Помогите разобраться в чём проблема, уже спалил два десятка транзисторов и десяток драйверов, а результата пока нет. Для меня это первое устройство в подобной тематике, поэтому своего опыта не хватает понять в чём проблема. Суть проблемы в следующем: хочу сделать источник питания на 30В, 30А, выбрал полномостовую схему, схема приведена в файле AC_DC.pdf
К разъёму XS1 подключается процессорная плата, с неё формирую ШИМ для управления транзисторами. Процессорная плата подключена к компу по COM порту, оттуда задаю частоту и скважность.
Испытывал схему, подключая вместо электролита (на выходе диодного моста) постоянное напряжение 50 вольт, схема работает нормально, на выходе имточника могу менять напряжение 0В-5В, параметры катушки подобрал опытным путём, сердечник Epcos N87 R63x38x25, первичная обмотка 32 витка, вторичная по 3 витка. Частота ШИМ 100кГц.
Вот осцилограмма на первичной обмотке при работе от 50В:

Но вот как только подаю на вход переменное 220 вольт начинаются проблемы. На электролите 317 вольт, как и должно быть, как только запускаю ШИМ взрываются транзисторы. Транзисторы IFR740 (10А, 400В), драйвер IR21084, естественно на радиаторах. Попробовал поставить транзисторы мощнее IRFP460 (20А, 500В), в результате транзисторы не взрываются, просто тихо сгорают и всё. Хотя по расчётам должно хватать и IFR740 (расчёты по книжке «Практика инженерной электроники. Источники питания»):
Pout=30В*30А=900Вт; Pin=900Вт/0.73(КПД)=1233Вт; Iin(номинальное)=1233/(220*1.141)=4А;
Iпиковое=(1.4*900)/(185*1.44)=4.8А; Vмин=185*1.141=262В, Vmax=1.414*270=382В.
Т.е. транзистор 4.8А, 382В.
Lpri=(262В*0,5)/(4,8*100*103)=2.73*10-4Гн, программой Coil32 расчитал число витков:
Превичная=7витков, вторичная по 1 витку. Далее экспериментально (на 50В) получил 32 витка первичная и вторичная по 3 витка.
Кто имеет опыт разработки подобных схем, помогите плиз!!!

А плавный пуск используется при старте (большая скважность...) ?

Я ШИМ регулирую с компа, пробовал разные варианты и плавно (ширина импульса 0мкс и до взрыва, взрывается уже вначале когда импульс совсем мальенкий, раза втри меньше того что на осцилограмме), пробовал сразу выставить небольшую ширину импульса, посмотреть осцилографом, а потом подавать 220В, результат такой же. Причём тарнзисторы сразу после взрыва холодные, такое ощущение что они или не отперегрева взрываются или так моментально разогреваются что не успевают передать тепло. Думал что там какие-нибудь вспелески напряжения есть, там впринципе были вначале импульса "иголки" раза в полтора больше чем сам испульс, я повесил между стоком и истоком кондёр с резистором и диодом, и осцилограмма стала такая как на рисунке, но на выгорание транзисторов это никак не повлияло...

VD6 какой?
Оно обратным напряжением не пробивается случайно?
Dead-time нормально отрабатывает?

Ну и это... Первый опыт на киловаттный полный мост - это сильно )

Диоды VD2, VD6 SM4004 - 400В, 1А, пиковый ток 30А. Вчера был последний взрыв, плата лежит с выгоревшими транзисторами, сейчас прозвонил диоды, живы оба, выпрямительный на выходе тоже живой, там на 100В стоит. После вчерашнего испытания сгорели 2 транзистора и оба драйвера.


На Dead-time тоже думал, но проверял осцилом - 500 нс. У меня там сейчас драйвера стоят IR2184 "на проводочках", потому как 6шт IR21084 я уже спалил, заказал новых и мне по ошибке привезли IR2184, там Dead-time вообще не регулируется, но смысл от этого не меняется...

Завтра куплю тарнзисторы на 600В 40А и новые драйвера, попробую, но это уже от безисходности потому что ничего другого придумать уже не могу....

