Verwenden Sie ein Schütz oder Relais, um zwischen zwei Gleichstromquellen umzuschalten?

Ich möchte einen Motor mit einer Batterie antreiben, jedoch entsteht die Komplikation, da ich zwei Stromquellen haben und zwischen ihnen wechseln möchte. Der Kontext dieses Problems betrifft ein Elektrofahrzeug. Sensorschaltkreise am Fahrzeug messen Geschwindigkeit und Fahrereingaben und entscheiden, welche der beiden Batterien unter den gegebenen Bedingungen verwendet werden soll. dh wenn eine Beschleunigung erforderlich ist, wird der Akku mit höherer Leistung ausgewählt und daraus Strom gezogen. Wenn das Fahrzeug langsam oder mit konstanter Geschwindigkeit fährt, wird die sogenannte "Cruising-Batterie" eingeschaltet und zum Antrieb des Motors verwendet. Beide Batterien haben 48 V und die Motorleistung beträgt maximal 5 kW, was einen maximalen Strom von etwa 100 A ergibt.2 mögliche Schaltkreise

Die beiden obigen Schaltungen wurden mir als mögliche Möglichkeiten zum Umschalten zwischen den beiden Batterien vorgeschlagen. Ich glaube, dass eine Schottky-Diode oder ein Kondensator mit der richtigen Nennleistung ziemlich billig zu finden ist, aber das Hauptproblem, mit dem ich anscheinend konfrontiert bin, ist, welche Art von Schalter zu verwenden ist und wie dieser Schalter gesteuert wird. Auf den Schaltkreisen habe ich ein Relais gezeichnet, aber gehe ich richtig in der Annahme, dass ein Schütz für eine solche Hochleistungsanwendung benötigt würde? Ist es in diesem Fall sinnvoll, ein Schütz wie in den Diagrammen gezeigt mit einem MOSFET anzusteuern?

Wenn jemand Vorschläge oder Ratschläge für Komponenten hat, die wirklich nützlich wären, sowie Vorschläge zur Steuerung des MOSFET / Schützes. Mit meinen Stromkreisen würde das System 4 Stromquellen benötigen, 2 für den Motor, eine für das Schütz und eine für den MOSFET!

Entschuldigung für meine Unerfahrenheit oder unklare Teile meiner Frage.

Danke!

Wie unterscheiden sich die beiden Batterien?
Ihre erste Schaltung wird nicht funktionieren, dieser Serienkondensator ist bei Gleichstrom ein offener Stromkreis, und eine Batterie ist tatsächlich Gleichstrom. Um Ihre Frage zu beantworten, suchen Sie einfach nach einem 50-V-100-A-Relais. Sie könnten auch ein paar Power-Mosfets verwenden, das wäre viel besser.
@VladimirCravero entschuldigt, dass es schon eine Weile her ist, dass ich Elektronik studiert habe! Habe ich recht mit der Annahme, dass sich der Kondensator beim Ausschalten des Schalters entladen und somit den Controller für kurze Zeit mit Strom versorgen würde, wenn der Kondensator parallel zu einem Widerstand geschaltet wäre?
@Joe Sie müssen den Kondensator zwischen +48 V und 0 V legen. Kondensatoren speichern Energie, nach dem Laden haben sie 48 V zwischen ihren Anschlüssen. Wenn die Batterie abgeklemmt wird, entlädt sie allmählich Pumpenergie an den Motor. Zwischen den Motorklemmen sollte man auch eine Schottky-Diode einbauen, sonst frisst sie durch ihre Induktivität beim Schalten alles durcheinander.
Ich habe gerade die ursprüngliche Frage gelesen. Ich hasse es, das zu sagen, aber ich sehe KEINEN GRUND, die Blei-Säure-Batterie einzubeziehen. Der einzige Vorteil, den Bleisäure gegenüber Lithium hat, ist die Sicherheit. Aber Sie verlieren diesen Vorteil, wenn Sie beides haben. Da Sie diesem Rat wahrscheinlich nicht folgen können, ohne das Projekt zu beenden, sind MOSFETs oder Halbleiterrelais oder IGBTs Ihre beste Schaltlösung. Versuchen Sie es nicht mit elektromechanischen Relais. Es wird zu schwierig sein, die Schiene hochzuhalten, wenn beide Relais ausgeschaltet sind, und Sie möchten nicht beide Relais gleichzeitig eingeschaltet haben, da sonst sehr große Ströme von Batterie zu Batterie fließen könnten.

