Banco di supercondensatori e circuiti di balancing

[AlbertoBianchi]

Ti chiedo scusa brunosso per la lunga latitanza, sono rimasto senza internet per quasi due settimane (in parte per colpa mia che ho sbagliato nel segnalare il guasto e in parte per un problema alla linea di rame)
e sono rimasto indietro con tutta una serie di cose... vediamo se riusciamo e riprendere il filo del discorso.

Direi solo che mi sembrano da evitare tutti i circuiti con comparatore, sia con che senza isteresi, perche' se il comparatore accende il MOS in conduzione piena cortocircuiti il relativo condensatore.

Ricapitolando quello che avevo in mente - a cui, un passo alla volta, cercavo di far arrivare brunosso - il comparatore avrebbe dovuto controllare l'enable di un regolatore di corrente costante (mosfet + op) il cui valore sarebbe stato pari a quello della corrente della sorgente di carica più una certa quota - ancora da stabilire - di corrente di scarica del supercap, e non l' on/off diretto del mosfet.

....Per gli ultimi due supercap, dove non hai a disposizione tensioni piu` positive, fai il circuito complementare, con pmos e ti attacchi due condensatori piu` in basso.

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mah.. almeno da un punto di vista industriale, mi sembra una brutta cosa gestire 278 circuiti di un tipo e due di un altro.

[brunosso]

Ti chiedo scusa brunosso per la lunga latitanza.

Ma che scherzi!?!? Figurati!!

Ricapitolando quello che avevo in mente - a cui, un passo alla volta, cercavo di far arrivare brunosso - il comparatore avrebbe dovuto controllare l'enable di un regolatore di corrente costante (mosfet + op) il cui valore sarebbe stato pari a quello della corrente della sorgente di carica più una certa quota - ancora da stabilire - di corrente di scarica del supercap, e non l' on/off diretto del mosfet.

Parlo sinceramente. Io mi fido sia di voi che del professore... ma non capisco come mai lui non mi ha mai esposto questo problema, dicendomi semplicemente che visto che il MOS sopporta correnti enormi (rispetto all'applicazione) non serve usare resistenze di sense e fare tutto il regolatore di corrente (tra l'altro mi ha bocciato subito il tuo suggerimento della resistenza di sense in quanto troppo onerosa economicamente) il MOS si occupa di deviare la corrente che consentirebbe al supercap di andare in overvoltage.

Da Maxwell intanto non ho avuto una risposta certa, nel senso che questi supercap sono fuori produzione e forse non hanno i dati esatti, ma quelli nuovi con i connettori through-hole supportano 170A (io penso ignorantemente che se i supercap che uso hanno i faston, ci siamo abbondantemente con quella corrente).
Voglio dire quando il MOS chiude si instaurerà una corrente nella singola maglia mos-cap, ma questa non resta li dentro, esce o sopra o sotto, o da entrambi i lati. Ed in ogni caso tutti i circuiti di protezione dei mosfet che ho visto sono fatti in questo modo. Con MOS meno potenti sicuramente, perché tutti fatti per qualche bando da una decina max di supercap.

[AlbertoBianchi]

ma non capisco come mai lui non mi ha mai esposto questo problema, dicendomi semplicemente che visto che il MOS sopporta correnti enormi (rispetto all'applicazione) non serve usare resistenze di sense e fare tutto il regolatore di corrente. il MOS si occupa di deviare la corrente che consentirebbe al supercap di andare in overvoltage.

Si tratta semplicemente di due approcci differernti, io - anche per mancanza di dati certi - opto per un circuito, sicuramente un tantino più complesso, ma dove ho sotto controllo tutti i parametri; ovvero cerco di privilegiare l'aspetto dell'affidabilità tenendo sotto controllo i parametri critici.
Il tuo prof ti ha proposto l'equivalente funzionale di un grosso zener di potenza, che in prima analisi potrebbe andare bene per l'applicazione, ma ho qualche perplessità sia per per quello che riguarda il comportamento su base termica (non dimentichiamoci che il dissipatore non sarà esuberante e che ci sono altri 19 dispositivi uguali montati sopra) sia per l'eventualità, anche se remota, che nell'utilizzo pratico si possa comunque verificare una qualche situazione in cui la corrente potrebbe assumere valori eccessivi.
Volendo fare un paragone, è un po' come un trapezista che si esibisce senza rete, va tutto bene finché non accade qualcosa di imprevisto.
Mi serve un po' di tempo per rifletterre su questi argomenti.

