Voedingen parallel schakelen met OR-ing

Hi
Heeft iemand ervaring met het parallel geschakelden van voedingen zoals ik hier doe in het schema hieronder. Ik heb een ORing of ideale diode ontworpen en gesimuleerd op basis van eenvoudige componenten. Het werkt voor wat de simulaties betreft verbazend goed.
De schakel window is 10mV, dit is het verschil tussen de twee voedingsspanningen om een van de twee voedingen te selecteren. Binnen deze window werken beide voedingen parallel buiten de window werkt slechts een voeding.
De drie figuren laten de diverse toestanden waar de ORing in kan verkeren zien.
Fig 1 laat de ORing zien als beide voedingen gelijk zijn. Beide voedingen leveren dan stroom. In fig 2,3 zie je dat met een verschil van 10 mV tussen de voedingen de een of de ander wordt geselecteerd.

Voor ik hem ga bouwen zou ik eerst willen weten of er anderen zijn die dit ook al eens gedaan hebben vandaar mijn vraag. Ik Hoop van jullie te horen.

Geen idee van je bedoeling, een 0Ring zegt me niets, maar die comparators hebben volgens mij een pull up nodig

Hij bedoelt "OR-ing"... ;)

Voor wat het waard is: dit was een heikel punt voor voedingen van "high-availability" servers - voedingen gaan nu eenmaal kapot, vroeg of laat, eerder vroeg dan laat meestal, en zijn dus liefst hot-swappable.

Een typische specificatie is "6 power supplies, N+2 redundant" waarmee bedoeld wordt dat er zes voedingen inzitten, waarvan er twee mogen uitvallen en dat de boel dan alsnog blijft draaien. Het grote probleem was natuurlijk dat die zes voedingen zo gelijkmatig moesten bijdragen aan het totaalverbruik, hoe ze dat oplosten weet ik niet. Iets zegt me dat er dikke Schottkydiodes aan te pas kwamen.

Bij servervoedingen zat er een verbinding tussen de diverse voedingen om de boel gelijk te laten lopen...

Bij servervoedingen zat er een verbinding tussen de diverse voedingen om de boel gelijk te laten lopen...

Precies is volgens mij gewoon wat veel proffesionle voedingen ook al hebben in de vorm van sense aansluitingen maar dan bedoelt voor parallel bedrijf.

Als je bv 3 dezelfde voedingen hebt van bv HP dan kan je in de handleiding lezen hoe je ze door extra verbindigen op een connenctor of aansluitstrook de boel parallel of in serie kan zetten met 1 master. In een server voeding zitten deze verbindingen al voor bedraad direct op de connector. De voeding ziet dan automatisch wat de spanningen van de andere voedingen zijn.

hoe ze dat oplosten weet ik niet. Iets zegt me dat er dikke Schottkydiodes aan te pas kwamen.

Schottkeydiodes lossen dat probleem van ongelijkheid niet eens op maar zal enkel zorgen dat de voeding met de hoogste spanning het meest bijdraagt. En de diodes zorgen ervoor de er geen stroom de verkeerde kant op kan gaan.

Op 5 augustus 2023 21:14:08 schreef Paulinha_B:
Voor wat het waard is: dit was een heikel punt voor voedingen van "high-availability" servers - voedingen gaan nu eenmaal kapot, vroeg of laat, eerder vroeg dan laat meestal, en zijn dus liefst hot-swappable.

Een typische specificatie is "6 power supplies, N+2 redundant" waarmee bedoeld wordt dat er zes voedingen inzitten, waarvan er twee mogen uitvallen en dat de boel dan alsnog blijft draaien. Het grote probleem was natuurlijk dat die zes voedingen zo gelijkmatig moesten bijdragen aan het totaalverbruik, hoe ze dat oplosten weet ik niet. Iets zegt me dat er dikke Schottkydiodes aan te pas kwamen.

