Anti Spark Switch

Hoi Allemaal,

Aangezien de meesten van jullie zoveel verstand en ervaring hebben met elektronica, zou ik graag hier nog een vraag stellen.

Voor een project ben ik op zoek naar een schakelaar. Deze schakelaar moet een hoge spanning (denk aan 36V) en een hoge stroomsterkte (40A) aankunnen. Daarnaast werkt het ook met een ESC.

Na wat research ben ik er achter gekomen dat er eigenlijk geen schakelaars bestaan die hier van zich zelf geschikt voor zijn. Een loopkey maken zou dan een goede optie zijn, maar ik vind een pushbutton toch mooier en ik ben dan ook opzoek naar manieren om dit toch mogelijk te maken.

Nou zijn er zogenoemde anti-spark switches op de markt, maar hier hoor ik nog wel eens van dat ze toch doorbranden.

Graag zou ik indien mogelijk dus zelf één maken, maar dan dus één die niet doorbrandt ;-)

Volgende post op een ander forum omschrijft het probleem. Helaas is het voor mij net te ingewikkeld. Zou iemand met mij mee kunnen denken over hoe ik dus een pushbutton zou kunnen maken die niet doorbrandt?

They blow because they are operating in linear mode during inrush. It’s a design limitation on every one I’ve seen so far except one.

Imagine a FET is a resistor with a variable resistance. When it’s “off” the resistance is [nearly] infinity and when it’s “on” the resistance is [nearly] zero. That’s all fine and dandy until you add capacitors to the load, like the filter capacitors on VESC and other ESCs. Right when it turns on, it’s effectively a momentary short circuit with [not really…] infinite current because the capacitors are empty. So what the antisparks do is they limit inrush current by turning on not from zero to full blast, but gradually over several milliseconds they ramp from [nearly] infinity to [nearly] zero ohms. It’s this period during the ramp that is the problem, the FET itself is taking almost the entire load due to Ohm’s law because the capacitors have effectively zero resistance to inrush. It’s said to be operating in “linear” or analog mode at this point, as opposed to “digital” mode where everything is either on or off with no in-between. This is extremely stressful to the junctions inside the FET and technically exceeding the design limitations for a very brief period of time. Each time it’s powered-on, it’s taking a tiny bit of damage.

The way to ameliorate this is much the same way a loopkey works – you have a “precharge” circuit where the nonzero inrush-limiting resistance is provided by an actual discrete resistor instead of the FET junction itself. So you have one FET with a resistor in series, typically a 5.6 ohm resistor, that is separate from the one or more FETs on the main power switch.

So in order of operation, you’d have a single FET turn fully on [nearly] instantaneously (digitally) with a resistor in series to charge the filter capacitors, then once the output voltage approached the supply voltage (meaning the capacitors are nearing full charge) then the main FET(s) turn on [nearly] instantaneously (digitally) to supply high-current power to the system. This is never operating in “linear” mode but is “fully digital” and will not suffer the incessant failures that plague the inrush-limiting Vedder design. The power limiting and heating is moved to a discrete resistor instead of burning off the energy inside the FET junction itself, which stays cool during inrush
.

bron: (https://electric-skateboard.builders/t/vedder-antispark-design-problem…)

Lambiek

Special Member

En een drukknop met een relais. Een Hella relais heb je met contacten tot 60A en meer.

Bijvoorbeeld een drukknop met een houdfunctie. Of een drukknop met een overname contact van je relais, maar dan heb je wel twee knoppen nodig. Een om je relais aan te zetten en één om je relais uit te zetten.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.
Lambiek

Special Member

Die had ik ook nog in gedachten, maar ik weet niet hoe groot het mag zijn.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Op 21 januari 2021 19:05:50 schreef unicornheadhunter:
Graag zou ik indien mogelijk dus zelf één maken, maar dan dus één die niet doorbrandt ;-)

Helaas ik kan je daarbij niet helpen. Ik ben tot de helft gekomen. "zelf maken", maar net niet het stuk "die niet doorbrand".

Je kan eens kijken of het ontwerp van Benjamin Vedder open source is. Die zou je kunnen kopen of zelf bouwen. Daar heb ik wel vertrouwen in.

Edit; Oh, dat HBM ding.... als ie echt 50mOhm is (ik neem aan dat 50M een verschrijving is voor 50mOhm), dan is dat bij 500A zo'n 25V en 12kW! Daar geloof ik dus niets van....

