Здравствуйте, уважаемые специалисты в области ИП! Подскажите пожалуйста, какую топологию выбрать для DC-DC преобразователя, выходной мощностью 50Вт, чтобы из 310В с 20%-разбросом получать от 25 до 250В, регулированием относительной длительности импульса. Хотелось бы, чтобы схема была работоспособна на частоте 100-200кГц.
По предварительным расчетам предполагаю прямоходовый (foward) преобразователь с двумя ключами (с косым полумостом), но сталкиваюсь с проблемой работы на высокой частоте - силовые MOSFETы (например, IRF720, IRF840, STP6NK70Z) не протягивают на высокой частоте работу при скважности (D=t/T) от 5% до 50%, которая бы обеспечила такие широкие пределы выходного напряжения. Может можно как-то обойти эту проблему?

Что означает: "не протягивают"? И где схема и др. исходные данные?

Время включения/выключения транзисторов десятки нс, время обратного восстановления порядка 150-400нс, на частоте 100кГц получаем, что 5% от периода составляет 500нс, а на 200кГц уже 250нс, соответственно красивых фронтов при очень узком импульсе ждать не приходится. Управление ключами осуществляется от процессора через драйвер IR2102, по схеме из даташита. Схема силовой части прилагается.
Тестирую пока на трансформаторе на сердечнике ETD29(материал N87), Ктр=2,02. Тогда Uвых=25В и соответственно Iвых=2А обеспечивались бы D=3-5% при Uвх=248-378В, а Uвых=250В и соответственно Iвых=0,2А обеспечивались бы D=33-50%.
Макет подключаю пока без ОС, от генератора прямоугольные импульсы посылаю на вход драйвера и он регулирует работу ключей, VT1, VT2 работают синхронно.Генератор позволяет регулировать скважность от 20 до 100%, так что реально оценить форму фронтов при работе ключей на очень маленькой скважности не могу.

У Вас в ТЗ что — конкретно микроконтроллер, 200 кГц и некая красота прописаны?

Схема может или работать, или не работать. Ответьте однозначно.

Всё что Вы перечислили как причины невозможности реализации задуманного источника говорит только о том, что необходимо снизить частоту преобразования, а ещё интереснее сделать её изменяемой, и при неизменной длительности (а может и изменяемой) импульса регулировать Кзап.=t/T. При этом придётся серьёзно подойти к проектированию выходного фильтра (с позиции амплитуды пульсаций и устойчивости). Вообще задача проектирования источника с широким диапазоном регулирования выходного напряжения имеет много трудностей, с одной из которых Вы и столкнулись. "Наглых", прямолинейных решений здесь может не получться.
И ещё. Не придумываёте новых терминов. Насколько помнится, скважность q=T/t (отношение периода повторения к длительности импульса), а тот параметр о котором Вы пишете d=t/T - коэфициент заполнения импульсов или Кзап. (в иностранной литературе duty factor, duty cycle - D).
Ссылка оказалась на поверхности: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%...%81%D1%82%D1%8C

Поддержу! Не помню с кем именно с этого форума я разговаривал года два назад по поводу схемы изменения чатоты для UC3825.
Схема была реализована на uc3823, отлично показала себя и даже вопреки ожиданиям не слишком капризна в регулировке.
Правда в данном случае может быть обратноход подойдёт больше.

Извините, с терминологией действительно промах вышел, имелся ввиду именно коэффициент заполнения (duty cycle). Частоту преобразования снижать по ТЗ нельзя, можно только поднять, процессор Blackfin, он до МГц работает, просто оговаривалась заказчиком частота 100-200кГц. Хотелось действительно "нагло" решить задачу, но соглашусь с Вами

[quote name='MikeSchir' date='Sep 24 2012, 14:36' post='1095594']
ещё интереснее сделать её изменяемой, и при неизменной длительности (а может и изменяемой) импульса регулировать Кзап.=t/T.

Правда на практике таких схем еще не делал, может подскажете, что почитать про частотно-регулируемые преобразователи. Что кроме фильтра усложнится со стороны схемотехники?

