Знающие люди, помогите пожалуйста новичку в вопросах импульсной техники. Нужен импульсный стабилизатор тока на 20А при питании до 50В.
Нагрузка подключена к плюсу(не обсуждается), т.е. нужно минус транзистором коммутировать.
Пробовал без транзистора верхнего плеча, с диодом шоттки, все работает, но на 20А ощутимо греется.
Решил попробовать полу-мостовую схему для управления, нашел драйвер SC1211, сигналы на затворах трудно назвать сигналами управления, сплошная генерация,после пары включений вылетел.
Частота ШИМ порядка 50кГц.
Главные вопросы:
1. Можно ли в этой схеме использовать подобные драйверы?
2. Что обязательно должно присутствовать в схеме, помимо того что есть.
Буду благодарен за любую критику и советы!
Рисунок 1 - желаемая схема
Рисунок 2 - рабочая схема

Сейчас придёт Plain и обнаружит разводку нитками...

Что именно греется? Диод?
Если это стабилизатор тока, то, наверное, есть датчик, обратная связь? Какие требования к стабилизации?
Или это просто ключ, создающий проблемы выходному конденсатору?

Ищется по ключевым словам "LED Driver"

Греется диод, после 10-15А начинает и транзистор греться. Дроссель намотан на сердечнике микрометалс kool мю размером 40x24x13 примерно, подозреваю что при высоком токе может сердечник в насыщение входить, но как это понять не знаю. Датчик тока буду ставить в нагрузку ACS какой-нибудь. Про конденсатор не понял.
Пока что важно управление транзисторами, ШИМ с генератора лабораторного подаю.
Разводки еще нету, все на макетках проводками, но силовые проводники короткие и массивные

по 1 вопросу , ответ да.
Только на соответствующе напряжение. SC1211- низковольтный и при 20В
он по определению должен был выйти из строя.
критака: irfz44 имеет относительно большое Ron и при токе 20А не даст ощутимого выиграша по сравнению с диодом шотки.нужно что - то типа irf2907 ИМХО..

Учитывая что нагрузка порядка 0,5 - 1 ом, при напряжении 50В на 20мОм будет 4-5Ватт выделяться, это терпимо. Но за транзистор спасибо, может и их использую, просто irfz44 только есть на руках. Драйвер для пробы взял, запитывал через стабилизатор на 12В, на транзисторы около 15-16В подавал.


Спасибо, думал о таком но по параметрам не нашел ничего подходящего. Может ссылкой на даташит поможете?

Короткие и массивные - это хорошо, но и о управлении не стоит забывать. Все наводки на драйверные цепи отольются сбоями со всеми вытекающими. Поэтому с лабораторным генератором осторожнее...
Чтобы увидеть насыщение достаточно трансформатора тока на маленьком колечке.
А конденсатору в Вашей схеме несладко живётся, и ладно бы, если он действительно нужен. Ведь вы о стабилизации тока говорили, а не напряжения. Что за нагрузка-то?

когда форма тока от треугольной станет отличаться, значит насыщение?
нагрузка - кусок трубы в земле, на ней потенциал током создается, один конец к плюсу привязан, другой - минус коммутируем транзистором. дело в том что плюс один а минусов несколько, поэтому подходит только такая схема. Пульсации тока желательно не более 0,1А. Конденсатор - отдельный вопрос, знаю что обычно на блоки питания ставят 1мФ на 1А тока, мне что 20мФ пихать? По расчетам, программы выдают 80мкФ примерно, я 560мкФ поставил, боюсь что вздуется через неделю, что посоветуете?

Пожалуйста HV9803
Но на такую мощность я бы делал на полумосте или мосте с развязкой трансформатором.
Ну и вопрос с помехами я думаю будет стоять, вы же не просто так эти трубы греете, а что-то еще и измеряете.


Да. Но проще шунт поставить в исток транзистора, правда придется учесть ток затвора транзистора.

Спасибо за ссылку, но это схема что на 2 рисунке, она у меня и так неплохо работает, может я чего-то недопонимаю(ШИМ всеравно с МК формировать буду и датчик тока - не проблема). Я как раз и хочу полумост сделать, но что-то не получается уже 3 драйвера спалил, HIP6601 и 2шт SC1211. В даташитах есть упоминание о направлении тока дросселя, но как это влияет на работу драйвера не пойму.
Измерять будем, но это второстепенный вопрос.

