Инвертор DC/AC с синусом на выходе +96В/~220В 50Гц 4кВт Опции

[sna]

Доброго времени суток всем участникам! Искал подобное в разных темах, так и не нашел, и решил создать тему.
Сейчас собираю инвертор, вернее уже собрал, для питания дома, а именно: телевизор (плазм. 500Вт), холодильник и морозильник, освещение с энергосберегающими лампами, скваженный насос подкачки воды и так по мелочи. Сам инвертор питается от 8-ми последов. соединенных АКБ 12В 60Ач, подзарядка от сетевого зарядного, скоро должны поднять ветряк.
Итак, инвертор сделан по мостовой схеме (см. Рисунок), синус чистый без искажений и пульсаций при любых нагрузках (асинхр. двиг., активная и т.д...), на ХХ и при максимальной мощности, при этом стабильное напряжение 220В. Ток потребления на ХХ меньше 20Вт. Вышли из строя, очередной раз, 2 полевика из четырех (IRFP90N200D) - КЗ. Нагружал воздушным эл.обогревателем 2кВт, отдельно запускал морозильник (пусковая мощность =>2кВт), запускал насос 750Вт - все нормально. Решил испытать судьбу, включил 2кВт эл.обогр. и включил насос, в итоге насос не запустился, напруга упала до 170В, ток на АКБ не успел засечь (>30А) и через 5 сек удержания - отгорел предохранитель. Проверил - конечно вышли из строя ключи.
Это уже не первый раз. Есть кое какие соображения, но сначало хочу послушать мнение и рекомендации специалистов. Задавайте вопросы, все опишу от АКБ - управление - драйвера и.т.д..., в одном посту все не напишешь.
Хотел всавить рисунок, не знаю как - подскажите.
С ув. Сергей

[Andrey_Y]

Когда к открытому диоду прикладывают запирающее напряжение, ток рассасывания необходимо ограничить по амплитуде (иначе КЗ) и по скорости нарастания.
Предельное значение скорости запирающего тока обычно указывается в data sheets, типовое значение 100A/uS, но лучше 80A/uS. У крутых диодов это 200A/uS.
Если амплитуду и скорость тока не ограничить, то во-первых, для ключа КЗ, но он это переживёт, т.к. время малое, а вот в структуре транзистора второго ключа
(который сейчас диод) возникает "шнурование" тока, т.е. ток собирается в очень узкий поток с большой плотностью, что приводит к локальному разогреву кристалла и
пробою - во-вторых. В-третьих, КЗ по питанию приводит к большой накачке током паразитных индуктивностей с последующими выбросами напряжения и ужасным звоном,
что особенно требует установки блокирующих конденсаторов по питанию непосредственно возле ключей и с короткими связями.
Исходя из этого, скорость включения надо уменьшать. Это неизбежно приведёт к дополнительным потерям на включение, но уменьшит риск отказа по dI/dT. Обычно выключать можно быстро, но есть ещё параметр dU/dT для этого диода. Посмотрите data sheets, Absolute Maximum Ratings. Обычно между ключом и диодом включают небольшой дроссель
для ограничения скорости тока. После запирания диода этот дроссель рекуперирует "отсосанный" заряд в источник или просто в резистор (зависит от величины заряда).
В прикреплённом файле физика отказов, правда там расписано для ZVS, но суть та же. ZVS перестал быть - получи проблему, частоту увеличил - приблизился к hard - получи проблему.

Прикрепленные файлы

 MOSFET_failure.pdf ( 194.52 килобайт ) Кол-во скачиваний: 302

 

[sna]

Когда к открытому диоду прикладывают запирающее напряжение, ток рассасывания необходимо ограничить по амплитуде (иначе КЗ) и по скорости нарастания.

А можно по подробнее, то есть как ограничить по амплитуде, снабберами?

Предельное значение скорости запирающего тока обычно указывается в data sheets, типовое значение 100A/uS, но лучше 80A/uS. У крутых диодов это 200A/uS.

Подскажите, пожалуйста где смотреть в документации, какой график или...?

В-третьих, КЗ по питанию приводит к большой накачке током паразитных индуктивностей с последующими выбросами напряжения и ужасным звоном,
что особенно требует установки блокирующих конденсаторов по питанию непосредственно возле ключей и с короткими связями.

Этот звон начинается в дросселе при подаче больших нагрузок, а я грешил на насышение в дросселе.

Еще в дросселе греется провод приличного сечения, уже при токе 5А в постоянке провод сечением около 2мм^2 разогревается до 50гр.цел. при этом железо дросселя не греется - почему?

Исходя из этого, скорость включения надо уменьшать. Это неизбежно приведёт к дополнительным потерям на включение, но уменьшит риск отказа по dI/dT. Обычно выключать можно быстро, но есть ещё параметр dU/dT для этого диода. Посмотрите data sheets, Absolute Maximum Ratings. Обычно между ключом и диодом включают небольшой дроссель
для ограничения скорости тока. После запирания диода этот дроссель рекуперирует "отсосанный" заряд в источник или просто в резистор (зависит от величины заряда).