Dit is niet een oplossing met load ballancing, het is in mijn geval een generieke oplossing om bv een offgrid microntroller voeding te maken bestaan uit een klein zonnepaneel en een kleine batterij lader. Overdag werkt het systeem op de zon en laad de batterijen bij 'savond schakelt het over naar de batterij voeding

Op 5 augustus 2023 20:03:51 schreef fred101:
Geen idee van je bedoeling, een 0Ring zegt me niets, maar die comparators hebben volgens mij een pull up nodig

Even iets in typen als van ORing powersupply en dan zie je het. Die pull-ups zitten in het schema Rpu1 en Rpu2.

Als je pech hebt (offset van de comparators net verkeerd om) dan schakelen beide voedingen uit zodra de uitgangs-spanning hoog genoeg is.

Dus eigenlijk wil je de +ingang van de comparators een 10-tal mV lager hebben.

Op 5 augustus 2023 21:58:26 schreef deKees:
Als je pech hebt (offset van de comparators net verkeerd om) dan schakelen beide voedingen uit zodra de uitgangs-spanning hoog genoeg is.

Dus eigenlijk wil je de +ingang van de comparators een 10-tal mV lager hebben.

Goed punt kees ik heb die opmerking ergens anders ook gezien. Bedoel je dat als voltage drop over de MOSFET kleiner is dan de offset in de Comparators deze conditie kan optreden dat in dat geval beide voedingen dan uitvallen?

Ik heb nog eens wat dieper in detail gekeken over wat je zegt, ik zie geen situatie waar die beide MOSFETs uit zijn. Minimaal geleid een van de twee body diodes en dan is de voltage drop groot genoeg om een van de twee voedingen te selecteren en de MOSFETS te activeren. Of ik moet iets over het hoofd zien. Mis ik iets kees?

[Bericht gewijzigd door wogoos op (24%)]

Overdag werkt het systeem op de zon en laad de batterijen bij 'savond schakelt het over naar de batterij voeding

Dan is het toch veel simpeler?? Uitgangen van pv-regelaar en batterijen aan elkaar knopen met twee diodes, diegene die de hoogste spanning aanbiedt levert de stroom. Dan nog iets knutselen om, alnaargelang omstandigheden, de batterij te laden vanuit de pv-regelaar.

Mij lijkt al dat gedoe met comparators compleet overbodig.

Mij lijkt al dat gedoe met comparators compleet overbodig.

Als er 10A aan stroom loopt heb je met een diode al snel tussen de 6 en 10W aan verliezen per diode. Deze schakeling is dan een stuk eleganter.

Er zijn speciale "Ideal diode OR'ing controller ic's" voor...

Minimaal geleid een van de twee body diodes en dan is de voltage drop groot genoeg om een van de twee voedingen te selecteren en de MOSFETS te activeren.

Klopt, maar vervolgens stijgt de spanning weer tot binnen de offset als er niet genoeg belasting is.

Op 5 augustus 2023 22:54:32 schreef Paulinha_B:
[...]

Dan is het toch veel simpeler?? Uitgangen van pv-regelaar en batterijen aan elkaar knopen met twee diodes, diegene die de hoogste spanning aanbiedt levert de stroom. Dan nog iets knutselen om, alnaargelang omstandigheden, de batterij te laden vanuit de pv-regelaar.

Mij lijkt al dat gedoe met comparators compleet overbodig.

Je vergeet dat in geval van paneel en batterij laders de load niet mag worden afgenomen gedurende de laad cyclus. Sommige laders raken daardoor van streek en dat wil je niet met LiION batterijen. Uiteraard heb ik gedacht aan de meeste simpele vs elegante oplossing, maar wat jij voorstel werkt misschien maar is niet aan te bevelen.

Op 6 augustus 2023 00:29:53 schreef deKees:
[...]

Klopt, maar vervolgens stijgt de spanning weer tot binnen de offset als er niet genoeg belasting is.

Ik begrijp je punt bedankt, ik zal het meenemen.

Op 5 augustus 2023 23:32:41 schreef Arco:
Er zijn speciale "Ideal diode OR'ing controller ic's" voor...

