Собрано поделие по мотивам индукционной плитки. Устройство должно подогревать металлические детали (сталь, алюминий) и часто работать вхолостую. Режим работы - квазирезонансный 48кГц (так кажется по-научному называется, включение IGBT в нуле коллекторного напряжения, форма напряжения на коллекторе - колоколообразная). Проблема - выход из строя IGBT, а иногда и драйвера! Причем IGBT погибает холодным (канифоль на корпусе не успевает расплавится). Думал пробой по превышению макс.допустимого Uкэ - посмотрел осциллографом, вроде нет, до придела далеко. Думал высоковольтные иголки - поставил конд-р в параллель к-э (на схеме синим цветом), разницы не заметил. Но почему вылетают драйверы? От чего еще надо защищаться?

Всё же думаю, что колебательный выходной контур на холостом ходу имеет малые потери и возникающее на нём напряжение превышает предельное напряжение транзистора. Там ещё и ток работает не в фазе. Может сеть не стабильная (сварка, эксперименты,..) и кратковременные броски напряжения зашкаливают предел.
Что сделать: или в ручную подавать без нагрузки меньшее напряжение питания (Латр,...) или вводить автоматом обратную связь по напряжению от датчика контура и ограничивать напряжение тиристорами,...
Ну или как в микроволновке никогда не включать без нагрузки, "ставить хоть стакан с водой".

Вопрос на последок: у вас отказы при нагруженной печи или только в хх?

В том-то и дело, что момент выхода из строя компонентов не могу отнести к холостому, ни к нагруженному режиму работы устройства. Размах к-э контролировал и при хх и при различных нагрузках. Конечно, при хх размах больше, но вольт 700-800. Выбирал компромиссные значения величин ШИМ и частоты при хх и нагрузке, чтобы IGBT включался при нуле (или близко к этому). Но в случае, если, если при какой-то нагрузке IGBT включился не в нуле, то он должен был бы нагреться, чего не наблюдалось.
Действительно, думаю о ОС по величине размаха Uкэ и регулировка этого размаха частотой, но надо бы быть уверенным, что именно он губит компоненты. Да и непонятно, почему драйверы вылетают.
Поясните, что Вы имели ввиду под "Там еще и ток работает не в фазе".

Проверил размах при нагрузке алюминиевыми деталями - размах больше, чем на хх (!). Возможно в этом причина. Устрою прогон - выясню.

Тут посмотрел характеристики транзистора и защитного диода.
Диод только-только начинает пробиваться при микротоке при 18В, а при 1 мА - 22...23В. У транзистора максимум 20В.
Может наведённое в импульсе напряжение на затворе превышает максимум? Это усугубляется, если далеко диод стоит или есть общий провод (провод от эмиттера и нуля затвора).
Я обычно стараюсь разнести проводники, к ноге (эмиттер) транзистора подпаиваиваю два (один - силовой, другой - управления). И ещё стоит прямо на затвор-эмиттер посадить керамику (разумную).
Проводники к драйверу пока (до выяснения ситуации) стоит проложить скруткой мин. длины, да и саму м/с чем-либо заэкранировать. Бережёного ...бережёт.
Вроде в пользу этой причины говорит и отказ драйвера.

Так, к слову, а сбоя частоты от управления не может быть?

Да, Вы правы! И драйвер 16-ти вольтовый! TVS не верно выбран Надо менять, во всяком случае не повредит.
Но там же есть еще и 2 по 1N5819. Питание 12В. Разве они не скинут превышение в конденсатор питания?
А может еще и затвор к земле притянуть резистором килоом 5? Подсмотрел в схеме индукционной плитки.

TVS стоит на ногах IGBT. А что такое "нуль затвора"? Да, драйвер и IGBT гальванически связаны (см.схему).


Тоже вариант, изначально были сбои управления от МК AVR ATtiny261 (он зависал). Но победил переразводкой сигнальной и силовой земель. После выхода из строя компонента МК продолжал функционировать (я для этого дела специально светодиодик моргать заставляю: завис - зАмер). Ок, проверю еще раз.

