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.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

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

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.

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?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

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.

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...

Пусть здесь останется. Вопросы обычные для начинающих.

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?

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...

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

А как именно Вы его обнаруживаете?

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.

+ 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

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.

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.

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.

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

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.

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.

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

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.

не видна

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

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.

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

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.

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.

Да запросто. Я даже уже выкладывал как-то.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Сейчас обнаружил, что эту схему до меня реализовал один товарищ 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...

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

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.

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

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...

При его шуме приятного мало. Быстро надоест.

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.

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

Однако, время. За сим позвольте откланяться.

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

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.

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.

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.

Но почему? Судя по картинке отсюда 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.

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.

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

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?

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.

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?

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.

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

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.