vesioinas
Active member
Kaupalliset valmiit lataussäätimet näyttäisivät rajoittuvan noin 400W max tehoon 12V akustolle. Tarvitsen n. 800W buck-lataussäätimen tuulivoimalalle enkä haluaisi muuttaa akustoa. Siispä ajattelin kokeilla TSI-ratkaisua jossakin välissä. Alustavasti suunnitelmissa on käyttää 16MHz arduinon tai teensyn pwm-lähtöä (n.60kHz) ja rinnankytkettyjä fettejä esim. IRFB4110, jonka jännitekesto on 100Vds ja virta max 120A full enhancement. Total gate charge on isohko 210nC, joten high side gate-ajurina voisi toimia IR2110 (130mA) kun niitä on sopivasti valmiina. Tarvittaessa 1 ajuri per fetti. Virtamittauksessa tarkoitus on käyttää sopivaa Allegron hall efektisensoria, jossa virrankesto riittää helposti >100A. Diversion load -ohjaus onnistunee SSR-kytkimillä ja kokonaisbudjetin pitäisi pysyä alle 100e. Sähkösuunnittelu ja leiska syntyvät Kicadilla ja piirilevy + alumiinijäähyt valmistuvat helposti TSI-jyrsimellä. Jos kiinnostusta riittää niin voin päivittää tuotoksia tänne kunhan saan projektin kunnolla käyntiin.
Osat protoon näkyvät tässä takaisinkytkentää lukuunottamatta:
https://imgur.com/a/TQa9t30
Toroidi on FE36-3E25 μ = 5500 ja 16 kierroksella induktanssi on 2mH. Saturaatiovirrasta ei ole tietoa - app noten http://ferroxcube.home.pl/prod/assets/sfappl.pdf perusteella 3E25 ei ole varsinaisesti sopiva energian siirtoon, mutta kokeilenpa tätä kuitenkin. Lisätietoa googlatessa löytyi myös sellainenkin nippelitieto, että ilmaraon sahaamalla toroidin saturaatiovirtaa voisi toki nostaa ("Energy storage performance can be optimized by gapping the core"). Lisätietoa täällä https://www.mag-inc.com/Design/Design-Guides/Inductor-Cores-Material-and-Shape-Choices ref
Tässä nopea tarkistus kantikkaalle AC-jännitteelle (https://www.vkham.com/Info/ferro/tut_3.html) 80Vrms, 60kHz, 1.03cm2 poikkipinta-ala, N = 16
Bmax = (80 * 100) / (4. 00* 0.0625 * 16 * 1.03) = 1942 gauss eli 1.942T
Läninnä vastaavalle 100kHz-taajuudelle taulukossa annettu Bmax on vain 250 gauss, joten kierroksia tai toroidin kokoa pitänee ainakin kasvattaa. 3F3-coreen vaihto on kuitenkin helpompaa, jos saturoituminen on jokin ongelma. 3F3:ssa on jauheydin, jossa ym. ilmaväli on tavallaan sisäänrakennettu ominaisuus 3E25:n ferriittiytimeen verrattuna. Uskotaan ehkä kun ym. gapping core -linkissä ref niin on sanottu.
2mH induktanssiin varastoituu magneettista energiaa kaavalla 1/2*L*I2. 800W ja 12V tarkoittaa 67A tehollista virtaa, jolle magneettikentän energia on tiettävästi 4489Ws, jos kelan magneettikenttä ei saturoidu. Intuitio sanoo tässä kohdassa, että induktanssi on liian iso tälle virralle ja taajuudelle. 62.5kHz taajuudella yhdessä syklissä tapahtuva energiakonversio (sähkö > magneettikenttä > sähkö) olisi siten noin 71mWs eli 71mJ. Lukema vastaa samaa energiaa, joka varastoituu 1000uF kondensaattoriin 12V jännitteellä (0.5xCV2). Koitan tarkistaa onko lukema realistinen ~40mm kokoiselle toroidille.
Gate driver on bootstrap-tyyppiä eli sillä voi ohjata n-kanavaista high side mosfettia (Vgs = 10..20V) pienen virtaa rajoittavan sarjavastuksen kautta. Bootstrap-diodina on FR-107 ja varauspumpussa on 1uF 50V elektrolyytti. Myös low side fettinä on IRFB4110 (Vds 100V 120A), mutta arduinosta ei välttämättä saa sille suoraan ihan sopivaa ohjausta: high ja low side eivät saisi olla kytkettynä samanaikaisesti. Jos ei onnistu muuten millään yksinkertaisella ratkaisulla niin korvaan low side -kytkimen riittävän järeällä diodilla, joka hukkaa tiettävästi vähän hyötysuhdetta aktiiviseen kytkimeen verrattuna.
Arduinon timer0 pwm:n (pin 5 tai 6) saa toimimaan 62.5kHz vauhdilla tällä setupilla:
pinMode(6, OUTPUT);
TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | 0x01; // 0x01 = 62.5kHz
OCR2B = 50; // tämä taitaa olla tarpeeton
analogWrite(6,pw); // pw = 0..255 eli pulssinleveys 8-bittisenä
loopissa voi sitten säätää pulssinleveyttä takaisinkytkennän (lähtövirta/-jännite/rpm/tsr tjms.) funktiona analogWrite()-funktiokutsulla. Ideana on siis toteuttaa lähdon ja kuorman sovitus puskuroimalla myllyn tuottamaa energia tasaisella taajuudella toroidin magneettikenttään ja muuntamalla se akustolle sopivampaan jännitteeseen ennalta määritellyllä virta / jännite -käyrällä. Ehdin tilata ennen postilakkoa 128x64 grafiikkanäyttöjä, jonka avulla voisi sitten tehdä noi tehokäyrän pikasäädöt laitteeseen sisäänrakennettuna. Ensin kuitenkin pitää varmistaa, että jännitteenmuunnos toimii muuten riittävän hyvin.
