Das Projekt Think City

Der chaotische Hauptfaden

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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon Bastelbruder » Fr 2. Feb 2018, 12:21

Vielleicht macht mal jemand ein paar gebratene IGBTs auseinander (bei 150°C löst sich das Kunststoffoberteil recht gut vom Chip ohne dessen Oberflächenstruktur unansehnlich werden zu lassen).
In der Wikipedia sehen die Chips eher nicht nach vielen parallel geschalteten Darlingtons aus.
https://de.wikipedia.org/wiki/Bipolartr ... -Modul.jpg
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon ferdimh » Fr 2. Feb 2018, 12:50

Ich fühle mich missverstanden :-(
Der Trick ist, dass die Basis des PNP-Transistors gleichzeitig der Drain des FETs ist, also aus hochohmigem niedrig dotiertem Zeug:
Bild
(Bild aus Wikipedia entwendet)

Wenn wir jetzt realistische Maße annehmen (Dicke der n-Epitaxieschicht im µm-Bereich, darunter ein FETTES p+-Substrat, haben wir einen langen schlauchförmigen Transistor, der "quer durch" einen hohen Widerstand hat. Dadurch gibt es einen gewissen Ausgleichswiderstand, verglichen mit einem normalen Transistor, wo alle Pins durch amtliche Metallagen kontaktiert werden. Ob dieser Widerstand tatsächlich wirksame Ausgleichsfunktion hat, wenn der oben konstruierte FET im Linearbereich ist, kann ich nicht beurteilen. Hierzu gibt es meines Wissens keine Forschung; der praktische Bedarf scheint auch nicht zu existieren.
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon Arndt » Mi 14. Feb 2018, 22:54

Es geht langsam weiter!
Der Postbote hat mir in der Zwischenzeit das Lastrelais vor die Tür gelegt
http://www.ebay.de/itm/Gigavac-GX11BAB-Sealed-DC-and-AC-Contactor-12VDC-12-VDC-Coil/152649356651?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&_trksid=p2060353.m1438.l2649
und nun überlege ich für zukünftige Versuche einen kleinen Schaltschrank
bspw. den hier:
https://www.amazon.de/Metallgeh%C3%A4us ... nk+200x200
in den Motorraum einzubauen, dann bin ich flexibler und komme "schenll" da dran...
Hat noch jemand etwas in der Größe 200x200 liegen? IP66 wäre schon ok denke ich.

Der Plan sieht vor, dass das Lastrelais die 400VDC wegschaltet, wenn der Mosfet nicht mehr kann...
Mittlerweile haben sich auch zwei Mosfets gefunden, wenn ich die parallel nehme, kommt ein einigermaßen brauchbarer RDSon dabei raus (<50mOhm)
https://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=90398;SEARCH=ixfk%2064n
Als Gattreiber habe ich noch einen MCP14E8 gefunden, wenn ich das DB richtig verstehe, müsste der sich mit den Mosfets vertragen.

Der Plan sieht jetzt eigentlich vor, die Mosfets nebst Gatetreiber DC/DC-Wandler (oder Spannungsteiler) und Optokoppler von unten an den Heizpott zu tackern und die Logik mit dem Lasttrenner im Schaltschrank unterzubringen.

Werde mal richtung Wochenende versuchen was auf ne Serviette zu pinseln.
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon wernerc » Sa 17. Feb 2018, 19:49

Das laesst Dich doch nicht los wie es scheint.
Passt so ein grosser Schaltschrank in den Motorraum ?
Da ist doch wegen der schraegen Haube kaum Platz.

Berichte mal weiter vom Design und Fortschritt der Sache.
Ich habe mir auch die Platine mal angesehen, da ist eine Uebertemperatursicherung dauf, aber die wuerde beim Think wohl eher die Sicherung in der PCU killen als sonstwas.
Sehr sonderbar.