Увеличить сопротивление резисторов на затворах для открытия? Параметры транзистора гляну.

В прикреплённом файле физика отказов, правда там расписано для ZVS, но суть та же. ZVS перестал быть - получи проблему, частоту увеличил - приблизился к hard - получи проблему.

А можно тут по проще и понятнее?
Спасибо!

[Andrey_Y]

А можно по подробнее, то есть как ограничить по амплитуде, снабберами?

Подскажите, пожалуйста где смотреть в документации, какой график или...?

Этот звон начинается в дросселе при подаче больших нагрузок, а я грешил на насышение в дросселе.

Еще в дросселе греется провод приличного сечения, уже при токе 5А в постоянке провод сечением около 2мм^2 разогревается до 50гр.цел. при этом железо дросселя не греется - почему?


Увеличить сопротивление резисторов на затворах для открытия? Параметры транзистора гляну.

А можно тут по проще и понятнее?
Спасибо!

Прошу прощения, что соскочил. Не подумайте дурного, постоянно немножко занят..., но по-порядку.

Ток запирания диода в таких случаях ограничивают да, снабберами. Снабберы для этой цели могут быть в виде насыщающегося трансформатора тока(ТТ) или в виде ненасыщающегося небольшого дросселя. В первом случае при включении ключа, ТТ выходит из насыщения и берёт на себя всё напряжение на время рассасывания неосновных носителей в диоде, ток при этом задаётся коэф. тр-ции и тем током, который этот ТТ насыщал (обычно это ток основного дросселя). Меняя Ктр, можно задавать амплитуду запирающего тока. Недостаток - включение ключа на ток. Достоинство - ток можно задавать, делать его небольшим.
Во втором случае, как я уже писал, это небольшой дроссель. Ключ включается на нулевом токе, а скорость его нарастания определяется питанием и индуктивностью дополнительного дросселя. Когда ток дорастёт до тока основного дросселя, начнётся рассасывание с прежней скоростью. Достоинство - включение на нулевой ток. Недостаток - амплитуда тока может быть значительной (больше скорость - больше амплитуда).

Предельную скорость тока (для дроссельного снаббера) следует брать из приводимого в data sheets теста на время восстановления (trr=340nS max, при di/dt = 100A/µs для Вашего MOSFET). Хотя производители её не классифицируют как предельную, я читал об этом. Поверьте.

Провод сечением 2мм^2 на постоянке в 5А греться не может, если он медный, а то, что имеется говорит о наличии переменной составляющей тока в дросселе и о наличии вихревых токов (всё-таки 16кГц, 2мм^2, всего-то 1мГ и слоёв-то, видимо, прилично). Словом, дроссель надо рассматривать на предмет эффекта близости.

В файле MOSFET failure говорится, что при большом обратном токе отпирается паразитный нормально-закрытый биполярник (читай body diodе превращается в транзистор) за счёт напряжения на р-слое (напряжение из-за обратного тока), что образует резистор между базой и эмиттером. То же самое происходит при большой dU/dt только из-за ёмкостных связей. Биполярник открылся - капут MOSFEТу.

Что касается Вашей схемы. Я бы включил 2 дросселя с обоих сторон первичной обмотки и два конденсатора, но на минус. Зачем Вам дёргать транс? Дросселя можно (нужно) уменьшить, увеличте конденсаторы, если боитесь плохой фильтрации. Не бойтесь треугольности. Хотя амплитуда увеличивается в два раза (это, если Critical mode), cтатические потери за счёт этого возрастут незначительно - на интервале полуволны RMS увеличится всего на 15-20%, поэтому параллелить MOSFETы я бы не стал. Кстати, при Вашем алгоритме, без нагрузки (или при некоторой реактивной нагрузке) у Вас будет soft switching, поэтому ключи холодные, но при определённой нагрузке всё это пропадает, и проблема. С меньшей индуктивностью дросселя это нагрузка будет больше, а риск меньше. Однако переменная составляющая дросселя будет расти, и будут греться провода даже на холостом ходу. Над дросселем придётся работать.
Решайте сами - или большая индуктивность, холодный простой дроссель, но снабберы, или никаких снабберов, но поиск компромисса в значении индуктивности, её усложнение (может стоить нескольких MOSFETов, а дроссель не влезет на прежний сердечник хоть и витков меньше), или всё же диоды (на все транзисторы). Последнее самое простое.


SNA, все эти вопросы весьма ёмкие, их не раскрыть на форуме, одно перечисление сути занимает кучу места и времени. Но Вы найдёте ответы, если покопаете.

Однако мне понравилась эта ветка, приятно было читать, я получил удовольствие.
Вот ещё интересно - о чём это предупреждают синие кубики под моим именем? Это опасно?

Да, Orthodox, Серёга +500 в мемориз... Ко мне обращаться на ты, особенно в третьем лице, и это всех касается.

Сообщение отредактировал Andrey_Y - Sep 19 2009, 20:53

[sna]

Прошу прощения, что соскочил. Не подумайте дурного, постоянно немножко занят..., но по-порядку.

