Jump to content

    
euthon

Изолированный DC-DC для питания цепей затворов

Recommended Posts

Коллеги!

Помогите определиться. Нужен изолированный источник для питания драйверов затворов с отрицательным смещением.

Собственно, сами драйвера будут управлять транзисторами однофазного моста (по два транзистора в параллель) инвертора индукционного нагревателя. Есть надежда запустить инвертор на достаточно высокой частоте (>200кГц) поэтому источник питания затворных цепей должен обеспечивать относительно высокую мощность, порядка 8 ватт на каждую пару транзисторов.

 

Самый простой вариант, обратноходовой преобразователь от сети меня смущает тем, что потребуются три независимых вторичных обмотки (одна для "нижних" транзисторов моста и по одной для верхних). Думаю, что индуктивность рассеяния такого трансформатора будет за гранью добра и зла.

 

Вариант по-сложнее, сделать два вторичных DC-DC обратноходовых преобразователя (по одному на каждую стойку моста) - мне не особо нравится тем, что квазирезонансные обратноходовики не синхронизируются друг с другом вообще никак. А простые, не квазирезонансные не хочется ставить из-за привычки экономить каждый милливатт.

 

Прямоходовые топологии имеют несомненные достоинства (можно, например, включить параллельно несколько трансформаторов, по одному на каждый драйвер), но требуют применения дросселей на каждый выход, а выходов много. Набегает прилично см2 на печатной плате.

 

Дроссели можно совместить в один сделав питаемый током push-pull, но как-то это слишком замороченно ради 30 ватт.

 

Посоветуйте, пожалуйста, проверенную временем топологию для данного применения.

 

Спасибо,

Андрей.

Edited by euthon

Share this post


Link to post
Share on other sites

Какую максимальную мощность необходимо иметь на нагрузке? Практически собиралась схема управления пяти последовательно соединенных ,параллельно включенных, пар транзисторов IRF840. Синхронность импульсов управления обеспечивалась общим трансформатором с изолированными обмотками управления.

  

Share this post


Link to post
Share on other sites

Я вроде ничего не спрашивал про импульсы управления и их синхронность. Я как раз хочу уйти от трансформаторов GDT и перейти на изолированные драйверы затворов.

Share this post


Link to post
Share on other sites
57 минут назад, euthon сказал:

А простые, не квазирезонансные не хочется ставить из-за привычки экономить каждый милливатт.

И это весь аргумент? И сколько же в процентах Вы планируете сэкономить? Привычка - вторая натура (с), но надо иногда отступать от привычек...

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 minutes ago, Herz said:

И сколько же в процентах Вы планируете сэкономить?

Ну, на вскидку, где-то по 600 милливатт с каждого преобразователя. А это уже на целый резистор 2512 набегает :), что не так уж и мало по кв. см на общем фоне. Опять же, синхронизироваться придется от чего-то внешнего, типа 555 таймера, а он тоже сколько-то места на платке отъест. И еще момент здесь есть. Если делать свой преобоазователь на стойку моста, то имеет смысл его оформить в виде готового модуля, в виде платки с преобразователем и драйвером. И развести этот таймер на модуле. Но таймер-то нужен только один. Как-то так. Но, да, из всех альтернатив мне этот вариант больше всего нравится.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Два преобразователя на POL-12216 вам не подойдут? Один на верхние ключи, другой на нижние. Вместо предложенного в даташите TOP224P поставьте какой-нибудь infineon и сэкономите прилично ваты.

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 minutes ago, Basil13 said:

POL-12216 вам не подойдут?

Конкретно эти трансформаторы - не подойдут по напряжениям. Но дело даже не в этом. Вопрос больше по общему построению источника питания для цепей затворов. А конкретные трансформаторы / контроллеры - это уже частности.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 часа назад, euthon сказал:

синхронизироваться придется от чего-то внешнего, типа 555 таймера

А зачем синхронизировать источники питания? 

1 час назад, euthon сказал:

Вопрос больше по общему построению источника питания для цепей затворов.

Один источник питания на одну цепь затвора.

Share this post


Link to post
Share on other sites
6 часов назад, euthon сказал:

проверенную временем топологию

Обычно применяют "электронный трансформатор", т.е. нерегулируемый пуш-пул, и у вторички несимметричный отвод, потому что отрицательное обычно вдвое меньше положительного. Индуктивность рассеяния большая, чтобы получить малую проходную ёмкость.

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 hours ago, wim said:

А зачем синхронизировать источники питания? 

