Przetwornica napięcia 24V/+-100V sprawdzenie pomysły porady

Witam wszystkich !

Jestem w trakcie projektowania przetwornicy napięcia z 24V na +-100V o mocy 1500W.
Z racji takiej że przy 1500W to już nie jest zabawa zdecydowałem się napisać na forum
o sprawdzenie schematu i zapytać o doświadczenia przy budowie przetwornic tego typu
oraz ewentualne pomysły tudzież porady.
Jeśli chodzi o przetwornicę to musi ona spełniać kilka warunków :
Częstotliwość pracy musi być różna od 70 +-20kHz oraz częstotliwości harmonicznych
ponieważ układ który będzie zasilany jest na takowe wrażliwy. według mnie
najlepszą częstotliwością pracy będzie 100kHz ew. 200kHz.
Urządzenie powinno pracować przy jak najbardziej równym poziomie napięcia zarówno
pod obciążeniem jak i bez.
Napięcie wyjściowe powinno być gładkie jak to tylko możliwe bez szpilek i tętnień
czyli bez odpowiednich dławików i filtrów się nie obejdzie.
Układ powinien mieć jak najwięcej zabezpieczeń takich jak nad-prądowe, termiczne,
przed zbyt dużym spadkiem napięcia jak i niesymetrycznością napięcia.
Trochę dużo tego ale uważam że jak już się rzucać na głęboką wodę to z wysoka

Jeśli chodzi o to co zrobiłem do tej pory to jest to strona pierwotna no nie cała
brakuje jeszcze drugiej przetwornicy dającej napięcia pomocnicze układu startowego
jak i większości zabezpieczeń ale na to przyjdzie jeszcze czas.
Jako sterownik użyłem standardowego SG3525 jest on połączony przez 3 drivery
mosfet MC34151 do sześciu IRF1405N.
Schemat strony pierwotnej zamieszczam poniżej, za wszelką pomoc z góry dziękuję



mała poprawka rezystory R2 i R14 powinny mieć 330kOhm

W pierwszej kolejności popracuj nad czytelnością schematu. Namaluj go mniej gęsto, starając się wydzielić bloki funkcjonalne i od wejścia do wyjścia - od lewej do prawej a nie pionowo i wszystko na raz.
Następnie wyjaśnij nam, co jest co w tym układzie.

Z uwag na już:
- dlaczego kontroler pracujący w trybie napięciowym?
- dlaczego tranzystory kluczujące w obudowie TO-220, która słabo oddaje ciepło a nie coś w TO-247/TO-3P (seria IRFP)?
- tranzystory na 55V przy zasilaniu 24V (zapewne z akumulatorów) i konfiguracji push-pull? Powinny być 100V.

Faktyczne tego się obawiałem użyłem takich tranzystorów ze względu na to te już takie mam a napięcie 24V ze względu właśnie na zmniejszenie ciepła wydzielanego w tranzystorach jak i przewodach postaram się jeszcze dzisiaj przerysować schemat i podpisać co jest co pozdrawiam

Napisz do czego ten impulsowy zasilacz przeznaczony będzie? Po co Ci zmienna częstotliwość pracy ? Separacja galwaniczna potrzebna ? W założeniach podaj jeszcze; dopuszczalne zmiany napięcia zasilania, temperaturowy zakres pracy, etc.

Witam przerysowałem i trochę zmodyfikowałem schemat:


Układ ma być zasilany z 3 szeregowo połączonych akumulatorów 6V
ewentualnie z 12V jeśli tranzystory nie dadzą rady
będzie służył do zasilania układu ta0104a który już jest zaopatrzony
w kilka zabezpieczeń takich jak nad prądowe czy wykrywające różnicę
w napięciu zasilania.

Zdecydowałem się na użycie kontrolera w trybie napięciowym a nie prądowym
dlatego że potrzebuję dokładnej i szybkiej stabilizacji napięcia. Zabezpieczenie
nad prądowe jest po stronie pierwotnej wykrywające spadek napięcia na kablach
zasilających, ale można by się zastanowić nad użyciem kontrolera w trybie mieszanym
jeśli zwiększyło by to zakres oraz prędkość regulacji - jeśli źle myślę to proszę mnie poprawić .

