Версия для печати темы

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 16:37

Здравствуйте!
Делаю преобразователь напряжения 12VDC->115В 400 Гц (с претензией на синусоидальность) используя Atmega16, IR2110, IRF540N по мостовой схеме. Синус формируется из ШИМ-сигнала, имеющего частоту 31250 Гц. Цепи стабилизации и защиты отсутствуют, поскольку предполагается кормление от инвертора только лишь вентилятора ДВО-1-400 мощностью 50Вт. Схема и файл печатной платы во вложении. Силовой выходной трансформатор серии ТА-115-400 включается своей 12 вольтовой вторичкой в диагональ моста и на схеме не показан. Обнаружил косяк с цоколевкой выводов транзистора (использовал непроверенную библиотеку, каюсь). Чтобы плату не перерисовывать, перегнул сток и исток транзистора. Сначала распаял контроллер, его обвязку, один драйвер и его полумост. Осциллограф показывает появление сквозного тока в момент выключения транзисторов (дедтайм примерно 600нс). Просьба покритиковать схемотехнику и трассировку платы, в силовой электронике я новичок. Подозреваю, что накосячил в трассировке, но, в какую сторону смотреть и что исправить, пока не представляю.
Адептов нормоконтроля и ЕСКД просьба не кидаться табуретками, поскольку делаю вещицу сугубо для себя, для проверки идеи. Танталовые емкости SMD типоразмера D заменил керамическими 47 мкФ 50 В по причине их наличия под рукой. Дроссели мотались на ферритовых кольцах М2000НМ, их индуктивности подгонялись под величину 6.7 мГн (примерно) на частоте ШИМ (31250 Гц) с помощью RLC-метра. Попутно возникают два вопроса:
1. Насколько корректно использование IR2110 при напряжении питания 12В?
2. Почему в цепях вольтодобавки драйверов во многих конструкциях мостовых и полумостовых источников питания разработчики используют конденсаторы емкостью десятки мкФ, хотя по расчетам даже с учетом 10-15 кратного запаса следует использовать конденсаторы емкостью единицы мкФ максимум?
С уважением.
 inverter_sch.sch ( 191.99 килобайт ) : 70

 inverter_pcb.pcb ( 223.99 килобайт ) : 53

Автор: borodach Jul 31 2018, 17:25

на 50Вт можно было бы на порядок меньше сделать плату, если использовать смд компоненты.
IRS2186, например.
IPD096N08, например.

1. почему бы и нет.
2. Потому что после одного подзаряда этой ёмкости ключу надо успеть один раз, а может тысячу раз открыться-закрыться, а ещё от неё кормится драйвер, а ещё напряжение на этом конденсаторе не должно за этот период снизиться ниже порога UVLO драйвера, а так же оно не должно снизиться ниже предела, при котором начинает расти Rds_on ключа

Мёртвое время должен генерить сам контроллер. В задачи IR2110 не входит формирование задержек между переключениями.
Ну или если код допиливать лень, вставьте между МК и драйвером цепочки RCD для задержки.

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 17:30

Плата делалась на коленке методом лазерного утюга, задача жесткой экономии места не стояла. У меня мертвое время и формируется микроконтроллером.

Автор: Herz Jul 31 2018, 17:48

Вам бы следовало выкладывать схему и трассировку в PDF или другом общедоступном формате. Не у всех есть КАД, в котором Вы их создавали.
Я подобную задачу решал по-другому. Сначала чисто аналогово, с применением 400-герцового трансформатора. Затем на ВЧ, с применением микросхемы UC3871. Она одновременно управляет пуш-пулл каскадом и понижающим конвертером для него, модулируя питание частотой 400Гц. Получилось довольно компактно и просто. А мост на низкие входные напряжения - это плохое решение.

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 18:07

Исправляюсь, выложил схему и плату в удобоваримых форматах. А в чем порочность использования моста при низких напряжениях питания? И можно ли напряжение питания 12 В считать низким? Кроме того, устройство делается в учебных целях, не имея опыта разработки схемотехники импульсных источников питания и трассировки печатных плат для них наивно лезть в области высоких напряжений и мощностей. Для меня это учебно-тренировочный проект. В чем порочность моей схемотехники и трассировки платы?
 inverter_sch.pdf ( 56.67 килобайт ) : 45

Касаемо питания моста от 12В. У китайцев есть платы EGS002 и EGP1000W для построения инвертора с чистым синусом на выходе. Один из вариантов использования этих плат допускает построение инвертора с напряжением питания моста 12В и большим железным трансформатором на выходе.

Автор: Herz Jul 31 2018, 18:10

Всё, конечно, относительно. Просто с выбранными Вами транзисторами из входного 12В Вы будете терять напряжение на них минимум 2В при 50 ваттах нагрузки. Есть, конечно, и получше ключи, но всё равно жаль впустую тратить КПД.

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 18:19

На первом этапе Бог с ним, с КПД, я не понимаю, почему у меня при выключении транзисторов дует сквозной ток. Я старался примерно прикидывать пути возвратных токов силовой части и логики во избежание интерференции и петель, но, избежать проблем не удалось.