[Bericht gewijzigd door rew op 21 januari 2021 20:27:51 (16%)]

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Bedankt voor de reacties tot nu toe.

@lambiek Ik heb even gekeken naar een hella relais. Ik zie ze alleen maar tot 12v gaan. Dat is denk ik niet geschikt.

@EricN helaas ook maar max. 24V

Het liefst heb ik ook een power button zoals in de bijlage.

@Rew De engelse tekst die ik er bij heb staan, gaat over de anti spark switch ontwerp van vedder. Helaas schijnt dat ontwerp dus niet helemaald aan te sluiten op de toepassing.

https://flipsky.net/collections/accessories/products/anti-spark-switch…

Deze schijnt wel goed te werken. Ik zou het graag zelf maken, zodat ik mijn eigen buttons etc. kan uitzoeken. Maar helaas wordt het mij niet duidelijk wat voor componenten er worden gebruikt.

Op 21 januari 2021 19:05:50 schreef unicornheadhunter:
technically exceeding the design limitations for a very brief period of time.

Dat is niet perse waar, alleen als de ontwerper zijn werk niet goed heeft gedaan. Een MOSFET heeft een zogenaamde SOA: Safe Operating Area, en dat geeft aan welke stroom er mag lopen, bij een gegeven spanning over de MOSFET, en voor hoe lang. Alsnog ben ik geen voorstander van die constructie, want ik heb het ook al meer dan eens fout zien gaan.

De constructie met een tweede MOSFET, met een weerstand in serie, is een vrij simpele oplossing. Die 5.6 ohm vind ik wel erg weinig; in eerste instantie gaat er van 36V / 5.6R ~= 6.5A lopen, en op dat moment is de vermogen in de weerstand 230W. Je moet met een flinke weerstand komen, anders gaat die stuk, en daarna alsnog je MOSFETs. Ik zou die weerstand dus veel groter kiezen, eerder 56R of zo.

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

Special Member

Op 21 januari 2021 20:39:59 schreef unicornheadhunter:
@lambiek Ik heb even gekeken naar een hella relais. Ik zie ze alleen maar tot 12v gaan. Dat is denk ik niet geschikt.

Daar kun je wel iets op verzinnen dat het wel kan.

@EricN helaas ook maar max. 24V

Daar mag je gewoon 48V mee schakelen, doe ik in de scheepvaart ook.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Voor de contacten zal die 36V niet direct een probleem zijn, en voor de spoel kun je simpelweg een weerstand in serie zetten die 2x de weerstand van de spoel heeft, dan krijgt de spoel dus 12V.

Echter, het probleem van de grote inrush current blijft, dat is slecht voor de contacten van het relais, slecht voor de ESC, en mogelijk slecht voor het BMS.

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

Startrelais nemen van een 24v voertuig? Contractor van een golfkarretje?
Het is gekkenwerk om 40a gelijkstroom te schakelen met 'een schakelaar'

Solid state kan het met een dikke mosfet en een pwm controller die de inschakelstroom binnen de grenzen houdt. Grote kans dat dat compacter is.

Gewoon deze:

https://nl.aliexpress.com/item/32834678072.html?spm=a2g0o.productlist.…

Ik gebruik het nu al een paar jaar zonder problemen. De contacten kunnen die spanning van 36 volt heus wel hebben.

Als je nu verteld waar het voor is kun je beter geholpen worden. 36 volt voedingspanning is een beetje eigenaardige waarde. Je zult heel lastig een relais vinden met de juiste contacten en een spoelspanning van 36 volt.
Voor het genoemde relais moet je dus iets verzinnen om daar 12 volt van te maken. Desnoods plaats je drie 12 volt relais met de spoelen in series en de relais contacten parallel ofzo. Maar zonder meer te weten van de geheimzinnige toepassing val er weinig meer te adviseren of te zeggen.

Zoals gezegd, die spoelspanning zal het probleem niet zijn, maar ongeacht het formaat van de contacten blijft die inrush current schadelijk (minder naarmate die contacten lomper zijn natuurlijk), en blijft het opslingeren van de spanning bij het inschakelen slecht voor de ESC; de spanning kan kortstondig opslingeren tot 2x de voedingsspanning of meer.

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

Doet me denken aan die printjes voor puntlassen, andere firmware er in en je kan ze zo hergebruiken.

