TL431 referentie, laadstroom lithium lader beperken

Hi Albert38,

Eerst even dit, als je in datasheet kijkt van de TL431a dan kan je daar de Ri van de regelaar vinden welke rond de 0,2Ω is.
Door deze eigenschap heeft het bijna nooit zin een component parallel te zetten aan de Anode/Kathode, denk dan aan zoals jij het doet met een transistor of een condensator om de ruis te verminderen.

Dan nu jouw opamp en transistor, als de stroom te hoog wordt, dan gaat de uitgang van de opamp omhoog, je krijgt dan basisstroom, en de BC547 gaat geleiden en deze sluit de TL431 kort.
Je gekozen basisweerstand van 1K laad een grote basisstroom toe en de BC547 gaat in volledige verzadiging.

Volg nu de stroom die door de collector/emitter loopt, hoe zou de LED in de OPTO zich nu voelen denk je?
De transistor levert ook nog extra versterking en zoals hier weergegeven, zal de stroomloop nooit stabiel worden.

Dat wordt terug naar de tekentafel.

Groet,
Bram

Dank voor je reactie Bram, dat ik terug aan de tekentafel ben was geloof ik duidelijk uit mijn vorige post.

Wat de TL431a doet is zorgen dat de led in de optocopler knippert dit geeft een puls af aan een IC NCP1216a wat de fets in de voeding open stuurt. De frequentie van de pulsjes komend van de optocopler worden is dat NCP1216a omgezet in een PWM signaal.

Mijn vraag is dus zou het werken als ik een tweede TL431a gebruik die aangestuurd wordt met de door een opamp versterkte spanning die over de shunt weerstand valt.

Het lijkt mijn dat dan 1 TL431a de uitgang spanning en daarmee stroom van de voeding terug regeld als de stroom hoger wordt als een vooraf ingestelde waarde. Op het moment dat de stroom terug loopt omdat de batterij vol raakt neemt dan de tweede TL431a het over en begrensd de uitgang spanning.

Misschien kan het zelfs met 1 TL431a als de spanning uit de shunt versterker en het weerstand netwerk waarmee de uitgang spanning wordt ingesteld op een of andere manier kunnen worden samengevoegd zonder dat ze elkaar beïnvloeden.

Ik heb het even een eigen draadje gegeven omdat dit los staat van de experimenten van Bram.

Op 1 mei 2022 22:03:53 schreef Albert38:
Wat de TL431a doet is zorgen dat de led in de optocopler knippert dit geeft een puls af aan een IC NCP1216a wat de fets in de voeding open stuurt. De frequentie van de pulsjes komend van de optocopler worden is dat NCP1216a omgezet in een PWM signaal.

Ik denk dat je daar mis zit: meestal worden optocouplers in een voeding in een lineair gebied gebruikt. Ik heb de exacte schakeling niet voor ogen, maar beredeneer dit liefst als een lineaire terugkoppeling. De kleine condensator tussen kathode en feedback zorgt ervoor dat de TL431 geen snelle veranderingen in kathodespanning kan genereren. Dat geeft het (primaire) regelmechanisme tijd om de spanning aan te passen. Dit zal een beperkte snelheid hebben door de aanwezigheid van de bufferelco.

toch blijft de vraag waarom de stroombegrenzing anders reageert wanneer de uitgangsspanning stijgt. Niets in de stroommeetloop weet/meet hoe hoog de uitgangsspanning is, dus die zou altijd op dezelfde waarde moeten begrenzen. Wat rondmeten met de scoop zou hier verheldering kunnen brengen.

En ja, de BC547 kan er, zoals hij hier gestuurd wordt, hard tegenaangaan en de optocoupler naar de hemel sturen. (Bram gaf het al aan) Een gepaste emittor weerstand (die belet dat de stroom door de tor groter wordt dan de opto kan hebben) en bijhorende groetere dan 1K basisweerstand lost dat eenvoudig op en maakt de loop meteen een stuk rustiger.