ну каким боком тут Блэкфин и частота его работы? Вы на Си или Ассемблере будете конвертер реализовывать?
Если серьёзно, не для программиста это задача. Хотите её решить - забудьте про блекфины, армы и прочие меги...
Выберите специализированный контроллер, их сейчас множество и они не просто так для ассортименту разрабатывались...

Управляющая программа будет на Си.



Блэкфин - тоже пожелание заказчика, вообще он у него уже стоит в другом устройстве, но не все его ресурсы полностью задействованы и необходимо по максимуму использовать контроллер, например, для управления проектируемым преобразователем. В то же время это требование можно обсудить и наверно даже убедить заказчика в необходимости применения специализированного контроллера. Но у меня нет опыта применения таких контроллеров, посоветуйте, пожалуйста, какие, например, вы уже использовали?

Опять тема о трудоустройстве контроллера? Источник - не его профессия. Программисты источники не разрабатывают.
Тому, кто требует 200кГц задайте вопрос: ему источник нужен или 200кГц? Поясните, что придется выбирать что-то одно, одновременно это не получится.
Прямоход тоже не получится, эта топология не для таких случаев. Это станет ясно с первых шагов его проектирования.

Для управления — пожалуйста, но никак не для создания. Тем более, что и для управления-то этот МК не приспособлен, на борту нет никакой аналоговой периферии.

Поскольку мощность постоянна, здесь оптимален двухключевой обратноходовый преобразователь на 50 кГц, а для управления им годится любой подходящий ЦАП.

Скажите,я правильно понимаю, что в двухключевом обратноходовом преобразователе максимальный Кзап=50% также как и двухключевом прямоходовом?

Неправильно. При изменении выходного напряжения, т.е. сопротивления нагрузки, Кзап неизменен — он зависит только мощности и входного напряжения.

Лихачество это. Для 50 ватт вполне и однотранзисторный сойдет.

Извинения приняты Бывает такое, что заказчик определяет частоту преобразования когда он расчитывает повысить помехоустойчивость, например какого-нибудь приёмного устройсва, за счёт разделения частот сигнала и преобразования. Проверьте тот ли у Вас случай.
Такие источники на 120Вт с ШИМ на переменной частоте, зависящей от выходного напряжения мы делаем, с регулированием от почти 0В до 30 В по внешнему сигналу. Всё очень просто: берёте UCC2804 и заводите, дополнительно к типовой схеме, управление на её автогенератор с выхода источника. Вариантов - тьма. Некоторые есть в апликейшн, в каких уже не помню, разработка начала-середины 90-х. Одна из проблем - непостоянная амплитуда пульсаций тока дросселя выходного фильтра, что накладывает требования к его проектированию. Вторая - при регулировании выходного напряжения сопротивлением делителя, меняется усиление системы, и может возникнуть неустойчивость. Решается не изменением сопротивления делителя, а "подливанием тока" в нижний резистор делителя от специального генератора тока, тем самым сохраняется почти постоянное усиление.


А так мы делаем 100Вт-ный источник с регулируемым выходом от почти 0В до 300В, только частота преобразования 100кГц, но на малых выходных она сама меняется в меньшую сторону за счёт пропуска рабочих тактов. Хотя это происходит значительно ниже 30В.


Отчего же? Если речь идёт о максимальном установленном (допустимом), то чтобы не иметь проблем с трансформатором Кзап.макс.=50%.

Неправильно в том смысле, что максимальный Кзап здесь 12%.

Это при каких исходных данных? Вроде нам исходных никто не давал А Вы так уверенно назвали цифры, что я даже испугался, может где-то я что-то упустил?

Разъясните, пожалуйста, поподробнее, как вы рассчитали Кзап=12%. Для меня, к сожалению это не очевидно.


А на UCC2804 можно хоть прямоходовый,хоть обратноходовый преобразователь сделать?На сайте http://www.ti.com/product/ucc2804#doctype1 нашлось 14 appnotes, но ни в одном из них не обнаружилось ничего подходящего..