Здесь я имел ввиду провод управления с нулевым потенциалом и силовой нулевой провод соединить вместе прямо на ноге эмиттера.

Да, так и сделано.

От импульсов обратного напряжения. Отдельный диод не пробовали подключить?

По цепи затвора? Думал нижний 1N5819 поможет. А если в цепи коллектора, то не пробовал, спасибо за совет.

Резистор в цепи затвора увеличить нельзя никак? Есть предположение, что Вы достигли максимума di/dt для данного варианта разводки пп.

В принципе можно по экспериментировать. Как я понимаю, di/dt проявляется как выбросы напряжения (поправьте меня, если я ошибаюсь). Подключал в целях подавления кон-р на к-э(на схеме синим), разницы нет. Выход из строя носит хаотичный характер.

Рассмотрим пока только цепь управления, т.к. выгорал и драйвер.
Там возможен такой вариант, что по эмиттеру пробежит "звон" и пробьет затвор. Т.е при включении, в идеале, в цепи управления мы греблей не огребем, при выключении - этим процессом мы не особенно можем управлять (мягкое выключение при КЗ - не в счет). Если бы что неправильно было вообще -давно уже сгорело бы при первом же выкл под током.

Звон по эмиттеру - это увеличения потенциала силовой земли по отношению к земли сигнальной? Лечение - изменение топологии. Я Вас правильно понял? Видимо "звон" не давится TVS-ом, так как он не верно выбран (см.пред.пост.).
Все-таки не понял Вашу мысль. Так где же мы "огребаем греблей"?

Знал бы - сказал сразу. Как далеко нога PGND от эмиттера? Подключали ли Вы ее прямо к эмиттеру?
ЛАТРом пользовались для наладки на пониженном напряжении?

Померял, 7 мм полигона меди. Извиняюсь, сейчас не могу привести разводку платы, но как смогу, размещу.
Да, напрямую к эмиттеру, а от туда полигоном( и на всякий случай, дополнительно проводом) на конд-р питания.
Я бы хотел уточнить про "звон эмиттера". Это повышение потенциала силовой земли по отношению к сигнальной? Я Вас правильно понимаю?

У Вас есть возможность того, что на затворе будет иголка больше 20 вольт? Напомню, что индуктивность ноги на расстоянии 5мм от платы задекларирована как 14нГн. Если топологически исключена такая возможность, то никакого звона в эмиттерной цепи нету, и это не причина. Думаю, что если 7мм полигона, то все, что я говорил - мимо

Значит я Вас все-таки не правильно понял. Я всегда думал (поправьте меня, если я не прав), что "иголки" лезут в затвор со стороны коллектора через паразитную Сзк при высоком du/dt. Если же Вы видите опасность со стороны эмиттера, то в этом надо разобраться, т.к. я ничего не предпринимал для борьбы с этим эффектом. Даже если этот эффект носит сугубо академический интерес
Спасибо!

Конечно в цепи коллектора. На приведенной схеме обозначение IGBT - FGA25N120 неполное. Конкретно, непонятно наличие или отсутствие встроенного диода. В FGA25N120AN его нет, а в FGA25N120AND есть. Это согласно datasheet, хотя паразитный диод в структуре IGBT обязательно присутствует, т.е. прозвонка покажет его наличие в обоих случаях.

Если трудно определить причину, то может вам сделать откат: вместо контура подключить резистивную нагрузку, выставить высокое напряжение питания чтоб эффект устоялся?

Мож всеже организовать поцикловое ограничение тока ключа? Или уже пробовали?

Такая схема будет выходить из строя всегда.

А затворный резистор на что? Как раз, иголки и должны гаситься.

Тут пример из эленберга.

Так он там и стоит.


Ваша правда! Именно FGA25N120AN. IGBT умирает от отрицательного напряжения на коллекторе? Попробую запараллелить чем-то шустрым или поменяю транзистор.


Спасибо за замечание. Пжлста, не утруждайтесь ответами.


Спасибо, уже видел.


Может. Поясните смысл ограничения. Сейчас думаю завести ОС с коллектора и регулировать амплитуду частотой.


Уже пробовал. Выходов из стоя не было.

