Уважаемые форумчане, помогите пожалуйста разобраться в следующем вопросе.

При работе асимметричного полумоста на индуктивную нагрузку в токе нагрузки обнаружил характерные "выбросы" тока в моменты открывания и запирания транзисторов, происхождение которых для меня пока не ясно.

Схема асимметричного полумоста собрана на IGBT-транзисторах (HFA30PB120) и диодах (IRG4PH50UD).
Драйвер ключей IR2213. В качестве нагрузки используется фазная обмотка АД (2 кВт) - просто чтобы создать индуктивный характер нагрузки.
Источник питания на выходе имеет емкость - для возврата энергии из индуктивности при ее отключении.
Вообще для питания использую цепочку автотрансформатор, выпрямитель, емкость.
Первый рисунок в приложении- это схема; второй рисунок - параметры компонентов.

Управляю схемой следующим образом:
микроконтроллер "включает" оба транзистора через драйвер и фаза запитывается от источника напряжением 60 В.
Через 1,67 мс фаза отключается и энергия возвращается в емкость через обратные диода; через 5 мс процесс повторяется снова.

Первоначально использовал электронно-лучевой осциллограф и все получалось "по-науке".
Но потом стал использовать цифровой осциллограф - и обнаружил заметные выбросы в токи при его коммутации - амплитуда этих выбросов практически в 10-15 раз больше того значения тока, до которого он успевает дорасти за время включенного состояния. Т.е. в момент включения короткий выброс тока длительностью 2 мкс может достигать 5-8 А, причем характер этого выброса "колебательный". Затем ток спадает до нуля и затем медленно наростает со своей постоянной времени до тока 1 А. Далее фаза отключается и снова колебательный процесс длительностью около 2 мкс с амплитудой до 15 А и отключение тока.

Я привел эту осциллограмму в крупном масштабе на рисунке 3.
Вначале грешил на осциллограф и погрешности его АЦП, но затем удалось провести этот же нехитрый опыт и с еще одним цифровым осциллографом другого производителя и картина получилось такой же.
На следующем рисунке (4) я привел форму заднего фронта тока и его колебания при меньшем значении коэффициента развертки (1 клетка - 1 мкс). Ток отключается на уровне 1 А и затем начинается свистопляска (1 клетка - 1 А). Эти процессы "видит" осциллограф и при включении фильтрации и при использовании осреднения.

Интересно, что эти процессы чувствует и АЦП микроконтроллера если использовать релейное регулирование тока (АЦП быстродействующий - STM32F303VC).
Если я задействую релейный регулятор, то видно, что эти "коммутационные выбросы" оцифровываются АЦП микроконтроллера и он отключает ключи в момент появления колебательного процесса.

На следующем рисунке показана форма тока, которая получается если требуется поддерживать ток с помощью релейного регулятора на постоянном уровне - около 1 А.
Эти же выбросы теперь появляются всякий раз когда происходит включение/отключение транзисторов.

Кроме того величина этих выбросов растет при увеличении напряжения.

Другой важный момент - собрали еще одну схему асимметричного моста уже с другими компонентами (транзисторы и диоды на 15 А, другой драйвер и другой силовой источник питания).
Выбросы все равно присутствуют.

Еще одна деталь - при введение реостата в цепь нагрузки форма и амплитуда выбросов не изменяется - качественные и количественные изменения не заметны глазу.
Возможно ли, что эти выбросы "минуют" RL-цепь нагрузки и замыкаются через емкости? Но какие?


Помогите пожалуйста разобраться что это такое и главное - как с этим бороться.
Может быть кто-то сталкивался с подобными вещами.

Все иголки от паразитной индуктивности монтажа, индуктивных компонентов.
Цифровой осциллограф не подходящий инструмент для исследования переходных процессов, конечно если он не сверх широкополосный.
Лучше использовать электронно-лучевой.