Ток запирания диода в таких случаях ограничивают да, снабберами...
Провод сечением 2мм^2 на постоянке в 5А греться не может, если он медный, а то, что имеется говорит о наличии переменной составляющей тока в дросселе и о наличии вихревых токов (всё-таки 16кГц, 2мм^2, всего-то 1мГ и слоёв-то, видимо, прилично). Словом, дроссель надо рассматривать на предмет эффекта близости.

Что касается Вашей схемы. Я бы включил 2 дросселя с обоих сторон первичной обмотки и два конденсатора, но на минус. Зачем Вам дёргать транс? Дросселя можно (нужно) уменьшить, увеличте конденсаторы, если боитесь плохой фильтрации. Не бойтесь треугольности. Хотя амплитуда увеличивается в два раза (это, если Critical mode), cтатические потери за счёт этого возрастут незначительно - на интервале полуволны RMS увеличится всего на 15-20%, поэтому параллелить MOSFETы я бы не стал. Кстати, при Вашем алгоритме, без нагрузки (или при некоторой реактивной нагрузке) у Вас будет soft switching, поэтому ключи холодные, но при определённой нагрузке всё это пропадает, и проблема. С меньшей индуктивностью дросселя это нагрузка будет больше, а риск меньше. Однако переменная составляющая дросселя будет расти, и будут греться провода даже на холостом ходу. Над дросселем придётся работать.
Решайте сами - или большая индуктивность, холодный простой дроссель, но снабберы, или никаких снабберов, но поиск компромисса в значении индуктивности, её усложнение (может стоить нескольких MOSFETов, а дроссель не влезет на прежний сердечник хоть и витков меньше), или всё же диоды (на все транзисторы). Последнее самое простое.

SNA, все эти вопросы весьма ёмкие, их не раскрыть на форуме, одно перечисление сути занимает кучу места и времени. Но Вы найдёте ответы, если покопаете.

Однако мне понравилась эта ветка, приятно было читать, я получил удовольствие.
Вот ещё интересно - о чём это предупреждают синие кубики под моим именем? Это опасно?

Да, Orthodox, Серёга +500 в мемориз... Ко мне обращаться на ты, особенно в третьем лице, и это всех касается.

Андрей, какие могут быть извинения, все нормально.
На счет снабберов вроде бы понятно, единственное понятней было бы со схемой, то есть куда их тулить (ТТ и дроссели), я так полагаю между двумя встречными транзисторами?
Провод грелся, я имел ввиду что в питающей постоянке ток был 5А, а на ключах хрен его знает, ну где-то в районе 7А. Да, дроссель надо улучшать, как можно ближе обмотку к железу, ну с литцендратом не получится, а вот скажем в 20-ть проводов диаметром 0,5мм можно, хотя наматывал скручивая их в косичку и просто жгутом друг возле друга - эффект тот же, только жгутом намотка плотнее и как мне кажется лучше были характеристики. Вообще проблема с железом, не могу найти ЭТС толщиной 0.08мм чтобы сделать менее габаритный дроссель, или дросселя бы найти с таким железом чтобы с них собрать нужный.

Включить два дросселя и два конденсатора на минус питания инвертора (ключей), даже не знаю что будет. Силовой трансформатор работает в своем режиме синусоидального тока, без него на выходе фильтра уже чистый синус, конденсатора вполне хватает, увеличив емкость кондера и уменьшив при этом индуктивность дросселя увеличаться токи на ХХ и начнет все грется, сейчас у меня на ХХ инвертор потребляет меньше 20Вт, для сегоднящней его выходной мощности 2.5кВт - это очень даже не плохо. Ранее я делал инвертор с синусом на 7кВт, там такой проблемы не было, там не много отличался метод нарезания синуса и кондер 50мкФ стоял на выходе 220В, дрпоссель грелся как печка и его вес был больше 20кг, при нагрузке температура уменьшалась - к этому я возвращаться не хочу.
Пока я решил запустить схему как есть в параллель поставив транзисторы, но к этому я изменил монтаж вокруг транзисторов, навешал на них всякой дребедени (конденсаторы, супресоры), вообщем страшно смотреть, поэтому не фотографировал чтобы не позорится, я сам люблю чтобы было все в акурате. Ко всему этому гальванически развязал выход 220В с питающим минусом при помощи маломощного транса для обратной связи. В программе увеличил длительность мертвого времени верхних ступенек, с 2.5мкС до 5мкС - думаю время для боди диода будет достаточно чтобы разгрузить схему от обратного хода и сбавить ток.
Дальше буду думать над активной защитой (монитор обратного тока, блокировка включения ключа)- это мне кажется будет по лучше снабберов, останется только разработать более простой вариант схемы защиты.
На счет диодов, наверно это неизбежно, прийдется как нибудь их поставить.
Андрей спасибо за разъяснения и рекомендации.

Да кстати, ко мне обращайтесь на ТЫ - это я ко всем обращаюсь.
С ув. Сергей