Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przetwornica DC-DC Uwej = 3000V

14 Paź 2010 12:11 5396 21
  • Poziom 16  
    Witam wszystkich forumowiczów.

    Przetwornica DC-DC Uwej = 3000V

    Moje pytanie zasadniczo jest krótkie: Jaki tranzystor?
    Schemat to obraz zasady działania która ma wyglądać następująco:
    Na wejście podaje około 3kV DC a na wyjściu uzyskuje około 300V DC. Idea prosta ale z wykonaniem mam niejako problemy ze względu na napięcie. Tranzystory do których mam dostęp wytrzymują 1500V. Można dostać gotowe moduły na www.medcom.com.pl ale są ogromne ponieważ zasilają pociągi. Mnie wystarczy 100W, nawet mniej. Wiem również że są IGBT na napięcia 4.5kV ale nie znalazłem w żadnym sklepie internetowym.

    Reasumując: jak z tego wybrnąć? Szukać tranzystora czy kombinować ze zbiciem napięcia?
    Bardzo proszę o pomoc.
    Pozdrawiam wszystkich czytających.
  • Poziom 23  
    Zgadza się, istnieją tranzystory IGBT wytrzymujące napięcia przekraczające 3000V, jak naprzykład ten : http://www.dynexsemi.com/assets/IGBT_Modules/Datasheets/DNX_DIM800NSM33-F000.pdf jak najbardziej możliwy do nabycia w Polsce przez mniej znany serwis aukcyjny e buy pl.
    Raczej nie ma się co spodziewać taniego tranzystora spełniającego owe wymagania, gdyż jest to sprzęt rzadko używany i przeważnie jedynie w sprzęcie specjalistycznym.
    Możliwe jest zamówienie tranzystorów IGBT tj. ixel40n400(4000Vce, 40A), w firmie IXYS: http://www.onlinecomponents.com/buy/IXYS-CORP/IXEL40N400/
    Bardziej prawdopodobnym było by użycie odpowiedniej lampy elektronowej i myśle że było by to odpowiednie wyjście.
  • Poziom 16  
    Dziękuję serdecznie.

    Czyli nie kombinować z napięcięm tylko szukać tranzystora. Wysłałem już zapytanie ofertowe do Chin, może nie obedrą ze mnie skóry :)
    Użycie lampy elektronowej? Nigdy takowej nie używałem, są na takie napięcia? O ile pamiętam lampy wymagają dodatkowego napięcia (niskiego) na grzałce, mam do dyspozycji tylko 3kV, co więcej układ musi być w stanie pracować w niskich temperaturach, nawet do -45 stopni. Czy lampa spełni te wymogi?
  • Poziom 16  
    Widzę że temat umarł a ja dalej nad nim pracuję.

    Już mam tranzystory 40N400 ale teraz mam kolejny problem. Otworzyłem nowy temat aby zaadresować ten problem ale został zamknięty bo jak zwykle złamałem regulamin, za co oczywiście najmocniej przepraszam.

    Przetwornica DC-DC Uwej = 3000V

    Problem polega na wysterowaniu górnego IGBT przy napięciu zasilania 3000V
    IR2101 jest doskonałym rozwiązaniem ale te kostki mają ograniczenie do 600V czyli znacznie za mało. Wstawienie dodatkowego źródła napięcia 12V z masą wpiętą w emiter górnego tranzystora rozwiązuje problem ale takie rozwiązanie nie jest dopuszczalne w tym projekcie.

    Kiedyś przetestowałem następujący układ

    Przetwornica DC-DC Uwej = 3000V

    na 300V i zasadniczo działał, tranzystor się grzał ale to raczej wynikało z nieprawidłowego rozładowania bramki (przez rezystor 200k) więc nie było prostokąta. Ale nawet przy takim rozwiązaniu potrzebuje tranzystorów NPN i PNP na 3kV a takich nigdzie nie mogę dostać.

    Jeden fachowiec zalecił połączenie tranzystorów szeregowo dla uzyskania jednego modułu na wysokie napięcie, czy sądzą Koledzy że to dobre rozwiązanie? On to podobno przetestował w praktyce i działało.