Nou zeg daar heb ik nog nooit van gehoord kidding OR-ing controllers. Ja die ken ik maar die komen met een prijs en ik zoek iets simpels goedkoop en altijd voorradig.

Op 5 augustus 2023 23:16:48 schreef benleentje:
[...]Als er 10A aan stroom loopt heb je met een diode al snel tussen de 6 en 10W aan verliezen per diode. Deze schakeling is dan een stuk eleganter.

Zo denk ik er ook over ben :-), en niet alleen heb je de hitte de je moet afvoeren maar ook nog eens de spanningsverliezen zie optreden.

Beste lezers,
Op kees zijn initiatief ben ik nog wat verder gaan zoeken wat effecten zijn die offset heeft op deze schakeling en ik ben tot de volgende conclusies gekomen.

De schakeling is niet geschikt voor:
1) Spannings bronnen die een spannings val hebben zodra ze worden belast met een zekere belasting.
2) spanningsbronnen als batterijen en zonnepanelen die een variabel Spannings verloop hebben zowel in de tijd als door de belasting zelf dan wel afhankelijk van het zonlicht maken deze schakeling ongeschikt.

De schakeling is geschikt voor spanningsbronnen
1) waarvan de spanningen onbelast voldoende ver uitklaar liggen. Dit is minimaal de offset waarde van de opamp plus de grootste spannings val tgv de belasting van de bron. In veel geval zal dat in de orde zijn van 0.5volt of minder.

In alle gevallen waarbij de verschilspanning van de twee spanningsbronnen zich begeven in het gebied ter grootte van de offset + de Spannings val t.g.v de belasting zal deze schakeling ongewenst gedrag vertonen in de vorm van oscilleren tussen de twee bronnen en het kortsluiten van de twee bronnen omdat beide MOSFETs opens staan. Zolang het spanningsverschil tussen de bronnen groter is dan de offset + de Spannings val t.g.v de belasting werkt deze schakeling goed en zal deze altijd een van de twee bronnen selecteren.

Sorry, maar mooier kan ik het niet maken.

Spannings bronnen die een spannings val hebben zodra ze worden belast met een zekere belasting.

Dat maakt toch juist niet uit. Enkiel zal de voeding met de grootste spanningsval qua stroom minder bijdragen.
Soms worden voeding zo bewust parallel geschakelt door ze alle bij een hele kleine extra weerstand te geven.
In lineaire voedingen worden zo op die manier meerdere transistors parallel geschakelt. Omdat elke transistor net een ander Hfe heeft kan je dat door een weerstand in serie met tor gelijk trekken.

2) spanningsbronnen als batterijen en zonnepanelen die een variabel Spannings verloop hebben zowel in de tijd als door de belasting zelf dan wel afhankelijk van het zonlicht maken deze schakeling ongeschikt.

Batterijen hebben best een voorspelbaar spanningsverloop. Maar met een accu is het meer als je er een voeding aan parallel zet dat je de accu aan het laden bent, en om die reden is het de een of de ander maar liever niet allebei tegelijk.

Zonnepaneel is wel iets heel apart een zonnepaneel belast je ideaal gezien met een MTTP circuit en een dcdc converter oid om er een vast spanning van te maken. Na de DCDC converter is het eender als elke andere voeding gewoon een vast spanning. Echter vind je dat soort converters niet zo heel veel. HEt is meestel mppt + pwm voor een 12 of 24V accu of een inverter voor 230V of 3 fase.

Deze schakeling is dan een stuk eleganter.

... en heeft dus wel enkele beperkingen of nadelen daartegenover.

Met vrouwen heb ik dat ook ooit wel meegemaakt: hoe eleganter, hoe meer... [drastische ingreep van zelfcensuur]

Ernstiger, dan: het is nu uit eigen ervaring gebleken dat het niet altijd gunstig is om er het laatste beetje uit te willen peuteren. Doe gewoon die twee diodes, ja dat kost enkele watts, ja, maar dan heb je iets wat daar staat en werkt. Dag in dag uit, zonder vragen, zonder zorgen.

