Hallo Achim, hallo Interessierte,
ich bastle grade an solch einem "kontrollierten Kurzschluß" bis 30A für 10 Zellen.
Die erste Überlegung war: Leistungstransistoren im linearen A-Betrieb, Konstantstromsenke wie schon ein paarmal gebastelt, nur eben 2 Größenordnungen größer. Keine große Sache, Arbeit von einem Wochenende.
Als Leistungsvernichter MOSFET oder bipolar?
So der 30A im linearen Betrieb aufnehmen soll, muß die Leistungsstufe geregelt werden.
Angesichts der Gate-Kapazitäten ist mir bange geworden, da kommen etliche Nanofarad zusammen. Mit dem Innenwiderstand der Treiberstufe ergibt das einen Tiefpaß im Regelkreis, es drohen also Regelschwingungen.
Wenn man die Kennlinie des Tiefpasses kennt, kann man kompensieren.
Aber die Kennlinie ist variabel, weil die Gatekapazität des MOSFETS von der anliegenden Spannung und Last abhängt.
Übrigens Achtung: Im linearen Betrieb nehmen nicht alle MOSFETS die Leistung auf, die sie im Schaltbetrieb aufnehmen können. Hoher Strom, ja, hohe Spannung im ausgeschalteten Zustand auch.
Aber der Wärmeübergangswiderstand Sperrschicht-Gehäuse ist bei manchen schon so groß, daß bei 12V 30A Dauerstrom auch bei einem unendlich guten externen Kühlkörper die Sperrschicht
bedenklich heiß wird. Die Dinger sind eben zum Schalten gebaut. Wer das vorhat, Datenblätter studieren.
Deshalb nehme ich aus der Grabbelkiste lieber einige der dort ausrangierten 2N3055.
Das ist meine simple Notfallösung, mein "Plan B".
Mir mißfallen nämlich Größe und Schwere des Kühlkörpers, die dann auch ein entsprechend großes und stabiles Gehäuse erfordert. (Kramte meine Kalorik-Kenntnisse hervor und berechnete, ein Alu-Block von 0,5 kg bliebe kühl genug, um die Transistoren nicht zu überhitzen. Aber dann braucht er 'ne Stunde zum Abkühlen. Ist aber schneller kühl als Batterie wieder aufgeladen. Kühlkörper mit Gebläse? Schon besser, aber erst mal bauen. Gibt's zwar zum Kaufen, mir aber viel zu teuer.)
Mein Plan A: "Kontrollierter Kurzschluß" in der Art eines Schaltwandlers, ähnlich einem Schaltnetzteil, DC/DC-Wandler.
Der auf der Sekundärseite die Leistung in einen Tauchsieder schickt. Zum nebenbei Nescafe-Kochen. Der Tauchsieder darf ruhig 100 Grad heiß werden, dann gehen wir über in die Siedewasser-Kühlung, da genügt 'ne Tasse Wasser für.
Der Wandler regelt das Ein/Aus-Taktverhältnis des Schalttransistors dann so, daß a) Nennstrom fließt und b) die Ausgangsspannung so hoch steigt, daß die Leistung im Tauchsieder bleibt.
Allerdings hat sich auch das Vorhaben als "sehr interessant" erwiesen, das kann man riechen an qualmenden Dioden und heißen Elkos.
Herz des Wandlers sind MOSFETS (im Rechteck geschaltet vermeide ich die oben geschilderten Regelprobleme) und eine Induktivität. Eine Speicherdrossel, auch zur Entstörung, plus zweiter Drossel zur Entstörung von Ein- und Ausgang, damit der kontrollierte Kurzschluß kein Mittelwellen-Sender wird.
Wieder meine Kenntnisse hervorgekramt, diesmal zu magnetischer Feldstärke, Induktion, Sättigung. Bei hoher Schaltfrequenz (>200 kHz) könnte man eine Induktivität von der Größe und dem Typ nehmen, wie ich sie im demontierten 450W-Schaltnetzteilen für PC's gefunden habe (Amidon T104-26).
Trau' ich mich aber nicht, lieber 20 kHz. Also werde ich ein paar Ringkerne stapeln.
Ein weiterer Gesichtspunkt: Der Shuntwiderstand zur Regelung des Eingangsstroms.
Erstens zum Regeln. Zweitens für das Meßgerät, also so 10% Genauigkeit müssen schon sein.
* Wegen Übergangswiderstände kommt nur ein 4-Leiter-Meßwiderstand in Frage. Könnt man selber basteln mit Konstantan, aber wie mißt Otto Durchschnittsbastler 10mOhm genau aus? Kann man kaufen, die Isabellenhütte stellt schöne her.
* Ein Widerstand von 10 mOhm liefert bei 30 A 300mV, nimmt aber schon 9W auf, braucht also eigenen Kühlkörper!
* Je kleiner der Widerstand, desto größer die Fehler infolge der Offset-Spannungen des nachgeschalteten Verstärkers. (Wobei die Offset-Spannung mit der Temperatur auch noch wandert!)
Lösungsansatz: Experimentierend mache ich gerade Bekanntschaft mit dem Chopper-Verstärker ICL7650.
(Richtig niedlich. Offsetspannung unter 10Mikrovolt.)
Ein son Ding kriege ich schon hin, und wenn mit Plan B, 2N3055 und massig Alu.
Die Sache ist viel spannender geworden als gedacht.
Ciao, wenn's läuft, geb ich Nachricht.
Wolfgang Horn