Gniazdo BAT- powinno być podłączone do tego samego bieguna akumulatora
co GND lecz bezpośrednio do zacisku tego akumulatora. Ma to za zadanie pomiar
spadku napięcia na przewodzie zasilającym i wyłączenie urządzenia przy przepływie
zbyt dużego prądu.

Ja rozważyłbym zrobienie na 3 x UC3525 zsynchronizowanych razem na 200kHz, co na jeden da 200/3 = 66,6 kHz. Niższa częstotliwość kluczowania, mniejsze straty. Sumarycznie dość wysoka, lepsza jakość napięcia wyjściowego. Wady, cenowo może wyjść drożej.

to bardzo ciekawe nie wiedziałem że można zrobić coś takiego z tymi układami
czy mógł bym poprosić o rozwinięcie tego tematu jak miały by być synchronizowane
i jak były by podłączone tranzystory do wszystkich razem czy do każdego z osobna
pozdrawiam

W praktyce nie synchronizowałem UC3525 więc za dużo nie doradze. Trzeba się posiłkować albo notą katalogową, albo coś poszukać. Ja sygnał do synchronizacji zrobiłbym na jakiś małym procesorze, choć niektórzy nie lubią dawać kontrolerów do pracy w przetwornicach. Więc można też myśleć o wygenerowaniu trzech przebiegów przesuniętych w fazie na czymś innym. Bądź dobrać opóźnienie do dwóch pozostałych zsynchronizowanych do pierwszego głównego. Kwestia pomysłu.

Ogólnie byłyby to po prostu, trzy oddzielne przetwornice o stosownie mniejszej mocy.
Czyli jeśli przewidziałeś 6 tranzystorów na całość, to byłyby 2 na jedną przetwornice.
Dławików nie dajesz, więc odpadnie kłopot z prądami nasycenia w dławikach.

w 2 schemacie mam już 8 tranzystorów więc sygnał trzeba będzie podzielić
przez 4 i jeśli dobrze rozumiem rdzenie też 4 czy wszystko na jednym ?

A myślałem o 3 głównych, bo widze że masz jeszcze pomocnicze, ale to może być jedno dla wszystkich.

czyli sygnał jest dzielony na 4 w taki sposób:


jeżeli tak to uważam że układ nie osiągnie pełnej mocy z tranzystorów a jedynie 1/4

sygnał do sterowania musi mieć postać szpilek synchronizujących, naprawde nie zastanawiałem sie jak zsynchronizować, ale w nocie powinno pisać, a sam przebieg na tranzystory to oczywiście jak najpełniejsze wypełnienie.

Ważne, by równomierne obciążenie było, jest jednakowe wykonanie obwodów. Czyli traf mocy, tranzystorów i diod.

-> Patryk987

1. Co ma wspólnego użycie trybu prądowego przetwornicy z dokładnością i szybkością stabilizacji napięcia?

2. Dlaczego używasz odwracających driverów MOSFETów? Lubisz zapach palonego krzemu?

3. 1.5A drivery na każdy tranzystor? Czasy zagłuszania wrogich radiostacji się skończyły...

4. Regulacja napięcia wyjściowego bez dławika wyjściowego? Jak sobie to wyobrażasz? Przy takiej mocy chcesz polegać na indukcyjności rozproszenia transformatora?

Dla tranzystorów IRF1405 te 1A5 to naprawde nie wiele

Typowy ładunek całkowity bramki to 170 nC, przy prądzie przeładowującym 1.5A czas przeładowania w najistotniejszym miejscu charakterystyki wyniesie poniżej 100 ns - po co? Żeby więcej energii szło w kosmos?

Tutaj popełniono jednak bardziej karygodny błąd - zastosowano odwracające drivery, czyli wypełnienie zawsze >50% na każdym MOSFETcie. Oj, zaśmierdziałoby niewąsko...

"Niewiele" a nie "nie wiele"...

Drivery tak nie pracują, że dostarczają ciągłego 1A5, wraz ze wzrostem pojemności wejściowej tranzystora, maleje zdolność do sterowania, choć generalnie i tak jakiś rezystor by się przydał do bramek tranzystorów, aby można ewentualnie skorygować nadmierne szpilki. Poza tym i tak pójdzie w kosmos, tylko w innym paśmie widma.

