Incarcator auto cu SG3525+IR2110

[Moxica]

Salutare

 

Am in lucru un proiect de incarcator auto comandat de un microprocesor (in sensul ca microprocesorul comanda tensiunile si curentii de incarcare corespunzatori).

 

Partea software e facuta iar acu cateva saptamani am inceput sa dezvolt si partea fizica. In prima faza m-am gandit la o sursa in comutatie cu IR2153 care sa-mi dea vreo 20Vcc, iar din acesti 20Vcc sa comand cu microprocesorul un step-down (un buck) converter. Datorita faptului ca atunci cand pornea buck-ul se bloca procesorul (din cauza unor spike-uri uriase) mi-am dat seama ca trebuie sa modific si cablajul si schema. Asa ca m-am gandit la o varianta intr-un fel "mai simpla" si care sa-mi poata asigura un control mai bun asupra tensiunii/curentului de iesire. Am ales varianta SG325+IR2110+un traf ETD39 gata facut. De ce gata facut ? Pentru ca acest proiect se doreste a fi produs in serie si deci trebuie sa folosesc componente care se pot cumpara gata facute (ca sa nu stau eu sa bobinez la mana traf-uri si inductante).

 

Asa am ajuns si pe topicul de aici despre SG3525+IR2113 si placut impresionat de implicarea si cunostintele membrilor acesui forum am simtit ca pot avea incredere in sfaturile lor si am "furat" mai multe idei din acel topic.

 

Ce doresc eu acum ? Vreau sa va supun atentiei proiectul meu si daca aveti timp si bunavointa, va invit sa va dati cu parerea si daca e cazul, sa veniti cu sfaturi. Am in atasament varianta (sper) finala a schemei proiectului meu. Va rog sa va uitati peste ea si sa va dati cu parerea despre functionarea ei in general si in special despre:

- circuitul de compensare a amplificatorului de eroare al SG3525;

- valorile din circuitul de redresare (inductanta si condensatori);

- functionarea circuitelor prin care microprocesorul dicteaza o curentul sau tensiunea de iesire.

 

Precizez ca:

- transformatorul are 36 de spire in primar si 2 secundare fiecare de cate 5 spire. Comandat cu IR2153 (half bridge) la 35khz am scos 160W din el (20 si ceva de V si 7 amperi si ceva). Din pacare bobinajul se cam incalzea pe sarcina asta insa nu-i bai, ca nu am nevoie de 160W, ma pot multumi si cu 100-120W.

- IC6 si IC5 vor sa asigure ca in functionare normala, tensiunea sa nu scada sub vreo 8 V si nici sa nu creasca peste 15V. Conditia ca tensiunea sa nu scada sub 8V este pusa pentru a asigura alimentarea permanenta a microprocesorului.

- pentru modul in curent constant, microprocesorul activeaza tranzistorul T11 si baga un PWM corespunzator pe R60 si C33. In aceste conditii IC7A citeste curentul de iesire, iar daca acesta este mai mic decat trebuie, reduce polarizarea lui IC6, gatuie optocuplorul si bla bla bla, creste curentul de iesire pana curentul citit este egal cu curentul dictat de microprocesor;

- pentru modul in curent constant, microprocesorul activeaza tranzistorul T12 si baga un PWM corespunzator pe R59 si C31. In aceste conditii IC7B citeste tensiunea de iesire, iar daca acesta este mai mic decat trebuie, reduce polarizarea lui IC6, gatuie optocuplorul si bla bla bla, creste tensiunea de iesire pana tensiunea citita la iesire este egala cu cea dictata de microprocesor.

- gramada aia de rezistente si diode si tranzistoare din partea de joasa tensiune se datoreaza functiilor de "avertizare lipsa baterie sau baterie defecta (tensiunea baterie < 7-8V)", "baterie legata invers", "evaluare stare de incarcare" etc. Aceste functii,din ce am testat pe PCB-ul cu varianta cu IR2153 se pare ca merg, asa ca nu cred ca are rost sa vorbim prea mult de ele.

 

Cam astea ar fi detaliile minime despre acest proiect. Pot reveni cu mai multe, numai sa-mi spuneti exact ce aveti nevoie sa stiti - in caz contrar risc sa aduc o groaza de informatie irelevanta.

 

 

 

P.S. daca stiti unde pot gasi pe cineva (firma sau persoana fizica) ce poate sa ma ajute cu constructia a zeci (sau cine stie, poate chiar sute) de transformatoare pentru proiectul meu, va rog sa-mi spuneti si mie. In acest caz as putea obtine curenti de incarcare superiori celor posibili cu modelul actual de traf.

