Sarcina activa reglabila cu ATmega

[djvas]

Eu as uita de PWM si as pune un DAC pentru comanda mosfetului.  O sursa buna de inspiratie este schema lui informer  ( vezi la mici proiecte )

[zvonacfirst]

Daca va referiti la schema a lui Informer de sarcina pentru descarcare controlata acumulatori mi se pare prea complicata pentru mine. Dar in afara de chestiunile discutate deja si pe care le voi implementa pe schema, de ce ar trebui sa schimb abordarea acestui proiect? Mi-ar fi perfect la indemana realizarea lui daca as avea partea de soft. In definitiv pot sa-l fac complet analogic, o varianta simpla. Sau mai degraba as face schema lui @Marian doar ca dumnealui a cam abandonat proiectul acela desi era foarte interesant ca abordare si ca prezentare.

Nu am lucrat cu DAC si intru iarasi intr-o zona pe unde nu am mai calcat de loc. 

[Marian]

Nu l-am abandonat, doar l-am lasat in asteptare nefiind prioritar momentan.

O sa-l reiau, dar nu stiu cand.

[Vlad Mihai]

Salutare, am publicat acum ceva timp un articol cu cateva chestii de baza despre cum sa faci un electronic load controlat digital.

 

Sper sa fie de ajutor cu ceva, poate fi gasit aici:click

 

Numai bine,

Vlad

[BRANCA]

https://hackaday.com/tag/electronic-load/

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

 

[zvonacfirst]

Dupa o perioada destul de lunga de la deschiderea acestui topic, am reusit sa realizez sarcina electronica pe care mi-o doream.

Am abordat proiectul diferit fata de ce imi propusesem initial, realizand in prima faza o sarcina variabila analogica la care am adaugat ulterior un modul digital cu ATmega328. Parametrii pe care mi i-am propus din start au fost 0-50V si 0-10A.

Sarcina are doua regimuri de functionare: regim curent constant si regim rezistenta constanta.

Schema modulului analogic al sarcinii este urmatoarea:

 

 

Sarcina poate fi folosita si doar cu modulul analogic, comutarea intre regimurile de lucru facandu-se cu un commutator montat in locul releului.

Pentru cine a citit acest topic de la inceput, este clar ca am tinut cont de sugesttile lui @Dxxx caruia ii multumesc. Am folosit un operational LM324, fiecare AO controland un mosfet IRFP150NPBF, in total am utilizat 4 mosfet, la alegerea carora am tinut cont atat de caracteristici cat si de pretul accesibil.

Layout-ul cablajului este realizat pentru radiatoarele pe care le vinde @Toni Marginean, niste radiatoare de foarte buna calitate, si pentru carcasa pe care o veti vedea in poze.

 

 

In poza de mai sus se vad ambele cablaje, ale modulului analogic, cel di stanga, si al modulului digital.

Modulul digital adauga urmatoarele functii:

-       Controlul temperaturii prin comanda PWM a ventilatorului

-       Protectie la supratemperatura, supratensiune, supracurent si scurt-circuit

-       Conectarea si deconectarea iesirii la borne

-       Comutarea intre cele doua regimuri de lucru dar blocheaza comutarea regimului de lucru in timp ce iesirea la borne este conectata

 

Aici trebuie sa mentionez ajutorul primit de la @niq_ro care a scris softul, contributia mea fiind neimportanta.

 

Montajul arata cam asa:

 

 

… si cu modulul digital plus modulul de alimentare:

 

 

Cea mai grea etapa, introducerea in carcasa.

 

Si niste filmulete din timpul testelor de dupa incarcasare.

 

 

 

Primul arata functionarea in regim de current constant iar al doilea, filmat dupa mai bine de o ora, arata trecerea in regimul rezistenta constanta.

Pentru teste am folosit o sursa de PC Thermaltake, de buna calitate, dar care pe ramura de 12V are totusi o cadere de tensiune semnificativa la current de 10A, desi pe eticheta scrie ca duce mult mai mult.

Sursa mea de zi cu zi scoate 30V si 3A dar la 3A nici nu porneste ventilatorul, pragul de temperatura fiind de 40 de grade.

Dupa mai bine de o ora la 12V si 10A temperatura s-a stabilizat in jur de 51-52 de grade. Probabil ca la 50V si 10A sarcina va putea fi utilizata doar pentru o perioada scurta de timp. In schimb, cu o racire mai buna in mod sigur ar face fata. Pentru nevoile mele din acest moment face fata cu brio si cred ca ar face fata si la 50V si 5-6A, dar nu am cu ce sa o testez. Poate in viitor cu alta sursa.

