MOSFET-gatedrivning

[arvidb]

Jag är lite sugen på att bygga en punktsvets för att svetsa nickelremsor mot batterier (för att bygga batteripaket av t.ex. 18650-celler). Jag tycker att denna design verkar genomtänkt och trevlig. Det är en "capacitive discharge"-svets, där en rejäl kondensatorbank (16 V, 1.1 F) laddas ur genom svetspunkten.

Dock har den ingen egentlig styrning; MOSFETarna triggas genom att en vanlig tryckströmbrytare skickar ström genom en diod till en liten kondensator, som sedan håller gate-spänningen hög tills kondensatorerna har laddat ur helt. Jag vill försöka designa en styrning med inställbar pulslängd (och gärna dubbla pulser vilket tydligen ska ge en finare svetsfog). Det handlar då om pulslängder på kanske 1-10 ms och strömmar på någon/några kA (fördelat på 16 MOSFETar, så säg 200 A/MOSFET max).

Så vitt jag förstår så finns det en del parasitkapacitanser på gaten som kan ställa till det genom att hålla MOSFETen i halvöppet läge längre än tänkt. Man bör därför ha en så lågimpediv gate-drivning som möjligt (se t.ex. denna application note). Samtidigt vill man kanske inte ha okontrollerat snabba switchningar, för att hålla EMI och induktiva spänningsspikar under kontroll? Man vill alltså styra gaten med en lågimpediv spänningskälla.

Jag har ritat ett par förslag och är intresserad av kommentarer. Jag har egentligen ingen aning om vad jag håller på med. Kommer dessa att fungera? Är det overkill? Annat att tänka på? Ingången till vänster är tänkt att styras med en signal som växlar mellan 0 V och 12 V ("av/på"); op-ampen är rail-to-rail; MOSFETen är en IRFB7430.

Först en push-pull-koppling med en strömbegränsande resistor på gaten. Totala gateimpedansen blir förstås >100 Ω:

trig1-push-pull.png

Andra förslaget är en spänningsföljare. Denna bör ha betydligt lägre gateimpedans, men kräver en ganska snabb op-amp (>> 5 V/µs):

trig2-voltage-follower.png

[lillahuset]

Vad tycker kondingen om att kortslutas sådär? Är det någon sån där konding man ersätter blyackar med?
Det skiner förmodligen igenom att jag har bristande kunskaper i ämnet...

[arvidb]

Den blir väl inte jätteglad. De ska tåla en rippelström på ~7 A i 120 Hz i 3000 timmar vid 85° C, d.v.s. ca nio miljarder i- och urladdningar vid 7 A om jag inte räknat fel. Nu blir det istället sporadiska urladdningar på 80 A eller däromkring (per konding). Håller de för 10000 sådana urladdningar så räcker det för mig!

Edit: förtydligande ("per konding").

[rikkitikkitavi]

Js, om du inte gör det för ofta så kondingen blir för varm.

[arvidb]

Yes, jag får hålla lite koll på det där. Kanske en tempsensor till styrningen som varnar vid övertemp!

[lillahuset]

Vad är det för typ av konding? Min komponentkännedom sträcker sig bara till "ämmliga" superkondingar för RTC etc och monster för att ersätta blyackar. Men det är naturligtvis rimligt att det finns typer däremellan.

Spontant hade jag valt alternativ 1 av kopplingarna. Jag hade nog ännu hellre använt någon typ av MOSFET-drivare.

Vi använde något i stil med den här http://www.microchip.com/wwwproducts/De ... duct=TC428 för att driva stegmotorer. Den var ganska billig har jag för mig.

[gkar]

Du har inte vänt lite upp och ner på transistorkopplingen?..

[lillahuset]

[arvidb]

gkar: Nä, jag tror inte det. Förklara gärna!

[arvidb]

Eller jo förresten, PNPn är felvänd. Oops.

[arvidb]

Såhär bör det väl se ut:

trig1-push-pull-2.png

resp.

trig2-voltage-follower-2.png

Bra sett, och tack för att du sa till!

[netrunner]

Han snackar om att ha 24st 16V 47000uF kondensatorer parallellt. Även om exakt dom kondensatorer faktiskt är billigast på kapacitet så kostar dom lite... 166kr för ett 5-pack. Så 830kr bara för kondensatorbanken. http://www.ebay.com/itm/180782597189

Mosfetar för 2000A är å andra sidan inte så dyrt.

10st IRLB3034 kostar 45kr http://www.ebay.com/itm/291497793206
20st IRF3205 kostar 49kr http://www.ebay.com/itm/271461878525


Frågan är om man kan ha en mosfet per kondensator och låta en arduino öppna en i taget? Då kan man ju konfigurera exakt den urladdning man vill ha.

[arvidb]

... eller dryga tusenlappen från Digikey (338-2458-ND).

Öppna en i taget - och låta bli att slå av dem igen alltså? Jag är inte säker på att det fungerar; jag tror att man vill ha en viss ström under en viss tid. Med enstaka kondensatorer så sjunker spänningen (strömmen) kanske lite väl fort? Eller så är det ett superbra sätt att välja rätt energimängd... ingen aning faktiskt!

Jag vill nog ändå köra på av- och påslag, om inte annat så för att det är ett bra tillfälle att mecka med MOSFETar och deras drivning.

[gkar]

Kondensatorer har en fördel. Det är begränsat med energi när det går fel, tex när en mosfet brunnit ihop...
Jag skulle sätta en zener mellan gate och source vid någon eller varje MOSFET för skydda dem mot spikar.

En klampdiod kanske kan vara en tanke så att flybacken inte är alltför kraftig när du stänger av strömmen.
Vill man, kombinerar man detta med en snubber mellan drain och source.

Tänk på att sätta gatedrivningen mycket nära MOSFETarna. Ha separata kablar till source för kraft och för gatedrivning.

Vill man kan man ha en negativ matning så att man driver gaten under 0V, då går det fortare att stänga av och på.