Gruss

Werner
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon wernerc » Sa 17. Feb 2018, 20:43

Wenn Du die Logik galvanisch trennen moechtest versuche evtl. auch nen TLP250.
Den gibts auch bei Deinen Lieblingsverkaeufer fuer knapp ueber 1 Euro.
Ist ein Treiber mit integriertem Optokoppler.
Oder Optokoppler mit integriertem Treiber.
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon Fritzler » Sa 17. Feb 2018, 21:01

Der TLP250 ist aber nicht mehr recommendet = wird bald abgekündigt -> TLP152
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon Arndt » Sa 17. Feb 2018, 22:45

Besten Dank für die Tipps!!!
Heute war der ESD Kittel zu besuch und wir haben ein paar Stunden herzhaft gefrickelt :D
Was er da jetzt genau getrieben hat muss er am besten selber erklären, aber wir haben die Schaltung vom Bastelbruder wiedeer in Betrieb genommen und versucht herauszubekommen, warum die Mosfets gestorben sind.
da ich natürlich keinen Ersatz mehr hatte wurde fleißig improvisiert, Bilder vom Oszi kann ich morgen Nachmittag ggf. nachliefern, es sieht aber so aus, als wenn ein Tail in der Abschaltflanke unter Umständen den verwendeten Typen nochmal einen Hopser von ~100µs hat machen lassen....

Bezüglich Platz muss ich nochmal genau nachmessen, aber eigentlich sieht das ganz gut aus.

Der Plan entwickelt sich im Augenblick in die folgende Richtung:

Gigavac schaltet völlig unabhängig von allem anderen HVDC, sobald die Umwälzpumpe läuft und der Bimetallschalter am Heiztopf keine Übertemperatur meldet.
Zusätzlich würde ich da gern noch eine autake Einschaltverzögerung vorschalten, sodass im Falle eines erneut durchlegierten Mosfet, der Mastercontroller der Traktionbatterie geschützt ist und nicht auch abbrennt, sollte man den Wagen mit dauerheizung starten.

Wenn wir jetzt noch die Endstufe der Schaltung unten am Heiztopf platzieren können, sodass der Mosfet durch das Heizwasser "gekühlt" wird, könnte das etwas werden.

Die letzte Idee, die wir dann heute noch entwickelt haben könnte so aussehen, dass der OpAmt, der momentan die LoBat-Abschaltung macht, für die Kalibrierung des Temperaturfühlers verwendet werden könnte.
Hintergrund ist, dass die LoBatüberwachung nicht zwingend benötigt wird (das übernimmt die PCU des Autos) und der Temperaturbereich über den die Pulsweite moduliert wird deutlich größert werden könnte.
Wenn man von einem Temperaturbereich zwischen -20°c -80°C ausgeht, sollte die Pulsweite bei vielleicht 30°C anfangen abzunehmen, damit sich die Wassertemperatur asympttotisch an die 80°C annähert und nicht versehens darüber hinausschießt.
Grundsätzlich halte ich 80° schon für grenzwertig, da die Heizung mit 4kW immernoch satt überdimensioniert scheint... In den beiden Versuchen kam bereits nach <1min gut warme Luft aus der Lüftung, daher würde ich mich lieber zunächst von unten an eine Höchst-/Wohlfühltemperatur annähern. Aufbohren geht immer :D

In diesem Sinne, möge es Frühling werden! :lol:
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon wernerc » So 18. Feb 2018, 14:21

Fritzler hat geschrieben:Der TLP250 ist aber nicht mehr recommendet = wird bald abgekündigt -> TLP152


Ich weiss.
Aber wenn er sich 5 oder 10 kauft und die verwendet st das wohl egal.
Als Serienloesung ist da ganze doch nicht gedacht, wenn ich das recht verstehe.
Ist halt einfacher fuer Arndt, weil bekommt er Reichelt, den 152er haben die nicht.


Gruss

Werner
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon wernerc » So 18. Feb 2018, 14:29

Der Original Thermoschalter schaltet bei 95 oder 100 C und natuerlich mit Toleranz, das konnte ich an einer zersaegten Heizung noch nachvollziehen.
Der hat bei Dir a ber wohl ga anicht ausgeloest vermute ich mal.
100 C unter Normalbedingungen erreichst Du nur mit Druck oder wenns Wasser voll verkocht ist.
Dann waere bei Dir auch ne Sicherung geflogen (bei der Originalschaltung meine ich, nicht bei der neuen, da ist das ja anders.