Antworten (1)

Eine Reihe von Problemen.

In der ersten Schaltung sollte natürlich der Kondensator sein

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Genauso wichtig ist, dass Sie sich noch nicht auf den Wert festlegen. Sein Wert wird durch die Schaltgeschwindigkeit des Schalters und den zulässigen Spannungsabfall bestimmt, wenn keine Quelle angeschlossen ist.

Die Verwendung eines mechanischen Schützes zum Schalten eines Gleichstroms ist im Allgemeinen etwas schwierig. Das Problem besteht darin, dass sich im Gegensatz zu Wechselstrom ein Lichtbogen zwischen den Kontakten entwickelt, wenn Sie versuchen, einen Stromfluss zu unterbrechen, und ohne die bei Wechselstrom auftretende Spannungsumkehr kann der Lichtbogen bestehen bleiben und die Kontakte beschädigen. DC-Schütze umgehen dies, sind aber tendenziell teuer. (Tatsächlich neigen Schütze im Allgemeinen dazu, teuer zu sein, aber das wissen Sie wahrscheinlich bereits.) Halbleiter-DC-Relais sind wahrscheinlich die beste Wahl, wenn Sie den Weg des Schützes gehen möchten. Digikey hat etwa 160 Ampere-Einheiten. Für $150 +.

Der Wechsel zu einem MOSFET ist wahrscheinlich Ihre beste Wahl, und für diese Anwendung benötigen Sie eine so konfigurierte High-Side-Einheit vom p-Typ

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Und du hast Glück. Der MOSFET, den ich gezeigt habe, ist bei Digikey für 25 $ erhältlich.

M2 ist fast jeder n-Typ mit einer Nennspannung von mehr als 50 Volt.

Ich zeige den Eingangsantrieb als 0/5 Volt. Wenn Sie einen niedrigeren Logikpegel (wie 3,3) verwenden müssen, ist dies sicherlich möglich, aber Sie müssen daran denken, MOSFETs mit "Logikpegel" zu verwenden, da sie sonst möglicherweise 4 Volt benötigen, um sich vollständig einzuschalten.

Diese Schaltung sollte problemlos in der Lage sein, 1 usec zu schalten. Das bedeutet, dass Sie die hohe Kunst des Schutzes vor induktiven Überspannungen erlernen müssen, aber das ist eine andere Geschichte.

Sie werden auch feststellen, dass diese Schaltung keine separate "Schütz" -Versorgung benötigt. Wenn Sie sich aus irgendeinem Grund (z. B. Sie können einen kostenlos bekommen) für den Weg des Schützes entscheiden, beachten Sie, dass Sie dafür keine separate Versorgung benötigen. Sie verwenden einfach die Batterie, die Sie wechseln, um es zu fahren.

Sie können zwei dieser Schaltkreise verwenden, um einen Double-Throw-Effekt zu erzeugen, aber Sie müssen sicherstellen, dass es eine Verzögerung zwischen dem Auslösen des einen und dem Aktivieren des anderen gibt. Die Verzögerung sollte in der Größenordnung von einer Mikrosekunde oder so liegen, aber überprüfen Sie zuerst Ihren tatsächlichen Schaltungsbetrieb.

