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

ZCS Buck - softstart i gaszenie przepięć

25 Paź 2012 12:23 2478 12
  • Poziom 35  
    Witam,

    kombinuję sobie z konstrukcją przetwornicy ZCS-Buck z wspólnym plusem.
    Poniższy schemat wrzuciłem do PSpice'a:
    ZCS Buck - softstart i gaszenie przepięć
    fr=517kHz, Z=205R.

    Układ oczywiście 'działa'. Steady state tej przetwornicy faktycznie obrazuje piękne przełączanie klucza w zerze prądu.
    Lecz wiemy, że aby utrzymać ZCS w tym układzie, prąd wyjściowy musi być mniejszy (lub równy) prądowi obwodu rezonansowego. No i podczas 'normalnej' pracy przetwornicy faktycznie tak jest. Problem zaczyna się przy rozruchu układu - rozładowany kondensator filtra (C10) będąc całkowicie rozładowany, reprezentuje sobą zwarcie. Więc uniemożliwia on wyłączanie w zerze prądu, do momentu, gdy się mniej lub bardziej nie naładuje.
    W tych okolicznościach, z symulacji wynika, że dla 'normalnego' Ton, prąd w momencie wyłączania klucza spokojnie przekracza 5A. Czyli twarde wyłączanie przez kilkaset cykli...
    Dodatkowo, twarde wyłączanie powoduje potężne szpile napięciowe na kluczu.
    Wnioskując, ten układ chodzi tylko w symulatorze - w rzeczywistości, zanim zacznie on faktycznie coś zasilać, spali się klucz, już na etapie rozruchu:
    1) dławik nie wytrzyma tych 5A i się nasyci (a uzycie dlawika na 5A w sytuacji gdy nominalny prąd w obwodzie to niecałe 2A, to lekkie przegięcie...)
    2) ...i nawet jesli 'cudem' klucz to wytrzyma, to podczas wyłączania, zabije go przepięcie

    Jak z tym walczyć? Na pierwszy rzut pomyślałem o zwykłym gasiku z TVS i rezystorem, równolegle do klucza. Ale to wprowadza niechcianą pojemność do układu, poza tym nie wiem, czy to będzie faktycznie skuteczne.
    Problem 'prądowy' teoretycznie można rozwiązać zwykłym current limit'em na prąd maksymalny dławika rezonansowego, ale ciężko będzie otworzyć i twardo zamknąć(!) IGBT na 500ns (po mniej więcej takim czasie prąd sięga 2A)...

    Chodził mi po głowie pomysł, aby klucz na start otwierać na znacznie dłużej niż nominalny czas, a dokładniej, do momentu, aż zacznie płynąć prąd przez obciążenie [+ limit tego czasu otwarcia] (w docelowym układzie i tak będę go mierzyć...) lub po prostu mierzyć napięcie na C10, pozwalając świadomie na to, aby L5 się nasycił; nasycony L5 po prostu zewrze kolektor klucza do L6, ładując C10 rosnącym prądem narzuconym przez L6. Sam IGBT wytrzyma taki udar prądowy. Po wyłączeniu klucza, C10 będzie już naładowany, i następny cykl przetwornicy będzie już 'normalny'...

    Jak można sensownie zrealizować soft start takiej konstrukcji, aby nie przewymiarowywać dławika i klucza?

    PS. R25 jest pro forma - bez niego nie chce przejść symulacja...;)
  • Poziom 29  
    Obrazka ze schematem nie widzę :(
  • Poziom 35  
    Ja mogę go otworzyć bez problemu...;/ Ale coś ostatnio na elce jest, mi też się niektóre obrazki nie chcą normalnie załadować ;(
    schemat
  • Specjalista - oświetlenie sceniczne
    Część problemu może udało by się rozwiązać szeregowym rezystorem zwieranym przez klucz/przekaźnik?
  • Poziom 35  
    Przekaźnik odpada, ponieważ będzie on 'pracować'. I on będzie musiał kliknąć za każdym razem kiedy przetwornica startuje, a taka sytuacja będzie - z racji zastosowania -występować często.
    Dodatkowy tranzystor też jest problematyczny - trzeba nim sterować... Jeśli w 'dolny' pin C10 wstawimy rezystor, który będzie podczas normalnej pracy zwierany równoległym tranzystorem - świetnie. Ale ten tranzystor trzeba otworzyć podając na bramkę 'dziwne' napięcie, czyli Vin-V(R20)+15V... Scalony driver odpada. Pozostaje trafo... ciągle popędzane w trakcie normalnej pracy.
    Pewnym rozwiązaniem jest wolny i drogi, lecz działający, zintegrowany high side switch. Infineon takowe ma w ofercie, ale cena lekko powala.
    Poza tym, jakikolwiek obwód z rezystorem i kluczem (opisany wyzej), za wyjątkiem przekaźnika, będzie wprowadzał straty na Rds(on) tranzystora. Ten tranzystor musi wytrzymać 350V/3A i jeszcze mieć możliwie najniższy Rds(on) - są, ale pozostaje problem sterowania...
  • Poziom 15  
    Może dodać układ do wstępnego ładowania C10?? Tak jak na rysunku poniżej. Kondensator C10 byłby ładowany przed startem przetwornicy do jakiegoś napięcia.

