Polariteit ingang laadkoffer

[ariekraakjr]

Ik ben momenteel bezig met het maken van een laadkoffer.
Hierin heb ik naast de lader(ISDT Q6 Pro) een 24 volt 14A voeding geplaatst.
Om ook bij het clubhuis aan de rail te kunnen laden heb in een dubbelpolige 3 standen schakelaar in de koffer geplaatst zodat ik kan schakelen tussen voeding en railspanning.

De polariteit vanuit de voeding klop altijd omdat deze vast gemonteerd is in de koffer.
Maar de spanning vanaf de rail kan kan natuurlijk wel eens verkeerd aangehaakt worden.

Om de ingang een beetje te beveiligen heb ik twee mogelijkheden bedacht/gevonden, maar ben er nog niet helemaal uit wat het moet worden. Graag jullie commentaar.

Optie 1:
Een (automatische)zekering van 15A en een schottky diode zoals hieronder is weergegeven. Bij verkeerd aansluiten komt de Diode in geleiding en zal de zekering eruit knallen. Risico dat de diode gaat is aanwezig, maar dat kost 0,10 en een kwartiertje met de soldeerbout.

Optie 2:
Een diodebrug gebruiken waardoor het niet meer uitmaakt hoe je het aansluit. Nadeel hiervan is het verlies van wat spanning. Vooral bij het aansluiten op een 12 volt toevoer zou dat net die paar tiende volt kunnen schelen.
Is dit dan de juiste keuze of is dit overkill? https://www.conrad.nl/p/vishay-vs-36mb05a-bruggelijkrichter-d-34-50-v-35-a-eenfasig-596823

Zijn er nog meer goede alternatieven? Ja, opletten bij het aansluiten is er ook één, maar die kost op de lange termijn altijd meer.

 

[Roelof]

Een diodebrug verlaagd ook weer de spanning en voor grote vermogens heb je een flinke diode/brugcel nodig.

Ik zou voor een relais gaan. Een beetje automotive relais kost geen drol en kan hoge stromen schakelen. Het relais via een diode aansturen voor de juiste polariteit en dan met het schakelcontact van het relais de 12v naar je laders schakelen.

 

[N.P.S.]

Kan je helemaal "automatisch" maken. Neem in plaats van de twee wisselcontacten van de schakelaar de twee wisselcontacten van een stevig relais. Zet de wikkeling van het relais, met daaraan is serie een diode op de kabel naar de railvoeding. Zorg er voor dat de diode zodanig is geschakeld dat het relais alleen aantrekt als de kabel naar de rail goed is aangesloten.

De situatie is nu als vogt:
Kabel naar de railvoedig goed aangesloten, relais geactiveert en de lader staat op de railvoeding.
Netvoeding of de kabel naar de railvoedig fout aangesloten, het relais wordt niet geactiveerd en de lader staat op de netvoeding.

 

[Roelof]

Inderdaad is met een relais constructie geen schakelaar meer nodig.

2 wisselcontacten hoeft niet zo, 1 is voldoende.

 

[Ernst Grundmann]

Je kan ook een stevige P-MosFet gebruiken samen met een weerstand en een zenerdiode. Kijk voor een schema even HIER. Er wordt ook uitgelegd hoe het werkt, in het Engels, dat wel.
Als je de spanning verkeerd aansluit komt die MosFet niet in geleiding en gebeurt er niets. Sluit je alles goed aan dan komt hij in geleiding en is de spanningsval over die MosFet zeer gering. Afhankelijk van de gebruikte MosFet en de stroom die je trekt zal dat ruim minder dan 1V zijn. De Mosfet moet wel de maximale stroom die je laadkoffer kan trekken kunnen verwerken maar dat hoeft geen probleem te zijn. Er zijn er genoeg die probleemloos tot wel 50A kunnen verwerken. Stromen van 100A en meer zijn ook mogelijk maar die MosFets zijn wat duurder.
De MosFet die in het voorbeeld dat ik gaf gebruikt wordt is goed voor maximaal ongeveer 60A maar dan moet hij wel op een goede koelplaat zijn gemonteerd. De spanningsval is bij 40A ongeveer 0,7V. Bij lagere stromen wordt dat snel minder.

 

[Vale Ouwe]

Ik zou gewoon een gelijkrichter gebruiken.