В целях возобновления интереса к моему топику, продолжаю.....))
Немного изменил схему девайса, заменил IGBT на IRGP20B120UD (т.к. FGA25N120 закончились). Для защиты коллектора от перенапряжения подключил два сапрессора TVS 1.5KE440CA, а для контроля происходящего на коллекторе, последовательно сапрессорам подключил два светодиода встречно-параллельно.
При непродолжительной работе (20-30мин) на макс.напряжении (ручка ЛАТРа в крайне верхнем положении) выходов из строя не было. Нагреванию подвергались стальные и алюминиевые детали. Так же устройство работало в холостую.
При нагревании алюминиевых деталей левый по схеме светодиод загорался, при этом правый начинал тлеть (видно при затемнении светодиода рукой).
Вопросы следующие:
1.5KE440CA двусторонней стабилизации или нет? Почему-то на моих TVS не указан катод, при проверке под напряжением, оказалось, что стабилизация происходит при любой полярности. В одном случае это 443В в другом 456В.
Почему тлеет правый по схеме светодиод? Означает ли это то, что на коллекторе присутствует отрицательное напряжение более чем 880В?

А на саму катушку индуктора ничего не наводится? От силовых проводов каких-нибудь с контактором?

Чем и как контролируется ток через ключ?
Опять МК голый?

Пускай если что - профи поправят

Использование параллельной коммутации требует закрытого входа, то есть использование дросселей.

Много извели?

Конечно двусторонней (индекс- СА). Впрочем, уже сами убедились на практике.


Присутствует, но недолго. Пока не откроется встроенный диод ключа.

P.S. Так понимаю, что изучением характеристик компонентов (datasheet) Вы не увлекаетесь?

Может и не быть. Нонешние светодии и от тока через ёмкость вполне себе тлеют.

Нет, силовых кабелей рядом нет.


Да, голый МК. Хотел бы знать Ваше мнение, что именно именно контролировать. Как мне думается,так как IGBT у меня умирали от перенапряжения и в дальнейшем думаю организовать контроль напряжения на коллекторе. Ток не контролируется, хотя "вручную" контролируется температура радиатора под IGBT. Какой Вы видите схему контроля режима работы IGBT?


Вот тут уж совсем на пальцах поясните, т.к. ничего не понял.


Как водится: пол ведерка...


Как правило, ознакомляюсь, но, видимо, не надлежащим образом. Спасибо за порицание, буду работать над собой.

For All:
Благодарю всех за интерес к моей теме после долгого затишья!

при последовательной коммутации: мгновенно меняется напряжение, ток синус
при параллельной: ток мгновенно, напряжение синус.
Вот вход и закрывают дросселем, просмотрите схемы других преобразователей.
Возможно еще может помочь диод, включенный последовательно между контуром и ключом.
Я не сильно разбираюсь в "четвертных" схемах.


Смотрите внимательней схему китайской бытовой печи, ведь там применяют высокоиндуктивный индуктор.
Может там и ТТ выполняет двойную роль дросселя и трансформатора тока.
Но это всего-лишь предположения

Не знакомая мне терминология. Буду признателен за ссылку на литературу, где она используется.


Была такая идея. С целью исключить (не знаю зачем ) влияние внутреннего диода, предполагалось установить два диода: первый как Вы говорите, второй - шунтируя ключ и первый диод при отрицательном напряжении на аноде первого диода. Найду подходящие компоненты - поэкспериментирую.


Смотрел схемы пристально. Индуктивность индукторов дешевых китайских печей 100мкГн, мой индуктор - 80мкГн. Не думаю, что режимы отличаются.

Не согласен. В некоторых схемах ТТ вообще нет. Если верить аппноту AN9012 от FAIRCHILD, то на стр.22 в эквивалентной схеме никакие прочие индуктивности не участвуют.

