Body diode N-Mosfet alternatief voor diode?

Gekke ideeen zijn vaak de interessantste.

De stroom die de body diode kan verdragen staat - als het goed is-in de datasheet. Dit is vaak een kortstondige stroom. In jouw toepassing moet ie langdurig lopen. Als er 0.7 volt over de diode valt terwijl hij geleidt, dan heb je bij 40A dus 28 watt dissipatie.

Dat is veel. Een schottkey diode dissipeert iets minder. Maar normaal gesproken wordt een powermosfet gebruikt en die wordt uitgeschakeld als de paneel spanning te ver daalt.

Als je een maximum power point tracking charger gebruikt dan zit daar vaak de blocking functie al in.

Hey Kojazz,

Beetje out of the box denken is altijd wel leuk!

Ik gebruik momenteel de SIR414DP n-mosfet https://www.vishay.com/docs/64727/sir414dp.pdf

Wat ik kan vinden in de datasheet (pagina 2, onderaan). Staat "Continuous source-drain diode current" = 50A.

Betekend dat ik dus constant 50A door die diode mag blazen?

Het nadeel van zo'n behuizing is dat je de koeling zult moeten aanpassen, een TO220 behuizing is veel praktischer en de opgewekte warmte blijft afhankelijk van de Vf x I.
Je hebt ook veel meer types in een TO220 behuizing.

Het voordeel van een FET misbruiken tov. een 'normale' diode ontgaat me. Feit is dat het gedissipeerde vermogen het product van spanning en stroom is. De stroom verander je niet door 'iets anders' als diode te gebruiken. De spanning wellicht. Een FET is wellicht interessant als je het ding ook daadwerkelijk gaat sturen, dan neemt de spanning erover (en dus de dissipatie) af.

Op 30 november 2021 09:21:30 schreef JoostNL:
Betekend dat ik dus constant 50A door die diode mag blazen?

Ja en nee.

Ja dat mag, mits je hem voldoende koelt.

Nee, dat gaat niet zomaar. Het ding heeft 2.8 mOhm RDSON. Dus bij 40A krijg je 112mV spanningsval dus 4.5W aan verliesvermogen. Dat is al een hele kluif om gekoeld te krijgen. Ik reken met SO8 / TO220 behuizingen op "max 1W" als "kan je makkelijk koelen". Meer kan, maar is niet "makkelijk".

Bij 40A zal die body diode ongeveer 1V aan spanningsval heben zoniet meer. (*) Dan hebben we het dus over 40W aan vermogen. De fabrikant van jou chip geeft aan dat als je de (onderkant!) van de case op max 70 graden houdt, dit zou moeten kunnen. Maar waar zij "max 53W" roepen, is dat met echt alle registers open om dat ding gekoeld te krijgen.

Mijn advies blijft: Daar waar mogelijk, probeer onder de 1W per component te blijven.

Je kan een "ideale diode" proberen te maken. Je stuurt dan de mosfet AAN als de diode zou moeten geleiden. Dit kan door ofwel heel nauwkeurig de spanning over de mosfet te meten, of "zo nu en dan" de mosfet uit te zetten en te controleren dat ie nog steeds geleidt.

Deze laatste methode wordt volgens mij gebruikt bij zonnepanelen. Je kan complete componeten kopen die dit doen.

(*) Helaas staat dat niet in het datasheet.

Als je de diode als blokkeerdiode gebruikt is deze overbodig, een zonnepaneel is een diode en er zal nooit een grote stroom andersom kunnen lopen, hooguit misschien 1 mA, dit hangt vanzelfsprekend natuurlijk af van de grootte van het paneel.
Dan moet je wel zorgen dat het zonnepaneel is gezekerd, omdat deze dan direct in verbinding staat met de accu.

En bovendien is deze methode om een accu te laden zeer slecht en bij een gesloten loodaccu levensgevaarlijk, de accu zal dan gewoon gaan ontploffen, gebruikelijk is om tot 13,5-13,8v continu te laden of 14,4v snelladen, bovendien heb je alleen al door direct een accu te sluiten op b.v. een 18v (12v) paneel zeker 30% verlies aan vermogen, en met die diode ook nog eens 5% dus in totaal wel 35%.

Als je de diode als blokkeerdiode gebruikt is deze overbodig, een zonnepaneel is een diode en er zal nooit een grote stroom andersom kunnen lopen, hooguit misschien 1 mA, dit hangt vanzelfsprekend natuurlijk af van de grootte van het paneel.

Sorry, maar dat is volgens mij niet juist. Het vervangingsschema van een zonnepaneel heeft de anode (+) van de diode aan de + en de cathode aan de -. De kniespanning van die diode is dan ongeveer gelijk aan de open klemspanning. Zie bijvoorbeeld https://www.sjelab.nl/Zonneenergie.htm .
Als je een externe spanning aanbrengt die hoger is dan de open klem spanning gaat er weldegelijk een stroom het paneel in lopen. (Heb ik ook net nagemeten op zo'n miniatuur paneeltje.)