[Bericht gewijzigd door Paulinha_B op (38%)]

Op 5 augustus 2023 21:58:17 schreef wogoos:
[...]
Die pull-ups zitten in het schema Rpu1 en Rpu2.

Die zien alleen de accu spanning als een van de twee mosfets geleidt en de schakelaars gesloten zijn. Als beide mosfets sperren staat er geen spanning op de pull-ups. Als die situatie niet kan voorkomen maakt dat niet uit.

Hoezo is een kant en klaar IC duur, iets van 4 tot 6 euro voor een LT4351

Ernstiger, dan: het is nu uit eigen ervaring gebleken dat het niet altijd gunstig is om er het laatste beetje uit te willen peuteren.

En ik maar denken dat dit een elektronica forum is om elkaar te helpen om nu juist wel dat laatste beetje eruit te kunnen peuteren.

maar dan heb je iets wat daar staat en werkt. Dag in dag uit, zonder vragen, zonder zorgen.

Op dat punt ben ik het wel met je eens. Betrouwbaarheid en simpelheid vind ik erg belangrijk. Je moet je altijd afvragen of een complexe schakeling het waard is tegenover iets heel erg eenvoudigs.

Je zou bv ook gewoon die 2 diodes kunnen toevoegen en daar bovenop deze schakeling en op zo een manier dat als failsafe de fets altijd uitstaan.

Zelf zou ik een microcontroller pakken en met 2 ADC poorten de spanningen uitlezen en dan in software beslissen wanneer je moet schakelen.
Als je eenmaal 2 voedingen parallel hebt staan dan kan je niet meer de spanning van elke apart meten zonder iets intern in de voeding aan te passen en daar te gaan meten. Dus eenmaal parallel? Hoe weet je dan wanneer je er 1 uit moet schakelen? JE kan dat doen op[ basis van de geleverde stroom. Gaat een voeding boven zijn maximum of doet het helemaal geen stroom meer leveren dan kan je op basis van die info schakelen.
En in een micro is een failsafe ook makkelijker in te bouwen

Je zou bv ook gewoon die 2 diodes kunnen toevoegen en daar bovenop deze schakeling en op zo een manier dat als failsafe de fets altijd uitstaan.

Hm, klinkt best goed.

Zelf zou ik een microcontroller pakken en met 2 ADC poorten de spanningen uitlezen en dan in software beslissen wanneer je moet schakelen.

Dan wel een externe AD-converter gebruiken, we hebben al vaak en nadrukkelijk mogen vernemen dat de interne ADC van microcontrollers maar goedkope zooi zijn, waarop men beter niet voort gaat.

Ik geloof zelf nogal in controllertjes, maar in dit geval lijkt de extra complexiteit mij te groot: wat er ook gedaan wordt, het moet nmbm analoog kunnen. Bovendien hebben (micro)controllers zo hun eigen failure modes...

we hebben al vaak en nadrukkelijk mogen vernemen dat de interne ADC van microcontrollers maar goedkope zooi zijn,

Dat valt heel erg mee. Enkel de ESP8266 is heel erg slecht te noemen. De ESp32 is al een stuk beter, maar de interne ADC van vrijwel elke andere microcontroller is gewoon goed genoeg.
Interne ADC is wel beperkt tot 10 of 12 bit dus als resolutie echt belangrijk is dan zal je een externe ADC moeten nemen. Maar ook dat is niet zo heel complex.

wat er ook gedaan wordt, het moet nmbm analoog kunnen.

Het zal best ook analoog kunnen maar dan zit je wel met een heel strak schakelschema, als er wat meer flexibiliteit nodig is wat dat al wat lastiger. Voor een deel op te lossen met extra trimpots.

controllers zo hun eigen failure modes...

Uiteraard maar toch worden ze overal gebruikt en blijken ze het maar zelden te begeven. Immuniteit voor stoorsignalen is denk de grootste uitdaging maar als je op zoekt wat je daarvoor moet doen is dat ook wel goed te doen.