Halbleiterrelais mit photovoltaischem MOSFET-Treiber

Ich bin dabei, ein Hochleistungs-Mosfet-basiertes SSR zu erstellen. Die Idee ist die Verwendung eines photovoltaischen MOSFET-Treibers wie VO1263 (SIlabs haben einen ähnlichen IC, aber er verwendet eine CMOS-Kopplung, um die isolierte Leistung zu erzeugen). Diese Art von ICs ist jedoch ziemlich langsam, da sie bei etwa 10 V einen Treiberstrom von etwa 10 uA liefern.

Bei meinen Recherchen zu dem Thema habe ich nur eine Schaltung ohne Erklärung gefunden, die dazu dienen sollte, die Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen (ohne externe DC/DC-Wandler zu verwenden). In der folgenden Abbildung gezeigt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob ich die Schaltung vollständig verstehe, und ich hätte gerne Ihre Hilfe bei der Dimensionierung einiger Komponenten. Natürlich soll diese Schaltung in High-Side-Konfiguration arbeiten, dh Vcc (1-60 V DC) wird an Pin4 und Last an Pin3 geliefert.

Meine Logik:

  1. D4, R6 (ca. 1k?) arbeiten als Ladepfad für die Bootstrap-Diode C1. T1, T2 (normaler BJT wie BC537-BC527) sind normale Push-Pull-Treiber, die sie beim Einschalten arbeiten, um nur einen hohen Strom zum Laden des Mosfet-Gates bereitzustellen (Quelle: C1).
  2. Z1 und R7 (um 100 Ohm?) Werden verwendet, um das Gate zu schützen (ich denke jedoch, dass sie in umgekehrter Reihenfolge sein müssen, oder es sollte eine Zenerdiode über C1 geben, um die Spannung <Vgs max.
  3. R4 und R5 sind Pulldowns (sie sollten im 1-MegaOhm-Bereich liegen)?? Sie verursachen jedoch Leistungsverluste, da R4 ein Spannungsteiler mit der Ausgangsimpedanz von VO1263 ist. (in der Simulation wird VO1263 als Spannungsquelle mit einer Serienimpedanz von 500 k modelliert).
  4. D3 und D5 arbeiten, um den Mosfet eingeschaltet zu halten, nachdem er anfänglich durch Bootstrap C1 eingeschaltet wurde (der seine Ladung verliert, wenn das Relais einige Zeit eingeschaltet bleibt).
  5. Der PV-Mosfet-Treiber liefert nicht genug Strom für BJTs, also habe ich versucht, stattdessen Darlington zu verwenden. Die Schaltung funktionierte, nachdem 2 Dioden anstelle von D5 und 2 Dioden anstelle von D3 (insgesamt 4 Dioden) verwendet wurden. Verstehe nicht ganz, warum?

Ist meine Analyse richtig? Irgendwelche Vorschläge zum Widerstandswertbereich? Alle Kommentare zur Schaltung sind willkommen, da ich kein Whitepaper, keine Appnote oder ein Entwicklungsboard gefunden habe, das etwas Ähnliches tut, um mir den Einstieg zu erleichtern.

mit freundlichen Grüßen

Sie fragen, als ob es "oh, verwenden Sie einfach diesen und jenen Wert und es wird funktionieren"-Antworten gibt. Es gibt keine Probleme mit dieser Schaltung, Probleme, die Sie finden könnten, wenn Sie die Schaltung in einen Simulator stellen (ich schlage LTSpice vor). Außerdem gibt es bereits MOSFET-basierte SSRs. Erklären Sie, warum Sie Ihre eigenen erstellen müssen (was möchten Sie erreichen?).
@Bimpelrekkie, ja, natürlich gibt es keinen majischen Wert, und es muss abgestimmt werden, um genaue Eigenschaften zu erhalten. Ich frage nur nach Bereichen (Ohm, wenige k, Mega usw.). Zweitens versuche ich herauszufinden, ob das Konzept richtig ist? Ich mache mir Sorgen, dass ich keine Appnote oder Bewertungstafel gefunden habe, die etwas Ähnliches bewirkt. Dritte Sache, ja, Sie haben Recht, dass solche Produkte (z. B. Crydom) existieren, aber sie sind sehr teuer (> 100 $) und ich möchte, dass sie auf derselben Leiterplatte integriert werden (nicht für die Schalttafelmontage).
Überprüfen Sie VOM1271, es hat eine integrierte schnelle Abschaltschaltung.
interessante Frage, da hier eine ähnliche gestellt wurde: electronic.stackexchange.com/questions/346198/… . Die einzige vorgestellte Lösung war die Verwendung eines DC-DC-Wandlers. Es ist schön zu sehen, wie sich diese Schaltung verhalten wird.
Ich könnte vielleicht eine Sache in Bezug auf die Darlingtons beantworten, Sie müssen Dioden verwenden, um die Basis mit dem richtigen Wert zu versorgen, da sie 2 Transistoren enthält, Vbe ist höher als ein einzelner Transistor.
Dies ist im Grunde ein diskreter Gegentakt-MOSFET-Treiber, dessen Gegentaktstufe über einen Optokoppler gesteuert wird. Schauen Sie sich diese Frage an: electronic.stackexchange.com/questions/351842/…
@ElectronS Was meinst du mit "Schaltgeschwindigkeit erhöhen"? Die PC-Komponente wird nie schneller als 10us sein. In welcher Schaltung / Anwendung wird diese AC- oder DC-Umschaltung für die Ausgabe von C nach O verwendet und welche Spannungen?
@VoltageSpike, Erhöhen Sie die Schaltgeschwindigkeit des Mosfet, nicht des PCs. Wenn der Photovoltaik-Array-PC direkt mit dem Mosfet-Gate verbunden ist, beträgt die Schalter- (Einschaltgeschwindigkeit) des Mosfet etwa 1 ms (abhängig von der Gate-Kapazität), da der Ausgangsstrom des IC niedrig ist. Die Frage ist also, wie dieser Strom verstärkt werden kann, damit er den Mosfet in 100 us einschaltet, beispielsweise wie bei industriellem SSR. Die Spannung liegt bei etwa 60 V. Die Last könnte bei etwa 50 Ampere resistiv oder induktiv sein.
@ElectronS Um Komponenten für diese Schaltung auszuwählen, müsste man wissen, was der Mosfet ist. Es gibt auch keine klare Frage (eine konkrete Frage ist besser) in dem Beitrag (am besten nicht nach Vorschlägen fragen, da Sie keine Antworten erhalten, Sie erhalten Vorschläge