    ZCS Buck - softstart i gaszenie przepięć
  • Poziom 27  
    A może by sterować tranzystorem poprzez układ UC3842? Jest to układ pracujący z w układzie Current Sense, wtedy odpanie problem z prądem rozruchowym, dodatkowo uzyskamy dobrą stabilizację. Pytanie jakie mają być prądy i napięcia wyjściowe?
    Czy topologia układu ma być dokładnie taka?
  • Poziom 35  
    jupi23 napisał:
    Może dodać układ do wstępnego ładowania C10?? Tak jak na rysunku poniżej. Kondensator C10 byłby ładowany przed startem przetwornicy do jakiegoś napięcia.

    Rozwiązanie jak najbardziej ma pewien sens ale nie wiem na ile będzie ono skuteczne... Na pewno, przy dobrym wyborze rezystora, obwód będzie potrafił ograniczyć prąd rozruchowy.

    pawlik118 napisał:
    A może by sterować tranzystorem poprzez układ UC3842? Jest to układ pracujący z w układzie Current Sense, wtedy odpanie problem z prądem rozruchowym[...]

    Nie, nie odpadną, ponieważ:
    Cytat:
    Problem 'prądowy' teoretycznie można rozwiązać zwykłym current limit'em na prąd maksymalny dławika rezonansowego, ale ciężko będzie otworzyć i twardo zamknąć(!) IGBT na 500ns (po mniej więcej takim czasie prąd sięga 2A)...

    Nie jest problemem pomiar prądu klucza, problemem jest zamknięcie go z dużym, niezerowym prądem po kilkuset ns od momentu otwarcia. W szczególnosci, że mówimy o IGBT, który ma 'current tail'. Nawet najgenialniejszy kontroler nic na to nie poradzi.
  • Poziom 27  
    Myślałem nawet aby całkowicie zmienić topologię, np na UC3842 + mosfet + transformator - czyli przetwornica flyback. Oferuje ona stabilizację napięcia i prądu, jest niezawodna. Tutaj ten zaproponowany układ może przynieść wiele problemów konstrukcyjnych. niestety nie są podane pozostałe jakże ważne z punktu widzenia konstruktora warunki, jak napięcie wyjściowe czy choćby prąd moc. nie chce odbiegać od tematu więc myśl z UC3842 tak tylko wrzuciłem.

    pozdrawiam
  • Poziom 28  
    Co to za tranzystor IGBT który ma problem z wyłączeniem prądu rzędu kilku A? Nie szukasz czasem przysłowiowej dziury w całym?
  • Poziom 35  
    Sam IGBT nie będzie miał najmniejszego problemu z wyłączeniem prądu rzędu kilku A, ale będzie miał problem otworzyć się na kilkaset ns. I nie "będzie miał", tylko "ma" - sprawdziłem (IRG4BC30W sterowany z drivera 1.5A TC4427 )

    pawlik118 napisał:
    UC3842 + mosfet + transformator - czyli przetwornica flyback.

    Tyle, że to nie ma być flyback. Mam pewne założenia projektu, które narzucają pewne wymogi, jak chociażby fakt, że przetwornica musi być 4-kanałowa średniej mocy (≈50W/kanał), bez izolacji galwanicznej. Bardzo istotne są gabaryty pojedynczego kanału. Ma chodzić z wyprostowanego napięcia sieci, generować jak najmniej EMI, a pojedynczy tor mocy ma miec sprawność >75%...

    A kontroler to oczywiście nieśmiertelny dsPIC33FJ16GS502...
  • Poziom 15  
    nsvinc napisał:
    Rozwiązanie jak najbardziej ma pewien sens ale nie wiem na ile będzie ono skuteczne... Na pewno, przy dobrym wyborze rezystora, obwód będzie potrafił ograniczyć prąd rozruchowy.


    Co do skutecznosci to trzeba by to sprawdzić, ale są dwie możliwosci:
    1. Najpierw włączyć na stałe dodatkowy tranzystor, aż napięcie na kondensatorze osiągnie zadaną wartosć a potem zacząć przełączać główny klucz.
    2. Zamiast przełączać głównym kluczem można na czas startu przełączać dodatkowym tranzystorem z rezystorem aż do momentu gdy C10 będzie naładowany.A potem jak wyżej zacząć przełączać główny klucz. Byłby to taki równoległy obwód dla głównego klucza na czas startu.

    Ceną za to jest nieznaczne skomplikowanie sterownika i ten dodatkowy rezystor z tranzystorem, ale może być on "gorszy" jakosciowo od głównego tranzystora.
  • Poziom 28  
    Ja proponuję całkowicie zrezygnuj z koncepcji przetwornicy rezonansowej, sprawność na pewno nie spadnie poniżej 75%, a całość zajmie jeszcze mniej miejsca na płytce.