 

Edit: Acum am vazut ca am inversat intre ele ledurile de la regimul de lucru, dar este o chestie usor de corectat. Inversez conectorii intre ei. Pe afisaj in mod normal la regimul curent constant in dreapta sus afiseaza puterea iar in regimul rezistenta constanta afiseaza rezistenta.

Editat Septembrie 13, 2020 de zvonacfirst

[rosmarin]

Ce usor se poate vedea ce poate si cat duce o sursa reglabila stabilizata ! FELICITARI George !Un constructor de inalta clasa, totul  construit de un profesionist, acum. Ma bucur pentru ce realizezi dar si cum le realizeziFelicitari inca odata si mult succes pe mai departe

[Marian]

12 hours ago, zvonacfirst said:

Pentru teste am folosit o sursa de PC Thermaltake, de buna calitate, dar care pe ramura de 12V are totusi o cadere de tensiune semnificativa la current de 10A, desi pe eticheta scrie ca duce mult mai mult.

Duce, dar trebui incarcata proportional si iesirea de 5V, au stabilizare comuna, astfel daca una e sub sarcina si alta in gol, cea in sarcina scade si cea in gol creste.

Incarca-le pe amandoua proportional si n-or sa mai scada deloc.

 

12 hours ago, zvonacfirst said:

Probabil ca la 50V si 10A sarcina va putea fi utilizata doar pentru o perioada scurta de timp

Pai la 12V ( de fapt chiar tu ai zis ca erau mai putini ) si 10A disipi 120W, in schimb la 50V cu 10A disipi 500W, foarte greu de realizat asta cu o sarcina activa, si nu-i doar despre dimensiunea radiatorului ( monstru si scump ), ci si despre regimul SOA care pune probleme serioase la lucrul in DC cu mosfeti ( mosfetii aia din schema nici macar nu au curba SOA DC ).

Poti duce la 50V dar pe curent mic, si poti duce la 10A dar pe tensiune mica.

Din ce spui mai mult de 200W nu cred ca poti disipa in acel radiator.

Editat Septembrie 14, 2020 de Marian

[zvonacfirst]

Acum 3 ore, Marian a spus:

Duce, dar trebui incarcata proportional si iesirea de 5V

Multumesc @Marian. Am incarcat iesirea de 5V dar nu proportional pentru ca nu am stiut ca asa trebuie. Am pus o rezistenta 22R 5W. 

 

Acum 3 ore, Marian a spus:

Din ce spui mai mult de 200W nu cred ca poti disipa in acel radiator.

Pentru teste de anduranta nu cred ca va putea disipa mai mult de 200W, poate 250W. Si pentru atata am semne de intrebare, dar pana nu testez nu am cum sa stiu.

Dar cred ca pentru teste de scurta durata va suporta si puteri mai mari. Limita de avarie pentru temperatura este setata acum in soft la 100 de grade, dar cred ca este cam sus. La aceasta limita bornele sunt decuplate iar recuplarea nu este posibila pana la atingerea temperaturii de 60 de grade. Temperatura asta de 60 de grade este pragul la care ventilatorul intra in turatie maxima iar logica este ca dupa avarie, daca vreau sa recuplez, deci la 60 de grade, ventilatorul sa fie deja in turatie maxima.

Ce este important, la tensiunile si curentii surselor uzual construite pe forum, din cate am vazut 30V si 3-5A (sper sa nu gresesc), sarcina mea ar face fata fara nicio problema la orice test, de scurta sau de lunga durata. Si cred ca sarcina aceasta ar putea fi utilizata pentru testarea unui transformator inainte de a-l integra intr-un proiect, cu o punte redresoare acoperitoare ca amperaj si cu un condensator de filtrare potrivit.

Editat Septembrie 14, 2020 de zvonacfirst

[UDAR]

Unde se măsoară temperatura ? Că dacă este măsurată pe radiator la 100°C temperatura joncțiunii s-a dus mult peste 200°C adică probabil POC! 

Se mai adaugă și ce a zis @Marian Deși teoretic MOSFET-ii nu au stăpungere secundară au fost evidențiate fenomene similare și la ei . 

[zvonacfirst]

Temperatura se masoara pe radiator, exact intre doi mosfet cu LM35DT.

Unde in alta parte as fi putut sa o masor?