In de loop naar de optocopler zit een weerstand die de stroom door de optocopler begrenst. Deze staat niet in het schema omdat ik dat zomaar ergens vandaan geplukt heb om een idee te geven de voeding in elkaar zit.

Kris komt tot dezelde conclusie als ik, de stroom wordt gemeten over een weerstand in de negatieve lijn van de voeding dit zou geheel onafhankelijk moeten zijn van de voedings spanning. De opamp wordt inmidels voor de zekerheid langs externe weg gevoed met een stabiele 5v.

Op het moment dat Vref van de TL431 boven ~2.495V komt gaat de TL431 in geleiding 0.2ohm dus de led van de optocopler gaat aan. Zolang de stroom begrenst wordt door de BC547 open te sturen kan de TL431a niets doen omdat Vref onder het setpoint blijft.

Het lijkt er op dat de BC547 op een gegeven moment de optocopler led niet voldoende kan laten oplichten om de uitgangs spaning ver genoeg omlaag te krijgen. De BC547 haalt volgens mijn volledig opengestuurd nooit een inwendige weerstand van 0.2ohm er valt altijd ~0.6v over C-E.

Op 2 mei 2022 13:52:41 schreef Albert38:
De BC547 haalt volgens mijn volledig opengestuurd nooit een inwendige weerstand van 0.2ohm er valt altijd ~0.6v over C-E.

hij komt zelfs niet in de buurt, want een tor is nu eenmaal een stroombron, en dan is R uit heel hoog. (dynamisch gemeten). maar weerstand, anderzijds, het doet helemaal niet ter zake aangezien het het over een stroombron gaat.. en voldoende stroom om de Opto helemaal voluit te laten gaan kan de BC547 wel leveren, en zelfs meer dan de TL431..

hoe groot is je gekozen weerstand die niet in het schema staat? Hoeveel stroom moet er door de opto lopen?

Knutselen is leuk. Een brand niet.

Staan de volgende features al op het lijstje?
- exacte uitschakelgrens tegen overcharge 4.20V, individueel per cel gemeten (OVP)
- niet opladen met grote stroom als er een cel in het pack kapot is (UVP)
- temperatuurbewaking tijdens het laden (OTP)
- celbalancing

Die laatste twee kan je eventueel weglaten, de eerste twee niet.

Ter inspiratie: BQ25306 plus BQ77207.

@Kojazz: Al die features is in voorzien dat doet de BMS van het accu pack.

Waar ik naar zoek is een oplossing die voorkomt dat de laadstroom oploopt als de laad spanning van de lader oploopt. Dat zou niet moeten gebeuren omdat de laad stroom is "beperkt". Wat minder eenvoudig blijkt als het leek.

Inmiddels ben ik aan het kijken of de stroom begrenzing kan worden toegepast aan de primaire kant van de voeding.

Op 2 mei 2022 00:27:14 schreef kris van damme:
toch blijft de vraag waarom de stroombegrenzing anders reageert wanneer de uitgangsspanning stijgt. Niets in de stroommeetloop weet/meet hoe hoog de uitgangsspanning is, dus die zou altijd op dezelfde waarde moeten begrenzen. Wat rondmeten met de scoop zou hier verheldering kunnen brengen.

Mee eens, je bent nu aan het zoeken naar de oplossing voor een probleem dat je niet begrijpt.

PS Ik zou de spanning meten na de meetshunt, nu verlies je spanning bij toenemende stroom.

Ik leg dit projectje even aan de kant ben nu steeds met een 96V 20A voeding aan het klooien. Naast dat het niet heel veilig is om met die spanning te experimenteren is het ook lastig om de belasting een beetje gecontroleerd te houden.

Ik bestel eerst maar eens een 12v geschakelde voeding om hetzelfde mee te proberen. Dat werkt allemaal niet wat gemakkelijer.

@Kruimel de spanning meten voor en na de shunt heb ik geprobeerd de shunt is 20 millie ohm daar valt bij 15A 0,3 volt over heen. Het heeft geen effect op het gedrag van de voeding die gaat nog steeds een hogere stroom leveren als de spanning op loopt. Meten van spanning na de shunt heeft mijn voorkeur dan worden de spanningsval over de shunt gecompenseerd.

