Sarcina activa reglabila => Proiect didactic

[djvas]

sincer eu nu prea vad rezolutia de un mA in aceasta configuratie ... si sa explic de ce :

La suntul de 0.333Ohmi  o variatie de un mA inseamna o tensiune de aprox 333uV / mA . Daca se merge pe un dac de 12 biti cu o referinta de 2.048V inseamna o tensiune de 500uV / step IDEAL ... practic nu va fi asha. Dupa cum vezi nu prea da mAmperu... SI nici cu multitura nu vei face mare lucru. Crede-ma ca am testat cu AO si referinte de multi bani. Ideea mea ar fi sa citesti tensiunea de pe sunt cu un AO cu amplificare x10. In acelasi timp as alege un sunt cu valoarea mai normala nu una cu periaoda lui 3.  Nu mai zic ca nu am vazut sa se discute de TCR-ul suntului.

[Marian]

10 hours ago, Ion_Bumbu said:

Pai aia era ideea, 10 IRFZ44 cred ca`s vreo 70lei si`s 10 buc si duc curent s putere mai mult decit trebuie.

In regula, este si asta o varianta.

Totusi nu ma convinge sa renunt la protectia aia, mai ales ca-i foarte simpla. Chiar daca ar fi redundanta, e mai bine sa fie acolo si eventual sa fie ajustata dupa preferintele fiecaruia.

 

9 hours ago, djvas said:

sincer eu nu prea vad rezolutia de un mA in aceasta configuratie

Precizia aia din prima postare era una estimata. Sunt constient ca se poate ca rezultatul obtinut sa difere dar este irelevant, scopul plajei mici de curent nu era sa obtin fix 1mA, ci o precizie decenta la sub 1A ( ca sunt situatii in care ai nevoie sa testezi si sub 1A ), si cu configuratia asta precizia va fi arhisuficienta chiar si la analogic.

 

9 hours ago, djvas said:

SI nici cu multitura nu vei face mare lucru.

Multitura este valabila la varianta analogica, si una e sa reglezi din pot cu o singura tura si cu totul alta e sa reglezi din pot cu 10 ture, cred ca toata lumea este de acord cu asta, mai ales ca este foarte usor de probat. 

Editat Februarie 12, 2019 de Marian

[Ion_Bumbu]

Domnule, nu e vorba de a renunta la protectie, e vorba doar de a iesi mai ieftin si de a reusi sa imprastii mai usor caldura pe radiator fara a fi nevoie sa pui placa de cupru pe el.

 

[Marian]

Ce rigid sunteti 

Am confirmat si acceptat deja sugestia dvs, cine doreste o poate aplica linistit.

[Marian]

Revin putin asupra acestui proiect, si asupra variantei analogice ( ca trebui s-o termin totusi ).

Asa cum stiti de la ultimele teste schema n-ar fi putut sa traga 10A din 30V pe motiv de SOA la mosfeti si pusesem eu o protectie care sa reduca curentul de la un anumit prag.

N-am uitat ca Dl Bumbu a recomandat IRFZ44 dar mie nu-mi plac, deci eu nu-i pun! Cine vrea ii poate folosi in loc ( deci va rog nu insistati ).

 

Vreau sa pot trage 10A si la 30V si cum pretul mosfetilor de la Ixys a devenit destul de rezonabil, n-am nici un motiv sa mai ezit, deci astia vor fi mosfetii:

https://www.tme.eu/ro/details/ixtq50n20p/tranzistori-canal-n-tht/ixys/

 

Au un SOA foarte bun la DC ( fix ce ne intereseaza ):

 

Vor fi 5 bucati in paralel ( la 12 lei bucata ar costa cam 60 de lei mosfetii, nu-i deloc mult pentru o sarcina activa atat de complexa ).

 

Schema actualizata si completata ar fi ( click pe ea pentru rezolutie mare ):

 

Am pastrat acea protectie dar pentru tensiuni de test mai mari de 30V in cazul in care accidental s-ar conecta o sursa de 35-40V, sau poate chiar ar fi nevoie sa se testeze una de 35V.

La cum e schema acum, pe la 31V curentul maxim de sarcina se reduce pe la 4A ( per total ), iar histeresisul e cam de 2V.

Functioneaza la fel si pe curent constant si pe rezistenta constanta.

N-or sa se poata trage cei 10A la 30V pe termen lung datorita radiatorului insa termocupla asigura protectia la supratemperatura, deci nu se va lasa cu fum.

 

O sa fac ceva teste de cum am mosfetii astia ( probabil undeva saptamana asta ), intai vreau sa testez o varianta cu un singur mosfet, un test destructiv la care vreau sa vad pragul de curent/tensiune la care mosfetul cedeaza deoarece vreau sa fiu sigur ca la 2A/30V sunt suficient de departe de limitele suportabilului.