Tranzistorii sunt montati direct pe radiator, cu pasta dar fara paduri. Am zis ca asa voi obtine un transfer termic optim. Radiatoarele cu planeitate foarte corecta, verificate cu o rigla metalica, la fanta de lumina nu se vedea nimic. Tranzistorii cu placa bine prelucrata.

Temperatura masurata pe capsula cu un termometru laser depasea cu numai cateva grade - 2, maxim 3 grade - temperatura radioatorului masurata cu acelasi termometru.

La 30V si 5A, maxim ce scoate sursa mea reglabila, in cateva minute traful de 3.5A din sursa se incalzeste destul de tare si nu pot continua.

Cu radiatoarele incalzite la 51 de grade cu sursa de PC, cand trec pe sursa de 30V la 5A, in 5 minute temperatura s-a stabilizat la 54 de grade, dupa care am oprit din cauza transformatorului.

Dar astea sunt detalii.

La teste, cand voi ajunge sa le fac cu o sursa capabila de 50V si 5A, am sa urmaresc cresterea temperaturii. In caz ca este accelerata pot sa decuplez. Sau stabilesc la inceput un prag de avarie mai jos.

Nu are rost sa anticipez, voi testa si voi vedea ce si cum. Doar ca va dura pana cand voi reusi sa fac o alta sursa.

[UDAR]

IRFP150N are, conform DS,  max 0.95K/W Rthjc și tipic 0.24K/W Rthcs în total 1,19K/W . Hai să fie doar 1.1 că prima era maximă . La 400W disipație totală avem 100W per tranzistor deci cca 110°C peste temperatura radiatorului de sub tranzistor .

Probabil 200-250W pentru scurt timp, nu mai mult . 

Atenție și la asta cu scurt timp - un radiator pasiv are masă mare deci și inerție termică mare . Un tunel cu ventilatoare, nu . 

[Marian]

21 hours ago, zvonacfirst said:

Am incarcat iesirea de 5V dar nu proportional pentru ca nu am stiut ca asa trebuie

Sursele ATX sunt poate cel mai discutat tip de sursa pe la alimentatoare.

Smilex si Miticamy au tot explicat despre ele, stabilizarea lor comuna ar trebui sa fie subiect de cultura generala...

Tot subiect de cultura generala este faptul ca la o sursa stabilizata NU scade iesirea in sarcina decat daca este dotata cu regim de curent constant, si acesta este atins, sau se ating anumite limite constructive.

Ori sursele ATX nu au asa ceva ( regim de curent conttant ), ci au protectie cu stop, deci n-au voie sa scada in sarcina deloc.

Tocmai asta face incarcarea proportionala a iesirilor, echilibreaza bucla de reactie negativa si permite pastrarea tensiunii fixe in sarcina.

Altfel o iesire scade si alta creste pana cand supervizarea detecteaza dezechilibru prea mare si intervine blocand sursa.

N-o sa ma apuc de calcule ca oricum nu ma baga nimeni in seama, in schimb daca la 10A iesirea de 12 scade atunci incarca mai mult pe cea de 5, pana cand 12 isi revine.

 

Ce doream eu sa sesizez este matematica pura ( "inconvenient" pe care multi par sa-l ocoleasca ).

Si nu la strapungerea secundara ma refeream.

Pe fata aparatului sta scris 50V si 10A, ceea ce sugereaza ca sarcina este capabila de pana la 500W, ori vazand radiatorul si numarul mosfetilor, mi-a fost clar ca nu este cazul probabil nici pentru jumatate pe atat.

Singura circumstanta in care combinatia 50V cu 10A este sigura este ca sarcina sa fie dotata cu regim de putere constanta, adica indiferent de setari sau conditii, sarcina sa nu poata trage mai mult de 150-200W ( sa zicem ), atunci esti sigur ca sarcina este in siguranta, altfel este deajuns un singur moment de neatentie din partea cuiva care reproduce proiectul tau, sau chiar din partea ta, si evadeaza fumul...

Si eu stiu ce spun, avand cele mai multe proiecte publicate pe forum, sunt patit.

 

Chiar si in cazul utopic in care nu exista rezistenta termica intre capsula si radiator, avem 0,95*C intre jonctiune si capsula.

La 500W disipi in fiecare tranzistor 125W, care ridica jonctiunea cu 118*C peste capsula, deci capsula nu poate depasi 57*C.

Asa cum ziceam, ignor rezistenta termica dintre capsula si radiator, si ma concentrez doar pe el.

Cu 500W pompati in el, si cu o cursa maxim permisa de temperatura de 32*C, rezistenta termica a radiatorului trebui sa fie de maxim 0,064*C/W.