 

Toate cele bune,

Ciprian

Editat Noiembrie 24, 2014 de Moxica

[miron1947]

unde pot gasi pe cineva (firma sau persoana fizica) ce poate sa ma ajute cu constructia a zeci (sau cine stie, poate chiar sute) de transformatoare

Incercati aici http://www.electrocontact.ro/compania/fabrici/fabrica_de_transformatoare.html

[pisica matache]

@moxica,

 

Proiectul e foarte interesant, din pacate schema e greu lizibila. O poti pune pe bucati, sau altfel, sa se poata vedea detaliile ?

Editat Noiembrie 29, 2014 de donpetru
Inlocuire citat cu nume utilizator

[donpetru]

Incercati sa postati schema la o rezolutie mai mare ca sa se poata vedea detaliile si niste imagini cu montajul realizat, in caz contrar topicul nu va fi de prea mult ajutor utilizatorilor. Si nu cred ca asta v-ati dorit!

 

In ceea ce priveste cerinta cu constructia acelor transformatoare SMPS, cautati in zona China niste companii care le pot face pe bani mai putini, pentru ca in Romania manopera este destul de mare si nu se merita.

 

Numai bine

[Flopi]

Eu unul as merge pe ir2153, uC si buck. Cred ca iese mult mai simplu/ieftin decat ce ai in schema aia. Daca tot e vorba de productie de serie eu as schimba si procesorul. De exemplu PIC18F14K22, este de vreo 3 ori mai ieftin, si e mult mai potent pe partea de PWM. Cu el poti sa faci un buck sincron (cu un ir2110 ca driver), pentru ca stie de PWM half bridge cu dead time si la mai mult de 100Khz... Daca are prea putin pini poti comanda serial display-ul (cu un 74HC595 de exemplu) sau sa treci la fratele lui mai mare 18f43k20. E putin de "investit" in soft dar cred ca merita.

Cat despre spike-urile uriase, nu cred ca nu se poate rezolva... (am o banuiala ca e din soft)...

Spor !

Editat Noiembrie 29, 2014 de Flopi

[pisica matache]

La redresarea sincrona, avand in vedere ca sarcina e un acumulator, trebuie protejat cumva mosfetul low. O solutie a propus @smilex, un comparator ce blocheaza comanda mosfetului. Schema e asta, conceputa pentru un regulator MPPT, pentru panouri solare. http://www.tehnium-azi.ro/index.php?app=core&module=attach&section=attach&attach_rel_module=post&attach_id=11913

Apropo de schema asta, chiar zilele acestea vorbeam cu @silicipi, care spunea ca ar fi nemaipmenit sa se poata implementa si o incarcare in cel putin trei stagii a acumulatorului. Din ce am inteles de la el, eu nu am studiat inca aspectul, o incarcare corecta s-ar face astfel...

-daca tensiunea pe acumulator e mica, incarcarea se face cu un curent mic, sub clasicul 1/10C. Asta ar fi primul pas.

-dupa ce tensiunea ajunge la o anumita valoare, sa zicem 12,0V, incarcarea se face cu 1/10C, sau cat admite tipul respectiv. Acesta e al doilea pas, incarcarea cu curent constant.

-la atingerea unei anumite tensiuni, sa zicem 14,0V curentul va incepe sa scada, tensiunea se mentine constanta. La atingerea unei anumite valori a curentului, cand acumulatorul e considerat incarcat, se reduce tensiunea de la 14,0V sa zicem, la 13,5V. Acesta e ultimul pas.

Eu ma gandesc ca s-ar putea folosi si o solutie analogica, comparatoare care sa monitorizeze tensiunea si curentul de incarcare si functie de acestea sa comande controlerul sursei.

Ar iesi mult mai simplu cu microprocesor, s-ar putea seta mai simplu, tensiunile si curentii specifici fiecarui stagiu ?

Editat Noiembrie 30, 2014 de pisica matache

[silicipi]

Aduc ca precizare la cele spuse de Flopir,ca ar fii mai bun IR2161, care are o protectie mult mai buna.

[baldovica]

 

Eu ma gandesc ca s-ar putea folosi si o solutie analogica, comparatoare care sa monitorizeze tensiunea si curentul de incarcare si functie de acestea sa comande controlerul sursei.

Ar iesi mult mai simplu cu microprocesor, s-ar putea seta mai simplu, tensiunile si curentii specifici fiecarui stagiu ?

 

nu vreau sa poluez topicul, dar, satul sa tot schimb bateriile (motocicletelor) in fiecare primavara, chiar daca le-am dat jos si tinut in beci, si chiar le-am incarcat din cand in cand, am construit charger-ul asta, care isi face treaba destul de bine. Daca cineva are nevoie de PCB in format electronic sa spuna.

