Sztuczne obciążenie na tranzystorze IGBT - wzbudzanie

]Witam

Mam problem z konstrukcją sztucznego obciążenia opartą na tranzystorze IGBT.

Obciążenie zbudowane według schematu ze strony mdiy.pl z drobnymi zmianami:
-jeden tranzystor wykonawczy (2MBI200SK-060-01)
-rezystor na bazie 47Ω 2W
-rezystor pomiarowy 31mΩ
-tranzystory T1 i T2 zmienione na TIP41 i TIP42
-zasilanie 15V

Wszystko działa pięknie, dopóki obciążany jest zasilacz liniowy (lub akumulator). Problem pojawia się przy próbach z zasilaczami impulsowymi. Prąd da się regulować do pewnej wartości, po której przekroczeniu lawinowo rośnie. Zmiany kondensatora między wejściami wzmacniacza na niewiele się zdają (aktualnie największy z testowanych - 100nF).
Problem jest o tyle poważny, że układ docelowo ma obciążać silnik prądu stałego działający jako prądnica. Podczas testów uszkodziłem już jeden tranzystor. Na tą chwilę do głowy przychodzi mi jedynie dodanie pojemności równolegle do obciążenia. Będę musiał też dodać diodę zenera na około 15V pomiędzy bramę, a emiter - chociaż to nie uchroni układu przed wzbudzaniem.

Ma ktoś pomysł jak układ poprawić, co zmienić?

Pozdrawiam i z góry dziękuję za pomoc

Witam
Moim zdaniem zbędne są te tranzystory między wzmacniaczem operacyjnym a IGBTami. Twój układ jest regulatorem liniowym i możesz bramki IGBTów podpiąć bezpośrednio do wyjścia wzmacniacza i zwiększyć rezystory bramkowe do ok 100 omów (mogą być małej mocy).
Bardzo ważnym elementem jest rezystor pomiarowy - musi być bezindukcyjny.
Kondensator między wejściami wzmacniacza to jakieś pikofarady
Pewne problemy mogą wynikać z wartości napięć, wydaje mi się, że układ faktycznie może się wzbudzać jeżeli napięcie w obwodzie obciążenia będzie niższe od napięcia na bramce.
Dużą wadą tego rozwiązanie jest to że cała moc z obciążenia musi wydzielić się na module IGBT, przy napięciu 10V (na wyjściu Twojej prądnicy) i prądzie 10A to już 100W - musisz mieć bardzo dobre chłodzenie.
Jaka jest ta "pewna wartość prądu" po której układ się wzbudza?
W zastosowanym przez Ciebie module masz już diody zenera w bramkach.

Gronczyński napisał:

Moim zdaniem zbędne są te tranzystory między wzmacniaczem operacyjnym a IGBTami.

Niby tak, bo bramki są izolowane. Mała wydajność prądowa wzmacniacza najwyżej zwiększy czas ładowania bramy.

Gronczyński napisał:

Bardzo ważnym elementem jest rezystor pomiarowy - musi być bezindukcyjny.

Oczywiście taki jest, jest to rezystor typowo do pomiaru prądu, chyba nawet o tolerancji 1%.

Gronczyński napisał:

Kondensator między wejściami wzmacniacza to jakieś pikofarady

Im mniejszy tym szybciej układ będzie chciał reagować na zmiany... ale spróbuję go zmniejszyć do paru nF.

Gronczyński napisał:

Pewne problemy mogą wynikać z wartości napięć, wydaje mi się, że układ faktycznie może się wzbudzać jeżeli napięcie w obwodzie obciążenia będzie niższe od napięcia na bramce.

Przy próbie z silnikiem wzbudził się przy około 40V na obciążeniu - mniej tam raczej nigdy nie będzie.

Gronczyński napisał:

Dużą wadą tego rozwiązanie jest to że cała moc z obciążenia musi wydzielić się na module IGBT, przy napięciu 10V (na wyjściu Twojej prądnicy) i prądzie 10A to już 100W - musisz mieć bardzo dobre chłodzenie.