Vraagje (ik weet het antwoord, je doet het niet voor mij... )

Welke componenten bepalen de maximale stroom door voor je accu? Wat moet je veranderen om zeg het dubbele of de helft aan stroom te krijgen?

@blackdog: Die differentiele weerstand is binnen een beperkt werkgebied. Daar trek je hem direct uit als de tor in geleiding gaat.

Ik begin een beetje te vermoeden dat ik een stukje van het verhaal heb gemist, staat er nog iets in dat andere topic dat relevant is? Je bent dus een voeding aan het modificeren om Li-ion accu's op te laden, maar je weet weinig over geschakelde voedingen? Waarom wil je dit zelf doen? Zijn er geen li-ion laders te koop?

Op 8 mei 2022 10:04:29 schreef Albert38:
Ik leg dit projectje even aan de kant ben nu steeds met een 96V 20A voeding aan het klooien. Naast dat het niet heel veilig is om met die spanning te experimenteren is het ook lastig om de belasting een beetje gecontroleerd te houden.

Ik bestel eerst maar eens een 12v geschakelde voeding om hetzelfde mee te proberen. Dat werkt allemaal niet wat gemakkelijer.

Zou je niet eens beginnen met iets kleins? Probeer eens een 5V voeding aan te passen voor een enkele cel om dan met wat betere en overzichtelijkere resultaten komen? Dit topic heeft een heel groot "doetutniet" gehalte, maar mist een beetje de metingen om er wat van te maken. Je hebt met paint een schemaatje in elkaar gedraaid waar een groot deel van het regelmechanisme ontbreekt.

@Kruimel de spanning meten voor en na de shunt heb ik geprobeerd de shunt is 20 millie ohm daar valt bij 15A 0,3 volt over heen. Het heeft geen effect op het gedrag van de voeding die gaat nog steeds een hogere stroom leveren als de spanning op loopt. Meten van spanning na de shunt heeft mijn voorkeur dan worden de spanningsval over de shunt gecompenseerd.

Waar is de anode van de TL431 nu aangeloten dan?

@Kruimel, Ik weet best wel iets van SMPS voedingen anders zou het wel heel dom zijn om met 96v 20a te gaan spelen.. Mijn initiele vraag was of iemand een idee had waarom de stroom op loopt als de spanning hoger wordt terwijl de stroom begrenst zou moeten worden op een waardie die afhankelijk is van de spanning die over de shunt valt. Dit zou niet moeten kunnen omdat de stroom in de negatieve lijn van de voeding gemeten wordt en het dan op geen enkele manier mogelijk is dat de spanning over de shunt varieert met de uitgangs spanning van de voeding.

Klaarblijkelijk heeft hier niemand echt een idee wat direct wijst op hoe dit kan.

Het schema wat ik erbij geplaatst heb is zoals er bij staat alleen ter ilustratie om het idee weer te geven van wat ik probeer te doen. Het maakt helemaal niet uit wat er precies aan de Anode of Cathode van de TL431 hangt, dat circuit is onderdeel van de voeding zoals die origineel in elkaar zit en waar de TL431 er voor zorgt dat de uitgangs spanning geregeld wordt. De voeding heeft daranaast nog een ciruit wat er voor zorgt dat bij het wegvallen van de FB het hele ding uitschakeld. Dus als ik de TL431 of de optocopler omzeep help dan schakeld de voeding uit.

Zoals ik al aan gaf ga ik het eerst eens met een kleinere voeding proberen Lagere spanning en stroom, dan wordt het ook een stuk eenvoudiger om de load op die voeding onder controle te houden en is meten wat veiliger. Ik ben het met wat je in je reactie daarover schrijft eens.