Veel panelen hebben ingebouwde seriediodes en daar gaat zo'n stroom niet lopen. Maar dat hebben ze niet allemaal. JoostNL kan dus het beste even zijn paneel bekijken / testen / datasheet lezen of die blokkeerfunctie wel nodig is.

En bovendien is deze methode om een accu te laden zeer slecht en bij een gesloten loodaccu levensgevaarlijk

Wilde JoostNL een gesloten accu gebruiken? Er zijn inderdaad nog veel dingen te optimaliseren maar laten we hem niet overvoeren met informatie. Het gaat ook wel om het avontuur van het bouwen neem ik aan. Anders koop je gewoon zo'n kant-en-klare solar charger.

Op 30 november 2021 09:02:37 schreef kojazz:
De stroom die de body diode kan verdragen staat - als het goed is-in de datasheet. Dit is vaak een kortstondige stroom.

Dat is niet helemaal waar, bij een motorregelaar bijvoorbeeld kan de motorstroom bijna 100% van de tijd door de diodes lopen, als je geen synchrone rectificatie toepast. Er zijn genoeg moderne MOSFETs die continue een grote stroom door hun diode mogen voeren, mits je voldoende koelt, natuurlijk. Als er geen maximale tijdsduur bij staat, mag die stroom voor onbepaalde tijd lopen; bij moderne MOSFETs is die DC stroom gewoon gelijk aan de maximale dissipatie gedeeld voor de forward voltage. Uiteraard moet je wel deraten voor de werkelijke temperatuur, dus hoewel je zonder veel koeling kortstondig die maximale stroom kunt laten lopen, moet je de DC stroom lager houden, maar dat is dus een gevolg van de koeling en geen beperking van de diode zelf.

Er is een enorm verschil tussen de MOSFETs van 15 jaar geleden (zo'n beetje het hele assortiment van Conrad, EOO, etc.) en echte *moderne* MOSFETs. Bij die oude was de diode nog parasitair, met vaak hele slechte recovery prestaties en zo, maar de fabrikanten doen al geruime tijd hun best om die intrinsieke diode betere eigenschappen te geven, zodat je er zelf geen diode naast hoeft te zetten, en omdat grote recovery effecten EMC technisch vervelend zijn.

Het zou natuurlijk beter zijn als je de MOSFET kunt aansturen, dat geeft minder verliezen.

@REW: die 1W grens is ongeveer wat je kunt doen met een TO-220 zonder verdere koeling; met een klein koelblokje (rechtop geplaatst, in een niet al te hete omgeving) is 5W prima weg te koelen.

Op 30 november 2021 13:59:45 schreef SparkyGSX:
[...]Dat is niet helemaal waar, bij een motorregelaar bijvoorbeeld kan de motorstroom bijna 100% van de tijd door de diodes lopen, als je geen synchrone rectificatie toepast. Er zijn genoeg moderne MOSFETs die continue een grote stroom door hun diode mogen voeren, mits je voldoende koelt, natuurlijk.

Ah, ik drukte me niet helemaal compleet uit inderdaad. In datasheets staan alle benodigde details: langdurige stroom bij koeling, kortstondige vrijloopstroom, VI curve bij verschillende temperaturen en de thermische weerstanden.

Misschien is TS wel geholpen met zoiets:
https://www.homemade-circuits.com/simple-zero-drop-solar-charger-circu…

En dan inderdaad nog iets toevoegen zodat de accu niet tot een te hoge spanning wordt opgeladen.

@kojazz: plaatje van jouw link:
Ik zie niet in hoe dat kan werken, die MOSFET zal in geleiding zijn zolang de spanning positief is, en eenmaal in geleiding, staat de accuspanning aan zowel de source als de drain van de MOSFET, ongeacht de stroomrichting.

OF je gebruikt een active rectifyer chip LM74670-Q1 om de fet aan te sturen.

https://www.ti.com/lit/gpn/lm74670-q1

Dat is een hele mooie optie, als je die ergens kunt krijgen; ken jij een winkel die hem heeft, waar je als particulier kunt kopen?

Volgens mij in een webwinkel deze verkoopt zelfs LT spul https://www.conrad.nl/p/linear-technology-lt4351cmspbf-pmic-or-control…

Die LM74670 heeft wisselspanning nodig aan z'n ingang.

@Zonnepaneeltje. Dat zou kunnen er moet toch iets de charge pump aandrijven.