Taka już aplikacja tego wynalazku, musi sobie dać radę. Chłodzenie wodne da radę

Gronczyński napisał:

Jaka jest ta "pewna wartość prądu" po której układ się wzbudza?

Zależne od obciążanego układu. Przy obciążaniu ATX było to 8-10A, przy silniku padł przy 5A mniej więcej. ATX się po prostu wyłączał, a silnik dał na tyle duży prąd, że IGBT przebiło C-E.

Gronczyński napisał:

W zastosowanym przez Ciebie module masz już diody zenera w bramkach.

Fakt, przeoczyłem

Proponował bym inny schemat kompensacji częstotliwościowej - niezależny od nastawy potencjometru, ten który masz wygląda na rozwiązanie typu - ktoś wstawił kondensator, przypadkiem zadziałało, więc nie myślał już więcej o tym.

Cytat:

...ATX się po prostu wyłączał, a silnik dał na tyle duży prąd, że IGBT przebiło C-E.

Układ ma jedną zasadniczą wadę, większość not aplikacyjnych od IGBT o tym pisze, te tranzystory nie bardzo nadają sie do pracy liniowej bo przejawiają niestabilność termiczną (która nie ma nic wspólnego z niestabilnościa twojego układu), u handlarzy używanych podzespołów możesz dostać też tranzystory Darlingtona podobnej mocy te maja w dokumentacji wykres SOA dla DC i wiadomo jak można je obciążyć, a co do twojego IGBT to nie wiadomo ile wytrzyma.

jarek_lnx napisał:

Proponował bym inny schemat kompensacji częstotliwościowej

Spróbuje jeszcze jutro z Twoim schematem.

jarek_lnx napisał:

u handlarzy używanych podzespołów możesz dostać też tranzystory Darlingtona

Na półce mam w tej chwili 6DI120D-060, choć tutaj też wykres SOA nie napawa optymizmem. Jednak tutaj mogę wykorzystać 3 struktury, więc może nie będzie tak źle.
Jutro poszukam jeszcze innych klocków, może coś wyczaruje ciekawego.

DamianG napisał:

Spróbuje jeszcze jutro z Twoim schematem.

Schemat z internetu, R1 zmniejsz do kilkudziesieciu omów, z kompensację odpowiadają C1 R5, C1 możesz zwiększać do skutku - aż będzie stabilny. Jeśli to sie uda to znaczy że reszta jest ok i jeśli będzie taka potrzeba później będzie można pomyśleć jak go przyśpieszyć.

DamianG napisał:

Na półce mam w tej chwili 6DI120D-060, choć tutaj też wykres SOA nie napawa optymizmem.

Wykres SOA dla DC dla IGBT w ogóle nie został opublikowany co nie znaczy że wygląda "optymistycznie"

Taki pakiet udało się znaleźć - myślę, że wystarczy Jutro próby.

Obawiam się, że takiego darlingtona to ta operacyjka nie uciągnie, na wyjściu masz 20mA, a EVK71 potrzebuje sporo więcej żeby go wysterować - powrót do klucza tranzystorowego?

A masz od tego datasheet? Poleciłem darlingtony tylko dlatego że zazwyczaj mają SOA dla DC w dokumentacji, darlington bez datasheet-u niewiele wnosi, podobnie jak w IGBT nie wiadomo na ile można go obciążyć.

Co do prądu nie widzę problemu, jeden dodatkowy tranzystor jako wtórnik na wyjściu WO i mamy co trzeba.

Oczywiście to ile tranzystor wytrzyma i to czy pętla sprzężenia zwrotnego będzie stabilna to dwie zupełnie niezależne sprawy, ale zanim nie uporasz sie ze stabilnościa trudno ocenić przy jakich parametrach U/I naprawdę nastąpiło uszkodzenie, więc nawet gdybyś my mieli SOA nie było by z czym porównać.