De pootjes van de wisselspanning sluit je willekeurig aan op de rail.
Ja er is een beetje verlies van spanning maar dat regelt je lader wel.

 

[Roelof]

Hoge stromen brugcellen kunnen met gemak 2 volt verliezen, vanaf een 12v accu hou je 10v over, er zijn laders die dan al gaan piepen over een te lage ingangspanning.

 

[ariekraakjr]

Hoge stromen brugcellen kunnen met gemak 2 volt verliezen, vanaf een 12v accu hou je 10v over, er zijn laders die dan al gaan piepen over een te lage ingangspanning.

Om deze reden lijkt de zeker/schottky optie mij de beste. Geen verliezen in de schakeling en omdat er geen vermogen te verstoken is ook geen koeling nodig.

Je kan ook een stevige P-MosFet gebruiken samen met een weerstand en een zenerdiode. Kijk voor een schema even HIER. Er wordt ook uitgelegd hoe het werkt, in het Engels, dat wel.
Als je de spanning verkeerd aansluit komt die MosFet niet in geleiding en gebeurt er niets. Sluit je alles goed aan dan komt hij in geleiding en is de spanningsval over die MosFet zeer gering. Afhankelijk van de gebruikte MosFet en de stroom die je trekt zal dat ruim minder dan 1V zijn. De Mosfet moet wel de maximale stroom die je laadkoffer kan trekken kunnen verwerken maar dat hoeft geen probleem te zijn. Er zijn er genoeg die probleemloos tot wel 50A kunnen verwerken. Stromen van 100A en meer zijn ook mogelijk maar die MosFets zijn wat duurder.
De MosFet die in het voorbeeld dat ik gaf gebruikt wordt is goed voor maximaal ongeveer 60A maar dan moet hij wel op een goede koelplaat zijn gemonteerd. De spanningsval is bij 40A ongeveer 0,7V. Bij lagere stromen wordt dat snel minder.

Mooie oplossing inderdaad. Misschien dat ik deze later implementeer als blijkt dat de diode overlijd bij gebruik.(omdat de zekering te laat ingrijpt)
Wat mij wel tegen staat is de koeling die nodig is. Nog meer warmte om weg te werken uit de koffer.

Kan je helemaal "automatisch" maken. Neem in plaats van de twee wisselcontacten van de schakelaar de twee wisselcontacten van een stevig relais. Zet de wikkeling van het relais, met daaraan is serie een diode op de kabel naar de railvoeding. Zorg er voor dat de diode zodanig is geschakeld dat het relais alleen aantrekt als de kabel naar de rail goed is aangesloten.

De situatie is nu als vogt:
Kabel naar de railvoedig goed aangesloten, relais geactiveert en de lader staat op de railvoeding.
Netvoeding of de kabel naar de railvoedig fout aangesloten, het relais wordt niet geactiveerd en de lader staat op de netvoeding.

De relais optie heb ik ook bekeken, maar ik wil de keuze tussen rail of voeding zelf maken met een schakelaar.
Ik heb een hekel aan dat geklikkerdeklak van relais. Doet me aan vroeger denken.

 

[Rick NL]

Je kan de methode met de FET zoals Ernst die beschrijft ook met een N-kanaal FET doen dan moet die in de negatieve leiding worden opgenomen en de zenerdiode moet worden omgedraaid. De drain komt weer aan de ingang en de source gaat naar jou lader.
Ik paste deze beveiliging al in 1990 toe bij de NiCad laders die ik toen bouwde. Werkt super en eenvoudig
Wanneer je bv een IRF2804 neemt, die nog geen € 2,- kost, heb je geen extra koeling nodig.
https://www.vanallesenmeer.nl/IRF2804-Power-mosfet
Deze FET heeft een doorlaatweerstand van < 2 mOhm en zal dus bij 15 Amp 0.45 W dissiperen waardoor de temperatuur niet meer da 30° boven de omgeving komt, hetgeen ver beneden het maximum ligt.
De verlies spanning is bij 15 A slechts 30 mV minder waarschijnlijk dan de zekering.

Wanneer je toch voor de zekering/diode versie gaat moet je een voldoende zware én snelle diode hebben, om er zeker van te zijn dat de zekering snel genoeg kapot gaat en de diode heel blijft.

 

[ariekraakjr]

Zijn er nog voor/ nadelen ten opzichte van de p versie?