For All:
Сегодня установка отработала час без сбоев в работе. В принципе, работой устройства я доволен. При попытке спровоцировать аварию (специально поднес массивную алюминиевую деталь), начали дымиться саппрессоры. Так как никакие контроль и защиты не установлены, то такое поведение саппрессоров надо принимать как должное. Планирую ввести ОС в МК по напряжению на коллекторе, на подобие печек: посуды нет - печка не включается или отключается.
Еще вопрос: при питании МС драйвера от лабораторного блока питания, в "полуаварийных" режимах работы (переключение не в нуле коллекторного напряжения) встроенный электронный вольтметр начинает показывать изменяющееся напряжение питания. У меня два варианта объяснения: импульсы напряжения через Скз и верхний защитный диод сбрасываются в цепь питания и от этого вольтметру "плохеет", либо скверно разведены цепи силовой и сигнальных и прочих земель. Кто-нибудь сталкивался с таким явлением? Источник питания - GWINSTEK GPC-3060D.

В плитках реализован алгоритм включения при нулевом напряжении на транзисторе. Т.е когда напряжения на конденсаторах равны. Если это не так, то при включении будут броски тока и выход транзистора из строя.

Порицать не имею полномочий, всего лишь дружеский намек.


Вроде второй уже установлен (IRGP20B120UD).


Вооружитесь осциллографом и непременно добьетесь успеха (надеюсь, пользоваться умеете). Заодно сэкономите на деталях.

Это-то понятно. Называется квазирезонансный режим, и его, если Вы не читали первый мой пост, я и реализовываю в устройстве. В нуле включать ключ - это хорошо, но в реальности, при работе не в холостую, добротность контура снижается и не всегда напряжение на коллекторе достигает нуля. Приходится довольствоваться включением ключа в минимуме коллекторного напряжения.


Поясните, какие конденсаторы Вы имеете ввиду? В целом, наличие тока через ключ, я криминалом не считаю, главное - величина этого тока. Т.к. в представленной мной схеме нет никакой ОС, которая могла бы поддерживать квазирезонансный режим на оптимальном уровне, приходится мириться отклонением от оптимума, так как детали нагреваются разные.

Это как??? Может я чего-то не понимаю ??? Вроде должно падать всегда до 0, если резонанс конЭчно

И второе, как без автоматики отлавливать резонанс ??? Неее, ну я знаююю как НО быстродействие перестройки и точность .......
Тогда вроде к ведерку сгоревших транзюков не должно быть претензий

Ну раз характер моих постов перешел из вопросительной в повествовательную, расскажу свою теорию работы однотактной схемы индукционного подогрева.

Прилагаю осциллограммы с работающего устройства.Осциллограммы коллекторного (синий канал) и затворного (оранжевый канал) напряжения . Частота снижена намеренно для демонстрации различий режимов работ. Также снижено входное напряжение, во избежание...
Рисунок 1 - Видны затухающие осцилляции, первое колебание имеет полуволну, заходящую в отрицательную область коллекторных напряжений, но так как в IGBT есть встроенный диод - напряжение на коллекторе нулевое(напряжением насыщения пренебрегаем). Т.е. существует возможность открыть ключ в нуле!
Рисунок 2 - Нагрузили небольшой стальной деталью. Видны затухающие осцилляции с бОльшим декрементом затухания. Первое колебание своей второй полуволной практически достигает нуля. Т.е существует возможность открыть ключ в минимуме напряжение (уже не в нуле).
Рисунок 3 - Нагрузили большой деталью. Видим что декремент затухания увеличился (сказались активные потери на нагрев) настолько, что в ноль коллекторное напряжение и не думает заходить. Возможности открыть ключ при отсутствии напряжения на коллекторе НЕТ. В итоге греется IGBT, на котором рассеивается соответствующая мощность.

For chistyakov1971:
Получается, что не должно падать всегда до 0. Если Вы видите возможность это сделать, сообщите мне.

