Relé de estado sólido con controlador MOSFET fotovoltaico

Estoy en proceso de crear un SSR basado en Mosfet de alta potencia. La idea es usar un controlador MOSFET fotovoltaico como VO1263 (SIlabs tiene un IC similar pero usa acoplamiento CMOS para crear la energía aislada). Sin embargo, este tipo de circuitos integrados son bastante lentos, ya que proporcionan alrededor de 10 uA de corriente de accionamiento a aproximadamente 10 V.

Durante mi investigación sobre el tema, he encontrado solo un circuito sin ninguna explicación que debería servir para aumentar la velocidad de conmutación (sin usar un convertidor CC/CC externo). Se muestra en la siguiente figura:

ingrese la descripción de la imagen aquí

No estoy seguro de entender completamente el circuito y me gustaría su ayuda para dimensionar algunos de los componentes. por supuesto, se supone que este circuito funciona en una configuración de lado alto, lo que significa que se suministra Vcc (1-60v CC) en el pin4 y se carga en el pin3.

mi logica:

  1. D4,R6 (alrededor de 1k ?) funcionan como ruta de carga para el diodo de arranque C1. T1, T2 (BJT normal como BC537-BC527) son controladores push-pull normales que funcionan al encenderse solo para proporcionar alta corriente para cargar la puerta mosfet (obtenido por C1).
  2. Z1 y R7 (¿alrededor de 100 ohmios?) Se usan para proteger la puerta (sin embargo, creo que deben invertirse o debería haber un diodo zener en C1 para mantener el voltaje < Vgs máx.
  3. ¿R4 y R5 son desplegables (deberían estar en el rango de 1 megaohmio)? sin embargo, causan pérdida de potencia ya que R4 es un divisor de voltaje con la impedancia de salida VO1263. (en la simulación, VO1263 se modela como una fuente de voltaje con una impedancia en serie de 500k).
  4. D3 y D5 funcionan para mantener el mosfet ENCENDIDO después de haber sido encendido inicialmente por el arranque C1 (que perderá su carga si el relé se mantiene encendido por algún tiempo).
  5. El controlador PV mosfet no proporciona suficiente corriente para los BJT, así que intenté usar Darlington en su lugar. El circuito funcionó después de usar 2 diodos en lugar de D5 y 2 diodos en lugar de D3 (4 diodos en total) ¿No entiendo completamente por qué?

¿Es correcto mi análisis? ¿Alguna sugerencia sobre el rango de valores de la resistencia? cualquier comentario sobre el circuito es bienvenido, ya que no he encontrado ningún libro blanco, nota de aplicación o placa de desarrollo que haga algo similar para ayudarme a comenzar.