Может быть, есть смысл перенести тему в раздел, относящийся к силовой электронике (с разрешения модераторов)? Все-таки вопросы у меня узкоспециализированные...

Автор: Herz Jul 31 2018, 18:21

Пусть здесь останется. Вопросы обычные для начинающих.

Автор: borodach Jul 31 2018, 18:34

А давайте на него посмотрим
выложите осциллограммы с обоих затворов
и с места, в котором вы видите сквозняк

и кстати

пусть включается, но зачем нужны С18 С19 С21 С22?

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 18:36

Я провел следующий эксперимент. Распаял контроллер, его обвязку (включая линейный стабилизатор), одну IR2110, и, относящийся к ней полумост. Потом порезал дорожки так, чтобы контроллер и IR2110 кормились от одного источника, а полумост- от другого. Оба источника независимы друг от друга и дают напряжение питания 12 В. В этой ситуации сквозной ток отсутствует. Как только я запитал все от одного источника, начались проблемы, появился сквозной ток. Оглядываясь на примеры использования драйверов полумоста, в частности, вышеупомянутые китайские платы, увеличивал емкость конденсатора вольтодобавки (bootstrap) с 0,68 мкФ последовательно до 10, 22 и 47 мкФ (эти конденсаторы были танталовые, всякий раз им в параллель стояла SMD керамика 0.1 мкФ). Ноль эмоций, сквозной ток не исчез. Исходя из этого я и сделал вывод, что у меня ошибки в трассировке платы. Но где и какие? Не ставить же вместо CVD цепочки вольтодобавки изолирующий DC/DC преобразователь. Иначе сама идея bootstrap-а губится на корню и нужно смотреть в сторону опторазвязки, а хочется пощупать IR-ку за всякое...

Автор: wim Jul 31 2018, 18:41

Если кольца без зазора, автору можно притормозить бурное обсуждение схемотехники инвертора и изучить вопрос - что такое дроссели, как и на чем их мотают.

Автор: Herz Jul 31 2018, 18:41

А как именно Вы его обнаруживаете?

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 18:42

Я некорректно выразился (перегрелся на работе), трансформатор включается в диагональ моста не напрямую, а через два П-образных ФНЧ, которые и образуют указанные Вами конденсаторы вместе с самомотанными дросселями. Частота среза фильтров близка к значению 400 Гц. Ведь мне ШИМ сигналом, фактически, по точкам, приходится строить синусоиду.

Автор: borodach Jul 31 2018, 18:46

+ проще трансформатор (в отличие от пуш-пула, у него одна первичка). На больших токах это может играть значительную роль
+ все выбросы с первички возвращаются во входной конденсатор, а не рассеиваются теплом в демпферах
- двойные потери в транзисторах на проводимость
- необходимо следить за симметричностью перемагничивания (перекос выводит трансформатор в насыщение с последующей аварией ключей)

С19 и С21 без толку гоняют реактивную энергию, они в интегрировании не участвуют вовсе

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 18:46

Сквозной ток был обнаружен по уходу источника питания половинки моста в токовое ограничение (3 А), а затем и с помощью осциллографа. Во время эксперимента элементы, образующие фильтр еще не были распаяны.

Автор: Plain Jul 31 2018, 18:47

Трансформатор должен иметь запас на Кзап, ну и вообще, тупо на амплитудное, а именно:

12 В · 0,8 / 1,41 <= 6,8 В

Таким образом, с нынешней вторичкой можно получить максимум 65 В, но при наличии C19 и C21 можно получить лишь фейерверк осколков в мягкие ткани тела, так что накрытие медным тазом жизненно необходимо.

Дроссель — это накопитель энергии, и накапливает он её в немагнитном зазоре. Поскольку никаких таких зазоров у ферритовых колец отродясь не было, то никаких дросселей сечас тоже нет, так что медного таза удвоилось. Для справки, в компьютерных БП ATX групповые дроссели намотаны на т.н. порошковых кольцах, немагнитный зазор у них подмешан в виде соответствующего вещества до спекания и получается распределённым по всему объёму.

В таких преобразователях стремятся сэкономить — один полумост делают низкочастотным и, соответственно, вдобавок обходятся одним дросселем.

Драйвер тоже не тот — надо было просто поставить синхронный полумостовой LM5104, MCP14628, NCP3420 и т.п., никаких сквозных токов тогда бы не было изначально, а низкочастотное плечо вообще сделать на россыпи.

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 18:51

П-образная схема LC-ФНЧ позволяет при той же самой частоте среза вдвое уменьшить номиналы емкостей (но удвоить их количество). В общем, захотелось поэкспериментировать, проект, напомню, для меня учебно-тренировочный.