Volgende link zit volgens mij wel een schema op de fet aan te sturen via een opamp.

https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/electronics-lab…

[Bericht gewijzigd door benleentje op 30 november 2021 18:00:34 (18%)

Hier is het bewijs dat ik gelijk heb met betrekking tot de niet-significante lekstroom, hier een 80W paneel die voorzien is van 2 antiparallele diodes voor de schaduw met een 12V 12Ah loodaccu:

De lekstroom is dus kleiner dan 0,5mA en dus te laag om de accu te ontladen (nog minder dan een LED-indicator of spanningsmeter!), en dus niet significant. Het toevoegen van een diode zal dus veel meer nadelen hebben (veel meer verlies) en nagenoeg geen winst.

Een diode heeft in dit geval alleen waarde als een ompolingsbescherming, maar het is beter om zoals eerder gezegd een P-channel MOSFET daarvoor te gebruiken, deze heeft een veel lagere spanningsval.

Overigens heeft een PWM-laadregelaar of direct laden zonder conversie alleen zin bij kleine vermogens omdat deze een veel lagere standby current hebben dan MPPT-laders, en zeker bij bewolking kan dat het verschil maken tussen laden en niet laden.

Kojazz, ik verneem graag ook de lekstroom die u gemeten heeft en het type paneel dat u heeft gebruikt.

TS, hier is een versimpeld schema van een lader die ik heb gebouwd op basis van de CO-versie:

En mods, zouden jullie deze op de site kunnen zetten? De schakeling werkt namelijk heel goed en is simpeler en goedkoper dan de bestaande versie.

Op 30 november 2021 18:08:57 schreef HVinduction:
Hier is het bewijs dat ik gelijk heb met betrekking tot de niet-significante lekstroom, hier een 80W paneel die voorzien is van 2 antiparallele diodes voor de schaduw met een 12V 12Ah loodaccu:

De lekstroom is dus kleiner dan 0,5mA en dus te laag om de accu te ontladen (nog minder dan een LED-indicator of spanningsmeter!), en dus niet significant. Het toevoegen van een diode zal dus veel meer nadelen hebben (veel meer verlies) en nagenoeg geen winst.

Je meet op de 20 Ampere stand van de meter, die heeft een resolutie van 10 mA, hoe kom je aan die waarde van 0,5 mA (of minder) ? Het lijkt in ieder geval wel minder dan 10 mA

Op 30 november 2021 17:42:44 schreef Zonnepaneeltje:
Die LM74670 heeft wisselspanning nodig aan z'n ingang.

Dat zie ik niet direct in de datasheet; als dat zo was, zou ik verwachten dat ze wel een minimale frequency hadden gespecificeerd. Nu staat er ook niet specifiek dat hij DC - 300Hz (het gespecificeerde maximum) kan, dus ik vind de datasheet wat onduidelijk. Er is ook geen verband tussen de capaciteit van die externe condensator en de input frequentie genoemd.

Als ik het goed begrijp, zetten ze de MOSFET 2% van de tijd uit, en gebruiken de spanning over de diode in die tijd voor de charge pump; dat suggereert dat hij ook gewoon op DC kan werken.

Het mooie van de chip van RAAF12, naast het feit dat je die bij Conrad kunt kopen, is dat je met een paar weerstanden de onder- en overspanning kunt instellen, en daarmee dus gelijk je accu kunt beveiligen. Als de belasting bestand is tegen de open-klem spanning van je zonnepaneel, kun je die belasting direct aan het zonnepaneel hangen, en is de accu volledig beschermd. Als dat niet kan, zou je de belasting met een aparte onderspanningsbeveiliging aan de accu kunnen hangen, maar beschermt die chip je accu nog steeds tegen overladen.

Op 30 november 2021 18:17:57 schreef KGE:
Je meet op de 20 Ampere stand van de meter

Daarbij, heb je even gecontroleerd dat de zekering nog heel is?

Het is mogelijk dat het paneel zelf een diode in serie heeft staan; dit kun je eenvoudig controleren door met een labvoeding, met beperkte stroom, een spanning van meer dan de open-klem spanning aan te leggen; als er geen seriediode aanwezig is, zou er dan wel een stroom moeten gaan lopen, aangezien de juncties van het paneel zelf dan in geleiding gaan. Om schade aan het paneel te voorkomen, zou ik dit dus met een beperkte stroom doen, niet met 2 12V accu's in serie, tenzij je ook nog een weerstand opneemt om de stroom te beperken.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 30 november 2021 18:28:18 (23%)

Ik hou hier niemand voor de gek, ik heb zelfs voordat ik heb gemeten een koplamp over de aansluiting van het paneel gedaan en die ging gewoon fel branden en de meter sloeg uit richting de -5A, dus de zekering is heel, de accu is goed en de meter werkt.
In het dekseltje zitten zoals ik eerder heb gezegd alleen 2 diodes tegen de schaduwwerking.