atentamente

Está preguntando como si hubiera respuestas del tipo "oh, solo use este y ese valor y funcionará". No hay , es probable que haya problemas con este circuito, problemas que podría encontrar si coloca el circuito en un simulador (sugiero LTSpice). Además, ya existen SSR basados ​​en MOSFET. Explique por qué necesita hacer uno propio (¿qué está tratando de lograr?).
@Bimpelrekkie, sí, por supuesto, no hay valor majic, y será necesario ajustarlo para obtener propiedades precisas. Solo estoy preguntando sobre rangos (ohmios, pocos k, mega, etc.). Lo segundo es que estoy tratando de averiguar si el concepto es correcto. Me preocupa no haber encontrado una nota de aplicación o una placa de evaluación que use haga algo similar. En tercer lugar, sí, tiene razón en que tales productos (crydom, por ejemplo) existen, pero son muy caros (> 100 $) y quiero que se integren en la misma PCB (no en el montaje en panel).
Consultar VOM1271, lleva integrado circuito de apagado rápido.
pregunta interesante, ya que se hizo una similar aquí: electronics.stackexchange.com/questions/346198/… . la única solución presentada fue utilizar un convertidor dc dc. es bueno ver cómo funcionará este circuito.
Tal vez podría responder una cosa con respecto a los Darlington, necesita diodos para conectar la base con el valor correcto ya que contiene 2 transistores, Vbe es más alto que un solo transistor.
Este es básicamente un controlador MOSFET push-pull discreto, con la etapa push-pull controlada a través de un optoacoplador. Eche un vistazo a esta pregunta: electronics.stackexchange.com/questions/351842/…
@ElectronS ¿Qué quiere decir con 'aumentar la velocidad de conmutación'? El componente de PC nunca será más rápido que 10us. ¿En qué circuito/aplicación se utilizará la conmutación de CA o CC para la salida de C a O y qué voltajes?
@VoltageSpike, aumente la velocidad de conmutación del mosfet, no de la PC. Si la PC de matriz fotovoltaica está conectada directamente a la puerta mosfet, el interruptor (velocidad de encendido) del mosfet será de alrededor de 1 ms (dependiendo de la capacitancia de la puerta) ya que la corriente de salida del IC es baja. Entonces, la pregunta es cómo aumentar esta corriente para que encienda el mosfet en 100us, por ejemplo, como SSR industrial. El voltaje es de alrededor de 60 V, la carga puede ser resistiva o inductiva alrededor de 50 amperios.
@ElectronS para seleccionar componentes para este circuito, habría que saber qué es el mosfet. Tampoco hay una pregunta clara (una pregunta específica es mejor) en la publicación (es mejor no pedir sugerencias ya que no obtendrá respuestas, obtendrá sugerencias

Respuestas (1)

Solo podía imaginar que este circuito funcionara si se agrega una resistencia entre el colector T1 y la base para polarizar la base de T1 (llamémoslo Ry), y la PC es un fototransistor.

Dada esta suposición, entonces R6, D4 y C1 actúan como un búfer de "voltaje".

Cuando no se da señal a A1, PC está abierto, T1 conduce polarizado por la resistencia agregada Ry. Z1 protege la puerta contra sobretensiones y la corriente está limitada por R6. D3 y D5 evitan el flujo de corriente de regreso a la PC. El voltaje base de T2 es alto, por lo que no conduce. D5 fluye corriente a la base T2 y al R5 por lo que no conduce. Entonces la puerta MOS sería alta.

Cuando se da una señal a A1, la base de T1 es baja porque está en cortocircuito al menos, la corriente está limitada por R6 y Ry, por lo que T1 no conduce. La base T2 es baja ya que la corriente puede fluir a través de R5, con D5 evitando el flujo de retorno a la PC, por lo que reduce la puerta MOS. Por supuesto, una simulación ayudaría.

EDITAR:

Como señaló ElectronS, cuando está activo, el voltaje del MOSFET cae a 0, por lo que permanecerá en ese estado.

El punto es PC, que parece ser una especie de dispositivo fotovoltaico que comprende muchos diodos en serie, generando un voltaje/corriente lo suficientemente alto como para activar T1.

Este dispositivo podría ser un candidato con una salida de voltaje de hasta 8 V y una corriente de cortocircuito de unos pocos uA, sin embargo, debe considerar la corriente real al voltaje requerido. T1 necesitaría tener una ganancia bastante alta.

gracias por el esfuerzo, tu análisis tiene 1 solo defecto. es decir, funcionará en la configuración de lado bajo. Sin embargo, en la configuración del lado alto tan pronto como el mosfet se vuelve alto. el voltaje de la batería pasará del drenaje a la fuente del mosfet. Entonces, el voltaje a través del circuito push-pull y el capacitor C1 se vuelve aproximadamente cero. Por esta razón, en los circuitos de medio puente que utilizan la técnica de arranque no pueden estar encendidos al 100% del ciclo de trabajo, a menos que usen una bomba de carga.
Sin embargo, el circuito propuesto supera esto usando el controlador fotovoltaico para generar un voltaje "flotante" que mantiene el mosfet ENCENDIDO indefinidamente.
@ElectronS tienes razón. La PC debe ser algunos fotodiodos especiales en serie con una capacidad de generación de voltaje / corriente bastante alta.
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