Co do reszty twoich zastrzeżeń nie mam zastrzeżeń

Ja Cię bardzo proszę, żebyś jednak wstrzymał się z pouczaniem mnie, w jaki sposób działają układy podstawowe... To co najważniejsze dzieje się przy napięciu ok. 5.5V na bramce i podczas przepompowywania ładunku pomiędzy 40 a 100 nC (z czego większość to ładunek millerowski) na wykresie zależności napięcia bramki od ładunku.
Jeśli uważasz, że przy takim napięciu driver nie ma pełnej wydajności i nie przepompuje tych 60 nC w czasie poniżej 100 ns, to się po prostu mylisz.

Nie rozumiem skąd ci do głowy przyszło że ja cię pouczam, ani mi to w głowie. Ja tylko dziele sie doświadczeniem z pytającym. Pisze jakie wnioski mam z praktyki. Teoretycznie masz racje, ale w praktyce istnieje rozbieżność parametrów, ty liczysz dla typowych wartości i tu się zgadza, ale wcale sterownik 1A5 dla mosfetów powyżej około 3nF na bramce nie jest rewelacyjny, i nie sieje tak po kosmosie. Ja ani nie mierze jakie są rozbieżności produkcyjne i jak się mają do tolerancji (a w nocie jest podane że te czasy mogą być dwa razy dłuższe dla 1nF), tylko wiem że w praktyce jest jak jest. I to pisze. Stąd pisze też że w razie czego wypada dodać rezystor. Co przecież jest tylko potwierdzeniem twojego toku myślenia, a nie jego obalaniem. Dałem kilka uwag, a już nie moja głowa co pytający z tym zrobi.

Witam
Przy niskich napięciach na drenie, wpływ pojemności dren-bramka ma małe znaczenie i przełączanie jest szybkie. Dla wysokich napięć, przeładowanie pojemności dren-bramka wymaga więcej nC niż przeładowanie pojemności źródło-bramka, przez co wydłuża się czas przełączania.

Truizm. W niczym nie zmieniający faktu, że nadal przeładowanie jest za szybkie i przetwornica będzie siała. Ja piszę wyraźnie o wpływie ładunku millerowskiego i właśnie do niego odnoszę twierdzenie o przesadzie.
Tu nie ma mowy o wysokich napięciach. Wpływ napięcia na drenie na charakterystykę przeładowania bramki to pojedyncze nC.

Oj najmocniej Panów przepraszam za ten karygodny błąd
otóż drivery mosfetów oczywiście nie są odwracające
jedynie popełniłem błąd tworząc rysunek w eagle
oto oryginalny rysunek z noty katalogowej :


Co do dławików po stronie wtórej to oczywiście że powinny
tam być kolejny błąd za który przepraszam

A jeśli chodzi o to że użyłem 1 drivera na 1 mosfet to uważałem że
przy tak dużej pojemności bramki nie będzie to przesadą w końcu to aż 5.5nF

I tak myśląc o czasie przeładowania i jak najmniejszych stratach na
tranzystorach zapomniałem o EMI i rezystorach bramkowych
czy Panowie pomogli by pogodzić jedno z drugim i dobrali odpowiednie rezystory?
pozdrawiam

"The MC34151/MC33151 are dual inverting high speed drivers"
I po co te kłamstwa?

Eh no faktyczny przyznam się że nie przeczytałem tego w nocie a jedynie z
lenistwa spojrzałem na rysunek mój błąd drivery oczywiście są odwracające
w nocie motoroli na rysunku jest już zaznaczone poprawnie
czy dało by się to naprawić poprzez wpięcie szeregowo ze sterownikiem
jeszcze jednego inwertera

A nie możesz dać driverów nieodwracających? Np. TC427 lub czegoś w tym stylu. Co do rezystora to warto go dobrać w praktyce, ze względu na możliwe odchyłki parametrów zarówno driverów jak i samych mosfetów. Szacunkowo może to wyjść w granicach 5-10 om. Dużo też zależy od jakoś wykonania PCB, czy dobrze nawiniętego transformatora, zawsze będzie mniej siać EMI.

Tylko że ja już te drivery mam no ale jak trzeba to zamówię inne

nie posiadam rdzenia na trafo interesuje mnie toroid myślałem o np:
RTF-63x38x25-F860
RTF-74x39x13-3F3
ale nie wiem gdzie można je zakupić

zastanawiam się też o jakiej średnicy drut zamówić
wiadomo im cieńszy tym lepiej ale im grubszy tym łatwiej