(tra l'altro mi ha bocciato subito il tuo suggerimento della resistenza di sense in quanto troppo onerosa economicamente)

allora ti dico subito che per realizzare queso circuito bisogna realizzare il PCB su alluminio termal-clad altrimenti il mosfet avrebbe tra il suo case ed il dissipatore una resistenza termica troppo elevata per poter dissipare 100-120W. Le resistenze di sense sarebbero 2-3 SMD 2512, (beneficiando del PCB in alu anch'esse si troverebbero ad essere dissipate) e quindi di costo modesto.
Visto che il tuo prof. parla di costi elevati, ti hanno dato un target price?

[brunosso]

In effetti il PCB sarà un IMS, forse non l'avevo specificato prima ..
Alberto capisco perfettamente il tuo ragionamento ma la situazione è questa :) Non mi ha dato budget di costo, ma visto che stiamo usando supercap vecchi di 10 anni non avrò di certo fondi illimitati, quindi fare le minime funzionalità con il minimo costo è la direzione.
Dal punto di vista termico mi ha detto che la ventilazione forzata (se necessaria) non è un problema. Secondo me l'obiettivo è di realizzare qualcosa di grezzo che funzioni. Non so se tanto poi si dovrà replicare il prototipo. Purtroppo moltissimi dettagli non li so nemmeno io

Il sistema brevemente è composto da un convertitore AC-DC trifase che si alimenta dalla rete AC e genera un bus DC a 600V. Su questo bus dc a 600V ci sono attaccati 10 convertitori DC-AC che provvedono ad alimentare le bobine sotto il manto stradale in AC a circa 100Khz.

Per mitigare i disturbi trasmessi da una simile variazione di potenza sulla rete è da prevedere un sistema di accumulo dell’energia sul bus, che l'obiettivo di tesi :)

[IsidoroKZ]

Il circuito che hai disegnato va bene, questo non e` un comparatore ma un amplificatore lineare, uno zenerone di potenza. Bisogna solo fare attenzione alla compensazione, che non autoscilli, e allo start up.

Il carico dinamico del MOS e` molto piccolo, quindi non c'e` (tanto) guadagno nell'anello, pero` c'e` anche il polo associato alla capacita` di ingresso del MOS... Verificherei bene la stabilita` e forse una compensazione la aggiungerei!

Dato che i riferimenti di tensione a 2.4V non mi pare si trovino facilmente, e` meglio usare un riferimento piu` basso e un partitore sul sense di tensione, cosi` si risolve anche il problema dello start up.

[brunosso]

Per il riferimento di tensione uso un TLV431, con opportuna rete resistiva. Anche esso alimentato a 5V.
comunque anche con i consigli del correlatore sto seguendo la strada di un inverterino DC-AC da 24 V DC a 5V AC HF, e poi usare dei trafo ad alta frequenza (magari con più secondari per ridurre il numero totale di trasformatorini) e fari tutti i riferimenti che mi servono

[brunosso]

Bocciata la strada dell'alimentazione con DC-AC e poi trafo HF. Sto optando per l'autoalimentazione dalla tensione dei supercap, sto considerando tre supercap con tensione di 2.3v. Quindi da 3 supercap ho la tensione di 6.9v che poi tramite reg lineare (lm7805) mi faccio i 5v di riferimento.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Con la tensione in rosso mi faccio il riferimento per il C18, con quella immediatamente sotto per il C17 e così via a scendere. Ora il problema è per C19 e C20 devo usare la tensione rossa invertita (per il C20) e la blu invertita (per il C19) ed un Pmos. Ho abbozzato questo circuito che ne pensate?

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Ho cercato di ragionare in modo complementare, quindi l'alimentazione del OPAMP è V+ (lo 0v praticamente) mentre al V- ho messo i -5v.

[IsidoroKZ]

Non ti serve regolare la tensione con un 7805. Gli operazionali lavorano a tensione variabile e serve solo un voltage reference da 1.2V circa, micropower e` anche meglio. Con il riferimento di tensione non dovresti avere problemi allo startup mentre i condensatori si caricano.

E poi bisogna studiare bene la stabilita` del sistema!

Voglio la citazione nella tesi

[brunosso]

Non ti serve regolare la tensione con un 7805.

Ma per comandare il MOS (sia P che N) non devo dare una ben precisa tensione? per questo avevo pensato ai 5V fissi, così la comparazione dava in uscita o 0v o 5v (poco meno di 5V sicuramente).
Come mai un riferimento a 1.2V se la tensione limite è diciamo 2.3v-2.4v? EDIT: ho letto ora più sopra, quindi suggerisci di fare un partitore di tensione per ridurre la tensione del supercap che viene collegata all'OPAMP, e fare un confronto con un riferimento più basso

Ovviamente cito entrambi :) mi state aiutando (e sopportando ) tantissimo

[IsidoroKZ]

Pilotare il MOS a 5V e` proprio quello che bisogna evitare: diventa un cortocircuito. Deve invece essere comandato in modo analogico cosi` da assorbire proprio la corrente che serve per tenere la tensione costante.