Waarom ik geen standaard lader gebruik... Simpel die zijn er niet. Ik probeer een 24S2P accupack te laden van ~400AH. Om er voor te zorgen dat de levensduur van de Lion/ion cellen wat verlengt wordt wil ik niet verder laden als 4 volt en niet dieper ontladen als 3 volt(laatste maakt voor de lader niet uit) per cel. De laadstroom wil ik zover omlaag hebben dat het nog net voldoende is om in +/- 30 uur voldoende energie in de accu te laden als dat ik in 2 dagen verbruik. Het moet te doen zijn om met 1 lading 2 volledige dagen de toko hier van stroom te voorzien. Dan wordt de hele accu voor ongeveer 75/80% gebruikt (wederom om de levensduur wat langer te houden).

Op het moment lukt het van begin April t/m einde Oktober om op deze manier geen stroom uit het net te gebruiken. De lader die nu gebruikt wordt (en ik dus wil aanpassen) laad de cellen wel tot 100% 4.17 volt met een stroom van ~20A (max lader). Vaak wordt er nu maar een paar uur per dag geladen en is de accu rond een uur of 2 in de middag helemaal vol. Onnodig omdat ik geen volledige lading nodig heb om de nacht door te komen. Het doel is om gemiddeld de accu niet verder te laden als wat nodig is om 2x 24 uur te overbruggen. Soms kan het dan met een aantal slechte zon-dagen voorkomen dat de accu leeg raakt (dat is geen probleem). Het mag dus allemaal net ff wat minder mijn doel is 4 volt per cel max en een laadstroom niet hoger als 15A. Als straks blijkt dat ik het hiermee nog gemakkelijk red dan kan de laadstroom nog verder omlaag.

Uiteindelijk hoeft de accu dus eigenlijk helemaal niet vol want energie die dan overblijft gaat het net in en zoals je misschien weet leverd dat straks helemaal niks meer op. Het is daarom dus beter de accu wat minder agresief te gebruiken waardoor hij langer mee gaat en minder/geen overproductie te hebben die tegen een veel te laag tarief het net in gaat.

Goed bezig.

Maar idd. Eens wat experimenteren met een kleinere voeding is wel een goed plan.

Ik heb een chinese dummyload. Die kan ik in allerlei modes zetten zoals "CC", "CV" maar ook "Constant resistance" (stroom neemt af als spanning afneemt), en "constant power" (stroom neemt TOE als de spanning afneemt).

Maar die is gemaakt voor batterijen: ik heb het als belasting voor een CC voeding (dummyload in CV mode) slecht zien werken. Dus wees daarop bedacht als je dat van plan bent.

Maar... Ik heb een vraag gesteld in mijn vorige bericht.... probeer die eens te beantwoorden.

@rew, De stroom door de accu wordt naar mijn idee bepaald door de PWM duty cycle op de Gate van de fets Die de stroom aan de primaire kant van de voeding schakellen. Daar zit een IC NCP1216a waaruit de PWM duty cycle komt.

Deze duty cycle is grotendeels afhangkelijk van wat er terug komt via de FB. De NCP1216a heeft daarnaast een oscilator die ingesteld is op een bepaalde frequentie. Het zou me niks verbazen als daarmee ook de stroom geregeld kan worden, maar of dat dat de beste manier is betwijfel ik. In alle datasheets die ik tot nog toe heb gevonden (voornamelijk TI) hebben een spannings versterker die de spanning die over de shunt valt op een niveau brengt zodat daarmee via de FB de uitgangs spanning omlaag wordt geregeld zodat de stroom niet over een vooraf ingestelde waarde heen gaat.

Ik snap dat het primaire circuit reageert op het feedback signaal. Dat is niet de issue. De vraag is. Als JIJ 10A als "max stroom" wil instellen. Hoe doe je dat dan? Welke componenten verander je om hem op 10A en niet 15A in te stellen?

Stel ik heb een eenvoudig schema: 5V voeding, weerstand van 300 Ohm, led van 2V, GND. .... Stroom is nu 10mA. Wat moet je doen om de stroom 5mA te maken? Antwoord: Verander de weerstand naar 600 Ohm.

Zoiets, maar nu voor jou schema.