Здесь личного опыта не много, но опасаюсь, что если источники не синхронизировать, то будет перебор по шумам и помехам. Помимо основных гармоник вылезут их биения и ничего хорошего это не сулит. Если ставить по одному источнику на каждый драйвер затвора - то их получается 4 штуки для моста (или три, если нижние от одного общего питать), помех вылезет немало. 

6 hours ago, Plain said:

у вторички несимметричный отвод,

Вот этот момент тоже меня напрягает. Получается же несимметричное подмагничивание для пуш-пулла, разве нет? Или делается обмотка с 5-ю выводами, два крайних для положительного питания, центральный - общий, два промежуточных - отрицательное питание. Тогда вроде симметрично получается. Ну, на пуш-пулл можно кучу трансформаторов в параллель повесить, что несколько поможет и с индуктивностью рассеяния и с проходной ёмкостью. Кстати, насколько существенно влияние ёмкости между первичной и вторичной обмотками? Ну будут там "иголки" тока когда верхний транзистор включается, но не совсем очевидно, чем это чревато.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Забавно, нашёл типовой дизайн от техасцев, где обратноходовой контроллер нагружен на 3 трансформатора в параллель. Контроллер, к тому же, квазирезонансный. Вот и думаю, а что так можно было? :crazy:

Multi-Output Primary-Side Regulated Flyback for Automotive IGBT Gate Driver Apps

Edited by euthon

Share this post


Link to post
Share on other sites
17 часов назад, euthon сказал:

....поэтому источник питания затворных цепей должен обеспечивать относительно высокую мощность, порядка 8 ватт на каждую пару транзисторов.

Поясните, если не сложно, откуда у Вас взялась такая огромная мощность??? Насколько я понимаю - там большая мощность потребляется лишь во время переднего и заднего фронтов переключающих импульсов...., но длительность-то фронтов минимальна ( на то драйвер и нужен)...., да , пиковые токи на фронтах относительно большие (2-8 Ампер ), но мощности за цикл в среднем - мизерные.... Вы откуда 8 Вт на два затвора насчитали? Модель можете показать?

----------------

.... там на питании драйвера верхнего плеча конденсатор всего 0,1 uF... Про какие 8 Вт речь может быть?

991227816_24-07-2021_083805.jpg.0783d8174d1121fe9c162c3431bde352.jpg

Edited by варп

Share this post


Link to post
Share on other sites
34 minutes ago, варп said:

Поясните, если не сложно, откуда у Вас взялась такая огромная мощность???

Вопрос резонный, потому как действительно 8 ватт звучат как перебор. Попробую пояснить.

Требуемую мощность можно примерно оценить как Qgate_total * V * Fsw + Cgate * V^2 * Fsw. В моём случае транзисторы сильноточные, тугие, Qgate = 370nC, Cgate = 3.8nF, по две штуки в параллель и, главное, я хочу их раскачивать на нестандартной частоте порядка 200кГц (а может и больше). Плюс драйвер затвора еще немного добавляет. Вот и выходит у меня 7 с половиной ватт. Я прекрасно понимаю, что в режиме жесткого переключения на такой частоте эти транзисторы не жильцы. В режиме ZVS/ZVC нет эффекта Миллера и, соответственно, заряд затвора будет сильно меньше паспортного. Но насколько меньше? Кроме того, возможны кратковременные выпадания из ZVS/ZVC, на несколько переключений, пока ФАПЧ отработает. В общем, на прототип лучше с запасом сделать, а там уже оптимизировать.

 

P.S. В текущем прототипе стоят драйверы затворов с GDT и они прилично так кушают. Где-то ватт по 10 на каждую спарку транзисторов, но это с потерями в трансформаторах, а потерь там, судя по нагреву стабилитронов в цепях затворов, немало.

 

Edited by euthon

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 часа назад, euthon сказал:

несимметричное подмагничивание для пуш-пулла, разве нет?

Нет, потому что дважды двухполупериодное выпрямление мостом.

 

3 часа назад, euthon сказал:

когда верхний транзистор включается, но не совсем очевидно, чем это чревато

Во-первых, когда одинаково оба переключаются, а во-вторых, этот синфазный ток идёт вдоль платы драйвера.

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 часов назад, euthon сказал:

опасаюсь, что если источники не синхронизировать, то будет перебор по шумам и помехам

То есть Вы не опасаетесь, что помехи будет излучать мощный инвертор на частоте 200 кГц? Виновники всех бед - это только маломощные источники питания типа адаптеров для зарядки гаджетов. :biggrin:

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.