Vielen Dank für die Antwort und Entschuldigung für die späte Antwort. Ich habe einige der von Ihnen vorgeschlagenen Schaltungen mit Komponenten mit geringem Stromverbrauch und einem 12-V-Netzteil gebaut, um sie zu testen. Ich habe gerade angefangen, mich mit den MOSFETs zu befassen, und habe ein paar Fragen. Warum benötigt die von Ihnen vorgeschlagene Schaltung zwei separate FETs? Mit anderen Worten, warum können Sie den Leistungs-FET nicht einfach mit dem Treibereingang 0/5 V steuern? Und was ist der Zweck der Widerstände und der Diode?
M2 muss kein MOSFET sein - Sie können stattdessen einen NPN-Bipolar verwenden. M1 benötigt jedoch einen Gate-Treiber, der von 50 V (aus) bis ~ 40 V (ein) variiert. 0 bis 5 Volt reichen nicht. Erforschen Sie einen p-Typ-MOSFET. R2 sorgt dafür, dass sich die Schaltung gut verhält, wenn der Logikeingang getrennt wird. R1 und D1 (das ist eine Zenerdiode) setzen den Gate-Pegel auf ~ 12 Volt unter Vcc. Mehr als ~ 20 Volt töten den MOSFET.
R3 zum 2. Schema hinzugefügt - es wird benötigt.
Danke @dwayne, könnten Sie erläutern, warum dieser zusätzliche Widerstand benötigt wird?
Tatsächlich ist dies möglicherweise nicht erforderlich, je nachdem, wie Ihr 0/5-Volt-Antrieb aussieht. Es ist ziemlich einfach, dass der 5-Volt-Pegel von einer Spannungsquelle getrieben wird, aber was ist mit den 0 Volt? Wenn 0 Volt erzeugt werden, indem der Eingang tatsächlich mit Masse verbunden wird, benötigen Sie R2 nicht. Wenn es nur eine Art Floating ist, z. B. mit einem PNP auf +5 angesteuert wird, oder wenn der Eingang möglicherweise getrennt wird, benötigen Sie R2, um das Gate auf Masse zu zwingen. Andernfalls schwebt es auf eine Zwischenspannung und M1 und M2 werden möglicherweise nicht vollständig ein- oder ausgeschaltet.
@WhatRoughBeast Sie haben bereits darauf hingewiesen, dass es wichtig wäre, beim Umschalten zwischen den beiden Batterien vor dem Herstellen zu brechen, wenn zwei der obigen Schaltkreise hergestellt und angeschlossen würden. Ich habe mich gefragt, was passieren würde, wenn die beiden Batterien während des Umschaltens kurzzeitig angeschlossen würden. Wäre es sehr gefährlich oder ist es nur etwas, das man vermeiden sollte?
@Joe - Nun, was passiert ist, dass die beiden Batterien miteinander kurzgeschlossen sind. Ob der Kurzschluss kurz ist oder nicht, hängt davon ab, ob die Schalter den Stromstoß problemlos bewältigen können. Welche Batterie die höhere Spannung hat, wird versuchen, die mit der niedrigeren Spannung zu laden. Dies kann ein Problem sein oder auch nicht. Denken Sie als Ausgangspunkt daran, dass genau dies passiert, wenn Sie versuchen, eine leere Autobatterie mit einer aktiven zu überbrücken - Sie können einen ziemlich guten Funken bekommen. Bei den MOSFET-Schaltern wird der Strom durch die Body-Diode des Niederspannungs-MOSFET begrenzt.
@joe, Sie haben gefragt, warum zwei Transistoren in der What's-Schaltung erforderlich sind. Nur für den Fall, dass es nicht klar ist, Ihr Batteriekreis ist ein "High-Side" -Schalter. dh es liegt in der positiven Hochspannungsleitung. Ihr Controller befindet sich auf der Low-Side und seine Ausgangspins würden beschädigt, wenn er direkt mit der High-Side verbunden würde. R3 neigt dazu, das M1-Gate hoch zu ziehen, um es und Ihren Motor auszuschalten. Wenn M2 eingeschaltet ist, wird das Gate von M1 niedrig gezogen, wodurch es und Ihr Motor eingeschaltet werden. D1 stellt sicher, dass das Gate von M1 nicht um mehr als 12 V nach unten gezogen werden kann - vermutlich um innerhalb seiner maximalen Nennspannung zu bleiben.
Verwenden Sie ein Schütz oder Relais, um zwischen zwei Gleichstromquellen umzuschalten?
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