Oxygen Power, Вы слишком категоричны. ТС ведь написал - иголки тока при включении. При чем тут паразитная индуктивность? Скорее емкость.
С осцилографом тоже. Электронно-лучевой хорош если процессы периодические.

rich.richmond, у меня аналогичные проблемы с измерением тока при стабилизации. Ток 100А, а выбросы при отключении/включении которые видит на шунте осцилограф (и цифровой и аналоговый) в несколько раз больше. Но причина больше видится в диодах и времени их восстановления.

Спасибо. Получается, что это могут быть высокочастотные помехи, которые "видны" только цифровому осциллографу, а реально таких выбросов тока в схеме нет?

Подскажите пожалуйста как реально можно выяснить действительно ли в токе есть эти выбросы 10-15 А или это внесенные самой схемой помехи?

Могут быть и помехи (в плате контроллера - так точно, если он по игле срабатывает), но выбросы тока реально есть и будут. Посмотрите параметр Reverse Recovery Current для HFA30PB120 - и все станет понятно.



А как Вы вышеприведенные осциллограммы получили? Чем ток меряете?

Ток измеряю на обычном шунте на 5 А.

Осциллограф Rigol. Полоса пропускания 50 МГц. Частота дискретизации 1 Г выборка/с.
Измеряли и еще одним цифровым осциллографом, но его параметры пока не скажу.

Время восстановлени диодов по даташиту 0,26 мкс. Согласен с Вами, что диоды могут влиять на возникновение выбросов в заднем фронте тока, поскольку там идет возврат энергии через диоды в емкость источника. Но почему эти процессы наблюдаются и на переднем фронте тока, где диоды закрыты обратным наряжением и происходит отпирание только транзисторов?

Во-первых, поменяйте местами диоды и транзисторы.
Во-вторых, что за емкость на выходе? Любая емкость и создаст бросок тока. Даже та, которой и нет (паразитная, конструктивная).

а как подключаете осцил к шунту? я к тому, что если убрать длинный земляной провод с крокодилом и воспользоваться пружинкой, то можно увидеть сигнал, более соответствующий реальному.
имхо, самый хороший вариант измерения тока - специальный токовый датчик, я юзал такой тектроникса.
а ещё мы использовали специальный самодельный измерительный шунт, который по адекватности вполне приближался к тектрониксовскому датчику.

У меня тоже косой полумост. Стабилизирую ток в катушке на уровне 100А. Результаты полностью аналогичные.
По вертикали 100А/дел.

Смущает 1 выброс при отсутствии тока и первоначальном включении транзисторов.
Если у ТС его можно попытаться списать на зарядный ток затвора, при рабочем токе 1 А они сопоставимы. То 300А в моем случае .
Как-бы и стабилизация есть, и даже с выбросами тока при открытии транзисторов в процессе стабилизации согласен, но вот выбросы
при закрытии закрытии ключей.... откуда . Попробую с пружинкой прямо на шунте. Осцилограмма на рисунке это после
диф усилителя.

velkarn, а что за датчик? можно подробнее, интересно.

Сообщение отредактировал ZVA - Nov 22 2013, 14:18

Варианты бросков тока в этой схеме в установившемся режиме:

- разряд емкости КЭ на канал ключа при его открытии (малая петля);
- сквозной ток при открытии ключа на диод в проводящем состоянии (большая петля).

Выбирайте, что Вам больше нравится. Мне - вариант 2.

который тектрониксовский или который самодельный?

Сожалею конечно, но иголки от индуктивности. Кто еще с этим не согласен...

оба.

Иголки ТОКА от индуктивности? Ну, ну.

tektronix TCP312


наш

показано в разрезе
1-разъём BNC кажется, осциллографический
2-экран из медной фольги
3-подключение измеряемого тока
4-резисторы 1 ом, штук 10-30, разные делали
жирная точка - пайка

сей дивайс можно использовать как шунт для токового транса - тоже качество сигнала увеличивает - сравнивал с тсп и с обычным резистором-шунтом
скорее всего он даже запатентован

Сообщение отредактировал velkarn - Nov 22 2013, 16:27

Это у вас датчик тока до которого тянутся длинные провода? Если это так, то следует пересмотреть методику измерений.

Сообщение отредактировал Oxygen Power - Nov 22 2013, 17:52