[CDEY] Configurazione mosfet - Progetto di un carico attivo

[brabus]

Ottima idea IsidoroKZ. Prendiamo come spunto i carichi attivi disponibili sul mercato, possiamo studiarne le specifiche e gli "optional".

Io proporrei di separare il circuito in due parti:

1) Unità di comando e di potenza: anello di corrente, compensazione, sensing, protezioni, aspetti termici.
2) Unità di controllo: generazione del segnale di riferimento, DAC, display, pulsanti, interfacce USB, ethernet, BT , whatever...

Lo sforzo di progettazione sarà più accentuato dal punto di vista analogico nell'unità di comando e potenza, mentre per l'unità di controllo intravedo molteplici varianti.
Chi vuole può sfruttare la sola unità di comando, da gestire magari con un paio di potenziometri, mentre chi vuole aggiungere features senza impazzire con l'analogica, può impiegare facilmente un Arduino o un Pierin!

Termino con la mia proposta determinante per la sezione analogica: quanto vogliamo salire con la banda? Vogliamo impiegare il carico attivo anche come generatore a gradino per testare le caratteristiche dinamiche degli alimentatori?

stefanob70, hai già in mente qualche numero in merito alla banda?
Attorno a questo parametro possiamo iniziare a buttar giù un po' di compensazione.

[stefanob70]

Per la banda non ho prefissato dei parametri.
Vorrei aggiungere l'utilizzo in particolare su tecnologie switching:
Quindi partendo con i seguenti dati di targa:

-Gamma 0-30V DC Max

-Limite Max
-0-30Vdc 10A
-Protezione termica:
-Abbinamento Voltmetro e Amperometro digitali:
±100mA ; ±100mV
-Possibilita' di selezione in tensione e corrente costante.

MOS da utilizzare:
IRFP250
Datasheets qui

[stefanob70]

Proverei a dare una occhiata alle specifiche dei carichi attivi disponibili sul mercato,

questo potrebbe essere uno spunto
carico Attivo

[stefanob70]

Vogliamo impiegare il carico attivo anche come generatore a gradino per testare le caratteristiche dinamiche degli alimentatori?

ma intendi per verificare i fenomeni transitori del tipo:
Vediamo come si comporta l'alimentatore scollegando il carico in alimentazione?
Non ho idea di come si possa implementare,ma visto che ci pensi tu dico di si..

[brabus]

Per la dinamica possiamo fare così: cerchiamo di ottenere il massimo con i componenti che abbiamo.

Per collaudare davvero gli alimentatori occorre un generatore d'impulso molto veloce, e con gli IRFP250 la vedo dura... magari qualcun altro può usare il nostro stesso circuito, con mosfet più "leggeri", per salire con le prestazioni in frequenza!

Che ne dite, iniziamo a buttar giù qualcosa in merito alla sezione analogica?
Che ne dite della proposta di impiegare un circuito di controllo separato per ogni mosfet (o al massimo ogni 2 mosfet)? In questo modo si può incrementare agevolmente la corrente massima assorbibile, semplicemente replicando il circuito più volte.

Supponiamo di sfruttare il carico a potenza nominale: 10A @ 30V, sono 300W da dissipare.
Impossibile accontentarsi di 2 o 4 mosfet: cerchiamo di capire quanti ne servono:

- Supponendo di far lavorare la giunzione a una temperatura di 100°C
- Nota la resistenza termica giunzione-case: Rth,jc di 0,65 °C/W
- Supponendo di impiegare un accoppiamento case-dissipatore con resistenza termica 0,5 °C/W
- Supponendo di impiegare un generoso dissipatore, con resistenza dissipatore-ambiente Rth,hs = 2,5 °C/W (esempio Aavid thermalloy: here)

Otteniamo una resistenza termica totale di 3,65 °C/W.
La potenza massima dissipabile, con temperatura ambiente di 25 °C, sarà dunque:


Il numero di mosfet necessari è dunque

Abbiamo dunque bisogno di impiegare ben 15 transistor.
Possiamo decidere di usarne 16, replicando per ben 8 volte il circuito di comando per 2 transistor, oppure usarne 14, replicando il tutto 7 volte.

Potremmo anche pensare di disegnare un circuito di comando per 3 transistor, ma vorrei evitare qualsiasi problema di risonanza e squilibrio fra mosfet.

Le dimensioni finali dell'apparecchio cominciano a prendere forma. stefanob70, ti aspettavi qualcosa di più compatto?