Автор: borodach Jul 31 2018, 18:57

но надо иметь ввиду, что постоянный циклический перезаряд электролитического конденсатора выводит его из строя очень быстро.
тут плёнка нужна, МКР.
а вообще, снижайте частоту килогерц до 10-15, и избавьтесь от фильтров вовсе

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 18:59

Людей ввело в заблуждение слово дроссель, я некорректно выразился, понимая под этим словом катушку индуктивности, намотанную на ферритовом кольце, которая (катушка) используется для построения фильтра низких частот, а не для накопления энергии. А все-таки, чем порочно использование IR2110 в качестве драйвера полумоста? Дедтайм у меня формируется программно микроконтроллером, я могу его задать таким, каким посчитаю нужным...

У меня конденсаторы, входящие в состав ФНЧ-керамика 47 мкФ 50В.

Автор: wim Jul 31 2018, 19:02

Нет там никакой П-образной схемы. Конденсатор 47 мкФ заряжается через открытый верхний ключ, а потом разряжается через открытый нижний ключ.
Возможно, это и есть тот самый "сквозной" ток.

Автор: borodach Jul 31 2018, 19:06

вы всё верно сказали, а люди всё верно поняли. Катушка индуктивности - школьное понятие, а в электронике есть дроссель, а ему надлежит иметь зазор, потому что он работает с односторонним намагничиванием.

всё хорошо с IR2110, если делаете из того, что есть под рукой.
Можно было вообще HIP4082 использовать, она сразу полный мост делает.

осциллограмм по-прежнему нет.


судя по схеме - полярная

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 19:10

У меня сквозной ток наблюдался, когда на плате были только контроллер, его обвязка, включая линейный стабилизатор, одна IR2110 со своей обвязкой и одна половинка моста, относящаяся к этой IR-ке. Все. Больше на плате пока еще ничего не было. А ситуация, когда верхний транзистор половинки моста не до конца закрылся, а нижний не полностью открылся была видна на осциллографе. При этом контроллер (через линейный стабилизатор), IR-ка и половинка моста питались от одного источника.

Автор: borodach Jul 31 2018, 19:13

не видна

Автор: Herz Jul 31 2018, 19:14

Ещё раз переспрошу: как именно это было видно на осциллографе?

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 19:18

Я в самом начале писал, что вместо обозначенных на схеме полярных SMD конденсаторов 47 мкФ 50 В типоразмера D использовались керамические неполярные того же типоразмера, и также 47 мкФ 50 В. Осциллограмм нет потому, что я их не сохранял и пишу из дома, а настраиваю устройство на работе, до которой доберусь только завтра. Так что, как только, так сразу.

Herz, правильным ответом на Ваш вопрос о том, как это было видно на осциллографе будет скриншот с его экрана, который я смогу сделать только завтра на работе и выложить сюда. Словесное описание будет ненаглядным и неинформативным.

Автор: borodach Jul 31 2018, 19:19

чёж вы к врачам без анализов пришли?
только гадать на кофейной гуще остаётся
но я пас

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 19:40

Я сразу не догадался сделать скриншот осциллограммы, не предусмотрел. Но, это поправимо.

Еще вопрос к участникам обсуждения-не могли бы Вы посоветовать мне литературу по вопросам проектирования и отладки мостовых инверторов с синусоидальным выходом (pure sine wave inverters), где уделялось бы внимание расчетам схем вольтодобавки, дросселей с односторонним намагничиванием, выбору компонентов и особенностям трассировки печатных плат? Reference design-ы тоже были бы очень кстати. Английский язык подачи информации проблем не вызовет. Заранее благодарен.

Автор: Сергей Борщ Jul 31 2018, 20:08

Извините, что встреваю.

А разве после закрытия ключа не происхдит подзаряд этой емкости? Нет, понятно, что этот драйвер можно дергать как угодно, но ведь нормальная работа этой схемы подразумевает поочередное открытие верхнего и нижнего ключей, то есть не то что тысячи, но даже двух открытий верхнего ключа без подзарядки емкости быть не должно?

А можно хотя бы набросок схемы посмотреть? Возможно будет похожая задача - получать три фазы 36 В 400 Гц из 27 В постоянки, но что-то пока с 400 Гц на ВЧ в голове картинка не складывается.

Автор: Herz Jul 31 2018, 20:21

Да запросто. Я даже уже выкладывал как-то.

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 20:23

Сейчас обнаружил, что эту схему до меня реализовал один товарищ http://electronix.ru/redirect.php?https://www.youtube.com/watch?v=Uj0bGc51nv0. Идеология у него и у меня идентичны-контроллер формирует противофазные ШИМ сигналы и далее по тексту. Только у него плата однослойная, а я под полигон земли отвел отдельный слой, который, по возможности, постарался сделать неразрывным, стараясь избежать интерференции возвратных токов и стараясь избегать петель. Вот только устройство не заработало... То есть, далеко не всегда в силовой электронике есть смысл отводить под землю отдельный слой? Мне бы что-нибудь толковое почитать по разработке печатных плат инверторов...

Автор: Vasily_ Jul 31 2018, 20:26

Нечего тут вообще смотреть, нет даже блокирующих конденсаторов по питанию, и кварц похоже звенит на непонятной частоте.