Antworten (1)

Ich könnte mir nur vorstellen, dass diese Schaltung funktioniert, wenn ein Widerstand zwischen Kollektor und Basis von T1 hinzugefügt wird, um die Basis von T1 (nennen wir es Ry) vorzuspannen, und PC ein Fototransistor ist.

Unter dieser Annahme wirken dann R6, D4 und C1 als "Spannungs"-Puffer.

Wenn kein Signal an A1 gegeben wird, PC offen ist, leitet T1 vorgespannt durch den hinzugefügten Widerstand Ry. Z1 schützt das Gate vor Überspannung und der Strom wird durch R6 begrenzt. D3 und D5 vermeiden einen Stromfluss zurück zum PC. Die Basisspannung von T2 ist hoch, sodass sie nicht leitet. D5 fließt Strom zur T2-Basis und zum R5, sodass er nicht leitet. Das MOS-Gate wäre also hoch.

Wenn ein Signal an A1 gegeben wird, ist die Basis von T1 niedrig, da sie mit dem Minus kurzgeschlossen ist, der Strom wird durch R6 und Ry begrenzt, sodass T1 nicht leitet. Die Basis von T2 ist niedrig, da Strom durch R5 fließen kann, wobei D5 einen Rückfluss zum PC vermeidet, sodass das MOS-Gate auf niedrig gebracht wird. Eine Simulation würde natürlich helfen.

BEARBEITEN:

Wie ElectronS betonte, fällt die MOSFET-Spannung im aktiven Zustand auf 0 und bleibt somit in diesem Zustand.

Der springende Punkt ist PC, der eine Art photovoltaisches Gerät zu sein scheint, das viele Dioden in Reihe umfasst und eine Spannung / einen Strom erzeugt, der hoch genug ist, um T1 auszulösen.

Dieses Gerät könnte ein Kandidat mit einer Ausgangsspannung von bis zu 8 V und einem Kurzschlussstrom von einigen uA sein, Sie müssen jedoch den tatsächlichen Strom bei der erforderlichen Spannung berücksichtigen. T1 müsste eine ziemlich hohe Verstärkung haben.

vielen Dank für die Mühe, Ihre Analyse hat nur 1 Fehler. das heißt, es funktioniert in einer Low-Side-Konfiguration. Allerdings in High-Side-Konfiguration, sobald der Mosfet High wird. Die Batteriespannung wird vom Drain zur Source des Mosfets geleitet. Die Spannung über der Gegentaktschaltung und dem Kondensator C1 wird also ungefähr Null. Aus diesem Grund können in Halbbrückenschaltungen mit Bootstrap-Technik nicht 100 % des Tastverhältnisses eingeschaltet sein, es sei denn, sie verwenden eine Ladungspumpe.
Die vorgeschlagene Schaltung überwindet dies jedoch, indem sie den photovoltaischen Treiber verwendet, um eine "schwebende" Spannung zu erzeugen, die den Mosfet auf unbestimmte Zeit eingeschaltet hält
@ElectronS du hast recht. PC müssen einige spezielle Fotodioden mit einer ziemlich hohen Spannungs- / Stromerzeugungsfähigkeit in Reihe geschaltet werden.
Halbleiterrelais mit photovoltaischem MOSFET-Treiber
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