Wykres SOA wygląda tak:


Tutaj sprawę znacząco poprawia fakt, że mam w sumie 6 tranzystorów, które mogę razem obciążyć. No i w sumie 2.1kW "bezpiecznie" do oddania.
Taki jeden BD911 będzie miał co robić przy max prądzie pojedynczej bazy rzędu 4.5A...

-----UPDATE-----

Po podłączeniu EVK71 zamiast IGBT wzbudzanie dalej występowało, mniej więcej przy tym samym prądzie (około 4.7A). Pomogła przeróbka układu według schematu jarek_lnx. Kondensator C1=10nF, rezystor R5 4.7kΩ.
Wzbudzania (przynajmniej przy ATX) brak, tranzystor dzielnie zniósł próbę przy 15A@12V do momentu zagrzania prowizorycznego radiatora.

Teraz kolejne pytanie - jak proponujecie to wszystko połączyć? Moim zdaniem najbezpieczniej byłoby 6xWO i 6 rezystorów pomiarowych.

Pewnie, że można. Ale jak mam wstawić 6 sporych rezystorów emiterowych, to już wolę na każdym z nich dokonywać pomiaru - będzie bardziej "po Bożemu"

trymer01 napisał:

Zwróć uwagę, że dla BJT, przy braku obciążenia, WO wysterowuje maksymalnie tranzystory - są całkowicie otwarte, płynie max prąd bazy, WO jest nasycony (max Uwy ograniczone tylko przez Uzas).

Doskonale o tym wiem. Tutaj już konieczne będą diody zenera pomiędzy B-E (max tylko 6V na bazie) oraz odpowiednio duże rezystory na bazach.

trymer01 napisał:

Prawdziwy opornik pomiarowy to czterokońcówkowy precyzyjny opornik mocy - drogi jest.

Nie przesadzajmy, nie buduję sprzętu laboratoryjnego. Bezindukcyjny, 1%, 20W rezystor w zupełności wystarczy.

trymer01 napisał:

Po co diody Zenera?

Żeby nie podać więcej niż max napięcie na bazę. Coś pomieszałem?

trymer01 napisał:

Ube=6V ???

Tak datasheet twierdzi. Absolute Maximum Ratings Vbeo=6V.

Okay, dziękuję za sprostowanie

trymer01 napisał:

bez obciążenia (w kolektorach Darlingtonów) WO da Ib "ile mu fabryka dała"

Chociaż taka sytuacja nie powinna mieć miejsce w docelowym urządzeniu, to zdecydowanie będzie WO->MOSFET.

trymer01 napisał:

Dla Darlingtonów użycie oporników emiterowych jest trudniejsze niż dla zwykłych BJT

Czyli nie ma się co zastanawiać i lepiej zrobić 6 oddzielnych WO i rezystorów pomiarowych.

Żeby moduł tranzystorowy nie dostawał dużego prądu bazy, przy odłączonym napięciu na kolektorach, ten dodatkowy tranzystor pomiędzy WO a modułem tranzystorów mocy powinien być połączony kolektorem do kolektorów modułu - czyli robimy potrójnego albo poczwórnego darlingtona, to rozwiązanie ma jedna wadę zwiększa napięcie nasycenia a więc minimalne napięcie od którego sztuczne obciażenie będzie mogło poprawnie pracować.

Można też wprowadzić układ uniemożliwiający nasycenie wzmacniacza przy zerowym napięciu na kolektorach nie będzie piku prądu przy podłączaniu układu.

Całość będzie zarządzana przez mikroprocesor, także o włączenie powyższego układu bez obciążenia nie ma się co martwić.

trymer01 napisał:

dlaczego nie użyć pojedynczych MOSFET-ów dużej mocy?

1. Mam dość sporo mocy do wytracenia
2. MOSFET dużej mocy też do tanich nie należą, a te Darlingtony od dłuższego czasu leżą na warsztacie i się kurzą - czas je wykorzystać
3. Na Darlingtonach jeszcze chyba nikt tego nie zrobił, zawsze to coś nowego