Автор: borodach Jul 31 2018, 20:47

В простом дцдц транзисторы работают поочерёдно, это да. Конденсатор подзаряжается каждый раз при работе нижнего ключа.
В синусоидальном инверторе с модуляцией ШИМ-2 транзисторы работают также поочерёдно. А с модуляцией ШИМ-3 каждый ключ нарезает 180 градусов синусоиды, второй ключ молчит. И прикиньте, сколько раз за эти 180 градусов ему включаться-выключаться.

после закрытия ключа подзаряд этой емкости сам по себе не происходит.

Автор: Herz Jul 31 2018, 20:50

Что-то уж очень подозрительное обнаружение. Вплоть до нагрузки в виде вентилятора...

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 20:57

Значит, не я один такой маньяк и не у меня одного мозги плавятся от жары. А что касается нагрузки в виде вентилятора на 400 Гц-он весьма вкусен тем, что при малых габаритах имеет мощность 50Вт и дает 70 м^3 воздуха в минуту, чего, по-идее, должно хватить для охлаждения себя любимого. Полезное с приятным...

Автор: Herz Jul 31 2018, 21:02

При его шуме приятного мало. Быстро надоест.

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 21:08

Я гонял его на работе на имитаторе сети, способном эмулировать однофазные сети в том числе 400 Гц-воет, как авиационная турбина, но какой воздушный поток при малых габаритах! В такую жару за одно это ему прощается все остальное.

Кроме того, я получаю бесценный опыт разработки pure sine инвертора.

Автор: Plain Jul 31 2018, 21:14

ДВО разумеется занятная игрушка, но почему Вы пришли на форум сейчас с электронным ломом, а не раньше, лишь с безвредным замыслом.

Автор: Enrad_87 Jul 31 2018, 21:16

Однако, время. За сим позвольте откланяться.

Plain, переформулируйте, пожалуйста, вопрос. Не понял, если честно.

Автор: Сергей Борщ Jul 31 2018, 23:37

Еще раз прошу прощения у Enrad_87, что встреваю в его тему.

Спасибо. Теперь более-менее понятно. Узнал много нового, проникся. А почему бы не нарезать эти 180 градусов синусоиды нижним ключом? Тогда верхний достаточно будет включить один раз за 180 градусов синусоиды. И второе, если уж мы решили нарезать верхним ключом - что мешает на время его выключения включать нижний? Ток в это время все равно течет через паразитный диод нижнего ключа и включение нижнего ключа только снизит падение напряжения на нем и нагрев.


Большое спасибо. Вот схема справа от трансформатора у меня и не придумывалась.

Автор: halfdoom Aug 1 2018, 03:54

Идея правильная и рабочая, но микросхему эту, сейчас за разумные деньги не найти. У нас еще в 2016 возникли проблемы с покупкой, а сейчас она настолько EOL, что даже на китайских оптовых складах нет в наличии.

Автор: borodach Aug 1 2018, 05:47

яж вроде внятно написал - оппозитный ключ поочерёдно работает вместе с "тяговым" в шим-2, а в шим-3 оппозитный молчит

а если начинаются проблемы с запиткой ключей - они решаются установкой местных преобразователей. Если простого увеличения ёмкости мало.

Автор: Сергей Борщ Aug 1 2018, 05:56

Но почему? Судя по http://electronix.ru/redirect.php?https://granitedevices.com/wiki/3-level_PWM_vs_2-level_PWM ничего не мешает использовать классический двухтактный режим в каждом из полумостов и при этом иметь трехуровневый ШИМ между выходами моста:


Добавлено:
Еще раз: что значит "ключ молчит"? Там же есть паразитный диод в нижнем ключе и поскольку ток в обмотке трансформатора не может пропасть мгновенно, при закрытии верхнего ключа этот ток будет продолжать течь через паразитный диод нижнего. И что мешает нам в этот момент открыть нижний ключ чтобы уменьшить падение на этом диоде и уменьшить его нагрев, а заодно и подзарядить емкость вольтодобавки верхнего ключа?

Или вы хотите иметь трехуровневый ШИМ на каждом из выходов моста? Но какой в этом смысл? Нас же интересует ток через обмотку трансформатора, а он определяется напряжением между выходами моста, и для получения трехуровнего ШИМа между выходами моста совсем необязательно иметь трехурнеый ШИМ на каждом из выходов. Я просто пытаюсь понять.

Автор: jcxz Aug 1 2018, 08:20

У меня на EVB (на которой сейчас работаю) стоят конденсаторы по 1мкФ в цепях вольтодобавки. ШИМ на 20кГц - таких емкостей вполне хватает. Даже с запасом.


А ещё - управление нижним ключом должно быть так рассчитано, чтобы в каждом периоде ШИМа нижний ключ открывался на время достаточное для подзарядки этого кондёра.
А не один раз на тысячу периодов. И тогда не надо будет конских емкостей.


Может тогда стОит сразу кондиционер разрабатывать?


Видимо потому что раньше ещё не наступила жара

PS: Предлагаю продать имитатор сети и на вырученные деньги купить кондиционер.