@rew, Nu kan het zijn dat jij wat anders bedoeld als ik maar als ik bij +/- 90 volt terug wil van 15A naar 10A en ik zou dat doen met een weerstand dan zou ik een zeer inefficiente lader maken. Over de weerstand moet dan zoveel spanning vallen dat de stroom door het geheel terug valt naar 10A Het vermogen wat in de weerstand moet worden omgezet in warmte is dan 10xde spanning over deze weerstand. Dit vermogen omzetten in warmte is verlies.

Omdat bij het laden van de batterij de spanning langzaam op loopt moet de weerstand steeds worden aangepast om op 10A te blijven.

Als jij bedoeld dat ik ergens in het regel gedeelte een weerstand moet aan passen ben ik heel erg benieuwd naar jou theorie.

In mijn schema "5V voeding, weerstand, led, GND" kan ik de waarde van de weerstand aanpassen om de stroom in te stellen. 300 Ohm -> 10mA 600 Ohm 5mA.

In jou schema is NIETS wat de stroom bepaalt. In theorie is de opamp een "oneindig keer" versterker. In de praktijk maar "100000x".

Dus als er 0.1A door de 20m Ohm shunt weerstand loopt, dan onstaat er 2mV aan spanning over de shunt. Dit wordt 100000x versterkt, dus de uitgang van de opamp wil naar 20V en stuurt de tor aan.

ALS je in dit schema een stroom van 10A wil instellen moet je een spanning van 10A * 20mOHm = 200mV als "vergelijkende spanning" aanbieden op de andere poot van de opamp. Is de spanning over de shunt minder dan 200mV dan wil de opamp "minder dan nul" uitsturen en zal zich nergens mee bemoeien. Bij 200mV gaat ie een evenwicht zoeken.

Daarnaast: ALS de opamp eens "vol aan" zou gaan, dan maakt ie kortsluiting van voeding via de led van de opto en de tor naar de aarde.

Als je de tor bijvoorbeeld over de 22k pot heen zet, dan stuur je de '431 aan alsof de spanning hoger wordt. Hey! nog makkelijker: de uitgang van de opamp via een diode op de meet-input van de TL431. Dan denk ik dat ie "te heftig" gaat sturen en zal gaan oscilleren. Om dat te voorkomen moet je een weerstand nog in serie zetten.

Als je problemen met dit circuit hebt. Moet je gaan debuggen. Koppel dan de uitgang van de opamp los van de rest en ga meten of de opamp doet wat je van hem verwacht.

Hoe voedt je de opamp?

@rew, Je ziet de tekst in naast het schema over het hoofd, daar staat dat de componenten rond de opamp niet getekend zijn.

De opamp wordt gevoed vanuit een los staande 5v supply.

Ik heb de opamp in verschillende setups geprobeerd.
1. Als spannings versterker om de spanning die valt over de shunt te versterken tot een niveau voldoende om de transistor open te sturen. De versterking was regelbaar door een potmeter tussen uitgang opamp en de inverterende ingang van de opamp, en een weerstand van de inverterende ingang van de opamp naar - Van de belasting. Tevens een condensator over de potmeter om de opamp niet te laten reageren op hoogfrequente piekken op het te meten signaal. De versterking is dan 1 + (potmeter/weerstand naar min van de aangesloten belasting)

2. De tweede optie die ik getest heb is de opamp als niet inverterende compander te gebruiken. De inverterende ingang aan een potmeter zodat hiermee een referentie spanning gemaakt kan worden tussen 0 en de spanning die valt over de shunt bij een stroom van 20A. De niet inverterende kant van de opamp aan de andere kant van de shunt. Beide ingangen van de opamp met een kleine condensator aan min. De uitgang van de opamp via aan weerstand aan de basis van de transistor.

Bij de eerste poging was er een analoog signaal op de basis van de transistor waarmee er enige variatie was bij het opensturen van de transistor. Op zich was hier de stroom best netjes mee in te stellen, maar bij een vaste instelling van 10A bij 90V liep de stroom op tot ruim 15A bij 95V

De tweede poging leverde een meer "digitaal signaal" aan de transistor helemaal open of helemaal niet. Ook hiermee kon de stroom netjes worden ingesteld op 10A en liep de stroom bij 95V nog verder op als bij de eerste poging 17,5A bij 95V Wat hierbij op viel was dat de stroom in het gebied tussen 90V en 94V redelijk liniare opliep en het laatste beetje flink piekte.