Проблема в макетке и проводочках - драйвера умирают от перенапряжений и перекосов общего провода, про это много написано.


Это первый вопрос - вначале сделать линейный стабилизатор, начать измерять, а потом оптимизировать стабилизатор тока в импульсный.

По-простому, если это стабилизатор тока, конденсатор С1 не нужен - у вас через дроссель уже течет постоянный ток с треугольными пульсациям, средняя величина которого обеспечивается коэффициентом заполнения ШИМ. И никаких хитростей. Ключой вопрос здесь индуктивность - возьмите любой учебник по расчету преобразователей, например Москатова и просчитайте - через рабочие диапазоны напряжение и токов и частоту.

Может, без него обойтись? "Обычно" - ведь не аргумент, блок питания блоку питания - рознь.



Да, именно.

Без конденсатора форма тока будет в общем случае экспоненциальной и может появиться неустойчивость, не связанная с ШИМ-контроллером. Об этом - здесь, с. 6.

без него думаю можно обойтись, если увеличить индуктивность,настолько что бы пульсации были 0,1А при постоянном токе 20А и что-то мне подсказывает что ее габариты будут ооочень большие, намного больше размера конденсаторов. На сколько я понял из расчетов импульсных преобразователей, пульсациями тока задаются порядка 0,3 не просто так.


Ну и из опыта расчета фильтров, 2 порядок - не первый. Да и вообще какая разница стабилизатор тока или напряжения? Закон ома и всего-то, разница только в том что измеряется и какое управляющее воздействие вырабатывается.

В общем мнение знающих людей - эти драйвера должны работать при токе дросселя протекающем в обратном направлении с транзисторами IRFZ44N?
Просто руки у меня кривые

а вы не думайте. изучайте теорию, экспериментируйте.
один уже додумался, уже 5 страниц на форуме не может запустить генератор из книги юный радиолюбитель. А тоже поначалу думал, этот резистор вдесятеро уменьшить, от того отказаться.

Общие формулы в каждой книге все одни и те же. Ну может у разных авторов они представяют собой перевёрнутые для более удобного счёта, но в целом, поскольку физ.процессы протекают везде одни и те же, расчёт величин тоже везде один и тот же.

Коэффициент 0,3 выведен эмпирически как что-то среднее между габаритами дросселя и пульсациями. Но на практике никто не мешает сделать и 0,1 и 0,9.

"обычно" не бывает. Представьте себя врачом, который принимает пациента и думает "обычно в таких случаях ногу отрезают, ну давайте и вам отрежем, чё уж" Есть расчёты по пульсациям, по времени отклика, отсюда выплывает и число конденсаторов в параллель, и нужная ёмкость, и т.д.

В общем, рассказывать долго, но в двух словах - импульсная техника не для конструкций выходного дня.

Разница, грубо, в том, что конденсатор сглаживает пульсации напряжения, а индуктор - тока. Ну, ещё в соответствующем подходе.
Ув. wim показывает, что вообще без конденсатора могут возникнуть проблемы с устойчивостью. Вот надо почитать внимательнее,
откуда там экспоненциальный ток.

Т.е. в начале вы говорите что все просто, на примере генератора, а в конце что все сложно, я книги и без подсказок читать умею, только вот теория и практика иногда сильно расходятся из-за не совершенства моделей.
Вы мне с запуском драйвера помогите.
Вот решил в микрокапе посмотреть ток через верхний ключ, оказалось сквозной ток идет, откуда не пойму, времена между переключением управления 200нс, видно на первых графиках, задавал и больше - ничего не меняется.


Согласен что без конденсатора никак, но откуда неустойчивость в пассивной цепи первого порядка - не понятно, если только паразитные параметры... Из ссылки ничего не понял английский на уровне чтения даташитов.


И в чем разница если нагрузка чисто активная? Это вы со стороны преобразователя думаете, а нагрузке все равно откуда ток с конденсатора или катушки.