Zoals je zelf noemt zal er pas een echte waar te nemen significante lekstroom optreden als een spanning minimaal de open-klem spanning bedraagd, dus de som van de juncties van de cellen, dit geldt voor alle soorten diodes en daarom zie je ook vaak bij het controleren van de juiste polariteit met een labvoeding dat vanaf 0,5v de stroom ineens fors wil toenemen, dat komt hier dus ook door.

Dus dit is nog een reden waarom een diode toevoegen geen zin heeft voor het doel dat is genoemd, je kan met alleen het zonnepaneel nooit die kritische spanning bereiken, want de stroom kan pas teruglopen én zodanig groot zijn dat het de accu gaat leegtrekken wanneer het donker is en als het donker is wordt de spanning nooit hoger dan 12v, dus het kan niet.

Het was niet mijn bedoeling te suggereren dat je de boel aan het belazeren was!

Er gaat sowieso geen stroom terug lopen als de spanning over het paneel hoger wordt. Daarbij gaat het niet zozeer op de spanning die het paneel zelf opwerkt (in het donker zo goed als niets), maar om de som van de forward voltage van de cellen; als de accuspanning zo hoog zou worden (>22V over een 12V accu) heb je grotere problemen dan dat paneel.

Echter, een zonnepaneel heeft grote cellen, vanwege dat grote oppervlak kan er ook nog best een redelijke lekstroom lopen; elke diode lekt, en dit is mede afhankelijk van het type, het oppervlak van de junctie, de temperatuur, etc.

Ik kan me moeilijk voorstellen dat de hele wereld onterecht diodes bij zonnepanelen aan het plaatsen is, inclusief de fabrikanten van sommige zonnepanelen, dus uiteindelijk zal er wel een reden voor zijn, lijkt me.

Om te beginnen lijkt me het nuttig als je meerdere strings direct parallel zou zetten; zonder die seriediode zou de warmste string stroom gaan trekken van de koudere strings; die warmste heeft immers een lagere forward voltage. Er zou een flink vermogen in gaan zitten, waardoor de warmste string wellicht "iets" warmer wordt dan de bedoeling is.

Of zo'n diode ook nodig is al je een paneel direct aan een accu hangt, zonder converters er tussen, weet ik niet.

Zo'n blokkeerdiode kan ook gewoon een veiligheidseis zijn: wanneer je de bekabeling van de panelen kort zou sluiten kan er dan geen stroom lopen van een eventuele bron hetzij een accu of een flinke condensatorbank in de omvormer.

]Ik zie niet in hoe dat kan werken, die MOSFET zal in geleiding zijn zolang de spanning positief is, en eenmaal in geleiding, staat de accuspanning aan zowel de source als de drain van de MOSFET, ongeacht de stroomrichting.

Goh. Je hebt gelijk. Wat een pruts schema. Misschien werkt dit wel als reverse-polarity protection. Maar als 'blocking diode' zeker niet nee.

@HVInduction:
Ik trek je meting niet in twijfel. Je vroeg naar mijn meting. Ik heb aan een klein hobbypaneeltje 5V / 160mA gemeten. Zoiets:
https://www.vanallesenmeer.nl/Solarcell-Zonnepaneel-Zonnecel-5V-160mA-…

Ik heb deze parallel aan een instelbare voeding gezet. Deze kan sourcen en ook een kleine stroom sinken. Toen heb ik de voedingsspanning gevarieerd en de stroom en spanning gemeten. Zie de grafiek.
Als de voedingsspanning boven een bepaalde spanning stijgt dan wordt de stroom negatief, loopt dus het paneel in.
Je ziet hier heel duidelijk de VI curves van een aantal in serie geschakelde diodes. Klopt helemaal met de theorie dat een PV paneel gewoon een aantal in serie en parallel geschakelde fotodiodes is.

Tegelijkertijd kan ook 'het bewijs van zijn gelijk' van HVInduction kloppen. In zijn paneel moet een serie-diode (ook 'blocking diode' of 'isolation diode') ingebouwd zijn.

Volgens dit artikeltje (laatste regel) zit er vaak een blocking diode ingebouwd in een paneel:
https://www.electronics-tutorials.ws/diode/bypass-diodes.html

Dus HVInduction misschien kan je de diodes eens nader bekijken. Je had het over 2 shunt diodes maar zou misschien 1 van die 2 als seriediode geschakeld kunnen zijn?

Ha JoostNL,

Stukje mee gelezen als ik het goed begrijp is het je bedoeling,
om de body diode te gebruiken los van de M.O.S. transistor.

Ergens in 2010 heb ik met een chip geëxperimenteerd van Lineair Technologie de LTC4358,
die doet het zelfde wat jij wil gaan doen of dat item nog bestaat weet ik niet !

In principe heeft de body diode de zelfde eigenschappen als de F.E.T. dus de zelfde thermische eigenschappen let daar op.

Groet,
Henk.