Автор: borodach Aug 1 2018, 08:25

мало ли, что у вас.
вы же не знаете, какие ключи с каким зарядом затвора в каком количестве стоят на плате, о которой говорит ТС, где конденсаторы вольтдобавки имеют размерность десятков мкФ. К чему эта информация о том, что там у вас на вашей EVB...


хорошо подумайте и выразите мысль ещё раз, без косяков

Автор: jcxz Aug 1 2018, 08:34

К тому что мощность у меня примерно такая же, а значит и при подобном управлении и ТС должно её хватать. Заряды затвора ключей у него тоже вряд-ли отличаются на порядки от моих, а если даже и так - ну значит стоит их заменить на более адекватные.


Мысль эту уже выразил Сергей Борщ. Поздно прочитал.
А если не ясно, то: Почему бы не открывать нижний ключ в каждом периоде ШИМ? Зачем рассчитывать ёмкость конденсатора на весь период формируемой синусоиды, а не на период ШИМ только?

Автор: wim Aug 1 2018, 08:53

А зачем? Городить второй аппаратный ШИМ, синхронизированный с первым, формирующим синус, чтобы "сэкономить" несколько микрофарад? Я вообще не понимаю, зачем здесь бутстрепная схема - можно просто сделать гальванически развязанное питание для драйверов верхних ключей.

Автор: Сергей Борщ Aug 1 2018, 09:10

Если вы по каким-то непонятным пока причинам не хотите по очереди открывать верхний и нижний ключ. то почему не ШИМить нижний ключ?
Зачем городить два (у нас же мост) гальванически отвязанных питания и два транслятора управляющих уровней, если того же эффекта можно добиться двумя восьминогими микросхемами, которые у китайцев стоят 20 европейских копеек?

Автор: wim Aug 1 2018, 09:34

Есть разные способы формирования синуса. Тот, который сейчас обсуждают, это когда импульсы одной полярности формируют одну половину синусоиды, импульсы другой полярности - другую половину. Этот способ хорош тем, что в спектре отсутствуют четные гармоники - в бестрансформаторном инверторе можно немного сэкономить на выходном фильтре. В данном случае этот способ формирования синуса неактуален, т.к. огромная индуктивность рассеивания трансформатора вместе с небольшой емкостью на вторичной обмотке отфильтруют все.

Я не умею в уме пересчитывать ноги в копейки. Если есть какая-нибудь схема, ее можно обсудить. А еще лучше - промоделировать.

Автор: jcxz Aug 1 2018, 09:56

Тогда понятно. Видел не раз такой вариант формирования синуса, но не понимал в чём его плюс.

Автор: Сергей Борщ Aug 1 2018, 10:37

Импульсы где? Я на прошлой странице приводил картинку, на которой каждый выход моста работает в двухтактном (push-pull) режиме и при этом через обмотку трансформатора проходят импульсы разной полярности. Это не то, что сейчас обсуждают? Я в самом деле чего-то не понимаю, но пока не могу понять - чего именно.

Автор: wim Aug 1 2018, 11:16

Это именно оно. Импульсы на обмотку трансформатора в одном полупериоде синуса подаются в одной полярности, в другом полупериоде - в противоположной полярности. По-буржуински это называется http://electronix.ru/redirect.php?https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-the-unipolar-and-bipolar-PWM-inverter, а в нашей литературе - по-всякому, например, несимметричная ШИМ.

Автор: Сергей Борщ Aug 1 2018, 11:48

Так что нам мешает открывать нижний транзистор, когда верхний закрыт?

Автор: wim Aug 1 2018, 12:15

Ничего не мешает. Усилитель класса D так и работает.

Автор: Сергей Борщ Aug 1 2018, 12:46

Спасибо. Значит вольтодобавка будет работать и нет никакого смысла наращивать емкость вольтодобавки, потому что нет никакой необходимости тысячи раз открывать верхний транзистор с одной подзарядки.

Автор: wim Aug 1 2018, 13:01

"Однополярный" ШИМ технически проще реализовать, т.к. нет проблемы сквозных токов - для начинающего это может оказаться полезным.

Автор: jcxz Aug 1 2018, 13:08

Нет проблемы сквозных токов => нет мёртвого времени => нет искажения синусоиды тока, вызванной мёртвым временем? Так?

Автор: borodach Aug 1 2018, 13:13

искажение синусоиды тока, вызванное мёртвым временем, у человека в голове, и оно не существует в реальности

потому что есть боди диоды, проводящие в этот самый период мёртвого времени

Автор: wim Aug 1 2018, 13:17

Как говорит мой коллега, палки с одним концом не бывает. Без нагрузки там будет далеко не синус. Но автор, вроде бы, без нагрузки его включать не будет.

Автор: jcxz Aug 1 2018, 13:18

Ну да, датчики тока, которые видят это искажение - видимо тоже плод больного воображения.....

