote stromen.

Heeft iemand ervaring met IGBT's ?

Stel dat ik zoiets zou willen gebruiken:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/fuji/1MBI600PX-140.pdf
Heeft iemand enig idee hoe mijn eerdere schema er dan uit komt te zien ?
Vooral de koppeling van de E's in het equivalent circuit baart me zorgen want volgens mij wil je die in een electrische auto juist gescheiden houden.



Ik dacht dat de Insulated van IGBT's juist betekende dat het volkomen lost stond van elkaar

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 1 december 2009 01:09:28 (45%)]

De Gate is toch insulated?

@ etlaare :

-moet dit 16 khz zijn????
-indien 10 khz ook kan, ik heb nog een "hoop" SKIIP modules liggen, 1700 volt, 500 A met stroommetiong en ingebouwde driver

als er interesse is hoor ik het wel
http://www.semikron.com/internet/ds.jsp?file=A06_index.html&...sekNav=228

Voor zulke stromen kunnen IGBT's wel eens interessant zijn, omdat de geleidingsverliezen daarbij wat kleiner zijn. Deze lopen namelijk niet kwadratisch op met de stroom, zoals bij MOSFETs, maar bijna lineair met de stroom. Welk onderdeel netto de minste verliezen geeft, is natuurlijk afhankelijk van de verzadigingsspanning van de IGBT en de Rdson van de FET, dus dat zul je moeten uitrekenen.

Een nadeel van IGBT's is dat ze relatief traag sperren, en de schakelverliezen daardoor groter worden.

@on7nh: leuk spul! Die 1700V is wel een beetje overkill, maar op zich zou het verder wel moeten werken, lijkt me. Zit daar al een seriediode in? Welk type is het precies, ik zie er 2 met die specs.

Deze Precies....
http://www.semikron.com/internet/ds.jsp?file=1047.html

die gaat nooit op 10 kHz werken, dan smelt het silicium vanwege de schakelverliezen.
de in het datablad ook genoemde 1 kHz komt eerder in de richting.

Daarbij zie ik een Vce_sat van 4,3 volt bij 75°C junctietemperatuur.
bij 500A zijn dat dan al dik 2kW geleidingsverliezen, dat betekent idd. waterkoeling om die af te voeren.

een 600 volt IGBT zal het beslist een stuk beter doen in deze toepassing. (als het niet gewoon met een handjevol MOSFET's opgelost kan worden)

Pas als de parallelschakeling van de MOSFET's een on-weerstand van meer dan 8,6 mOhm heeft is de hier genoemde IGBT kwa verliezen gunstiger.

Overigens is het geen enkel probleem MOSFET's parallel te schakelen, in de praktijk wordt dat veel gedaan. je moet alleen wel opletten dat de impedantie van de drain en source aansluitingen voor alle devices gelijk is, om een juiste troomverdeling te waarborgen. Daardoor dat MOSFET's een PTC-gedrag hebben zal de warmste MOSFET de minste stroom trekken en dus niet verder opwarmen (omgekeerd dus als bij BJT's, waar de heetste tor de meeste stroom trekt)

wat het oscilleren betreft, dit is dan weer te onderdrukken door de looptijden van de gate-leidingen alle gelijk te houden, en natuurlijk niet zo akelig snel schakelen die MOSFET's(steile flanken vermijden)

Op 1 december 2009 01:11:05 schreef Henry S.:
De Gate is toch insulated?

ohoh.. ja..* bloos* het was midden in de nacht .. is dat een geldig excuus ?

Op 1 december 2009 08:02:33 schreef on7nh:
@ etlaare :

-moet dit 16 khz zijn????
-indien 10 khz ook kan, ik heb nog een "hoop" SKIIP modules liggen, 1700 volt, 500 A met stroommetiong en ingebouwde driver

als er interesse is hoor ik het wel
http://www.semikron.com/internet/ds.jsp?file=A06_index.html&...sekNav=228

De 16KHz is gekozen omdat je het anders zo hoort piepen. Mijn welliswaar oude oren horen 10KHz denk ik nog wel.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 2 december 2009 19:04:32 (54%)]

Waarom zou je niet op b.v. 200 of 500Hz kunnen PWM'en? Het geluid wat door magnetostrictie en het 'rammelen' van bekabeling tgv de magnetische velden gemaakt wordt kun je door een doordachte opbouw best binnen de perken houden, en het stelt niets voor vergeleken met een brandstofmotor.

Bovendien, 16kHz blokken @ 150A, volgens mij gaat dat aardig stralen en storen. Lange en middengolf ontvangst kun je wel vergeten in de omtrek van zo'n vehikel. Vraag me af wat EZ-AT (wat vroeger de Radio Controle Dienst heette) daarvan vindt. Verder ga je bij die frekwentie ook serieus last krijgen van het skin effect...

Op 1 december 2009 09:13:53 schreef DC2PCC:
die gaat nooit op 10 kHz werken, dan smelt het silicium vanwege de schakelverliezen.
de in het datablad ook genoemde 1 kHz komt eerder in de richting.

Daarbij zie ik een Vce_sat van 4,3 volt bij 75°C junctietemperatuur.
bij 500A zijn dat dan al dik 2kW geleidingsverliezen, dat betekent idd. waterkoeling om die af te voeren.

een 600 volt IGBT zal het beslist een stuk beter doen in deze toepassing. (als het niet gewoon met een handjevol MOSFET's opgelost kan worden)

Pas als de parallelschakeling van de MOSFET's een on-weerstand van meer dan 8,6 mOhm heeft is de hier genoemde IGBT kwa verliezen gunstiger.