 

[Moxica]

Nu am mai intrat de cateva zile pe acest topic crezand ca nu prezinta mare interes, insa azi cand am intrat m-am speriat de cate comentarii sunt :). Am atasat schema din nou, la o rezolutie mai mare. Intre timp am facut si un cablaj pentru ea si maine termin de pus ultimele piese pe el asa ca pot testa imediat eventualele sfaturi primite de la voi.

 

In ceea ce priveste comentariile voastre:

 

donpetru - deocamdata am o oferta de traf-uri pe ETD39 de cca 30 si ceva de ron bucata (cu tot cu tva) de la o firma slovena. Daca ai experienta in acest sens, te rog sa-mi spui orientativ cu cat ar fi mai ieftin un astfel de traf facut in Ceaina ?

 

Flopi - nu am foarte mare experienta in programare. Am ales ATMEGA328 pentru ca il pot programa usor si rapid cu Arduino IDE. Iar de pret nu mi se pare enorm sa dau 10-12 lei pe o bucata. Am renuntat la varianta cu IR2153 si step down converter si pentru ca vreau si protectie la conectarea inversa a bateriei, care, in varianta cu IR2153 si step down converter ar fi presupus niste complicatii. In plus, in gol miezul traf-ului se incalzea cam tare (bine "tare" e ceva subiectiv, insa ma astept ca in varianta cu factor de umplere variabil miezul sa fie mai rece). Oricum, voi lua in calcul si varianta buck sincron, insa nu acum cat inca nu ma pot lauda ca stapanesc bine teoria si practica in domeniul SMPS-urilor.

 

pisica matache, am studiat mult (nu stiu daca la fel de mult ca tine, dar oricum, mult :) ) modurile optime de incarcare a acumulatorilor cu plumb si nu am vazut nicaieri vreo pomenire la faptul ca in prima etapa, daca tensiunea pe acumulator e prea mica, sa-l incarci cu mai putin de 0,1C. Si oricum la prima vedere nu vad care ar fi problema daca in prima faza am baga mereu 0,1C.

Apoi, da, un incarcator in 3 faze se poate face si cu comparatoare insa mi se pare mai dificil, mai ales in modul de lucru in care setezi capacitatea, tipul acumulatorului si temperatura ambianta. Mie personal mi se pare complicat sa fac aceste calcule in mod analogic, ca sa nu mai vorbim de dificultatile introducerii datelor. Si nu in ultimul rand, am tinut ca acest incarcator sa fie dotat cu display LCD ca sa am cum afisa mai multe informatii (cred eu) utile: curenti si tensiuni de incarcare, starea aproximativa de incarcare a bateriei, un contor pentru numarul orelor de functionare, meniu de calibrare a citirii tensiunilor si curentilor, afisare mesaje de eroare etc.

 

Daca schema atasata acum este usor lizibila v-as ruga sa va concentrati atentia pe partea de stabilizare si reglare a tensiunii/curentului de iesire, asa cum este ea conceputa acum. Mentionez ca unele componente sunt intentionat puse in plus, pentru a lasa din start loc pe cablaj in eventualitatea in care va fi nevoie de unele din ele.

Schema.zip

Editat Noiembrie 30, 2014 de Moxica

[pisica matache]

Scuze de offtopic, dar unele incarcatoare folosesc chiar mai multe stagii. Unii spun ca ar fi utile, eu chiar n-am o parere in sensul asta.

http://www.sursedetensiune.ro/shop_ordered/3532/pic/PDF-ek/pb-1000-spec.pdf

[smilex]

Regimul pomenit de matache e des intalnit in scule dedicate. Nu e nici o bascalie, am vazut si in impulsuri in acea prima etapa. Dar in acelasi timp, un acumulator auto este proiectat sa functioneze cativa ani buni in regimul auto. Stiti la fel ca mine care este: tensiune limitata la 14,4V, iar curent cat biruie alternatorul. Nu pupa bateria aia 0,1C nici in visele ei chimice. Dar cred ca regimul dedicat de incarcare nu strica, insa nu stiu cate eforturi merita. Zic eu ca ar ajunge 0,1C cu limitare la 14,4 si atat.

 

La schema (la prima vedere), pareri personale:

-nu stiu cat de potrivit este sa incarci condurile de 470u cu un mos, nu-mi place softstartul chiar daca e functional si rezista, as opta pentru un simplu termistor (dintr-o sursa pc de exemplu);

-nu vad rostul a 100 ohmi + dioda in porti, 100 e prea mult, iar doar dioda e prea putin;

-nu vad rostul celor 100k paralel pe DS la mos;

-nu cred ca e potrivita compensarea in doua locuri: pe TL431 si pe SG, iar daca e vorba de al doilea TL (ca folosire permanenta) atunci amplificarea lui in tensiune trebuie totusi limitata cu un RC cu pol la frecventa foarte mica (sa nu influenteze);

-daca IC7A este un amplificator de tensiune cu 10, cred ca C33 este eronat acolo.

