Драйвер верхнего плеча Опции

[somebody111]

Поясните ньюанс. Полумостовая схема. Для открытия мосфета в нижнем плеча надо подать относительно общей точки напряжение U1 -это понятно. Если же брать мосфет в верхнем плече, в умных книжках(и никто не сомневается) пишут следующее: "чтобы открыть мосфет в верхнем плече на затвор надо подать напряжение на 10-15 вольт более чем на стоке". В Семёнове это объясняется приблизительно так: "Если открывать верхний мосфет при закрытом нижнем (он получается подвешен), то исток будет под потенциалом стока (минус падение напряжения Uси)". Это тоже понятно. Выводы:если сток верхнего мосфета висит на +600В, то после его открытия исток тоже будет под 600В. Соответственно, потенциал затвора для гарантированного открытия должно быть 600В(потенциал истока)+10..15В(Uзи).=615В. Чтобы получить такое напряжение используются различные схемы "накачки". Если я все правильно понял(поправьте,если не так - мне принцип нужно понять), то вопрос: если хочу гальв. развязку и для этого поставить импульсный транс, он 10-15В должен выдавать относительно истока верхнего мосфета, а относительно общей точки получается 10-15 Вольт плюс 600В? Т.е. обмотка должна выдержать 610-615В. А дальше (чисто гипотетически), если я поставлю оптрон вместо импульсника, он тоже должен выдержать эти же 610-615. Все правильно написал?
==
В прикрепленной картинке затвор оказывается под потенциалом 600В, а не 615. Я правильно понял, что это приведет к тому, что транзистор будет очень медленно открываться?

Сообщение отредактировал somebody111 - Aug 21 2014, 18:23

Прикрепленные изображения

 

[SM]

по приведенной схеме:

Для начала, транзистор очень быстро умрет от пробоя подзатворного диэлектрика, для которого максимально допустимое напряжение обычно от 10 до 30 вольт, а при открытии "управляющего" транзистора там окажутся почти все 600, как минимум, по причине наличия емкости истока, выходной нагрузки, и стока нижнего полевика.

А верхний резистор (точнее, потенциал на его верхнем выводе) не даст возможности верхнему транзистору остаться в активном режиме с повышением выходного напряжения. В результате, когда напряжение на выходе дойдет до некоего порога, зависящего от типа и экземпляра транзистора, а также выходного тока, канал транзистора насытится, и транзистор войдет в режим ограничения тока, в результате чего на нем будет совершенно не то падение напряжения, которое Вы ожидаете на его "миллиомах" активного режима. Для того, чтобы хорошо его открыть, чтобы он не насыщался раньше положенного, надо подать определенное положительное смещение на затвор, большее, чем напряжение на стоке. В общем, в текущей схеме с резистором - выходное напряжение, если даже транзистор почему-то не пробьется, будет всегда на сколько то вольт меньше, чем потенциал стока, на Vgs(th)+сколько_то_зависящее_от_тока_нагрузки.

Так что, скорость открытия, это самое меньшее из зол.

[Меджикивис]

Чисто теоретически - да. Разделительный транс и оптрон обязаны выдерживать полное напряжение питания, т.е. 600V.
Но, есть важные "НО":

У МОСФЕТов очень большая емкость затвора (в эквивалентной сумме может доходить до 0.02 мкФ). Импульсный транс с большими трудами будет заряжать такую емкость. Это ведь не тиристор, которому достаточен только короткий поджигающий импульс.

Почему бы Вам не поставить микросхему-драйвер верхнего плеча, например IR2117 ценою меньше 100 руб в "Чип-И-Дип"е?
Эта микросхема хотя и не развязана гальванически от "земли", но выдерживает необходимые 600V, существующие в верхнем плече.

И еще возможно будет уместен совет: если у Вас в конструкции на самом деле оба плеча,- и верхнее и нижнее, то сразу ставьте драйвер полумоста, например IR2111. Это очень удобно!
Если хотите управлять каждым из плеч независимо - то драйвер IR2183.
И дело даже не в том, что экономятся логические элементы. Главное, что в таких драйверах предусмотрена защита от одновременного включения обоих плеч. Это придает жизни такое ощущение спокойствия и уверенности, какого Вы никогда не испытаете, управляя каждым МОСФЕТом "в ручную".