    Bardzo niewiele informacji można znaleźć w internecie na temat przetwornic na tak wysokie napięcie wejściowe, 650V to maksimum ale do wysterowania takiej nada się gotowy układ IR a na 3000V już jest problem nawet z samymi tranzystorami, musiałem je zamawiać w Chinach ale bipolarnych na takie napięcie już nie mają.

    Czy koledzy mają jakieś sugestie?
  • Poziom 14  
    Witam.
    Fachowiec, o którym wspomniałeś miał nieco racji. Osobiście popełniłem układ, który podawał impuls 2kV ze względnie krótkim czasem narastania. Zrealizowałem go łącząc równolegle cztery gałęzie po sześć tranzystorów IFR320 połączonych szeregowo. Na płytce znalazło się 24 transformatory impulsowe, odpowiednio dobrane (w ich doborze cała sztuczka), zrobione na rdzeniach otwartych (pręcikach) z rozmontowanych dławików 10uH.
    W twoim przypadku może sprawdzić się odpowiednio dobrany transformator impulsowy, z uzwględnieniem odpowiedniej izolacji.
  • Poziom 16  
    Właśnie zrobiłem kilka testów z łączeniem szeregowym elementów na niższe napięcie i zasadniczo dało by to radę ale nadal mam problem z górnym tranzystorem. Przy sterowaniu napięciem z kolektora tranzystor grzeje się bardzo bo nie otwiera się w pełni, przy obciążeniu 18W napięcie na bazie względem emitera jest nieco wyższe niż 7V, powinno płynąć 1.85A a płynie 1.45A i wydziela się na nim koło 10W więc trzeba stosować chłodzenie aktywne. Za duże straty.

    Myślałem nad zastosowaniem diody zenera i tranzystora na kolektorze żeby zbić 12V i sterować bazę napięciem wejściowym które będzie o 12V wyższe ale nie jestem pewien czy to w praktyce zda egzamin czy ten dodatkowy tranzystor nie będzie się grzał bardziej niż teraz się grzeje IGBT.

    W każdym razie dziękuję za sugestię, pomyślę nad tym.
  • Poziom 14  
    Hej hej, tak gwoli ścisłości, jeśli na schemacie jest narysowany tranzystor FET, to pisz bramka i źródło zamiast baza i emiter (on sobie może być IGBT, ale patrzymy oczami). Zobaczysz, tu na forum , zaraz będą nieścisłości.

    Na jednym z Twoich rysunków jest trafo TRAFO połączone z tranzystorami Q1 i Q2. Jeśli tak jest w rzeczywistości, to nadal proponuję trafo impulsowe do wysterowania bramki(bazy) tranzystora. Jeśli jednak sterowanie jest bardziej zero/jedynkowe (obciążenie Q3 w postaci R1), to napisz wprost, co siedzi w drenie(kolektorze) tranzystora.
  • Poziom 16  
    Istotnie, przepraszam za to zamieszanie, postaram się zwracać uwagę na ścisłość opisu i rysunku.

    Faktyczny układ wygląda tak jak na rysunku pierwszym, czyli trafo 230V - 3000V wpięte odwrotnie pomiędzy 2 punkty: pierwszy punkt jest pomiędzy kondensatorami a drugi pomiędzy tranzystorami. Zasada działania jak w falowniku. Jeśli puszczę 2 przebiegi prostokątne przesunięte względem siebie o 1/2 okresu uzyskam coś w stylu sinusa i na uzwojeniu pierwotnym (czyli 230V) uzyskam napięcie zbliżone do 230V. Gdybym miał trafo 230V - 2x3000V nie było by tego problemu bo obydwa źródła (emitery) byłyby na masie a środkowe wyprowadzenie w źródle napięcie czyli 3kV, ale nie mam takiego trafa.

    Mógłbym oczywiście zrobić mostek H ale problem pozostaje ten sam. Jak wydusić 3012V na bramie (bazie) górnego tranzystora? Jak to się robiło gdy jeszcze nie było gotowych układów sterujących?

    Odpowiadając na drugie pytanie: w drenie jest 3000V a w źródle uzwojenie wtórne i dren drugiego tranzystora. Rezystor miał za zadanie zobrazować że obciążenie jest w źródle a nie w drenie.