Apoi o sa completez mosfetii pe radiatorul prezentat la inceputul topicului ( ala care va fi folosit la sarcina ) si restul schemei si vedem cum se comporta, ca sa pot declara schema finisata si sa ma apuc si de varianta digitala.

 

Revin cand am noutati.

Editat Mai 6, 2019 de Marian

[alcon]

http://www.paulvdiyblogs.net/2015/08/dynamic-dc-power-load.html

[Marian]

Am refacut testele cu varianta pe un singur mosfet, pe unul din cei de la ixyx ( IXTQ50N20P ).

Problema lor este pragul de deschidere care este ceva mai sus decat la IRFP-urile cu care testasem, nu mai pot fi folosite cu MCP6022 pentru ca acesta nu suporta alimentarea potrivita.

Vroiam totusi sa fac ceva teste asa ca am mers pe LM358 pentru ca vroiam sa verific SOA, am mers cu 2,5A pana la maximul disponibil de la sursa ce-o am, adica 34,5V, porniri si opriri succesive fara probleme. Asadar SOA pare intr-adevar mult mai bun, si alegerea mosfetilor ramane, cu 5 bucati in paralel din astia o sa pot duce 10A la 30V fara probleme ( sigur, nu mult timp datorita radiatorului dar aici voi avea protectie termica asa ca nu-i problema ).

 

Aveam si un AO de precizie primit de pe forum si care poate fi alimentat cu pana la 44V ( LT1013CP ) asa ca am testat si cu el, insa pentru nu stiu care motiv ( n-am investigat prea mult pdf-ul momentan ) e mai predispus la oscilatii, mi-a ars 3 bucati din IXTQ50N20P si un IRFP3206. Se stabilizeaza ok cu rezistenta destul de mare in poarta ( de pe la 2k2 in sus a functionat ok ).

Momentan opresc testele pana ma reaprovizionez cu niste mosfeti din astia de la Ixyx si caut si ceva AO de precizie care sa poata fi alimentat la 12V asimetric.

 

 

Editat Mai 20, 2019 de Marian

[Marian]

Salut.

 

In asteptarea modulului DAC pentru proiectul de amplificator multimedia, resuscitez proiectul asta dupa 2 ani si ceva de la ultima postare, motivul fiind ca vreau totusi sa-l concretizez dar cu ceva modificari motivate in principal de dorinta de a ma folosi strict de ceea ce deja am 

 

Si pentru ca am primit niste radiatoare mai mari, prima dintre modificari va fi tocmai aspectul racirii, radiatorul va fi un altul fata de cel prezentat in topic la inceput, unul ceva mai mare care va permite disiparea unei puteri mai mari, si din acest motiv am ridicat si tensiunea maxima de lucru pentru sarcina activa la 50V. 

 

Am facut ieri si azi mai multe serii de teste termice pentru a determina rezistenta termica a sa.

Am testat atat fara ventilator cat si cu ventilator, ca sa aflu rezistenta termica in ambele situatii.

Cate 3 teste diferite pentru fiecare situatie in parte cu 3 valori diferite ale puterii disipate pentru a scoate o medie ceva mai precisa.

Pe post de sarcina am folosit o rezistenta ceva mai voluminoasa ce se prinde pe radiator, are 2,7Ohm si cu radiator poate disipa pana spre 2kW. 

Ventilatorul folosit este unul recuperat dintr-o sursa mai mare de server, o veritabila turbina alimentata la 12V.

 

Pentru varianta fara ventilatie fortata am testat la 40W, 60W si 70W, in fiecare caz in parte fix 1 ora contorizata.

Rezistenta termica medie obtinuta pentru radiator a fost de 0,675*C/W.

 

Pentru varianta cu ventilatie fortata ( ventilator la turatie maxima ) am testat la 70W, 100W si 150W, la fel cate o ora contorizata.

Rezistenta termica medie obtinuta a fost de data asta 0,1*C/W.

 

Pentru ca rezistenta folosita pe post de sarcina e ceva mai voluminoasa i-am testat si propria ei rezistenta termica spre a o scadea din cea medie obtinuta la teste ( face rezultatul mai precis ). Am testat cu 10W si fara ventilatie tot o ora si am obtinut 2,8*C/W ( fara ventilatie deoarece la testele cu ventilatie fortata, ventilatorul nu a suflat pe rezistenta in sine, ci doar printre aripioare ). Din asta rezulta ca rezistenta termica a radiatorului fara ventilatie e pe la 0,89*C/W si cu ventilatorul folosit de mine e pe la 0,105*C/W.