Автор: borodach Aug 1 2018, 13:52

а вы представьте себе обычный синхронный DCDC с обратной связью, которому внутреннюю опору меняем по синусоидальному закону - это и будет один полумост мостового инвертора, с модуляцией шим-2, которую упоминал я, или биполярной шим, которую упоминал wim. Это одно и то же.
На выходе этого DCDC получим синусоиду с минимумом около нуля и максимумом около напряжения питания.
Сделаем допущение, что полоса пропускания этого DCDC хотя бы на порядок шире частоты нашей синусоиды.

Сам DCDC имеет аппаратный дедтайм, в течение которого оба ключа заперты.
Но току дросселя не прикажешь подождать, пока ключи там меж собой договариваются, успел ли один запереться, а второй - отпереться.
1. Как вы думаете, через что он потечёт в мёртвое время?
2. Какую функцию будет нести нижний ключ после окончания мёртвого времени?
3. Включив какой-то ваш гипотетический датчик тока в какое-то место, что вы надеетесь на нём увидеть?


те, кто меня понимает, не говорите, что у этого DCDC не биполярная шим. Предположим, что биполярная Такой вот специфический дцдц.

Автор: Enrad_87 Aug 1 2018, 16:30

Однако, здравствуйте!
Извините, что весь день не отвечал, на работе избегаю заходить на форум, дабы не палиться. Как и обещал, выкладываю скриншот осциллограммы затворных сигналов. Первый канал относится к затвору верхнего транзистора, второй-нижнего. Сигналы смотрелись относительно общей точки схемы, режимы входа обоих каналов осциллографа-закрытый. Условия эксперимента были следующие-на плате распаяны ТОЛЬКО ЛИШЬ контроллер со своей обвязкой, одна IR2110 со своей обвязкой и относящаяся к ней половинка моста. Фильтр и трансформатор не распаяны. Все цепи запитаны по штатному, то есть, от одного источника.
Мне следовало сказать об одной вещи в самом начале, чего я не сделал, поэтому, скажу об этом сейчас. Прошивка микроконтроллера заставляет его генерировать противофазные ШИМ-сигналы, которые молотят непрерывно (а не пачками импульсов, то есть, сначала пачка импульсов от одного канала, в это время другой канал молчит, и наоборот, этого нет, оба канала работают непрерывно, но, в каждом периоде ШИМ-сигнала свое значение свкажности, которое берется из таблицы синуса). Такие сигналы, будучи пропущенными через ФНЧ, дадут противофазные синусоиды, центрированные относительно середины питания. То есть, то, что я делаю, очень отдаленно напоминает усилитель класса D.
Попутно у меня появляется ряд вопросов:
1. Допустимо ли использование бутстрепной схемы при напряжении питания моста 12В? Или все-таки лучше сотворить опторазвязку либо gate drive
transformer?
2. Посоветуйте, плиз, литературу, посвященную проектированию инверторов с чистым синусом на выходе, где рассматривалось бы, что такое ШИМ-1...ШИМ-5, методы формирования синусоиды, выбор компонентов, проектирование дросселей и драйверов (бутстрепных, GDT, опторазвязанных), построение цепей защиты, влияние паразитных параметров и трассировка печатных плат, а также другие аспекты, относящиеся к данному вопросу. В математическом анализе есть Фихтенгольц, наверняка и в силовой электронике есть основополагающие публикации, посвященные интересующему меня вопросу.

Автор: wim Aug 1 2018, 17:02

Так и пишИте в гугле, что интересует, только аглицкими буквами: pure sine wave pwm inverter design.

Автор: Enrad_87 Aug 1 2018, 17:12

wim, наверняка есть что-то основополагающее. Как есть учебник Фихтенгольца "Основы математического анализа" (это классика). Так, наверняка, есть столь же основополагающие авторы публикаций (как монографий, так и статей), посвященных интересующим меня вопросам.

И еще, касаемо уже осциллограммы. Я не понимаю, того, что наблюдаю. Почему у меня такие отвратительные фронты сигнала в завторной цепи верхнего транзистора полумоста (желтая осциллограмма)?

Автор: wim Aug 1 2018, 17:28

У Вас проблемы с базовой подготовкой (начиная с терминологии). До фихтенгольцев пока еще далековато. Напряжение на затворе МОП-транзистора смотрят относительно его истока. Осваивайте LTSpice.

Автор: Enrad_87 Aug 1 2018, 17:37

Фихтенгольца я привел как пример, подразумевая, что в любом направлении есть основополагающие авторы монографий и публикаций в периодике, с которыми нужно знакомиться в первую очередь, приступая к изучению темы. Тот факт, что я создал тему в разделе "для начинающих" подразумевает, что у меня знания в данной предметной области практически отсутствуют. Я, кстати, прямо об этом говорю в самом первом своем сообщении. Как бы так, между прочим.

Насчет Фихтенгольца. Моя базовая специальность на момент обучения 12 лет назад звучала как "Физика полупроводниковых приборов", так что вышеозначенный трехтомник в свое время был для меня настольной книгой (одной из).