Теперь обсудим осциллограммы работы схемы на рабочих частотах, в стандартных режимах.
Рисунок 4 - обычный режим. Квазирезонанс реализуется и заключается в том, что, благодаря наличию LC-контура, коллекторное напряжение совершает колебание, где в нуле его "обрывает" своим открыванием ключ. Все отлично, IGBT не греется, шума/помех нет, индуктивных выбрасов тоже нет.
Рисунок 5 - нагрузили стальной деталью. Квазирезонанс присутствует, но колебание в ноль не заходит. Амплитуда напряжения уменьшилась. Уже печально, греется IGBT т прочее, чего ранее не было (см.выше). А все потому, что деталь увеличила активные потери контура, но ключ открывается в фазе! Ну тут или терпеть, увеличив радиатор и обдув, либо заводить ОС и реализовывать корректировку частоты/длительности.
Рисунок 6 - нагрузили алюминиевой деталью. Что видим: амплитуда увеличилась (тут-то мои IGBT и клеели ласты, пока саппрессоров не было)! Индуктивность уменьшилась, синфазность открывание ключа нарушена. Лечение - такое же как в предыдущем случае.
Рисунок 7 - Резонанс! Трудно реализуем (да и надо ли?).

Для своего устройства, режимы, изображенные на рисунках 4,5,6 считаю допустимыми. Устройство имеет индикацию "полуаварийных" режимов (5,6), по которой оператор может отреагировать. Развитием конструкции будет введение ОС и автоматическая подстройка под квазирезонанс (как в плитках).

For All:
Если кто-то увидел ошибки в моих рассуждениях, не сочтите за труд - сообщите мне.
Скорее всего это попытка изобрести велосипед, но простая покупка бытовой индукционной плитки не подходит, т.к. планируется расширение функционала устройства.

Никак...

Расскажите... Так как я начинаю смотреть в сторону автогенераторных схем.

Претензий нет и быть не может, да и "транзюков"-то не ведерко, а пол! )))))

Что-то я запутался в Ваших пояснениях и осциллограммах....

Видимо, мы говорим о разных вещах..

Я называю режим, в котором работает установка квазирезонансным, использую термин из www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-9012.pdf , стр.17 и 22.
Что Вы подразумеваете по резонансом? Если это резонанс токов в контуре, то я с Вами согласен, так и происходит, если частота переключения ключа равно либо кратна резонансной частоте контура.

Вообще непонятно откуда Вы взяли пи/2. Скважностью я регулирую мощность нагрева.

Не вижу информативности в таком подключении осциллографа. Как можно увидеть переключение ключа в нуле коллекторного напряжения?

Не согласен. Такое ощущение, что Вы описываете работу полумостового индукционного нагревателя с параллельным резонансом в контуре и с ФАПЧ.


Абсолютно с Вами согласен! Но Вы описываете работу не моего устройства!

Сорри , "слегка" дал маху
Пост удалю, дабы не позориться

Тогда надо предпринимать меры по повышению добротности контура при максимальной нагрузке. До приемлемого уровня коллекторного напряжения.
Так как индуктор высоко-индуктивный, то надо уменьшать его индуктивность и увеличивать емкость батареи.
Может где-то в научных трудах и встречаются рекомендации по величине добротности, для квазирезонанса.

Для обычных резонансных режимов существуют, для каждой технологической операции.

Уверены? Тогда поясните, что подразумевается под выражением - синфазность открывания ключа.

Видимо, не удачно выразился. Имел ввиду то, что ключ открывается не в нуле, а уже где-то в третьей полуволне.

Про третью полуволну вообще непонятно.
Ладно, пока оставим в покое терминологию.
Летальный исход ключей наблюдался в режиме соответствующем рисунку 6 ?

Одно гармоническое колебание (весь период) состоит из двух полуволн (полупериодов): положительной и отрицательной.


Прямого доказательства этому нет. Лишь косвенное - выход из строя прекратился (ну, по крайней мере еще этого не произошло) при наличии саппрессоров.

Бесспорно. Как и то, что одно гармоническое колебание состоит из четырёх четвертьволн.
Про синфазность открывания ключа спросил, т.к. интересовало Ваше понимание процесса.

Позволю себе одно замечание.
“Коллекторная “ осциллограмма показывает суммарное напряжение - Uс источника и контура (при разомкнутом ключе). Если амплитуда отрицательной полуволны меньше напряжения источника , Uс нуля не достигает. Если больше, то при превышении амплитудой отрицательной полуволны напряжения источника, открывается встроенный диод ключа и “излишек” сбрасывается в источник.