Possiamo ridurre la resistenza termica del dissipatore con la ventilazione forzata: serve una ventola, magari un controllo di temperatura, e sicuramente un case adatto.

[stefanob70]

Abbiamo dunque bisogno di impiegare ben 15 transistor.

ok,vediamo quello che ho gia' nel laboratorio,e l'eventuale costo di acquisto per la differenza.

Possiamo ridurre la resistenza termica del dissipatore con la ventilazione forzata: serve una ventola, magari un controllo di temperatura, e sicuramente un case adatto.

Per le ventole no problem, per il controllo in temperatura usiamo un classico LM34 ed un regolatore PWM.

dobbiamo calcolare l'ingombro del Circuito Stampato per ospitare l'Array di Mosfet.. .

il dissipatore dovro' acquistarlo,poiche' dai tuoi calcoli non e' proprio piccolino..

Mi sfugge inoltre questo calcolo:
Utilizzando del grasso al silicone per lo scambio termico dei mosfet al dissipatore di quanto si riduce la
Rth,jc?

[Kagliostro]

Chi mi conosce, qui sul forum, sa che di stato solido non so praticamente nulla

comunque tempo fa mi ero interessato su come costruirmi un carico fittizio con mosfet

dopo aver cercato per un po' in rete il progetto che ho scelto e messo nel cassetto per

una prossima realizzazione è questo

http://www.chirio.com/electronic_load.htm

non riesco a valutare quanto sofisticato possa essere il circuito in sè

ma visto che il progetto è stato realizzato e funziona

posto il link perché possa eventualmente servirti per prendere degli spunti

Ciao

K

[davidde]

Entrata a gamba tesa ...

Penso che usare 16 MOS sia una scelta rischiosa. Già quando attaccati ad un dissipatore ce ne sono una decina il solo pensare di dover mettere le mani alla scheda per sostituirne uno guasto fa venire i brividi.
In più si moltiplicherebbero notevolmente i componenti dei driver e visti anche i problemi di instabilità che possono nascere cercherei di ridurre notevolmente il numero dei transistor (a 6 massimo 8).

Le soluzioni ci sono, già usare un dissipatore con una resistenza termica minore (sull'ordine dei 0,5°C/W) aiuterebbe parecchio. Si possono fare molte considerazioni in merito ma secondo il mio parere manca il dato più fondamentale di tutti (a meno che non me lo sia perso io per strada): qual è il budget che si ha a disposizione per costruire il carico attivo?

Non voglio sempre fare il venale ma solitamente la spesa finale va stimata a priori, poi come per tutti gli altri parametri si aggiusta il tiro strada facendo, però almeno un'ordine di grandezza servirebbe.

[brabus]

Ciao Kagliostro,

Ti racconto questa.
Anni fa (10 se ben ricordo) avevo realizzato un carico attivo, manco a farlo apposta con due IRFP250. Una bestia, al tempo, me sembrava di poter dissipare una potenza infinita!
Anni dopo ho voluto verificare le prestazioni del carico con l'oscilloscopio... un disastro! Sovrapposto al valore di corrente desiderato, avevo un ripple di corrente del 50%, dalle parti del centinaio di kHz.

Eppure, al multimetro, i risultati erano corretti... ho usato per anni una ciofeca senza essermene reso conto!

Questo per rimarcare ancora una volta il fatto che "funziona" e "funziona bene" sono due concetti molto, ma molto distanti.

Lo schema, fondamentalmente, va bene... tutti gli schemi vanno bene, per questo... La cosa difficile è dimensionare il loop di controllo! In base alla configurazione scelta, ai componenti e alle specifiche desiderate, potremo dimensionare il controllo più adeguato (qualcuno ha detto PID? ).

davidde, anche a me i circuiti "giganti" fanno venire l'orticaria.
Proprio per questo avevo proposto di progettare moduli piccoli, in grado di pilotare due mosfet al massimo. Affiancando vari moduli e collegandoli in parallelo, possiamo estendere le potenzialità del carico attivo nel suo complesso.
Per quanto mi riguarda, userò il modulo di controllo e... un solo mosfet! Le mie esigenze sono ben più modeste di quelle di stefanob70.

Mi pare che l'informazione sulla distribuzione del lavoro su più moduli sia passata un po' in sordina... come la vedete

[davidde]

Si brabus hai perfettamente ragione, progettare qualcosa di flessibile è senz'altro la scelta migliore così ognuno può adattare il carico attivo alle sue esigenze ed in futuro aumentare la potenza semplicemente aggiungendo moduli. Gran bella idea !