 

Radiatorul, rezistenta si ventilatorul in cauza:

 

Ca putere continua maxima de interes am ales pana la urma 400W, mi se pare foarte ok pentru o sarcina activa, si oricum daca e nevoie sa disipi mai mult, e mai indicata o sarcina rezistiva. 
Cu 400W si 0,105*C/W, radiatorul urca cu 42*C peste ambient, ceea ce e ok.

 

Uitandu-ma prin ce am in cutii, m-am oprit la IRFP460A ( de la Vishay ), am mai multe bucati din astia si par sa fie cel mai potriviti la capitolul disipatie si SOA din tot ce am ( inclusiv IGBT-uri ), pentru conditiile de lucru de aici.

Conform pdf pot disipa maxim 280W la 25*C si deriva puterii disipabile scade cu 2,2*C/W.

Raman in continuare la 80*C temperatura maxima de lucru pe capsulele tranzistorilor ( cu termocupla pe radiator pentru protectie ). Cu o diferenta de temperatura de 55*C, puterea maxim disipabila scade spre 160W la cele 80*C pe capsula.

 

Intentionez sa folosesc 8 bucati in paralel pentru un regim cat mai relaxat pentru fiecare tranzistor, si o distributie mai uniforma a disipatiei pe radiator. 

Asta inseamna 50W maxim pe fiecare mosfet, deci pentru cei 50V tensiune maxima dorita de mine pentru sarcina, am nevoie de 1A, adica mult sub limita SOA ( stiti ca au fost ceva probleme la capitolul asta ).

 

La 50V pot fi trasi continuu maxim 8A cu sarcina pentru cei 400W mentionati, iar maximul dorit de curent o sa fie cel mai probabil 15A, care vor putea fi trasi pana pe la 26V ( ce-i drept, la nevoie inca 50W in plus pentru a trage 15A la 30V nu ar trebui sa fie o problema ).

 

Tranzistorii in cauza au o rezistenta termica jonctiune-capsula de 0,45*C/W, ceea ce inseamna ca la 50W jonctiunea va fi cu 22,5*C peste capsula, si daca iau in calcul un 0,5*C/W pentru izolatie ( usor de obtinut cu padurile alea din kapton ) rezulta inca 25*C, deci intre radiator si jonctiune o sa fie o diferenta totala de 47,5*C.

Cu un termostat/termocupla la 85*C montata pe radiator, o sa am o temperatura maxim posibila pe jonctiune de 132*C, deci destul sub maximul de 150, si o sa pot avea in carcasa pana la 45*C ( nu va fi cazul pentru ca va fi bine ventilata ).

 

Cam asta ar fi partea de calcule, acuma ramane sa fie pusa in practica.

O sa actualizez schema si apoi o sa fac si ceva teste ca sa fiu sigur ca-i ok.

[BRANCA]

http://www.kerrywong.com/2017/01/15/a-400w-1kw-peak-100a-electronic-load-using-linear-mosfets/

 Doi mosfeţi liniari şi un radiator,glumind, cât capacu de la budă...

[Marian]

Ai observat cat costa un mosfet din ala?

Nu mersi...

[sesebe]

E foarte bună abordarea ta cu mulți MOS-FET-i puși sa disipe mai puțin. 

Uita de componente deosebite / ciudate. 

Pt o comanda cit mai liniștită la tranzistori mergi pe o comanda in curent nu in tensiune cum scot operaționalii. Exista cel puțin un operațional cu ieșire in curent, si l-am folosit intr-o aplicație mai ciudata, dar e cam scump. Dar cu ala n-am văzut oscilații la comanda MOS-FET-ilor care reprezinta o sarcina capacitiva, chiar fără a avea nici o rezistenta de poarta. 

[Vlad Mihai]

Salutare,

 

Am primit un mail cu o notificare privind activitatea din acest thread si am intrat si am recitit toata discutia.  Marian foarte potente radiatoarele, mi-a amintit de niste experiente de acum multi ani de-ale lui pisica matache cu racirea IGBT-urilor intr-o galeata de apa, tot pentru o sarcina electronica. Partea de control o pastrezi tot analogica? adica cea din circuitul postat de tine mai sus?

