Laderegler höherer Effizienz durch PWM

Danke!
Gewiss leistbar, für den der da firm ist. Bin ich gerade nicht.
STM32 bei reichelt 2,75 EUR, mit bord z.B. 16,50.
Spezieller Logikpegel, da Betriebsspannung zugeschnitten auf 1 Zelle Li-Akku. Vielleicht sogar stromsparend.
Einen Spannungshub runter zu teilen von 0 bis 10 auf0 bis 3V geht aber ganz einfach mit Widerstand-Spannungsteiler.
Analog-Digital Wandler wird aber eh sein müssen, und wenn nur programmiert.

Am Ausgang soger noch einfacher, da der PWM-Schaltkreis SG2534 eh nur analog Spannungen zwischen 2 und 3V verarbeiten kann (OPV-Eingang). Aber vermutlich kann der IC sogar entfallen, da PW-Verhältnis mit CPU direkt erzeugt wird.
Sonst eben wieder Wandler, diesmal digital-analog.
Grüße, Che

Da haben wir es wieder, dass Hardware oft fast kein Geld kostet. Herausforderung ist die Software.
Vermutlich lässt sich die Funktion des eigentlichen Ladereglers, also Schutz vor Über- und Unterladung da auch noch unterbringen.

Bezüglich PW-Frequenz nicht unter 100 kHz. Kann sogar sein, dass ich mit dem (bezahlbaren) Kern, den ich ausgesucht hatte, bis 200 kHz gehen muss. Selbstzitat:
Dabei behaupte ich nicht, dass ich alles vollständig verstanden habe. Zunächst nur dimensioniert nach "Kochbuch" vom R..

Denke, dass 200 kHz sogar bereits überschritten werden. Wenn ich mir den kleinen Übertrager so ansehe, der in meinem Schweißinverter, Systemleistung bis 6,5 kW (wie auch immer berechnet) übertragen soll, . Forum/cf3/topic.php?p=53650#real53650

Das war das erste Bild mit 114 kHz:



Warum sowas? Auch pn-Schichten brauchen Ladungsträger zur Befüllung, nachdem zuvor durchgeschaltet wurde. Dafür ist der R18 mit 22 kOhm bei den Frequenzen wesentlich zu groß.
Mit 6 kOhm sieht es so aus:


Schon besser. Pulsweite ca. 50%

Hier Pulsweite ca. 78,5%, bei Eingangsspannung 13V, mit Widerstand 3,3 kOhm:



Bei 80V ergeben sich 14%:



Das sind in etwa die Grenzen des Möglichen und auch das Ende der schönen Bilder.

Das Ergebnis ist derzeit nämlich eher bescheiden:



Besser als die Üb-Kenlinie einer einfachen Lademaschine. Die wäre nämlich waagerecht, "Pulsweite" immer 100%.
Besser auch, als ne geneigte Gerade wie beim Windmaster.
Die Ansätze gehen schon in die richtige Richtung, nur über 30 bis 70V eben noch zu gering.
(Die U_in ist das, was den PW-Schaltkreis ansteuert.)

Nun geht die Optimierung weiter, oder ich kümmere mich erst mal um das, was noch folgen soll.
Sicher auch nicht ohne Überraschungen.

@Max: Ist, als ob man bei einem Stausee einen gewissen Pegel (=Spannung) erhalten will, und dafür gepulst Wasser ab lässt, also Ventil auf und zu. Damit der Ablaufstrom nicht auch häppchenweise vor liegt, noch paar Maßnahmen zur Egalisierung.
Gegen schlagartigen Wasserschwall ne Drossel , gegen schlagartiges Ausbleiben einen Kondensator.
Das im Elektrischen. Drossel (Induktivität) beim Wasser vielleicht längerer enger Kanal, Condensator (Kapazität) ein Trog, der Wasser (-Pegel) kurzzeitig zwischzenspeichern kann.

Für den Fall, dass sich meine Ergebnis am Ende nicht als Kunst erweist, sondern zur Kategorie Kann weg gehört, mal ein Foto.


Noch unfertig. Mühsam ernährt sich das Eichhörnchen.

Rechts oben die gtenannte Speicher-Drossel. Ein zugehöriger Speicher-Kondensator mit 10.000 myF nur mal reingelegt. Bleibt wahrscheinlich nur ein Dummi. Glaube nicht, dass er 100 kHz-fest ist, und pulsierend bis 100A.

Die Leistungsstrom-Leitungen für 50A eff mit 2x2,5mm² ausgeführt, wenn isoliert. 2x1,5, wenn blank.
Ja, ja, das ist keine Schwachstromtechnik mehr.

Oben links ein Batt.-Monitor zu sehen, mit Anzeige der geladenen kWh . Unten re. der zugehörige Stromsensor.

Was noch fehlt ist die Gleichrichter-Brücke und eine Einrichtung zum Üb.-Spannungsschutz.
Letztere garnicht so einfach.