Gruss

Werner


Arndt hat geschrieben:Besten Dank für die Tipps!!!
Heute war der ESD Kittel zu besuch und wir haben ein paar Stunden herzhaft gefrickelt :D
Was er da jetzt genau getrieben hat muss er am besten selber erklären, aber wir haben die Schaltung vom Bastelbruder wiedeer in Betrieb genommen und versucht herauszubekommen, warum die Mosfets gestorben sind.
da ich natürlich keinen Ersatz mehr hatte wurde fleißig improvisiert, Bilder vom Oszi kann ich morgen Nachmittag ggf. nachliefern, es sieht aber so aus, als wenn ein Tail in der Abschaltflanke unter Umständen den verwendeten Typen nochmal einen Hopser von ~100µs hat machen lassen....

Bezüglich Platz muss ich nochmal genau nachmessen, aber eigentlich sieht das ganz gut aus.

Der Plan entwickelt sich im Augenblick in die folgende Richtung:

Gigavac schaltet völlig unabhängig von allem anderen HVDC, sobald die Umwälzpumpe läuft und der Bimetallschalter am Heiztopf keine Übertemperatur meldet.
Zusätzlich würde ich da gern noch eine autake Einschaltverzögerung vorschalten, sodass im Falle eines erneut durchlegierten Mosfet, der Mastercontroller der Traktionbatterie geschützt ist und nicht auch abbrennt, sollte man den Wagen mit dauerheizung starten.

Wenn wir jetzt noch die Endstufe der Schaltung unten am Heiztopf platzieren können, sodass der Mosfet durch das Heizwasser "gekühlt" wird, könnte das etwas werden.

Die letzte Idee, die wir dann heute noch entwickelt haben könnte so aussehen, dass der OpAmt, der momentan die LoBat-Abschaltung macht, für die Kalibrierung des Temperaturfühlers verwendet werden könnte.
Hintergrund ist, dass die LoBatüberwachung nicht zwingend benötigt wird (das übernimmt die PCU des Autos) und der Temperaturbereich über den die Pulsweite moduliert wird deutlich größert werden könnte.
Wenn man von einem Temperaturbereich zwischen -20°c -80°C ausgeht, sollte die Pulsweite bei vielleicht 30°C anfangen abzunehmen, damit sich die Wassertemperatur asympttotisch an die 80°C annähert und nicht versehens darüber hinausschießt.
Grundsätzlich halte ich 80° schon für grenzwertig, da die Heizung mit 4kW immernoch satt überdimensioniert scheint... In den beiden Versuchen kam bereits nach <1min gut warme Luft aus der Lüftung, daher würde ich mich lieber zunächst von unten an eine Höchst-/Wohlfühltemperatur annähern. Aufbohren geht immer :D

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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon ESDKittel » So 18. Feb 2018, 16:03

Wollte mal wissen warum die FET im Auto abgeraucht sind.
Die Schaltung haben wir zum Test erstmal auf die PWM-Erzeugung reduziert.
Versorgt wurde das ganze aus einen Trennstelltrafo mit Gleichrichter und Ladeelko.
Als FET kam einer aus einem geschlachteten Monitornetzteil zum Einsatz (die anderen waren ja abgeraucht).
Gemessen wurde mit 10x Tastköpfen.
Bild
Die Einschaltverzögerung ist da, das Gate ist währenddessen auf ~0V.
Die PWM-Erzeugung geht und lässt sich einstellen.
Am Gate liegt beim Einschalten eine Flanke mit einer kleinen Stufe auf Ub/2 an.
Beim Ausschalten fällt das Signal schnell auf ca. 2V, dann fällt es deutlich langsamer auf 0V.
Hab das mal nur qualitativ und nicht maßstabsgerecht gemalt, die Oszibilder muß Arndt nachliefern.