Да, можно. UCC2804 я привел, лишь, как пример. На самом деле существует много серий микросхем "с токовой обратной связью" (current mode), одним из классических примеров которых является UC3842/43/44/45. По картинкам в ДШ и апнотам можно понять принцип действия. В частности автогенератор работает на принципе заряда конденсатора до определённого уровня и его разряда до другого уровня. Период будет зависеть от тока, которым этот конденсатор заряжается. Если менять этот ток, то можно менять частоту. А дальше буйная фантазия... свяжет этот элемент с выходом источника. В апнотах часто не бывает прямых решений, но МЫ же разработчики... или как?

Давали. Минимальное входное 176 В, минимальное выходное 25 В, и для дросселя 1:1 максимальный Кзап= 26 / (176 + 26) = 12,9%.

Пересчитал все буквы в теме , но нашёл только это:
Для 25 В могу согласиться, а как с 250 В?

Ну как... 0.999 заполнение
От 310 вольт остается-то 258, кажется?
Люди просто не представляют порядка величин и рамок осуществимости формулок.
Напрямую получить десятикратное регулирование выхода практически невозможно.
В ТЗ хотелки нужно раза в два минимум урезать. Или делать очень сложный прибор с двойным преобразованием.

При такой мощности (до 50 Вт), задача для ОХК достаточно простая, конечно, при нормальной СУ, а не на "блэкфин".

Это если делать не надо, а если делать - трудности найдутся


По приведённой выше формуле (где 12% насчитали), как раз Кзап.макс=~49%
Но с однотранзисторным обратноходовиком довольно неприятно работать, нужно брать транзистор Uds>600В.

Так ведь делали: 25 лет назад (на кт827, кд213 и к554са3 ), от ХХ до 100 Вт, выход от 2 до 50 вольт. Даже тогда каких-то принципиальных трудностей не возникло. Конечно, задачи достижения высоких удельных характеристик и КПД при этом не ставились.

Бойцы вспоминают минувшие дни... А что 22-й институт палки в колёса не ставил?
Прошу прощения за офтоп

Нет, это было оборудование гражданского применения (если я верно понял вопрос про 22 институт).

Да, покаюсь. За давностью лет подзабыл: полная мощность (100 ватт) начиналась вольт с десяти (а не с двух ). Хотя, если бы стояла задача и напрячься, сделали бы и на 50 ампер. И Вы бы сделали, и многие другие. А тем более сейчас...

Сойдёт, если в наличии ключ на 900 В и выше.


Соглашусь тоже, благо и сам автор давно потерял интерес к теме. Вообще, трудоустройство лишней ноги DSP изначально тянуло в лучшем случае на лабораторку.

Большое спасибо всем за участие в обсуждении и советы.
Прошу еще одного совета.
Решено преобразователь делать прямоходовый с двумя ключами. Ключами пытаюсь управлять от генератора через драйвер IR2102s. Нижний ключ управляется идеально, а вот с верхним- беда. Пока Uвх не подключено, с выхода HO IR2102s идут импульсы амплитудой 11В и на LO - 12В, а вот после включения питания силовой части на выходе HO амплитуда импульсов понижается до 3,5В, причем на LO импульсы сохраняют и форму и амплитуду. Естественно 3,5В-вых импульсов не хватает, чтобы открыть верхний ключ и напряжение на нагрузке совсем не такое, как должно быть.
Оговорю сразу, что в качестве обратной связи пока только мои глаза, видящие показания вольтметра, и руки, регулирующие частоту и длительность импульса на генераторе.
Попробовал проверить работу драйвера на одноключевой схеме. Нижний ключ попрежнему прекрасно управляется, коммутационные выбросы снимает RCD-цепь, схема работает правильно. Единственный минус проверял работу схемы постепенно увеличивая входное напряжение с 25 до 120В, на 120В сгорел ключ IRF840, RCD-цепь уже не спасла.
Верхний ключ тоже поначалу управлялся нормально, не считая выбросов при коммутации. При малом Кзап=20-25%, стоило увеличить коэффициент заполнения до 40-45%,как управляющие импульсы с выхода HO стали снова 3,5В. Подозреваю, что драйвер мог сгореть, но другого пока нет, чтоб проверить. Теперь даже при отключенном Uвх c HO идут импульсы 3,5В.
Схемы прикрепляю.
Может кто сталкивался с проблемой управления двухключевой схемой?