Автор: wim Aug 1 2018, 17:42

Да Вы это повторяете почти в каждом сообщении. И что теперь - разъяснять Вам в каждом ответе, что дроссель это катушка, а то, что Вы называете "скважностью" на самом деле коэффициент заполнения? Это - не силовая электроника, это вообще базовые понятия теории электрических цепей. Так что не морочьте голову ни себе, ни нам - начните с моделирования схем в симуляторе. LTSpice, пмсм, самый подходящий вариант.

Автор: Enrad_87 Aug 1 2018, 17:46

wim, есть вопрос-а в LTSpice есть модель IR2110? Можно ли в нем моделировать работу схемы, содержащей запрограммированный микроконтроллер?

Автор: wim Aug 1 2018, 17:55

Ничего этого не нужно. В симуляторе Вы можете промоделировать работу силовой части, проверить отсутствие сквозных токов (или наоборот) и оценить потери.

Автор: Enrad_87 Aug 1 2018, 18:00

А разве IR2110 не относится к силовой части? Мне как раз было бы интересно загнать на моделирование и ее, посмотреть, как работает цепь вольтодобавки, уточнить номинал бутстрепного конденсатора. Бог с ним, с контроллером, коэффициент заполнения можно и руками задать.

Автор: wim Aug 1 2018, 18:14

IR2110 есть в библиотеке http://electronix.ru/redirect.php?http://valvolodin.narod.ru/models.html. Но упрощенные модели работают быстрее. Вы же хотите хотите хотя бы четверть периода посмотреть (5 мс с шагом 100 нс)?

Автор: Enrad_87 Aug 1 2018, 18:28

Спасибо, буду ковырять LTSpice. Касаемо осциллограмм. Я понимаю, что правильнее смотреть напряжения на затворах относительно истоков, но у меня земля всех каналов осциллографа одна, и закорачивать через нее истоки неправильно. А одновременно посмотреть оба сигнала хочется. Я правильно понимаю, что мои некрасивые фронты и выброс могут быть артефактами?

Автор: wim Aug 1 2018, 18:50

Могут. Чтобы посмотреть форму сигнала на затворе верхнего ключа, один канал осциллографа можно подключить к затвору, другой - к истоку верхнего ключа и вывести на экран их разность.

Автор: Enrad_87 Aug 1 2018, 19:13

wim, спасибо за подсказку. Завтра постараюсь снять осциллограмму корректно.

Автор: jcxz Aug 2 2018, 07:21

Видимо - не хватает длительности deadtime. В свойствах таймера, которым формируете ШИМ, deadtime вообще включен?

Автор: Herz Aug 2 2018, 07:48

А по-моему, там всё нормально с deadtime.

Автор: HardEgor Aug 2 2018, 08:02

Это всё имеет гигантский объем, десятки книг.
Попробуйте начать с Семенова:
Силовая электроника: от простого к сложному 2005 Семенов Б. Ю.
Силовая электроника для любителей и профессионалов 2001 Семенов Б. Ю.

Автор: jcxz Aug 2 2018, 08:16

По такой осц. трудно что-либо понять. Сделана как будто "на отвали".
Надо сначала посмотреть на сигналы перед драйвером. Но чувствую ТС так и дальше будет темнить, выдавливая по крохам инфу. Как будто это не ему нужно, а он под пытками сознаётся...

Автор: jeelman Aug 2 2018, 15:34

на 50Вт можно совсем простую схему использовать.
http://electronix.ru/redirect.php?http://vfl.ru/fotos/f7282bb722731851.html

Автор: Enrad_87 Aug 2 2018, 16:08

Добрый вечер!
Извините, что не отвечал в течение рабочего дня, на работе у меня нет возможности заходить на форум, поэтому воспринимать мое длительное молчание как нежелание общаться, так называемое "общение через губу" не следует. Возможность пользоваться форумом только во внерабочее время-данность для меня, которую изменить не представляется возможным. А теперь по существу.
Я постарался корректно снять осциллограммы сигналов на затворах верхнего и нижнего транзисторов полумоста в соответствии с рекомендациями участника дискуссии wim, когда смотрятся сигналы на затворе и истоке верхнего транзистора относительно истока нижнего транзистора, а затем берется их разность. Все сигналы нижеприведенных осциллограмм измеряются относительно истока нижнего транзистора. Верхняя кривая-сигнал на затворе верхнего транзистора относительно его истока, нижняя-сигнал на затворе нижнего транзистора относительно его истока. Сигналы измерялись при следующих значениях номиналов затворных резисторов:
1. Rg=9.1 Ом

2. Rg=6.2 Ом

3. Rg=5.6 Ом


Ситуация качественно меняется слабо.
У меня есть ряд вопросов:
1. Чем обусловлена особенность выключения нижнего транзистора? Разрядные цепи обоих транзисторов идентичны, но проблемы с выключением только у нижнего. У меня возникает подспудное желание заменить использованный ultrafast uf4007 на диод Шоттки. На осциллограммах видно, что особенность выключения нижнего транзистора проявляется при изменении напряжения от примерно 10 до примерно 8В. Их разница примерно соответствует прямому падению напряжения на uf4007 при токе 6А. Но почему я не наблюдаю такой же картины для верхнего транзистора?
2. Пользователь HardEgor писал: "Это все имеет объем десятки книг". Ничего страшного, в институте меня приучили работать с большим объемом литературных данных, поэтому, если Вас не затруднит, не могли бы Вы огласить библиографию?
3. Касаемо иголок в сигналах, у меня есть тихое подозрение, что это влияние перекрестных помех. У меня, по-видимому, получается отдаленный аналог печатного трансформатора, дорожки, относящиеся к цепям управления, расположены рядом. Нужно было между ними проложить земляную дорожку.

jeelman, спасибо, но я бы хотел довести до ума свой вариант. Тем более, что он делается в учебных целях.