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

Ik heb even wat zitten tekenen:

Q1 stuurt hier alles aan; zodra die basisstroom krijgt, trekt hij eerste de gate van M2 omlaag waardoor die in geleiding gaat. Zolang er meer dan 0.7V over R1 valt, blijft Q2 in geleiding, waardoor de gate van M1 hoog blijft en deze spert. Als de condensator aan de uitgang (C1, die zit dus op de ESC) voldoende geladen is, gaat Q2 uit geleiding, waardoor de gate van M1 omlaag kan, en deze grote MOSFET gaat geleiden; op dat moment is alles klaar voor de grote stroom.

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

Wat een reacties allemaal! Bedankt hiervoor.

@Ex-fietser de toepassing wordt voor een elektrisch longboard. Het was niet de bedoeling om (te) geheimzinnig te zijn, haha. Misschien inderdaad dat iemand zelfs wel ervaring heeft met soortgelijk project.

@SparkyGSX bedankt voor de tekening. Ik zal er eens rustig naar kijken. Ik moet zeggen dat ik niet veel ervaring heb met zulke schakelschema's, dus daar moet ik echt wel de tijd voor nemen..

Ik snap niet waarom je vedder's oplossing afwijst. "Zelf doen, zelf leren" heb je meer aan als je probeert het zelf te ONTWERPEN. Het maken van iets wat 50-100A aankan is "tricky", het was vedder ook niet in 1x gelukt.

Volgens mij staan z'n ontwerp-files hier: https://github.com/vedderb/SparkSwitch inclusief schema.

Ik blijf van mening dat een "expres groot" miller-plateau een prima oplossing moet zijn. Geen gedoe met twee mosfets enz. Maar goed, ik kan niet bewijzen dat het werkt, nu even te druk om nog een keer aan de slag te gaan net als Sparky.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Toch heb ik al meerdere degelijke ontwerpen gezien die echte hoofdpijn dossiers werden, omdat de MOSFETs toch stuk gaan.

Dat ontwerp van Vedder is best wel K met P als je het mij vraagt; één van de MOSFETs zal eerder in geleiding gaan dan de rest door onderlinge verschillen, en die zal als enige gaan opwarmen, waardoor de Vgs(th) daarvan daalt, en daarmee nog meer gaat current hoggen.

Mijn ontwerp bevat wat meer onderdelen, maar op de weerstand na blijft het zelfs heel als de last kortgesloten is.

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

HA! Daar zeg je me wat! Ik denk dat je het probleem hebt gevonden!

Als je een condensator op de uitgang hebt (wat te verwachten valt), dan gaat ie rustig met constante dV/dt dus met een constante stroom die condensator opladen. Prima. Maar sluit je de uitgang op de een of andere manier kort, dan is er geen dV/dt, dus gaat ie in 1x aan! Knal!.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Nou ja, dan gaat er een hele grote stroom lopen, terwijl je die MOSFETs langzaam aan zet, en dat gaat zo langzaam dat je in de tussentijd kilowatts aan vermogen aan het opstoken bent.

Echter, ook zonder volledige kortsluiting gaan die MOSFETs af en toe stuk, zeker als de capaciteit vrij groot is. Misschien gaat het in sommige gevallen goed, met een kleine capaciteit en dikke MOSFETs, maar het is zeker geen triviale oplossing wat dat betreft.

Als je in mijn ontwerp en polyswitch of andere dergelijke PTC gebruikt voor die weerstand, gaat het gewoon in alle gevallen goed; in het ergste geval trekt het aangesloten apparaat zoveel stroom dat de grote MOSFET nooit ingeschakeld wordt, en dan wordt de PTC aangesproken. Het is natuurlijk de bedoeling dat het apparaat pas een significante stroom gaat trekken nadat het prechargen klaar is.

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

waarom geen SSR?

ik heb een e-scooter die de accustroom onderbrak met zijn contactslot. dat was natuurlijk stuk.
alle nieuwe contactsloten zijn er voor lage stroom. ik stuur met die sleutel nu een SSR aan die de accu aankoppelt.

tot 60V en 60A
https://i.ebayimg.com/images/g/LTUAAOSwuLZYy8EM/s-l300.jpg

ik hou van werken ..., ik kan er uren naar kijken

Omdat zo'n DC SSR weinig meer is dan een MOSFET met wat componenten er omheen, erg duur, groot en zwaar voor wat het doet, en het fundamentele probleem niet oplost: de hoge inrush current. Die SSR gaat ook nog wel een keer stuk, zeker als je een goede regelaar hebt met daadwerkelijk voldoende buffercapaciteit van goede kwaliteit.

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