у вас на схемах нет емкости на питании верхнего драйвера. должен быть конденсатор между ножками 6 и 8 микросхемы ДД1. бутстрепный диод следовательно ничего не заряжает и нормального питания верхнего драйвера нет.

и какие-то странные конденсаторы на выводе 7. схема с критическими ошибками.

Извините, на скорую руку схемы накидывал-промахнулся, емкости С2 и С3 по 100нФ, на самом деле стоят не между 6 и 7 ножками, а между 6 и 8.

Заменил драйвер и все ключи в схеме на третьем рисунке(с одним только ключом верхнего уровня), конденсаторы еще раз проверил - все правильно между 6и 8 ножками стоят, просто в рисунке ошибка. Подал 25В на вход, схема работала минут 5, пока осциллографом потыкался, импульсы на HO снова из 11-ти вольтовых превратились в 3,5В, напряжение на нагрузке упало с 12,1 до 0,8В при Кзап около 20%. При отключении питания силовой части импульсы так и не выросли, походу опять сгорел...
Ну неужели никто больше не использовал IR2102?Может что взамен посоветуете?

Похоже, чтение бумаги на IR2102 в список этих мероприятий у Вас не входит.

Но если всё же когда-нибудь снизойдёте, то начните с раздела "Absolute Maximum Ratings", пределы для Vb и Vs.

Хуже IRовских драйверов, пока ничего не придумано. Это признал и сам производитель. Так что бросайте, пока крыша не уехала, я лично на них потратил уйму времени, о чём теперь сожалею. Кстати, у меня проблемы начинались от 50кгц, а вы мечтаете о 100-200, это уж точно утопия.

Вы просто не умеете их готовить.. У меня они во всевозможных вариантах работют с середины 90х годов и ничего..Правда в частоты выше 100кгц не лез

Поставил ИРС2117 в 500Вт источник, частота выше 110КГц. Несколько лет производится и всё нормально.
Можежете дать ссылку на "признания производителя"?

Ищите сами ссылку, сколько можно её вытаскивать. Защёлкивание драйверов вроде называется. Я умею их готовить, но не вижу смысла. Слишком они хлипкие. В тепличных условиях работают, но если вдруг прошла буря от включения мощного коллекторного двигателя и тю тю, проверено не раз.

Защелкивание устраняется на раз.
PS. вот в мощных коллекторных двигателях они у меня и используются. Так что Вы опять не туда в DS и AN смотрели.
(или вообще не заглядывали?)
Я тоже хочу ссылку, иначе это воспринимается как необоснованный наезд на Производителя, что есть совсем нехорошо.

Естественно входит. Смотрел и datasheet, и DT, и AN. Я полагаю, что при Vcc=12В, Vb=Vcc-0,8В(падают на диоде),уровень Vs близок к нулю. Собственно так и есть, пока не включено питание силовой части(которое кстати до 600В можно подавать, а у меня пока всего 25!), и я просто не пойму никак как же оно влияет на эти уровни? Нижний ключ-то работает безотказно.




Если не трудно, поделитесь, пожалуйста, опытом приготовления. Частоту кстати выше 100кГц тоже решил не поднимать, а на малых Кзап понижаю до 50кГц.

Как влияет требование Vs >= COM ? У Вас к этим двум проводам подключён трансформатор, т.е. прибор переменного тока. Дальше подсказывать надо?

Почему к двум?К Vs. Осциллографом успел посмотреть сигнал на Vs до того, как схема перестала работать - там импульсный сигнал с обмотки, а на Vb вроде около 11,2В было (Vcc=12В). Но что вы конкретно предлагаете?увеличить Vcc?

Считайте сами, ведь это простой русский язык:


Как видите, это простая русская речь о двух проводах, Vs и COM, 6-й и 4-й ноге микросхемы DD1, и у Вас к этим двум ногам, связанным выше упомянутым требованием из раздела "Absolute Maximum Ratings" официальной бумаги IR2102, подключена первичная обмотка трансформатора.