При наличии выходного конденсатора к дросселю прикладываются почти постоянные напряжения - в первом интервале коммутации Vin-Vo, во втором Vo. Т.е. в пределах одного периода средний ток дросселя полностью определяется нагрузкой, а пульсации тока - коэффициентом заполнения. В этом случае диод можно считать линейным элементом. Без конденсатора мы получаем цепь с последовательно соединенными R, L и нелинейным элементом - диодом. Ток в такой цепи в течение периода может меняться в общем случае независимо от коэффициента заполнения импульсов. Это наблюдается в виде т.н. диаграммы бифуркации, когда ток в цепи в разные периоды прыгает вверх-вниз относительно среднего значения.

Мне кажется, сама идея построения такого типа стабилизатора с такими типами комплектующих обречена на провал.
В типовом стабе (где нагрузка подключена к общему проводу) возвратный ток дросселя (ниспадающая пила) протекает через нижний транзистор, и схемы синхронного управления заточены именно под управление нижним ключом.
У вас наоборот, возвратный ток течёт через верхний ключ, и этот ток ничем не контролируется. Ток ниспадающей пилы необходимо мониторить при разрывном токе дросселя, т.к. если ключ вовремя не выключить, он начнёт разряжать выходной конденсатор.

Штудируя литературу по импульсным источникам питания, вам в первую очередь надо уяснить, чем CCM отличается от DCM, и как синхронно управлять ключами в обоих режимах.


понять очень просто.
Ищете документацию на сердечник
смотрите, сколько ампервитков (или эрстед) вы загнали в него
смотрите, насколько упала проницаемость сердечника после этого
считаете получившуюся индуктивность
и напоследок считаете индукцию в сердечнике.
потом оцениваете потери в железе на основе этих данных
и считаете ожидаемый нагрев железа относительно температуры окружающей среды. Все формулы, графики и номограммы - у производителей в свободном доступе.

З.Ы. никогда не видел у микрометалсов кулмю. плохо искал что ли?

Если привязывать к первому сообщению ТС, со всем согласен, кроме разрывных токов. Ему надо получить постоянный ток в нагрузку - его обеспечивает дроссель и режим ССМ. Если поставит вместо верхнего ключа диод, то получит большие потери на диоде, потому что большую часть времени он включён, но упростит схему и всё будет работать. В модели проблем нет, пульсации приличны, но они всё-равно уйдут в тепло и усреднятся. Если добавить конденсатор, то пульсации становятся совсем маленькими, но зачем?

HardEgor, а теперь давайте дедукцию
если с диодом всё работает, а с транзистором - нет, значит, дело в управлении транзистором
если транзистором управлять неправильно, значит, он будет пытаться разрядить выходной конденсатор
если он начинает разряжать выходной конденсатор, значит, ток дросселя уже давно закончился
если ток дросселя уже давно закончился, значит, индуктивности недостаточно для обеспечения ССМ при заданной частоте и длительности цикла

отчасти это подтверждает субъективная оценка нагрева ключа и дросселя, улетающего в насыщение

отчасти #2 это подтверждает выход из режима именно с ростом тока нагрузки (увеличении цикла)

отчасти #3 это подтверждается простой намоткой порошкового дросселя по нужной индуктивности, совершенно не принимая во внимание факт снижения проницаемости сердечника (читай, коэффициента одновиткой индуктивности, индуктивности дросселя) с ростом тока дросселя

Зато конденсатору не всё равно. И при больших токах он чувствует себя незаслуженно наказанным.

Так драйверы контролируют этот ток? В начале меня обнадежили что их можно в такой схеме использовать...
Косяк с производителем, ошибся. Производитель Магнетикс, прикрепил пдф, не так уж и много там графиков и параметров.
Расчет вел для неразрывного тока, на разных сайтах, программах и по формулам из статей умных людей, на такой частоте при коэф. пульсаций тока дросселя 0,3 получил значения 22мкГн и 80мкФ для обеспечения пульсаций на уровне 0,1А при 20А тока в нагрузке. Что если я поставлю этот конденсатор с запасом 4шт х 4,7мФ например? Что по поводу сквозных токов в моей модели скажете?


Спасибо за проявленный интерес, эта схема работает на 10-15А - без проблем на радиаторах из АТХ БП, на 20А градусов до 70 греются и транзисторы(2шт в параллель IRFZ44N) и диод(CTB-34 что было ). Можно конечно дросселем обойтись, а что бы уменьшить габариты поднять частоту раз в 10, но тогда нужно что-то формирующее шим сигналы на такой частоте с управлением от МК. Может что посоветуют добрые люди?