    Dziękuję za odpowiedź
  • Poziom 14  
    Cytat:
    powinno płynąć 1.85A


    A skąd taki prąd?
  • Poziom 16  
    Dzięki serdeczne mosfetkiller, link się przyda. Jak zawsze jesteś pomocny :D

    alecki99, IGBT jest obciążony żarówką a na bazę podane jest napięcie kolektora. Powinno płynąć 1.85A przy 12V a płynie mniej, żarówka nie świeci pełną mocą a tranzystor bardzo się grzeje, jest na nim ponad 7V (kolektor-emiter) czyli ponad połowa napięcia zasilania, nie sprawdzałem w nocie katalogowej ale rezystancja kanału ma pewnie ze 150mΩ więc napięcie kolektor-emiter powinno być bliskie 0V. Generalnie kanał tranzystora nie otwiera się w pełni i stanowi obciążenie, przy chłodzeniu aktywnym jakoś to działa ale jeśli przy napięciu 3000V na tranzystorze będzie 1500V to się spali w momencie więc metoda nie zda egzaminu.

    mosfetkiller, jak Ty byś to rozwiązał? Może sterować tylko dolnym tranzystorem? Będę miał wtedy połowę sinusa. Staram się namierzyć trafo 2x3000V lub zbliżone ale nic nie znalazłem. Może ktoś zna jakiegoś producenta, który takowe wykona?

    W każdym razie dziękuję za odpowiedz obu Panom.
  • Poziom 21  
    Tak sobie myślę, że można by się zastanowić nad wersją drugą z artykułu w linku.
    Tyrystor można spróbować zastąpić tranzystorem wysokonapięciowym i wtedy sterowanie będzie z poziomu masy (oczywiście potrzebny sterownik - gotowy lub któryś z układów TC44XX).
    Bardziej mnie martwi opracowanie sposobu pozyskania napięcia 15V do obsługi obwodu sterowania.
    Można też pomyśleć o sterowaniu górnego tranzystora w mostku z użyciem transoptorów i sterowników TC44XX (lepiej by było chyba zastosować układ półmostka - uzwojenie pierwotne transformatora będzie wtedy na ok. 1500V a kondensatory wysokonapięciowe np. od mikrofalówek nie są szczególnie drogie) ale pozostaje kwestia pozyskania owych 15V przynajmniej do wystartowania układu(ściślej 2 x 15V, dodatkowo jedno z nich izolowane skutecznie od napięcia 3000V)
    potem zasilanie można brać z dodatkowego uzwojenia transformatora wyjściowego.
    Można też pomyśleć o zrobieniu własnego układu zbliżonego do IR2110, z zasilaniem obwodu bramkowego górnego tranzystora metodą bootstrap przez diodę wysokonapięciową, a sygnał sterujący górny tranzystor doprowadzić przez transoptor o odpowiedniej wytrzymałości napięciowej.
    W tym przpadku raczej niewskazana będzie pogoń za dużą częstotliwością kluczowania tranzystorów.
    Można też pomyśleć oprzesyłaniu sygnału sterującego górny tranzystor światłowodem + odpowiedni nadajnik i odbiornik.
  • Poziom 27  
    Kolego MarsJanie, jeśli można zaproponować to użyłbym tandemu, układu push pull zasilanego z generatora prądu opartego o przetwornicę step-down. "Wyczynowy" tranzystor potrzebny byłby tylko w converterze step down.
  • Poziom 16  
    dzięki serdeczne mosfetkiller, właśnie staram się zrobić sterowanie jednopołówkowe, podobnie do drugiego schematu z linka. Transformator 230V - 110V pali się przy amplitudzie 310V (230V AC wyprostowane) natomiast przy układzie z półmostkiem i dwoma kondensatorami działa bez problemu. Jeśli jednak miałbym trafo na 3000V powinno wytrzymać impulsy 3000V a nawet jeśli nie to mogę zbić te 300-400V na tranzystorze z diodą zenera, przy obciążeniu 25W wydzieli się na nim 2.5W czyli nie ma tragedii, mały radiator i powinno działać.
    Czy możesz mi mniej więcej nakreślić jak zrobić własny odpowiednik IR2110? Robiłem testy z podbiciem napięcia na bramce ale napięcie brama-źródło zmienia się w zależności od obciążenia.