 

[Ernst Grundmann]

Het "nadeel" van een N-Fet is dat het 0 punt op een iets hogere spanning komt te staan dan de werkelijke 0. Voor deze toepassing is dat echter totaal geen probleem dus kan je prima een N-Fet gebruiken.
Overigens klopt het niet helemaal dat er maar 30mV verlies zou zijn bij 15A. De doorlaadweerstand is ook afhankelijk van de stroom die door de Fet loopt. Hoe hoger die stroom hoe hoger die weerstand wordt maar hij blijft heel erg laag.

Wanneer je een diode en een zekering gebruikt moet je inderdaad een zeer stevige diode gebruiken om zeker te zijn dat de zekering eerder kapot gaat dan de diode. De snelheid van de diode speelt hierbij geen enkele rol, die bepaald alleen hoe snel een diode weer uit geleiding komt en niet hoe snel hij gaat geleiden. Die denk fout wordt wel vaker gemaakt.

 

[Rick NL]

Dat 0 Volt van de voeding niet 0 volt van de lader is heeft geen enkele invloed, niet nadelig niet voordelig.
De Rds on van de FET is niet afhankelijk van de stroom. Volgens de datasheet is zelfs bij een piekstroom van 1000A (20uSec kort) de weerstand nog steeds minder dan 2 miliOhm.
Alleen is de weerstand van een FET wel iets afhankelijk van de temperatuur. Bij 60gr temperatuur verhoging is de weerstand met 25% verhoogd tot 2.5 mOhm.
Zonder koelplaat zal de FET bij 15A opwarmen tot waarschijnlijk 40 gr wanneer je de verhoging meerekent.

Een N-channel FET is goedkoper per Ampere en ook makkelijker verkrijgbaar met deze zeer lage weerstand.
De IRF4905 P-FET zoals beschreven in de link van Ernst heeft bv een 10x zo hoge doorlaatweerstand.

@Ernst Grundmann
De Forward Recovery bestaat wel degelijk (JEDEC Standard No. JESD282B.01). Of die in dit geval een probleem is mag inderdaad worden betwijfeld omdat aan de ingang van de te beschermen lader voldoende capaciteit aanwezig zal zijn om een eventuele korte piek op te vangen.

 

[Ernst Grundmann]

Sorry maar de doorlaatweerstand wordt zo goed als altijd opgegeven bij 25°C en een bepaalde stroom gedurende een bepaalde tijd. Bij de IRF2804 is dat bij 25°C, 75A en een puls duur van minder dan 1ms en een duty cycle van minder dan 2%. Bij langdurige hoge stromen zal de weerstand zeker hoger zijn. Nogmaals dat is maar gering en je zal er in deze toepassing vrijwel zeker geen last van hebben.

De IRF2804 kan maximaal 75A continu verwerken, ruim voldoende. De chip inwendig kan (veel) meer verwerken, zo'n 280A continu bij 25°C. Het is de behuizing die hier de beperkende factor is. Het is zo goed als onmogelijk om de chip in die behuizing op 25°C te houden vandaar dat die stroom beperkt moet worden.

Ook de heel hoge piekstromen van meer dan 1000A gaan alleen op als je de chip op 25°C weet te houden en als de draden die van de chip naar de pootjes gaan die stromen kunnen verwerken. In de meeste behuizingen is dat onmogelijk.

Al die waardes staan inderdaad in de datasheets maar daar moet je als "gebruiker" niet naar kijken. Er zijn al de nodige hobbyisten de mist in gegaan omdat ze dachten dat hun transistor, van wel type dan ook, veel meer kon verwerken dan ze nodig hadden. Dat komt allemaal omdat ze van de verkeerde gegevens uit waren gaan. Maar het "staat wel leuk" wel iets als je kan zeggen dat je een Fet hebt gebruikt die wel 1000A kan verwerken. Strikt genomen klopt het maar het is een in de praktijk totaal onbruikbare waarde.

Ja fast recovery diodes bestaan zeer zeker, ik heb nergens het tegendeel beweert. Maar een diode hoeft geen fast recovery diode (een snelle diode) te zijn om te zorgen dat de zekering eerder kapot gaat dan de diode. Daarom schreef ik:

..... De snelheid van de diode speelt hierbij geen enkele rol, die bepaald alleen hoe snel een diode weer uit geleiding komt en niet hoe snel hij gaat geleiden. Die denk fout wordt wel vaker gemaakt.