Luand in calcul si ceva rezistenta termica intre capsula si radiator, cerintele pentru acesta devin si mai stricte, nu mai spun ca ambientul nu trebui sa depaseasca 25*C.

Mai mult decat atat, chiar si cu radiatorul perfect, tot n-o sa disipi atat, am mai zis mai sus, mosfetii astia nu au curba DC la graficul SOA, cea mai "lunga" perioada fiind aia de 10mS ( parca ), nu disipi mai mult de cateva zeci de W continuu intr-un mosfet, mai ales la tensiuni mai mari, si tot din patanii proprii spun si asta.

De ce crezi ca momentan proiectul meu de sarcina activa sta in asteptare? Pentru ca in anumite conditii chiar cu racire foarte buna, si cu bucla de reactie negativa foarte stabila, mosfetii totusi cedeaza, nu-s facuti pentru asa ceva, mosfetii nu-s facuti sa disipe foarte mult in continuu, am gasit unii care au curba SOA in DC insa si aia cedeaza ( doar ca ceva mai sus ).

Pana n-o sa pun la punct managementul termic si toata partea de forta, proiectul nu poate continua, si momentan ma concentrez pe finalizarea unui proiect comercial nou ( SMPS de 1500W ).

 

In speranta ca s-a inteles ce trebuia, ma retrag si te felicit totusi pentru realizare.

Spor.

[BRANCA]

 Zvonacfirst.Sugestia mea este o rezistenta sau un grup de rezistenta serie cu sarcina.

 Daca sarcina actuala duce 200-250w atunci rezistenta de balast ar trebui sa disipe 250-300w.Ma refer la testarea sursei de 50V si 10A.

 Exista rezistente fie cu radiator fie tubulare vitrificate la puteri mai mari de 300w.Sunt cam scumpe.

 O solutie este utilizarea firului de kanthal.Singura problema ar fi necesitatea fixarii pe un suport adecvat.In schimb este relativ ieftin.De ex fir 1,5 mm,cu rezistenta cca 0,74 ohm/m,costa cca 60-80 lei/rola cca 7 m.

Normal ca firul se va alege functie de curentul maxim suportat pe sectiune.

 In varianta asta sarcina actual construita ramane perfect valabila.

[zvonacfirst]

@Marian, iti multumesc pentru tot ce ai scris, am sa tin seama de sugestii si am sa limitez software sarcina electronica in asa fel incat fumul magic sa ramana la locul lui.

Sarcina construita de mine este pentru uzul personal si, asa cum am mai scris, probabil ca nu voi iesi in afara domeniului 0-50V si 0-5A. Modulul analogic, folosit ca atare, nu are practic nicio limitare sau protectie, de aceea daca doreste cineva sa il construiasca trebuie sa ii cunoasta limitele. 

Eu am scris pe panoul frontal ce am stabilit de la inceput ca si domeniu de tensiune si curent si, utilizand-o personal si cunoscandu-i limitele, nu este nicio problema.

 

Ca sa fie clar pentru cei care vor dori sa construiasca o sarcina electronica, schema postata este pur informativa, este schema utilizata de mine in proiectul meu, si nu recomand nimanui sa o foloseasca fara o documentare prealabila, eventual modificare in functie de parametrii doriti si de niste asteptari personale.

 

Referitor la sursele in comutatie, stiu ca sunt materiale valoroase si bine documentate pe forum, doar ca nu este un domeniu in care sa imi fi bagat nasul pana acum. Si atat timp cat, cel putin deocamdata, nu sunt interesat de constructia vreuneia nici detalii despre ele nu imi sunt de folos. Chestiuni elementare, cum ar fi principiul lor de functionare, le-am inteles pe parcurs, dar de chestiuni cum ar fi stabilizarea surselor ATX nu m-am lovit pana acum si nu am studiat ceva ce nu imi era de folos pe moment. Am retinut, voi tine minte si voi aplica pe viitor informatia referitoare la incarcarea proportionala a ramurilor de tensiune pentru a beneficia din plin de stabilizarea sursei.

 

@BRANCA multumesc pentru sugestii. Dupa ce m-am chinuit cel mai mult la acest proiect sa conving componentele sa intre in carcasa aia, iar carcasa sa primeasca acele componente, sa fac un setup interior aranjat cu o anumita logica, nu voi mai modifica nimic si voi utiliza sarcina intr-un domeniu foarte prietenos pentru ea la care stiu ca va face fata fara probleme. 

 

 

Editat Septembrie 15, 2020 de zvonacfirst