Overigens is het geen enkel probleem MOSFET's parallel te schakelen, in de praktijk wordt dat veel gedaan. je moet alleen wel opletten dat de impedantie van de drain en source aansluitingen voor alle devices gelijk is, om een juiste troomverdeling te waarborgen. Daardoor dat MOSFET's een PTC-gedrag hebben zal de warmste MOSFET de minste stroom trekken en dus niet verder opwarmen (omgekeerd dus als bij BJT's, waar de heetste tor de meeste stroom trekt)

wat het oscilleren betreft, dit is dan weer te onderdrukken door de looptijden van de gate-leidingen alle gelijk te houden, en natuurlijk niet zo akelig snel schakelen die MOSFET's(steile flanken vermijden)

Die 1MBI600PX schakelt een stuk sneller en de switching loss bij 200A lijkt toch nog binnen de perken ? Maar die saturation is wel een goed punt en zo te zien hebben bijna alle IGBT's daar wel meer of minder last van, een grafiek om te zien hoeveel dat 200A zou zijn had nog wel interessant geweest, want 500A wil ik zeker niet continu. En tja, waterkoeling... ik ga eens in de rondte kijken, verwarming van een elektrische auto is ook nog een intressante discussie (euhh.. niet serieus op in gaan op de verwarming hoor...). Om nog maar te zwijgen van de veranderende eigenschappen bij spanningsverliezen van de accu's. Ik weet niet eens of ik daar nog wel eerlijk mee kan rekenen.

Ik zit alweer op de wip nu tussen een IGBT en MOSFET's met een mooi geloodgieterde opbouw (of heet dat nog steeds gewoon solderen?).

600 V 500A IGBT's heb ik net even naar gezocht, schakelen allemaal lekker snel, maar ik val dan meteen weer in de "no stock" categorie zo te zien ...

Van die 1MBI600PX vond ik een goedkoop exemplaar op e-bay, ik maak er denk ik een proefopstelling mee, maar tja, die koeler wil je eigenlijk maar een keer maken.

Ik vind het wel een heerlijke discussie zo, tussendoor dus alvast iedereen erg bedankt voor het meedenken.

Op 1 december 2009 11:38:36 schreef joopv:
Waarom zou je niet op b.v. 200 of 500Hz kunnen PWM'en? Het geluid wat door magnetostrictie en het 'rammelen' van bekabeling tgv de magnetische velden gemaakt wordt kun je door een doordachte opbouw best binnen de perken houden, en het stelt niets voor vergeleken met een brandstofmotor.

Bovendien, 16kHz blokken @ 150A, volgens mij gaat dat aardig stralen en storen. Lange en middengolf ontvangst kun je wel vergeten in de omtrek van zo'n vehikel. Vraag me af wat EZ-AT (wat vroeger de Radio Controle Dienst heette) daarvan vindt. Verder ga je bij die frekwentie ook serieus last krijgen van het skin effect...

Ik vind het wel een irritant geluid.

Heb ik bij DC pwm en een paar grote condensators nog steeds een wisselflux ?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 2 december 2009 19:05:04 (14%)]

Op 1 december 2009 11:55:45 schreef etlaare:
....
Ik zit alweer op de wip nu tussen een IGBT en MOSFET's met een mooi geloodgieterde opbouw (of heet dat nog steeds gewoon solderen?).
.....

Daar zal weinig "gesoldeer" aan te pas komen, vastbouten lijkt mij meer voor de hand liggend
Ik hoop maar dat je enige ervaring hebt met dergelijke schakelingen.

En vergeet de smoorspoelen niet!

@etlaare...

als je er echt mee wil spelen, ik geb er nog wel een 10 tal 'in stock' liggen,

let wel, je hebt er 2 nodig voor een complete H brug

Op 1 december 2009 12:26:36 schreef MGP:
[...]
Daar zal weinig "gesoldeer" aan te pas komen, vastbouten lijkt mij meer voor de hand liggend
Ik hoop maar dat je enige ervaring hebt met dergelijke schakelingen.

En vergeet de smoorspoelen niet!

Een loodgieter gebruikt tegenwoordig ook vooral knelkoppelingen.
En nee, met zulke grote stromen heb ik weinig ervaring, maar bij de eerder genoemde Open Source mosfet schakeling is een hele uitgebreide handleiding inclusief video's (ook over het solderen van die mosfet's ), daar kom ik wel mee weg.

Waar zou ik een smoorspoel willen ?

Op 1 december 2009 12:50:02 schreef on7nh:
@etlaare...

als je er echt mee wil spelen, ik geb er nog wel een 10 tal 'in stock' liggen,

let wel, je hebt er 2 nodig voor een complete H brug

Dank voor het aanbod, maar ik wil wel meteen met 16KHz testen.
Ik ga wel met de 1MBI600PX aan de gang. Of bedoelde je dat je er daar ook een aantal van hebt ?

En nee, de motor hoeft niet achteruit en is bovendien serial wound, ik heb geen H-brug nodig.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 2 december 2009 19:05:39 (28%)]

Bereken hier
http://www.calculatoredge.com/electronics/skin%20effect.htm
even wat het skineffect voor je doet op 16kHz. (minder dan 1mm van de buitenkant van je geleider wordt gebruikt).

Dat gaat dus over de wisselstroomcomponent die door je koper getransporteerd wordt.

geen dikke kabels gebruiken maar platte geleiders om zo groot mogelijk oppervlakte te creeren.

Ja zie het nu pas dat het geen H-brug wordt.

Hmm, ik had niet verwacht dat het skin effect bij zo'n lage frequentie toch al zo sterk zou zijn. Gaat dit alleen op voor massieve geleiders, of ook (bijna) 1:1 voor soepele kabels?