[somebody111]

На данный момент цель состоит в том,чтобы понять, ньюанс работы мосфета в полумосте. Всё забыл напрочь. Спрашивал про эти драйверы у дядек, которые делали частотники на 100кВт: отвечали приблизительно так: "по даташиту безопасно делать игрушки до киловата. Всё что выше - начинаются проблемы и светопредставлению". Конкретных схем не дали,статей/учебников на эту тему пока не нашёл, а т.к. опыта у меня пока аообще нет приходится им верить и от таких драйверов отказался. Чтобы получить какой-нить практический опыт, решил сделать пока на 100Вт. Могу их поставить (2111 физически есть) и не сомневаюсь,что заработает, но на 40кВт тогда придется мучаться. Пока остановился на вариант ADuM5230, но для 100Вт больно жирно.
===
А где можно почитать про расчёт импульсного транса под эти цели?

Сообщение отредактировал somebody111 - Aug 21 2014, 19:32

[Меджикивис]

В прикрепленной картинке затвор оказывается под потенциалом 600В, а не 615. Я правильно понял, что это приведет к тому, что транзистор будет очень медленно открываться?

Нет, это приведет к тому, что он будет открываться не полностью.
Обычно высоковольтные МОСФЕТы начинают открываться где-то вольт с 6 .. 7. Если Вы берете открывающее напряжение с самого транзистора, это значит, что напряжение на нем не сможет упасть ниже этой величины (иначе чем же будет открываться?).
А теперь считайте сами: пусть ток нагрузки 20 ампер, и на транзисторе осталось 6 вольт, сколько мощности выделится на транзисторе в тепло? - больше ста ватт.
При полном открывании МОСФЕТа его сопротивление составляет миллиомы, падающее напряжение - доли вольта, поэтому он и способен коммутировать большие мощности.
Отсюда важное следствие: включать и выключать МОСФЕТ следует скачком, как можно резче. Если переключение будет затянуто, то он успеет порядочно нагреться, пока будет проходить промежуточное состояние.
Если у МОСФЕТа под нагрузкой окажется отсоединен затвор, то вися в воздухе, он может ловить наводку или утечки и приоткрыться в промежуточное состояние - в этом случае разогревается током нагрузки и сгорает от перегрева - мгновенно.

А где можно почитать про расчёт импульсного транса под эти цели?

НИГДЕ. Импульсными трансами МОСФЕТы не управляют.

А браться за 40 кВт не имея не только опыта, но и не представляя хорошо даже сути работы элементов, я бы сказал, довольно самонадеянно....
Хотя, после нескольких изрядных фейерверков, такой опыт Вы конечно получите, но лучше бы было получать его, будучи помощником у одного из таких "дядек".

[SM]

А где можно почитать про расчёт импульсного транса под эти цели?

Ну в общем, например, вот документик. http://ijcsi.org/papers/IJCSI-10-2-2-305-310.pdf
И во многих апнотах производителей полевиков есть, у fairchild точно видел.

[Меджикивис]

Пока остановился на вариант ADuM5230

Но это ж очень слабенькая микросхема. Вся ее фишка в том, что она включает в себя встроенный развязанный источник на высокой стороне.
Но это, имхо, не великое достоинство. Гальванически развязанные +15V можно получить тыщей надежных способов.
Драйверы IRxxxx имеют мощность выхода под полтора ампера, и будут управлять МОСФЕТами качественнее, чем навесные транзисторы, которых требует ADuM5230.

Если Вам нужна непременно гальваническая развязка - лучше развяжите вход IR2111.

И еще важный вопрос: какова частота коммутации плеч вашего полумоста?

Ну в общем, например, вот документик. http://ijcsi.org/papers/IJCSI-10-2-2-305-310.pdf
И во многих апнотах производителей полевиков есть, у fairchild точно видел.

Интересно конечно! Но, как я вижу, там они используют еще и транзисторные ключи. А транс фактически как просто разделительный.
Тогда в чем преимущество перед стандартным драйвером, если его вход развязать?

[somebody111]

И еще важный вопрос: какова частота коммутации плеч вашего полумоста?