    Kolego ronwald, nie jestem pewien czy dobrze zrozumiałem: proponujesz zrobić przetwornice obniżającą która będzie sterować układem push-pull? Jak byś to widział?
    Jeśli zrobię wydajną przetwornicę obniżającą to już nie muszę się męczyć z układem push-pull, to nie musi być falownik, może dać 300V DC na wyjściu. Pracuję nad układem stosowanym w falownikach ponieważ wydaje mi się to najprostrze.

    Dzięki serdeczne Panowie, jesteście bardzo pomocni.
  • Poziom 27  
    A gdzie separacja galwaniczna? Step down nie zapewnia. Jeśli chcesz mieć zasilaną z trakcji przetwornicę do zasilania nagłośnienia ewentualnie innych urządzeń w wagonach kolejowych (48VDC inne wartości nap.) to nie sądzisz, że separacji jest potrzebna ? Moim zdaniem obowiązkowa.
  • Poziom 21  
    Ten układ zastępczy to jest taki pomysł, który kiedyś zastosowałem.
    W tego typu układzie jak IR2110 (o ile rozumiesz zasade działania tego typu układu podstawowym problemem jest dostarczenie sygnału sterującego do górnego tranzystora ponieważ jego poziom odniesienia różni się o wartość
    napięcia zasilania od potencjału masy.
    W IR2110 załatwione to jest na drodze elektronicznej wewnątrz kostki układu
    - ale możliwości tego typu rozwiązania kończą się na poziomie 1200V w dostępnych układach.
    Jeśliby przeciąć kostkę IR2110 na poziomie końcówek 4 i 11 to przerwie się tylko wewnętrzny obwód dostarczania sygnału sterującego do górnego tranzystora.
    Pozostały w ten sposób górny element to odpowiednik funkcjonalny układu TC44XX lub podobnego.
    Układ dostarczania napięcia do kondensatora magazynującego energię zasilającą sterownik górnej bramki będzie analogiczny jak na schemacie aplikacyjnym IR2110 lecz trzeba będzie zastosować diodę o odpowiednio wysokiej wytrzymałości napięciowej.
    Sygnał taktujący dostarczać można przy użyciu transoptora o odpowiednio dużej
    wytrzymałości na przebicie - sterującego wejściem układu TC44XX.
    Częstptliwość przetwarzania w tym przypadku należ przyjąć raczej niewielką, a to ze względu na powolność dostępnych elementów wysokonapięciowych.
    Co do transformatora to może nadałby się taki od zasilania mikrofalówki, diody wysokonapięciowe też występują w tym sprzęcie.

    A tak naprawdę to zastanowiłbym się mocno przed rozpoczęciem realizacji tego układu, obojętnie w jakiej wersji.
    3000V to już poważny problem i rozwiązania konstrukcyjne stosowane przy 300V lub ewentualnie 600V nie będą tu bezpieczne.
    Podzespoły i elementy konstrukcyjne zapewniające bezpieczństwo i sensowną trwałość mogą być trudne do zdobycia.
    P.S.
    Widzę, że te tranzystory 40N400 nie mają w strukturze diody zwrotnej (antyrównoległej) - następny problem przy zastosowaniu w przetwornicy.
  • Poziom 16  
    Nie bardzo rozumiem, masz na myśli zastosowanie zasady działania TC4441 (dla przykładu) czy zastosowania samej kostki?
    Ta o której mówię ma ograniczenie do 100V zakładając że steruje obydwa tranzystory. Ty masz na myśli sterowanie górnego i dolnego osobno, prawda? Masę mogę wtedy przesunąć pomiędzy tranzystory ale to nadal za wysokie napięcie.
    Możesz skrobnąć jakiś schemacik?