Мысль хорошая, но я не могу запустить драйвер даже без нагрузки как таковой (на 10 Ом), не то что бы уже 20А гонять когда реально может быть такая ситуация. Снижение проницаемости учитывал, у меня примерно 20 витков на 20А = 400А*Вит, из даташита - 60нГн/Вит^2 итого 60 * 400 = 24 мкГн, может где ошибся конечно.


Промоделировал на малой нагрузке, вот что получилось.
Видимо Ydaloj прав, т.е. токи обратные могут быть при колебательном переходном процессе. Какие выходы из этой ситуации? Ставить датчик тока и не открывать транзистор когда ток мал? Еще меня мучает вопрос, в даташитах на транзисторы не нашел допустимого обратного тока паразитного диода, или его в любом случае нужно шунтировать Шотткой?

хех
вы делаете понижатель с 50В со стабилизацией тока на уровне 20А
макс.индуктивность потребуется ему при вых.напряжении 1/2 от входного, 25В
пульсации дросселя задали 30%
индуктивность нужна 40мкГн
42, если быть точным.

а у вас 24? не в этом ли загвоздка?

Тут еще такое дело, я не знаю сопротивления нагрузки, оно может быть от 0,5 до 5 Ом, подключаться будет к двум напряжениям питания 25 и 50В, эмм да я рассчет делал на 25 вольт, поэтому индуктивность 22мкГн вышла. Буду кольца побольше искать, может посоветуете из опыта? Есть альсиферовые диаметром 55мм может на них лучше мотать? но документации никакой

Использованные драйверы работают в схеме когда нагрузка подключена к общему проводу - после выключения верхнего ключа, они, грубо говоря, контролируют состояние в средней точке(между ключами) и включают нижний ключ(замена диода) когда верхний выключился. У вас же надо наоборот - диод это верхний ключ. Да и напряжение на материнских платах не выше 12В(вы же оттуда драйверы взяли), лучше взять нормальные драйверы полумоста с deadtime, например на irf.com

Поднимете частоту - увеличите потери на транзисторах/диодах. Так стоит поступать если объем ограничен.


Такой же как у транзистора.

На кольце должна быть цветная метка, по ней определите марку
Если надо увеличить мощность - их можно сложить в стопку и мотать.

я ничего не говорил про колебательный процесс. моё предпоожение касалось только в вероятности необеспечения ССМ при всех возможных режимах работы.

ССМ при всех возможных режимах работы невозможно обеспечить. при малых тока нагрузки все равно появится разрывный ток.
а границу между неразрывным и разрывным токам обеспечивает дроссель, точнее - величина его индуктивности.
конденсатор на выходе - обязателен. при разрывном токе дросселя именно конденсатор обеспечивает стабильный ток нагрузки.

Ну никак не пойму должны они работать в этой схеме или нет SC1211 работают до 40В, брал их только ради проверки возможности использования в этой схеме. Смысл брать другие драйверы если они все равно не будут работать, или будут?

Не должны. Потому что вывод Vin имеет потенциал источника питания, а максимальное значение для него показано в первой строчке таблицы предельных значений.

не должны. у вас ключ, требующий синхронное управление, является верхним

к тому же, судя по даташиту на SC1211, она вообще не умеет чувствовать ток, а информация о токе передаётся в "главное управление"

BST to PGND 40 V - 3стр 5 строка, что означает? Вопрос не в предельных параметрах драйвера, а в принципиальной применимости в данной схеме включения.
Т.е. если питание драйвера и верхнего ключа будут 12В, должен он работать при токе дросселя протекающего в обратном направлении?




Так получается она должна без проблем в противофазе формировать шим с деад тайм, просто когда обратный ток конденсатора замкнется через катушку на нагрузке будут колебания напряжения, я правильно понимаю? Это же не смертельно для драйвера, если транзисторы целые остаются.

В описании драйвера ничего не сказано, что он каким-то образом реагирует на ток дросселя. Поэтому я не вижу причин, чтобы он не работал, ну, кроме навесного монтажа.

Если компонент не выполняет требуемую функцию, то вопрос в применимости компонента в данной схеме включения.
Если компонент выходит из строя, то вопрос именно в предельных параметрах.