Selostus on vähän sekava, mutta toimii samalla ajatusten koosteena kun pähkäilin asiaa tässä illan mittaan. Elektroniikkaharrasteita on takana jo 35v ja nykyään alkaa jo jotenkin hommat sujua, vaikka monastikin pelkkä pof riittää kun jokin idea pitää kokeilla. Kaikista ideoista ei tule heti valmista varsinkaan, jos ei aloita ensinkään.
Osat protoon näkyvät tässä takaisinkytkentää lukuunottamatta:
https://imgur.com/a/TQa9t30
Toroidi on FE36-3E25 μ = 5500 ja 16 kierroksella induktanssi on 2mH. Saturaatiovirrasta ei ole tietoa - app noten http://ferroxcube.home.pl/prod/assets/sfappl.pdf perusteella 3E25 ei ole varsinaisesti sopiva energian siirtoon, mutta kokeilenpa tätä kuitenkin. Lisätietoa googlatessa löytyi myös sellainenkin nippelitieto, että ilmaraon sahaamalla toroidin saturaatiovirtaa voisi toki nostaa ("Energy storage performance can be optimized by gapping the core"). Lisätietoa täällä https://www.mag-inc.com/Design/Design-Guides/Inductor-Cores-Material-and-Shape-Choices ref
Tässä nopea tarkistus kantikkaalle AC-jännitteelle (https://www.vkham.com/Info/ferro/tut_3.html) 80Vrms, 60kHz, 1.03cm2 poikkipinta-ala, N = 16
Bmax = (80 * 100) / (4. 00* 0.0625 * 16 * 1.03) = 1942 gauss eli 1.942T
Läninnä vastaavalle 100kHz-taajuudelle taulukossa annettu Bmax on vain 250 gauss, joten kierroksia tai toroidin kokoa pitänee ainakin kasvattaa. 3F3-coreen vaihto on kuitenkin helpompaa, jos saturoituminen on jokin ongelma. 3F3:ssa on jauheydin, jossa ym. ilmaväli on tavallaan sisäänrakennettu ominaisuus 3E25:n ferriittiytimeen verrattuna. Uskotaan ehkä kun ym. gapping core -linkissä ref niin on sanottu.
2mH induktanssiin varastoituu magneettista energiaa kaavalla 1/2*L*I2. 800W ja 12V tarkoittaa 67A tehollista virtaa, jolle magneettikentän energia on tiettävästi 4489Ws, jos kelan magneettikenttä ei saturoidu. Intuitio sanoo tässä kohdassa, että induktanssi on liian iso tälle virralle ja taajuudelle. 62.5kHz taajuudella yhdessä syklissä tapahtuva energiakonversio (sähkö > magneettikenttä > sähkö) olisi siten noin 71mWs eli 71mJ. Lukema vastaa samaa energiaa, joka varastoituu 1000uF kondensaattoriin 12V jännitteellä (0.5xCV2). Koitan tarkistaa onko lukema realistinen ~40mm kokoiselle toroidille.
Gate driver on bootstrap-tyyppiä eli sillä voi ohjata n-kanavaista high side mosfettia (Vgs = 10..20V) pienen virtaa rajoittavan sarjavastuksen kautta. Bootstrap-diodina on FR-107 ja varauspumpussa on 1uF 50V elektrolyytti. Myös low side fettinä on IRFB4110 (Vds 100V 120A), mutta arduinosta ei välttämättä saa sille suoraan ihan sopivaa ohjausta: high ja low side eivät saisi olla kytkettynä samanaikaisesti. Jos ei onnistu muuten millään yksinkertaisella ratkaisulla niin korvaan low side -kytkimen riittävän järeällä diodilla, joka hukkaa tiettävästi vähän hyötysuhdetta aktiiviseen kytkimeen verrattuna.
Arduinon timer0 pwm:n (pin 5 tai 6) saa toimimaan 62.5kHz vauhdilla tällä setupilla:
pinMode(6, OUTPUT);
TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | 0x01; // 0x01 = 62.5kHz
OCR2B = 50; // tämä taitaa olla tarpeeton
analogWrite(6,pw); // pw = 0..255 eli pulssinleveys 8-bittisenä
loopissa voi sitten säätää pulssinleveyttä takaisinkytkennän (lähtövirta/-jännite/rpm/tsr tjms.) funktiona analogWrite()-funktiokutsulla. Ideana on siis toteuttaa lähdon ja kuorman sovitus puskuroimalla myllyn tuottamaa energia tasaisella taajuudella toroidin magneettikenttään ja muuntamalla se akustolle sopivampaan jännitteeseen ennalta määritellyllä virta / jännite -käyrällä. Ehdin tilata ennen postilakkoa 128x64 grafiikkanäyttöjä, jonka avulla voisi sitten tehdä noi tehokäyrän pikasäädöt laitteeseen sisäänrakennettuna. Ensin kuitenkin pitää varmistaa, että jännitteenmuunnos toimii muuten riittävän hyvin.
Selostus on vähän sekava, mutta toimii samalla ajatusten koosteena kun pähkäilin asiaa tässä illan mittaan. Elektroniikkaharrasteita on takana jo 35v ja nykyään alkaa jo jotenkin hommat sujua, vaikka monastikin pelkkä pof riittää kun jokin idea pitää kokeilla. Kaikista ideoista ei tule heti valmista varsinkaan, jos ei aloita ensinkään.