Да, так и есть. К Vs и COM. Просто невнимательно прочел. Меня скорее интересует подсказка, чтобы такого сделать, чтобы драйвер работал как надо и не горел?

Подсказка - нарисуйте прямо на схеме как протекает ток, заряжающий бутстрепный конденсатор.
Ответ - никуда не протекает, некуда ему протекать законным путём.

Этот самый конденсатор будет заряжаться пока открыт "нижний" диод, т.е. в данном случае, фактически, током намагничивания трансформатора, и если ток мал, то диод закроется и конденсатор не зарядится до 11 В. Что видимо и получилось.

Ну, может быть, увеличить ток намагничивания трансформатора. Да, может быть ток намагничивания мал, потому что мало напряжение питания преобразователя (они пропорциональны при одинаковой длительности импульса). Но это не ВСЁ!

Вы имеете ввиду "нижний" диод - это в двухключевой схеме тот диод, который включен между истоками mosfet-ов?

Очень вероятно, что так оно и есть, однако почему какое-то время схема с одним только верхним ключом работала?Тока сначала хватало, чтобы зарядить бутстрепный конденсатор, а потом он куда делся?И кстати первый раз драйвер перестал функционировать как раз когда я попытался увеличить Кзап и Uвх.

Может тогда накачивать ток в конденсатор дополнительной схемой, на 555 таймере, например.Подойдет ли вариант для IR2125 из DT92-4, если его модифицировать под IR2102s? pdf прилагаю.

А еще встречал схемы, где VS подтягивают к COM через диод или через высокоомный резистор, но уверенности в их правильности нет.Что скажете?

Если не трудно, дорисуйте красную линию - как именно будет протекать ток заряда бутстрепного конденсатора.
Зелёная линия - ток протекающий через открытый "нижний" диод.



А не проще ли сделать отдельное гальванически развязанное питание для драйвера верхнего ключа и забыть об этой проблеме?

Да Вы сами всё нарисовали, только токи через диод и через обмотку не равны. Узел токов (диода, заряда конденсатора, ток через обмотку - намагничивания) будет на катоде. Сумма токов в узле равна 0 (1-й закон Кирхгофа). Если через диод протекает ток (хоть какой-то), то потенциал его катода=-1В, и разность потенциалов на цепочке CbRg будет равна напряжению источника Vcc=12V, т.е. конденсатор заряжен. Если диод закрыт, то этого не случится.

На счёт "проще" - не скажу, но каждый по-своему считает: деньги, объём, вес да и всё остальное, включая своё время


Да.

Всё о чём Вы пишете может быть решено только в конкретной схеме с конкретными компонентами и с конкретными цифрами номиналов всех компонентов, включая параметры трансформатора. Да Вы и сами не исключаете ошибки?

Ничего не скажу Я бы решил всё с помощью трансформатора управления, хоть это многим и противно Что, собственно и сделал (давно) в источнике, о котором писал выше.
По поводу схемы. А зачем здесь нужен таймер, если уже имеется выход контроллера ШИМ? Это же такой же импульсный генератор. Нечто подобное видел в апликейшинах от Unitrode.
Добавлю. В приложенной Вами схеме нужно по-аккуратнее с диодом 1N4148 (верхний из двух), если HV ( питание преобразователя) больше 100 В, то он не пройдёт по обратному напряжению.

Однако, действительно так. Вначале почти весь ток первичной обмотки течёт через бутстрепный конденсатор, а когда он зарядится, появляется ток через диод.

Вижу, с русским языком у Вас таки всё нормально, если смогли лихо так выкинуть из предложения целый оборот, и никакого не последнего, а как раз самого первого смысла:


Тем не менее, абстрагируясь это этой тёмной политики, повторю в который раз суть Вашей т.с. официальной проблемы — Вы включили трансформатор, т.е. прибор переменного тока, в цепь постоянного тока, и до тех пор, пока это не ликвидируете, всё будет нещадно гореть.