Nun stehen erst mal Zwischentests an. Als Erstes die Funktion des Schutzes vor Über- und Unterladung des Akkus.

Demnächst hoffentlich mehr.

Danke.

Thyristoren sind ansich keine modernen Bauelemente. Aber sie haben den Vorteil, dass sie leitend bleiben, wenn sie einmal gezündet haben, und bei Einsatz mit Wechselspannung bei jedem Nulldurchgang löschen. Näheres WIKI etc..

Fand im Netz eine Schaltung zur Spannungsbegrenzung, sogar eingesetzt als Lederegler.


Hier nochmal die Quelle: https://www.kreidler-service.d…56-10.html

Diese habe ich umgestrickt zur Begrenzung auf 80V (DC), wobei hier nur eine Version für 50V DC vorgestellt wird.
Auch vorläufig nur mit Ergebnissen für Einphasen-Wechselstrom. Diesen habe ich aus einem DC - Labornetzgerät 30V 3A gewonnen durch Anschluss vor der Gleichrichtung. da geht es in der höchsten Stufe auf 38V eff (AC) mit ca. 53V ss.

Hier die Modifikation der Schaltung:
Für Q1 ein Darlington-Transistor. Vorteil, Stromverstärkung ab 750 (und nicht nur 20 bis 30 von einfachen Leistungs-Transistoren)
Q1 also BDV64C, ein dicker Brocken, aber bis 120V (CE), kleinere gabs dafür bei Reichelt als pnp nicht.
Dafür kommt er ohne Kühlkörper aus.

Für die Thyristoren FS1610H, 16A 400V. Die brauchen Zündströme von max. 40 mA. Dafür müssen R4 bis R6 ausgelegt sein. Bin auf 60mA gegangen. Wenn R7 bis R9 mit 150 Ohm so bleiben, fließt bei Zündspannung von 1,5V durch die je 10 mA. Verschmerzbar.
R3 habe ich weg gelassen, da Notwendigkeit nicht erkennbar.
Da C1 das Ansprechen verzögert, ebenso ohne den. (Mag bei ständiger Einstreuung von induktiven Spitzen von der Motorzündung sinnvoll sein, hier aber nicht.)

D1: M2DIO
D2: ZD 47
D3: entfällt, bei 80V ZD 33
R1: 500 Ohm 500 mW SMD
R2: ..91 Ohm 500 mW SMD
R3: entfällt
R4 bis 6: 870 Ohm 1W (bei 80V 1,4 kOhm 1,5W) Leistungen jeweils auch mehr möglich
R7 bis 9: 150 Ohm 500 mW SMD

SMD nicht zwingend, aber angenehm, da schön klein. Außerdem kann man die LP direkt auf einen Kühlkörper schrauben.

Als Gleichrichter wird der vom Windrad verwendet. Hier aber zum Test eine Wechselstrombrücke mit 3A.

So sieht die Test-BG aus:


garnicht spektakulär. links der fette Darlingtontransistor. Die Widerstände R4, R5 leistungsmäßig überdimensioniert. Hatte nur die. Die Thyristoren (bisher 2) für 1 A eff (2 A Spitze) mit mäßigem "Kühlkörper", darunter Teflonfolie. (Gehäuseplatten haben jeweils Anode!).
Kühlkörper könnte hier sogar entfallen. Bei 10A Spitzenstrom aber Verlustleistung ca. 1,5V * 10A = 15W. Teilbar /4, da immer nur 1/4 Halbwelle leitend ist. Würde aber mal mit 15W rechnen, dann z.B. 32A Spitzenstrom möglich.

Ergebnisse:


Nur mit 1 Thyristor.
Für Oszi Kabel mit Spannungsteiler 1:10 verwendet.
Hier Abschneiden der unteren Halbwelle, fast zu 50%, wie vor gesehen. (Leichte Deckelung der unberührten Halbwelle irgendwie intern im Labornetzteil.)

Nun dachte ich, dass zum halben Kappen auch der 2. Halbwelle ein TRIAC her müsste, habe aber noch einen 2. Thyristor zugefügt, wie nach Schaltung. Und siehe, die 2 Halbwelle wurde ebenfalls gekappt:


Ergebnis für mich schon verblüffend, da Schaltungen mit Brückengleichrichtern, bei denen Korelationen zwischen Gleichstromseite und Wechselstromseite bestehen, bischen schwer zu verstehen sind.
Ergebnis aber voll befriedigend, mit Erwartung, dass das mit der 3. Phase genauso klappt, der Energieinhalt jeder Phase also zu knapp 50% gekappt wird.
Messbar waren:
Vor Begrenzung: 50V eff AC
Danach:................17,7 eff AC

Damit hat man nicht nur ne Spannungsbegrenzung, sondern auch so was wie ne starke Dumpload-Wirkung, welche geeignet sein dürfte, sehr schnell Strömungsabriss zu erzeugen (passiv Stall).