Editat Decembrie 1, 2014 de smilex

[Moxica23]

In legatura cu comentariile referitoare la schema:

- condensatoarele de 479uF nu sunt incarcate de nici un mos. Ele sunt incarcate de dioda D12. Mos-ul T9, nu face decat sa conecteze/deconecteze iesirea incarcatorului de iesirea redresorului. In legatura cu soft-start-ul, prefer varianta asta pentru ca nu-mi place sa am componente care produc inutil caldura.

- valoarea de 100 de ohmi am "furat-o" dintr-o schema aproximativ similara despre care stiam sigur ca mergea. Ulterior am mai studiat si am vazut ca de obicei valoarea acesteia este mult mai mica (cel mult cateva zeci de ohmi). Bine ca am loc pe cablaj pentru ele, le voi inlocui in timpul testelor;

- 120k in paralel cu mos-urile este o idee preluata tot din schema de care vorbeam mai sus si rolul lor ar fi cica sa asigure ca tensiunea medie in punctul comun al fet-urilor din primar sa fie egala cu jumatate din tensiunea de alimentare dupa redresor. Nu stiu cat de util este din punct de vedere practic, ramane de vazut.

- nu am compensare pe TL431 ci doar pe SG. Semnalele venite pe poarta celui de-al doilea TL sunt semnalele prin care microprocesoruls si comparatoarele LM393 ajusteaza tensiunea/curentul de iesire.

- C33 impreuna cu R60 filtreaza PWM-ul dat de procesor, PWM prin care procesorul dicteaza valoarea curentului de iesire atunci cand este activat modul "curent constant".

 

Am mai gasit o mica greseala la redresorul care alimenteaza SG-ul. Am corectat-o si o sa adaug mai tarziu schema actualizata. Deocamdata mai am de pus cateva piese si incep testele.

[smilex]

Da, ma refeream la incarcarea condurilor de 470 de pe filtrajul de 300Vcc. Daca reteaua dispare 1 secunda (sa zicem) filtrajul se descarca rapid datorita consumatorului. Dar mos-ul ramane deschis si sunteaza rezistorul de 33. Revenirea retelei face ca filtrajul sa necesite o anumita energie la incarcare. Calculeaza singur valoarea ei si vezi in pdf-ul mos-ului daca o suporta. Vei ramane surprins de diferente. Poate ca nu-ti place caldura (atunci scapa de rezistentele de pe mos), dar ma indoiesc ca-ti place riscul in domeniu...

Si da, erau doar pareri personale (gred ca gresesti la fiecare aliniat), orice are solutii. Dar testeaza...

[Moxica23]

Daca dispare reteaua pentru o secunda producand descarcarea condensatorilor de filtrare pana la 0, atunci prin D5 se va descarca si condensatorul care tine mos-ul activ. Sau cel putin asa m-am gandit eu.

 

Si sa ne intelegem: cand am raspuns la argumentele tale nu te-am contrazis ci doar am explicat de ce am facut asa si nu altfel. Daca e bine sau nu asta vreau si eu sa vad.

 

Deocamdata vad ca am subestimat consumul lui SG3525. Toata partea de comanda de dinainte de primar vrea vreo 50mA, altfel nu se ajunge la cei 8 V necesari ca sa porneasca SG-ul.

[silicipi]

Slaut! Schema merita imbunatatita. Din partea mea toata lauda ptr curajul si munca de a construii o schema si ceva util. Un sfat de la un patit : asculta bine ce zice Smilex si testeaza, pana acum eu am tot testat ce a propus , si nu prea a dat gres.

Acum revenind la schema, partea de alimentare SG si driver este dupa parerea mea muuuult subdimensionata, sfatul meu este sa faci in asa fel incat sa porneasca sursa si mai apoi alimentarea comenzii sa o faci dintr-o infasurare separata pe traf , sau un mic traf auxiliar care sa alimenteze comanda.

Snuberul pe primar este pus gresit, se pune daca vrei un compromis direct pe traf, sau si mai bine direct pe elementele comutatoare, pe secundar sa zicem ca e bine, desii eu le-as pune direct pe diode, adica pe fiecare dioda cate un snuber. Ma mai uit pe schema si daca mai vad ceva te anunt, eu sunt mititel, dar ceeea ce ti-am zis am invatat si eu de la cei mari. Numai bine si spor la mesterit!