Eine Testumgebung für Vollast ist in Planung.
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon wernerc » So 18. Feb 2018, 17:48

warten wir die Bilder ab,
dann kann man eine Abschaetzung der Verluste machen.
Wobei das natuerlich bei Vollast und mit den passenden Fets am interessantesten waere.
Der exponentielle Abfal ist auf jeden Fall nicht so schoen. Mag zwar vielleicht unterhalb der Schwellspannung liegen, aber weniger als 2V waere gut.
Haengt natuerlich auch von der Laenge des Tails ab.
Vielleicht mal den Strom messen, mit einem Shunt wenn ihr sowas habt, eine breitbandige Stromzange wird ja vermutlich nicht zur Verfuegung stehen.
Und/oder mal die Kollektorspannung parallel dazu.
Wobei natuerlich der Ausgang des Komparators zusammen mit dem PNP einen Emitterfolger bildet, der erst einmal nie ganz auf 0 geht. Denn er PNP saettigt ja nicht, was ihn prinzipiell schnell macht, aber eine kleine Restspannung bleibt.
Das koennt Ihr ja auch mal am Ausgang des Komparators messen.
Wenn die Ausgnagsstufe des Komparators saettigen kann werden das vielleicht so 1V sein, wenn nicht 1,3-1,4V
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon Arndt » So 18. Feb 2018, 18:46

Hm, haben wir gerade ein Problem mit dem FTP? also hängt das mit dem Vorfall zusammen? kriege die Bilder gerade nicht auf die Seite...
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon MichelH » So 18. Feb 2018, 18:51

Bei mir lief der ablader gerade noch
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon Bastelbruder » So 18. Feb 2018, 19:04

Die Gate-Treiber und die positive Impulsstromversorgung wurden darauf ausgesucht um den Schaltverlustrelevanten Teil der Steuerkurve, auch Miller-Plateau genannt, in möglichst kurzer Zeit zu durchfahren. Der NPN mit HFE-Klasse C und der PNP mit 800 mA. Was nachher kommt ist wirklich uninteressant. Für IGBTs müßte man "bloß" die aktuellen 12 Volt auf 15 Volt erhöhen (und einige Spannungsteiler neu dimensionieren).

Ja, man könnte noch einen fetten MOSFET abkommandieren um das Gate auf exakt null Volt zu zerren. Und und und... Aber spätestens dann sollte man darüber nachdenken ob nicht eine digitale Lösung besser einfacher wäre. Auch PIC und Atmel wollen auf automotive Eignung ausgesucht werden.

Erst war da die Idee 311 + 555, der eine schlechtere Ausgangsperformance zur Ansteuerung irgendwelcher MOS-Gates hat als die tatsächlich realisierte Schaltung. Vergeßt die Simulationsmodelle! Die sind von kaufmännisch orientierten Leuten erstellt und eignen sich genau nicht zur Untersuchung von Grenzfällen.
Dann kam der Powertreiber zur Sprache und über die Energieversorgung hat sich keiner Gedanken gemacht, die ursprünglich angedachten Tracos (?) sind jedenfalls auch nicht für alle Temperaturen geeignet. Aber auch ein Kleinhirn will versorgt werden, ruckzuck ist der Hardwareaufwand für Versorgung und Überwachungsschaltungen so hoch wie bei der reinen Analoglösung. Danach kann der Computer allerdings mit nahezu beliebigen Spielereien beschäftigt werden.

Daß der Sensor nicht der zuerst propagierte war, ist blöd gelaufen und hat viel Zeit vergeudet. Die gemessene Kurve wurde von mir sofort als "zweifelhaft"
Die Schaltung läuft jetzt mit dem beseren Modell und dem komischen NTC an Stelle von R1, die Referenzspannung wurde...
bezeichnet und trotz mehrfacher Fehlschläge bei Versuchen nicht mit einer anderen Meßmethode nochmal geprüft.
Noch eine Kleinigkeit: Die Simulationsergebnisse sind recht zuverlässig, was fehlt ist eine belastbare Kennlinie des Fühlers, irgendwie kann ich mir den Kurvenverlauf unterhalb 40°C nicht recht vorstellen.
Zu der Zeit war die Platine noch nicht fertig.