Это да, но больше надеялся увидеть эту тему задвинутой в раздел для начинающих.

По теме — например, 4-фазный стабилизатор тока на подножном корме, включая готовые дроссели; на верхнем графике — ток и напряжение на нагрузке, которая в середине меняется с 1 Ом на 0,5 Ом и обратно, на нижнем — токи дросселей:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Как видно, достигнутые пульсации — заведомо менее требуемых 100 мА, если имелось ввиду именно это, а не те, также показанные, естественные выбросы при переходных процессах, компенсировать которые, разумеется, можно, но также того же порядка количеством деталей, а не одной-двумя и парой строк программы, как на протяжении трёх страниц жаждет автор.

И это только стабилизатор, т.е. разброс деталей без разницы и схема просто держит заданную извне уставку, которая сейчас в виде V4 на плавающей стороне, заместо которого, соответственно, вставляется такой же оптрон с резистором, а также понадобится какой-либо, и уже требуемой точности, датчик тока, микроконтроллер и прочие составляющие второй петли ОС, но исходя из развития темы, её автору всё это вряд ли поможет.

P.S. Ещё 5 минут копипасты, и получился 8-фазный 100-амперный стабилизатор, пульсации те же менее 100 мА:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ctb-34 при 15-20 амперах и будет греться, т.к. у них 15 предельный ток. Нужно их или тоже параллелить, или сразу взять шоттки раза в два мощнее . С транзисторами то же самое, для 20 Ампер нужны с миллиомным сопротивлением. И таких сейчас много.

Plain спасибо, тут все ответы на мои изначальные вопросы! Решение интересное, сразу видно профи в этом деле
Появилось пару вопросов:
я так понимаю слева генератор сигналов управления для 4 фаз, справа датчик тока на паре операционников, схему как бы понял наверное.
1. Что за среда моделирования? можно файл проекта получить для изучения?
2. Чем эта схема лучше той что приводил я, но без конденсатора и на частоте в 4 раза большей? (причем тут основная частота по графикам примерно 350кГц, а если на 4 умножить)
3. Может для уменьшения пульсаций все таки лучше конденсатор поставить, подскажите из опыта что нибудь в этом направлении. Переходные характеристики не важны, нагрузка скачком меняться не будет, единственное пользователь может додуматься включить сначала прибор, а потом клеммы накинуть, но это думаю программно решу.

Плюсы которые вижу я:
1.токи дросселей по 5А
2.соответственно транзисторы диоды и т.д. тоже меньше по параметрам токов.
3.нет конденсаторов, но при частоте в 350кГц думаю можно без них на 100-200мкГн получить 100мА пульсации, правда колечко побольше нужно
4.Управляется напряжением

Минусы:
1. Сложность схемы, размеры плат. мне нужно 3 канала по 20А, это 12 фаз делать, 24транзистора, 24 операционника минимум


Выводы: лучше я к радиатору 3 транзистора и 3 диода прикручу
Последние опыты показали что больше греется конденсатор по питанию 4700мкФ чем такой же параллельно при нагрузке 20А на 0,2 Ом.
Ткните пожалуйста носом на расчет конденсатора, не хочется методом тыка подбирать

LTSpice.

Неудивительно. На выходе вся мощность с дросселя сразу сливается в нагрузку, конденсатор как бы и не работает почти, раз уж у вас пульсации стремятся к нулю. А судя по выходным данным, в этом режиме у вас небольшая длительность цикла, стало быть, в очень небольшой промежуток времени эта мощность потребляется от входного конденсатора, в первую половину периода, потому он и греется.
А умеет ли ваш конденсатор работать на таком токе?

Какой от него ток берется не знаю, могу только максимум прикинуть, если предположить что его сопротивление много меньше сопротивления проводов от блока питания плюс сопротивление его конденсаторов.
кпд 80% - измеренный при 20В входных и на нагрузке в 0,2Ом 20А
Рн = 0,2 * 20 = 4В * 20А = 80Вт
значит Рист = 100Вт
Ic <= 100/20 = 5A / 0,3 = 16,67А 0,3 - процент открытия шим
Конечно не факт, что мой расчет правильный.
Думаю что может, на частоте 50-100Гц, но частота то 60кГц.
Буду документацию изучать.