Geen van beide methode is dus de juiste. Ik begin mezelf ook af te vragen of werken met 2 afzonderlijke circuits voor spanning en stroom wel kan werken. Ik ben in het boek "Switch-Mode Power Supplies" van Christophe Basso aan het lezen daar haal ik uit dat indien een CC CV nodig is beide circuits als 1 gezien moet worden. Er is een koppeling tussen beide nodig. Het boek geeft aardige voorbeelden hoe dit aan te pakken maar nog geen duidelijke oplossing voor een instelbare regeling waarbij b.v. in mijn geval kan worden ingesteld CC laden tot 94.5V en vanaf daar CV tot einde lading. Dit krijgt dus nog een vervolg maar eerst even testen met een voeding waar een lagere spanning uit komt.

Hey. Ik heb een schema, ik toon maar de helft, wat is er mis?

Nou, vast iets in de helft die je niet getekend hebt. Dus... Je hebt m'n tijd lopen verklooien.

Er valt niets, maar dan ook helemaal niets te zeggen over een schema wat 1) niet werkt 2) niet compleet is.

Ik kom net chipje AP4313 tegen. Doet precies wat je wil.

Ik heb de datasheet van de NCP1216a eens bekeken, en dat ziet er voor jou toepassing niet zo gunstig uit. Het is een current mode controller. Dat lijkt gunstig te klinken. Maar dit soort IC's is bedoeld om met een minimum aan externe componenten een spanning te kunnen regelen. De stroom in zo'n voeding kan hierbij niet eenvoudig geregeld worden. Om dit te begrijpen, moet je maar eens zoeken op current mode controllers.
Deze controller heeft nog allerlei functies om het rendement van de voeding hoog te houden onder allerlei belastingen en ook om de stoorstraling zo minimaal mogelijk te houden. De schakelfrequentie wordt daartoe gevarieerd (jitter), en er worden enkele pulzen overgeslagen (skippen) of de voeding slaat hele stukken pulzen over (hicken). Dus zeker niet geschikt om de stroom te regelen. En dat is je wel gebleken. Het ligt waarschijnlijk niet aan jou proefschakeling, maar gewoon aan de voeding zelf.
Regeltechnisch is er een groot verschil in de dynamische regellus van een voeding, wanneer het om de spanningsregeling over de belasting gaat, of om de stroom door de belasting. Voor beide regellussen moet de voeding ontworpen zijn. En dat is deze voeding met dit IC'tje niet.
Dus let op wat je gaat kopen, als je met 12V wilt experimenteren. Dan is de spanning wel veilig, maar kan het probleem hetzelfde zijn.

Piet

Als je op een lithium batterij de spanning van 42V (bij 10S serieschakeling) aan biedt, dan gaat er veel te veel stroom lopen. Je moet de stroom beperken. ALs je de stroom op de gewenste waarde regelt dan rolt daar een spanning uit. zeg 38.5V. De primaire kant kan niet weten dat jij aan de secondaire kant nu aan het regelen bent om de stroom op een bepaalde waarde te houden of dat je alleen de weerstandsdeler verandert hebt om vandaag op 38.5 ipv 42V te roepen: Het is wel weer genoeg zo.

Wat wel zo is, dat is dat de huidige regeling redelijk snel terugkoppelt van: te veel spanning naar de opto om door te geven dat er voldoende spanning is. Als die terugkoppeling op de stroom langzamer blijkt te zijn, dan zou het kunnen dat de boel onstabiel wordt.

Ik denk dat als je een uitermate trage regeling maakt die in het gegeven voorbeeld een virtuele 3.5V extra aan de spanningsregeling laat zien, dan heb je aan dde eigenlijke regellus niets verandert.