Для наглядности качественной картины немного подкрасил Ваш рисунок № 6.
Черная линия (временной интервал) – часть энергии из контура перекачивается в источник.
Красная линия (временной интервал) – энергия источника перекачивается в контур.
Синяя точка – оптимальный момент отпирания ключа.
Если приведенная картина понятна, можно сделать выводы относительно синфазности применительно и к остальным осциллограммам.

Оптимальный, т.к. наибольшее количество энергии вернулась в источник, а ключ включается все еще в нуле коллекторного напряжения. Я Вас правильно понял? Пытаюсь понять, чем оптимальный момент, отмеченный Вами синей точкой, оптимальнее момента, более раннего, но который все еще в нуле.

For All:
Как отслеживать этот момент оптимального открывания ключа? По какому признаку? Может как-то выделять из производной коллекторного напряжения... Хочу ввести автоматическое слежение.

"Заметим, что режим работы инвертора напряжения с параллельной компенсацией реактивности нагрузки реализуется только в инверторах на полностью управляемых вентилях......
Параллельный инвертор напряжения может работать только при индуктивной расстройке нагрузочного контура (f < fP). А запуск такого инвертора должен осуществляться одновременно с подачей напряжения питания.
Включение вентиля VT1 осуществляется, если выполняется условие равенства мгновенного напряжения uT (t) на нем нулевому уровню uT (t) = 0. То есть, что равносильно, условия для включения возникают при равенстве мгновенного напряжения uС (t) соответствующей полярности на компенсирующем конденсаторе С напряжению (Е) на конденсаторе фильтра С1. Но вначале может включиться встречно-параллельный диод VD1.
Однако амплитудное значение напряжения uT (t) на вентиле VD1, VT1 в рабочих режимах превышает напряжение питания E более чем в два раза.
Полный цикл (период) Т работы инвертора состоит из интервалов проводимости встречно-параллельного диода tD, управляемого вентиля tT и интервала паузы tP.
Параметры элементов параллельного инвертора напряжения и частота управления f выбираются таким образом, чтобы интервал проводимости tD встречно-параллельного диода был минимально возможным, а интервал проводимости tT управляемого вентиля со-
ставлял не более πи. Интервал паузы tP устанавливается равным [πи, 2πи]........"
Описывается работа одноключевой схемы
Статья: Параллельные инверторы напряжения для электротермии.
Журнал Силовая электроника №1, 2009

Применительно к потерям на переключение – ничем. Открытый диод шунтирует ключ независимо от того, открыт он или закрыт. Точку отметил для наглядности, т. к. именно с этого момента отпирание ключа влияет на контур. Вы же указывали:




Посоветую смоделировать схему управления ключом в симуляторе. Например, вышеприведенную, от индукционной плитки. Затем Вашу. Это быстрее поможет Вам понять работу Вашей схемы.

For chistyakov1971:
Спасибо за ссылку на статью. Прочитал, но, насколько я понял, рекомендованный автором режим работы такой же, к которому мы пришли совместно.


Спасибо, понял! По-началу я этот очевидный факт почему-то не разглядел.


По этому пути я пробовал идти, но прекратил, когда появилась возможность снять осциллограммы работы реально индукционной плитки Но я увидел там, то что и ожидал.
Вот что я там рассмотрел (на синий канал не обращаем внимание - "висел в воздухе", нагружал жестяной кружкой с водой):
Коллекторные напряжения, снятые с делителем на 10.
Рисунок 2 - Маломощный режим. Рисунок 4 - Маломощный режим, но бОльшим временем развертки. Видный 100Гц пульсации (да они и слышны ).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Рисунок 5 - Боле мощный режим с бОльшим временем развертки. Рисунок 6 - Он же, но с малым временем развертки.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Затворные напряжения, без делителя.
Рисунок 7 - напряжение на затворе, соответствующее маломощному режиму. Рисунок 8 - оно же, но при более мощном режиме.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Рисунок 9 - оно же, но в еще более мощном режиме. Рисунок 10 - сам "подопытный".
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Как видно, режимы работы похожи на мои (да оно и понятно).