    Tranzystor 40N400 istotnie nie ma diody ponieważ jest przeznaczony do sterowania modułów IGBT na kilka megawatów. Mnie natomiast taka moc nie jest potrzebna więc po prostu dodam tę diodę na płytce, myślę że będzie ok, jak sądzisz?
  • Poziom 21  
    Tak, sugeruję zastosowanie konkretnie którejś z kostek TC44XX, nieodwracającej, jednej przy górnym tranzystorze, drugiej przy dolnym.
    Kostki przypięte wyjściami sterującymi do bramki i emitera każdego z IGBT.
    Transoptor wysokonapięciowy przyłączony do wejścia sterującego górnej kostki
    (polecam też zastosowanie analogicznego przy dolnej - niczego nie będzie tam separować, ale wyrówna wnoszone przez tego typu elementy opóźnienie propagacji sygnału w obydwu torach sterowania).
    Zasilanie 18V - tylko skąd je wziąć? (dzielnik rezystorowy przy tym napięciu będzie pożerać kilkadziesiąt watów mocy).
    Między końcówki zasilania obydwu sterowników wpięte kondensatory filtrujące,
    dioda bootstrap analogicznie jak w datasheet Ir2110.
    Przemyśl ten problem, bo jeśli nie "czujesz" układu bootstrap to ciężko ci będzie poradzić sobie z układem.
    A zasada działania jest prosta...
    Trochę problemów przewiduję z diodami przy tranzystorach - te wysokonapięciowe, które widziałem w sklepach internetowych są na prądy poniżej 1A...
  • Poziom 16  
    No tak, wszystko proste jeśli mam 18V, nawet gdyby dzielnik się spisał to byłoby to 18V względem masy więc górna kostka by się spaliła jeśli sterowanie nie jest odizolowane od części wykonawczej. w TC4441 na schemacie blokowym struktury wewnętrznej nie widzę optoizolacji. Pomysł z tą kostką jest dobry ale problem będzie z zasileniem no i ten konkretny element jest przeznaczony do mosfetów i maksymalne napięcie bramki to 8V, ten IGBT którego używam otwiera się przy 11V dla niewielkiego prądu. Nie znalazłem żadnej kostki TC44xx z przeznaczeniem do IGBT.

    Pomyślę nad tym jeszcze, dzięki serdeczne mosfetkiller
  • Poziom 21  
    Nie ma osobnych sterowników dla IGBT i MOSFET.
    Technologia sterowania jest taka sama,tylko że dla IGBT stosowane sterujące napiecie to 15V do 18V, dla MOSFET 10V do 12V.
    Górna kostka się nie spali, bo separuje ją dioda WN.
    Napięcie 18V z dodatkowego zasilacza, przyłączonego "-" do masy ogólnej (emitera dolnego tranzystora) a "+" do anody diody WN, katoda diody WN do "+" zasilania układu TC44XX i jednej z końcówek kondensatora przyłączonego równolegle. Druga końcówka zasilania "-" TC44XX przyłączona jest do emitera górnego tranzystora.
    W trakcie przewodzenia dolnego tranzystora tworzy się obwód ładowania kondensatora przy górnej kostce: "+" zasilacza 18V - dioda WN - kondensator i przez przewodzący dolny tranzystor - do masy.
    Gdy dolny tranzystor przestanie przewodzić to naładowany kondensator przy górnej kostce TC44XX stanowi "wiszące" źródło zasilania dla tej właśnie kostki a zatem i dla obwodu bramkowego górnego tranzystora.
    Doprowadzenie sygnału sterującego przez transoptor jest konieczne, bo w takiej sytuacji emiter górnego tranzystora ma względem masy głównej potencjał wyższy o wartość napięcia zasilania...
    AMEN.
  • Poziom 16  
    tak, oczywiście rozumiem zasadę działania ale nadal zakładamy że mamy źródło zasilania odizolowane od sieci 3000V i jego masę umieszczamy emiterze górnego tranzystora. Gdyby urządzenie było zasilane z sieci 230V AC to wystarczy dodatkowe trafko i problem z głowy, tak zakończyłem, między innymi dzięki Twojej pomocy, poprzedni projekt. W tym wypadku do dyspozycji jest tylko napięcie 3000V, bez dodatkowych urządzeń typu ogniwo fotowoltaiczne lub akumulator.
    Ale pomysł jest bardzo dobry, zapamiętam to rozwiązanie, napewno nie raz się jeszcze przyda. Dzięki serdeczne.
  • Poziom 21  
    Źródło zasilania 18V jest przy emiterze dolnego tranzystora - minusem, plusem do zasilania drivera dolnego i przez diodę WN do + zasilania górnego drivera.
    Górny driver zasila kondensator ładowany cyklicznie w trakcie pracy (jak w poście powyżej).
    Dorobić dodatkowe uzwojenie na transformatorze wyjściowym na 18V + prostownik/ładowarka zasilana z tego uzwojenia + bateria akumulatorków LI-ION uprzednio naładowana - do startu.
    Może to głupie rozwiązanie, ale będzie działać.