¿Necesito un convertidor CC-CC reductor aislado galvánicamente para alimentar mi electrónica digital desde un paquete de baterías que también alimenta el motor eléctrico?

Tengo una batería con celdas de iones de litio. El paquete de baterías tiene un voltaje máximo de 84V (va de 84V a ~50V -> dependiendo del estado de carga actual).

Utilizo este paquete de baterías para alimentar todo tipo de cosas (luces, bocinas, MCU (BMS), inversor, que luego le da energía al motor eléctrico...). El inversor extrae alrededor de 60 A de corriente continuamente de un paquete de baterías cuando el motor está girando.

Para que mi concepto funcione, debo tener diferentes voltajes de CC en una sola PCB:

  • 12 VDC (para luces y bocinas)
  • 5 VDC (para algunos sensores...)
  • 3,3 VDC (para MCU, amplificadores operacionales...)

La idea es utilizar algún tipo de convertidores reductores en la placa de circuito impreso para convertir de 84 V a 12 V CC y convertir de 84 V a 5 V CC. Y luego usar un LDO para darme 3.3V de 5V.

El 12VDC debe tener una potencia de ~40W, y el 5VDC debe tener una potencia de ~10W.

La pregunta es si el convertidor reductor debe tener aislamiento galvánico (como un flyback) para que pueda tener diferentes motivos para alto y bajo voltaje. ¿O está bien usar un regulador de dinero "normal"?

Creo que para los 12VDC que alimentan las bocinas y las luces no es tan necesario tener tierras diferentes como para los 5VDC que alimentan la mayor parte de la electrónica.

¿Cualquier sugerencia?

¿La MCU controlará los motores a través del inversor y, de ser así, las conexiones requeridas no anularán y anularán el aislamiento galvánico?
@Andyaka a menos que también los aísle. AtOP: Hay cosas que decir sobre la separación total del escenario o simplemente sobre un filtrado muy bueno. En resumidas cuentas, si puede diseñar buenos esquemas de estrella-tierra y un filtrado / almacenamiento en búfer adecuado, no necesita aislamiento per se. Pero si no es así, es mejor que en su primer diseño aísle todas las señales dentro y fuera de los digitales y se haga cargo del (enorme) costo adicional de eso.
@Asmyldof sí, lo sé, pero quiero que el operador lo considere.
@Andyaka Lo sé, pero en la verdadera moda europea quiero que todo sea siempre justo y equilibrado. A menos que estemos hablando de Europa o Sanidad.
@Asmyldof Ahhh eres holandés - eso lo explica LOL ;)

Respuestas (3)

El inversor extrae alrededor de 60 A de corriente continuamente de un paquete de baterías cuando el motor está girando

No es una pequeña cantidad de corriente y, si no resuelve correctamente la conexión a tierra, es posible que encuentre decenas de amperios que intentan fluir a través de los cables de retorno a tierra incorrectos y dañan su MCU.

Por lo tanto, existe un caso para proporcionar aislamiento galvánico a sus sensores (5V) y suministros de MCU (3V3) porque, aunque su MCU puede necesitar conectarse a tierra en el controlador del motor, tener aislamiento en una posible ruta de retorno a tierra podría ahorrarle mucho angustia y dólares.

o simplemente puede dividir los cables de alimentación en los contactos de la batería, haciendo que el caso sea imposible.
@student: aún habrá una ruta de retorno potencial para la corriente desde los cables de control del inversor a través de la MCU y de regreso a la batería; para controlar de manera confiable el inversor, las conexiones digitales entre la MCU y el inversor deben ser buenas y esto significa una conexión a tierra sólida de MCU al inversor.
Cierto, pero esto se puede remediar con un cableado corto y grueso. De todos modos, entiendo tu punto de que esto requiere un diseño cuidadoso.

Nada en su descripción requiere que los voltajes derivados estén aislados de la tierra de la batería. No aislarlos será más fácil y será más fácil obtener una mayor eficiencia.

Ate todos los terrenos juntos.

¿En qué circunstancias es necesario un aislamiento galvánico entre el paquete de baterías y la electrónica (BMS, VCU (unidad de control del vehículo)...)?

Depende, si tiene cuidado, a menudo puede prescindir del aislamiento galvánico, pero usarlo puede facilitar mucho el diseño del sistema.

En un sistema de alta potencia con voltaje y corriente significativamente más altos que en un sistema lógico normal, puede desarrollar una caída de voltaje en el cableado tanto de CC como transitorio. Las caídas de voltaje transitorias pueden ser especialmente desagradables ya que, si bien puede reducir fácilmente la resistencia de los cables haciéndolos más gruesos, es muy difícil reducir la inductancia.

Eso está bien si las partes de alto y bajo voltaje del sistema no se interconectan en absoluto o si se encuentran exactamente en un lugar, pero se vuelve problemático si sus conexiones a tierra están interconectadas en más de un lugar. Las caídas de voltaje en las conexiones a tierra pueden causar diferencias de voltaje en las conexiones a tierra de la señal. Si esas diferencias de voltaje son demasiado grandes, pueden causar mal comportamiento y/o daños.

Supongo que su MCU estará conectado al controlador del motor. Si es así y si el controlador del motor no tiene aislamiento galvánico entre sus lados de control y potencia, entonces ya ha "gastado" su conexión única entre la señal y las tierras de potencia. Por lo tanto, debe usar un convertidor aislado en su circuito.

Por otro lado, si la entrada de control de los controladores de motor está aislada galvánicamente, entonces puede salir adelante sin aislamiento en su circuito.

¿Necesito un convertidor CC-CC reductor aislado galvánicamente para alimentar mi electrónica digital desde un paquete de baterías que también alimenta el motor eléctrico?
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