Автор: jeelman Aug 2 2018, 16:14

судя по приведённым картинкам у вас верхний ключ открывается на открытый нижний. если это и на входе драйвера то надо исправить программу.

Автор: Enrad_87 Aug 2 2018, 16:21

И почему я сам этого не заметил? Тьфу, блин...

Автор: jcxz Aug 2 2018, 16:44

Я ещё несколько сообщений назад писал что судя по осц. у Вас deadtime не достаточный (или его нет).
Ну а по последним картинкам видно что вообще неправильно формируются сигналы управления ключами. Даже непонятно как.

Автор: Enrad_87 Aug 2 2018, 16:48

Это меня заглючило, я сделал временной сдвиг ШИМ-сигнала и его инверсии, допустив тем самым ситуацию, когда нижний ключ я еще не закрыл, а верхнему уже даю сигнал на открытие. В общем, я сам себе злобный буратино, сам себе организовал сквозной ток и еще чего-то хочу от жизни.

Автор: Сергей Борщ Aug 2 2018, 16:49

Похоже, вы изначально выбрали не те выходы процессора. Вам надо было использовать OC1A и OC1B - они управляются от одного таймера и настроив их в режим Phase and frequency correct PWM очень легко получить и мертвые времена и нужную временную диаграмму и одновременную перезагрузку регистров сравения. С вашим же подключением приходится думать о начальной синхронизации таймеров (возможно, из-за этого у вас сигналы и налезли друг на друга).

Автор: jcxz Aug 2 2018, 16:49

Естественно - через защитные диоды ключей.


У меня не дроссель, а обмотки двигателя. Хотя думаю от этого ничего не меняется. И датчики тока включаю естественно в фазные провода. И вижу естественно - токи фаз. А что я должен там видеть по Вашему?

Автор: @Ark Aug 2 2018, 16:56

Угу. При переключении с верхнего на нижний - deadtime правильный (по сути, но не факт, что по времени).
А при переключении с нижнего на верхний - это уже не deadtime - а "сквозняк".
Видимо, программно все формируете... Предпочтительнее использовать специальные аппаратные режимы ШИМ в МК.
Либо драйверы, где deadtime формируется аппаратно...

Автор: Plain Aug 2 2018, 17:17

Это констатация, не вопрос.

Автор: jeelman Aug 2 2018, 17:48

для вентилятора я бы пожалуй остановился на такой схеме, если использовать нч трансформатор
впрочем это оффтоп
http://electronix.ru/redirect.php?http://vfl.ru/fotos/5a3435ad22733360.html

Автор: Enrad_87 Aug 2 2018, 18:57

В общем, я понял, что мне нужно нарисовать правильный алгоритм управления транзисторами. Но вопрос по поводу странностей выключения нижнего транзистора у меня остался.

Автор: Herz Aug 2 2018, 20:31

Тогда как Вы объясните собственное наблюдение того, что при раздельном питании сквозных токов, якобы, не было?

Автор: Enrad_87 Aug 2 2018, 20:43

Я видел, что ток, потребляемый полумостом от отдельного источника питания был 15 мА и на этом успокоился, осциллограмму не снимал.

Я повторю свой вопрос. Я понимаю, что мой алгоритм управления транзисторами ошибочен. Но, если я не ошибаюсь, и при правильном алгоритме при неизменной аппаратной части останется особенность выключения нижнего транзистора. С чем она может быть связана? Почему я ее не наблюдаю для верхнего транзистора?

Автор: @Ark Aug 2 2018, 21:32

Скорее всего, это связано с индуктивным характером нагрузки вашего полумоста.
В момент, когда оба транзистора закрыты - ток продолжает течь, за счет индуктивности, через защитный диод нижнего транзистора...
К deadtime и "сквознякам" это прямого отношения не имеет...
Чтобы наблюдать аналогичное явление на верхнем ключе - нужно вашу схему "загнать" в режим рекуперации...

Автор: wim Aug 3 2018, 06:44

Почему неправильная схема работает неправильно именно так, а не иначе. Вам бы философские апории сочинять. Однако в правильных схемах, например, в тех же http://electronix.ru/redirect.php?https://www.cybernet.co.jp/beetech/product/designkit/pdf/Class_D/class_d_audio_amplifier.pdf ничего такого не наблюдается.