 

Am facut si eu ceva similar dar mai rudimentar acum cativa ani dar intr-o configuratie hibrida (uC + operational) si pentru o putere de disipatie mai mica, de aprox 30 W. Scopul a fost mai mult didactic pentru studentii mei de anul 2 la electronica. Am scris si o mica documentatie aici: click. Ulterior planuisem sa fac o configuratie complet digitala folosind un uC dedicat pentru surse de alimentare in comutatie si sa beneficiez de blocurile analogice interne (DSPIC33EP64GS502), iar pentru partea de monitorizare putere (curent si tensiune) ma gandisem sa folosesc tot o solutie complet digitala INA219 pe I2C cu un shunt de 2 mohm sau mai mic (INA219 sunt foarte bune si precise). Pentru partea de putere la fel ma gandeam sa folosesc mai multe MOSFET-uri in paralel si raciti corespunzator. Astfel toata partea de control si monitorizare era digitala si complet reconfigurabila. Bun, eu m-am dus un pic mai departe cu ideile mele, am adaugat senzori de temperatura unul pe radiatorul  MOSFET-urilor si unul pe radiatorul/IC-ul sursei care era testata, astfel stiam si regimul termic al sursei testate (pe atunci evaluam surse si IC-uri in conditii speciale/agresive de functionare si ma interesa si regimul termic al acestora). Dar din pacate ultima versiune, cea complet digitala, a ramas la stadiul de diagrama bloc pentru ca nu am gasit timp in ultimii 2 ani sa ma ocup de ea si nici nu cred ca am timp in viitorul apropiat, din pacate....

 

Oricum in documentatia de mai sus, am povestit si despre niste teste cu sarcina electronica pe o sursa de alimentare si poate sunt de ajutor cuiva.

 

PS: intre timp am trecut la o sarcina electronica profesionala de la BK, BK8542B, pe care as vrea sa o studiez putin si sa vad cum e conceputa (poate dupa ce expira garantia).

 

 

Spor,

Vlad

 

 

[Marian]

11 hours ago, sesebe said:

E foarte bună abordarea ta cu mulți MOS-FET-i puși sa disipe mai puțin.

Multumesc.

 

Salut Vlad, ma bucur sa te regasesc pe forum, si mai ales pe topicul meu!

In portile mosfetilor va fi tot un AO, cel mai probabil chopper-ul despre care vorbeam acum 2 ani, din cate stiu il am deja, alimentarea e foarte flexibila si e foarte precis, ideal pentru asa ceva. 

Insa partea de control o va face o placa arduino, inca nu stiu daca va fi modulul UNO R3 vechi sau voi lua altul mai nou si mai bun, ramane de vazut ( probabil as inclina totusi spre ceva nou ). 

Si pentru afisare vreau neaparat sa folosesc niste afisoare LCD pe care deja le am ( unul dintre ele ), sunt arhisuficiente, nu caut fite.

Inca sunt multe de decis insa cel mai probabil o sa am monitorizare ADC a tensiunii de test de pe sarcina pentru a ma ajuta atat la functia de rezistenta constanta ( si, poate si putere constanta ), cat si la protectia pentru supratensiune pe sarcina activa ( functie pe care vreau sa o pastrez ), vreau sa ma asigur ca nu incarc cu mosfetii tensiuni mai mari de 50-60V blocandu-le referinta de la AO la detectarea unui prag.

Alte functii nu stiu daca o sa adopt, ramane de vazut.

Inca n-am decis clar nici partea de citire curent, pentru randament insa parca as tinde si eu catre un senzor hall, eventual cu o usoara amplificare dupa el pentru o referinta ceva mai mare si mai usor de controlat in pasi mici. 

[BRANCA]

Până la urmă care e domeniul de aplicabilitate al sarcinii?Curenţi mari?Universală?Mă gândeam că la unele testări la curenţi mari ar merge şi utilizarea adiacentă a unor rezistori wattaj mare...

 Am văzut,mai demult,o sarcină electrică f interesantă cu tranzistori MJ,a olandezului Blackdog,pe forumul eevblog.Proiectată şi realizată fizic de el.În cuprinsul linkului e dată schema:

https://www.eevblog.com/forum/projects/dummy-load-problem/

[Marian]

E mult mai simplu de testat in orice configuratie a tensiunii si curentului maxim admise.

Adica doar reglezi din encoder/tastatura/potentiometru ce curent vrei sa tragi din dispozitivul testat.

E si mai simplu de comutat intre regimuri diferite, rezistenta constanta, curent constant, sau putere constanta, etc...

Cu rezistente simple e mult mai dificil de replicat totul si trebui sa tot modifici valori la fiecare pas, pe cand aici doar ajustezi de pe panou. Plus ca avand afisaj digital poti urmari live tensiunea pe sarcina si curentul, eventual si puterea, elimini automat minim 2 multimetre din ecuatia testului.

O chestie interesanta in plus pe care sarcinile comerciale o au este testarea capacitatii acumulatorilor, nu stiu insa daca as putea sa o implementez si aici in ciuda controlului digital, habar n-am cum s-ar face integrarea in timp a parametrilor masurati in soft...Nu ca as testa eu multi acumulatori.