Daß die Kühlung der MonsterFETs nicht ausreichen konnte ist mir entglitten. Ich hab meine Stunden nicht gezählt, viele habe ich dafür bei Shicewetter in irgendwelchen Hotelzimmern sinnvoll verbracht. :)

Nochwas: Leistungshalbleiter sind besonders zum Betrieb bei hohen Temperaturen spezifiziert, auch für zyklischen Betrieb. Ja, die Lebensdauer ist temperaturabhängig. Apropos Lebensdauer: die Betriebsstundenzahl eines Durchschnittsautos mit 200000 km Laufleistung und 60 km/h Schnitt ist gerade mal 3333 Stunden. Das ist weniger als ein halbes Jahr!
Und Kühlkörper nennt man so, weil sie im kalten Zustand nicht funktionieren.
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon Arndt » So 18. Feb 2018, 21:27

https://picload.org/view/darwaddi/map001.jpg.html
https://picload.org/view/darwaddw/map002.jpg.html
https://picload.org/view/darwadar/map003.jpg.html
https://picload.org/view/darwadaa/map004.jpg.html
https://picload.org/view/darwadal/map0017.jpg.html

So, irgendwie bin ich zu blöd für diese bescheuerten Uploaddienste! Da weiß man, was man an dem Abloader hat! Danke ZABEX!!!!!

@Bastelbruder, Du hast recht, dass die anfänglich genannten Bauteile nicht ansatzweise geeignet waren, das liegt aber auch an meiner herangehensweise und bedeutet nicht, dass die Schaltung besser gewesen wäre als Deine.
Da ich anfänglich mit der Geschichte alleine da stand war mein unmittelbares Ziel die abstrakte Funktion, um (zum einen) Interesse zu wecken und die Mitleser zur Mitentwicklung
anzuregen und Vorschläge zu diskutieren.
Ich habe keinen großen Schimmer von Analogtechnik und bezüglich der Feinheiten der Leistungshalbleiterei bei solchen Größenordnungen fehlt es auch an Erfahrung ;)
Um so glücklicher ist man hier bei der geballten Kompetenz im Forum aufgehoben, besonders, wenn man ein Projekt iterativ entwickeln kann.
Ich habe immer versucht alle Vorschläge nach bestem Wissen und gewissen umzusetzen bzw. zu bewerten und mit allen zu diskutieren, manchmal war das aber auch echt nicht trivial :lol:
So wie ich das jetzt sehe ist der verwendete Mosfet nicht wirklich für die Schaltung geeigent gewesen, wenn ich die Ereignisse und Zahlen vom letzten Meltdown noch einmal rekapituliere, dann muss der sehr flott in die ewigen Jagdgründe eingegangen sein, weil die Kühlkörpertemperatur in unmittelbarer Nähe noch keine kritischen Temperaturen hatte, als ich abschalten musste.....
Bastel, welchen Fet (unter der Annahme, dass der Aufwand für einen IGBT offensichtlich zu groß ist) würdest Du empfehlen?
Die einzige Anforderung ist, dass die Bauteile auch für mich beschaffbar sein müssten, sonst kommen wir nicht weiter ;)
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Re: Das Projekt Think City

Beitragvon Bastelbruder » So 18. Feb 2018, 23:01

Die Kurven sind eigentlich das was ich erwartet hätte. Der ErsatzFET sollte beim Teststrom etwa die gleiche Plateauspannung aufweisen wie das Original, mit zusätzlichen Kondensatoren G-S und G-D und Leuchtobstlast lassen sich die Zeiten ziemlich ähnlich nachbilden. G-S 10 nF, G-D 100 pF sollten das Verhalten des FCH040N65S3 einigermaßen simulieren.

Irgendwann wurde mal von 7 V am Gate geschrieben, auch damit (bei 16 A Last) sollte der Transistor ziemlich eingeschaltet sein. Laut Datenblatt muß das Miller Plateau dann bei 5 +- 0,5 V liegen.

Für IGBTs wird etwas mehr Gatespannung benötigt, irgendwelche Spezialimpulse sind bei 1 Hz-Gleichstrom nicht erforderlich. Ich habe mir die Schaltung nochmal angeschaut, es reicht wenn man R3 und R12 etwas höher versorgt, dem Komparator tut das nichts so lange die Ausgänge unter 36 V bleiben. Einfach eine 6V-Diode oder vielleicht sogar bloß 2 Kiloohm zwischen R13 und 12V, die beiden Widerstände ans obere Ende und die Gatesteuerung bringt 17 Volt.
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