Einschränkungen:
1. Thyristoren sind ansich keine HF-Elemente. Die 2N6405, welche man natürlich auch nehmen kann, haben immerhin ne Turn-Off-Zeit angegeben mit 1 mys, was schon wenig ist. Umgerechnet 1 Mhz. Beim FS1610 DH ist nichts angegeben.
Gegen schnellere Anstiege müsste man zusätzliche Maßnahmen treffen.
2. Thyristoren sind nur bedingt parallel-schaltfähig. Selbst wenn jeder einen seperaten R4 bekommt, weiß ich nicht, ob auch tatsächlich beide zünden. Denn wenn einer durchgezündet, ist die Spannung ansich zusammengebrochen. Aber man kann Versuche machen.
Grundsätzlich gibt es aber noch wesentlich stärkere Thyristoren.

Nun steht Erweiterung und Test mit Drehstrom an. Dazu muss ich aber meinen Generator vom Windrad nehmen und über einen Riemen mit dem Motor (Verbrenner) von einem Rasentrimmer antreiben.
Nachteil: Wenn der Generator beim Halbwellen-Kappen Geräusche machen sollte, werde ich es nicht hören.

Ist eben Elektronik, mit Windnutzung eng befreundet.

Sehr spannende Arbeit Che,

ich verstehe das leider nur in den Ansätzen und verfolge das gerne mit.

Respekt

Hallo Che,

"Denn nach paar Zündungen der Thyristoren dreht das Windrad gleich wieder hoch, bis es wieder los geht."
Kann vielleicht beim "Zünden" parallel über Timer ein Kurzschluss gemacht werden?
Damit das Windrad z.B. 1h lang so kurz geschlossen bleibt?
Würde das helfen und dauerhaft funktionieren?

Grüße

Hallo,
Bezug nehmend auf den Beitrag #31, heute mal mit Scheibengenerator getestet. Angetrieben mit Bohrmaschiene + speziellem Drezahlsteller.

Vereinzelte Spannungsspitzen haben schon mal vor der eigentlichen Auslösespannung (um 50V DC) einen Thyristor gezündet. Dabei gab es einen Drehmoment-Hieb, so dass man sich an einen Schlagschrauber erinnert fühlte.
Also habe ich je bei jedem Thyristor in die Anodenleitung einen Widerstand 1 Ohm 50W eingefügt.
Auch habe ich C1 doch vorgesehen, mit 100nF. Damit Hoffen auf Vermeidung der Reaktion auf jede eingeschleppte Spitze.

Hier noch einmal die Schaltung.



Spannungsverläufe noch vor Erreichen der Auslöseschwelle:



Das Feinwellige ist durch Gleichrichtung aus der 3-Phasen-Wechselspannung entstanden.
Das Andere der Spannungsverlauf über einem Thyristor. Gemeinsame Masse "Minus".

Bei Drehzahlerhöhung langsam ca. auf 500 u/min (50V DC) dann einzelne Thyristorzündungen, so schnell, dass am Oszi quasi nicht sichtbar. Ging bis ca. 4x pro s.
Regelmäßige Zündungen für ein stehendes Oszillogramm konnte ich nicht hervor rufen. Dazu reichte die Leistung der Bohrmaschine nicht. Wäre vielleicht möglich mit Widerständen um 10 Ohm. Habe ich aber derzeit nicht.
Dann Impulsströme zu Beginn um 5A, derzeit 30A (50V/1,7 Ohm), ganz am Anfang mögen es rechnerisch um 70A gewesen sein. Daher auch die starken Stöße.

Fazit:
1. Wegen dem Geknatter doch keine Lösung.
2. Da in dieser Beschaltung tatsächlich 3 Thyristoren ausreichen, um jede Halbwelle an zu schneiden, ist es mir auch plausibel, dass Solarinvert für seine Windinvert -WR mit nur 3 MosFETs einen Vollwellen-Kurzschluss erzeugt. Dort allerdings mit Dauer ca. 4 min. So nur zu Beginn ein mächtiger Schlag und dann 4 min Ruhe (bis es evtl. wieder lost geht). Dass dieser harte Kurzschluss nicht abgemildert werden kann, durch 3 externe Widerstände (Ersatzlasten), ist bedauerlich und fast schon ein Mangel.
3. Ein milder und damit ruhiger Schutz gegen Überspannung, eine Kappung der Spitzen, ist wohl nur durch verstärkte Zener-Dioden zu erreichen. Ich meine, wenn nennenswerte Leistung verbraten werden soll.
Bereits der Transistor Q1, dann ohne C1, kann so etwas auf der Gleichstromseite leisten.
Verstärkt wird die Wirkung, indem an Stelle der Thyristoren 3 Leistungstransistoren (Darlington) ergänzt werden, evtl. mit je einen Widerstand in der Kollektor-Leitung um 1 Ohm.