1.5-2кГц.
---
повнимательнее почитал про принцип действия этих драйверов. Что произойдёт со схемой, если бутстрепный конденсатор не будет заряжаться/будет недозаряжаться?

Сообщение отредактировал somebody111 - Aug 21 2014, 20:21

[Меджикивис]

Что произойдёт со схемой, если бутстрепный конденсатор не будет заряжаться/будет недозаряжаться?

Верхнее плечо не включится.

Если Вас смущает именно принцип бутстрепа - сделайте отдельное развязанное постоянное 15 вольт, и им запитайте туда, куда включается бутстрепный конденсатор. Бутстрепный диод естественно тогда не нужен.
И верхняя половина драйвера будет использовать это питание для управления верхним плечом.

1.5-2кГц.

По-моему это не очень страшно.
На такой частоте вместо МОСФЕТов можно применить IGBT, они мощнее и высоковольтнее.

Примечание.
Есть более продвинутые драйверы с контролем перегрузки и защитой. Но я таковые не использовал.



Сообщение отредактировал Меджикивис - Aug 21 2014, 20:55

[somebody111]

Если Вас смущает именно принцип бутстрепа - сделайте отдельное развязанное постоянное 15 вольт, и им запитайте туда, куда включается бутстрепный конденсатор. Бутстрепный диод естественно тогда не нужен.

А какие-то прочие требования к элементам этого источника питания будут?


Сообщение отредактировал somebody111 - Aug 21 2014, 21:43

[Меджикивис]

А какие-то прочие требования к элементам этого источника питания будут?

Ну самое очевидное, что его развязка от земли и других цепей должна выдерживать те самые 600V. Но вообще лучше иметь двойной-тройной запас на случай каких-нибудь аварийных перенапряжений.
Во-вторых этот источник должен обеспечивать в коротком импульсе значительный ток, чтобы сколь можно быстро заряжать емкость затвора. В амплитуде импульс заряда может достигать до полтора ампера (на что расчитан драйвер). То есть должен быть хороший конденсатор на выходе этого источника.
Стабильность поддержания этих 15 вольт и пульсации не критичны.

А вообще, по-моему Вам не стоит бояться, что драйвер начнет управлять ключами как-нибудь "неправильно" или что-то где-то не откроет из-за большой мощности.

Главная засада, как мне кажется, в предусматривании аварийных ситуаций. Что будет, если в нагрузке произойдет КЗ? А это всегда возможно. Что-то сгорело, или отвалилось, или перетерлась изоляция в кабеле - и на таком напряжении и мощности полыхнет - огого! Возможно ли защитить ключи от выгорания, и как? Это целая наука.
А если не короткое, а просто перегрузка по току?
А если кто-то включит индуктивную нагрузку, при размыкании которой возникнет импульс самоиндукции во много киловольт? - вот что надо решать.

[SM]

Тогда в чем преимущество перед стандартным драйвером, если его вход развязать?

Питать его не надо на развязанной стороне. Трансформатор управляет или сразу затвором, или там стоят транзисторы для ускорений фронтов, но в любом случае оно не требует дополнительного питания, только та энергия, что через этот трансформатор и приходит.

вот еще апнота в тему:
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-950.pdf

[Herz]

Ну в общем, например, вот документик. http://ijcsi.org/papers/IJCSI-10-2-2-305-310.pdf
И во многих апнотах производителей полевиков есть, у fairchild точно видел.

Вот ещё:
 AN_950B.pdf ( 83.5 килобайт ) Кол-во скачиваний: 936

[SM]

Еще, из преимуществ, одним трансформатором с несколькими вторичками можно управлять сразу несколькими затворами.

Вот та апнота fairchild, где в том числе и про управление затвором через трансформатор - http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-6069.pdf

[somebody111]

Приблизительно понял в какую сторону рыть http://www.microchip.su/showthread.php?t=1...%F1%E0%F2%EE%F0
http://tqfp.org/webkirov/parazitnaya-induk...-opredelit.html

[KBH]

А где можно почитать про расчёт импульсного транса под эти цели?

Тут про все трансы:
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=33756

[perfect]

Трансформаторный драйвер для тех, кому за 50
Кзап.

Это в случае для верхнего плеча, а в случае простого понижающего ,как на картинке, можно использовать духтактный контроллер.