Как Вы думаете, что произойдет, если к емкости в 15000 мкФ (пересчетные), заряженной до 30В, через открытый транзистор IRFP460 подключить незаряженную емкость в 2000 мкф?
Ответ достаточно прост, в зависимости ои ШИМ- сдохнет через 3-10мс - пересчитайте через ток насыщения - выделяющаяся мощность в транзисторе порядка 1 кВт-а.
При этом корпус даже не успеет нагреться.
Мне кажется, Вы забыли поставить один существенно-необходимый элемент - дроссель-регулятор после моста (если он не стоит на точках Х16-Х17).
Если же у Вас нерегулируемый преобразователь (тогда непонятно зачем ШИМ?), то включение моста должно производиться при низком входном напряжении.
Т.е. при включении входная емкость 150 мкФ разряжена, далее запускается ШИМ и только потом подается сетевое напряжение (желательно с ограничением тока зарядки или при прохождении входного напряжения через нуль) - нагрузка отключена.
Если сработала защита по превышению тока нагрузки и ШИМ выключался, то необходимо разрядить входную емкость, и только после этого сделать повторное включение.
В общем, поищите, в литературе должны быть описаны особенности запуска таких преобразователей.
В принципе, транзисторы с большим током и, соответственно, большой площадью кристалла могут выдерживать такие ударные мощности при запуске, но это не ест гуд.

Кажется, что здесь наводки и проблемы монтажа.
Следует защищать затвор-исток кондёрами, да и подводящие проводники - короче и скрутить.
Силовые проводники - отдельно от управляющих. Если нужно соединять, то в одной точке.

Опыт-то нормальный, но бутстрепный драйвер - это точно сильно.

Интересный диод SM4004 - по моему, низкочастотный.
Емкость 100 нФ - для IRF740 пройдет, для 600В 40А - вряд ли.
Как ведет себя бутстреп при малых ШИМах - известно? Токовой защиты нет, пока бутстреп зарядится - получи горелый ключ.
8,2 Ом на открытие мало, на закрытие - много (навскидку).

Кроме того, пленку по шинам питания не помешало бы добавить и проходник в диагональ.
Короче, я бы схему переделал. Первым делом, добавил бы токовую, затем - нормальный драйвер сделал. А палить ключи - дело неблагодарное, сеть, как правило, сильнее оказывается.

А может дело в не симметричности полуволн моста? И происходит подмагничивание пост. током сердечника?

Как я понял управляющие импульсы вы формируете компом да еще вероятно под виндовс.
Операционная система имееет множество внутренних прерываний останавливающих вашу программу на время до нескольких милисекунд в одно из таких прерываний и происходит перегрузка по току и транзисторы взрываются.

PS Как вариант вследствии некоторой асиметрии длительностей управляющих импульсов входит в насыщение трансформатор T1. Попробуте конденсатор последовательно с первичкой.

Тоже возможный вариант. Поставить R-датчик тока в нулевую силовую цепь и всё можно увидеть.

А вообще, конечно же бредятина юзать комп в управлении этой силовой схемы, лепить горбатого к кривому!
ТЛ494 отлично справится со своими ШИМ- задачами.

Спасибо за совет. Про выходной дроссель я забыл когда рисовал и разводил схему (между Х16-Х17 стоит токоизмерительный шунт), потом подумал что бог с ним, отлажу на большой нагрузке, а потом поставлю дроссель, чтобы убрать пульсации на выходе, тоже подберу опытным путём. Завтра куплю сердечник и поставлю дроссель, попробую. Насчёт ограничения тока зарядки тоже разумная идея. Похоже что направления мысли верное, ещё раз спасибо, после эксперимента напишу результат...




При развотке так и старался делать.
В файлике плата в *.jpg, если есть возможность посмотреть и подсказать какие там есть принципиальные ошибки при разводке. Я плату всё равно буду переразводить (после того как заставлю её работать ), чтоб сразу учесть...



В мануале на SM4004 временных характеристик нет, но думаю что он действительно низкочастотный, поставлю 35ns диод.
Насчёт пленки по шинам питания и проходника в диогональ не понял, можно пояснить?
В чём ненормальность этого драйвера?



Нет, не так. Управляющие импульсы формирует микроконтроллер Fujitsu MB90F543, с компа ему по RS-232 передаётся частота ШИМ и длительность импульса. На схеме к разъёму XS1 подключается процессорная плата с микроконтроллером. Вообще, если заработает, то планирую поставить ATMega8535.




Комп юзаю только для отладки, чтоб поигратся с частотой и шириной импульса, тем более прогу на билдере написать 30 минутное дело, да и под микроконтроллер тоже, поэтому в части отладки для меня это лучший вариант.
Да и в штатной схеме по цене таже AVR стоит копейки + можно и дисплей повесить и ещё "стоппятьсот" возможностей.

Видите ли, этот дроссель нужен не для уменьшения пульсаций, а для превращения Вашего моста из источника напряжения в источник тока.
Если такого дросселя нет на входе или выходе, то таким элементом становятся транзисторы моста - за счет ограничения тока при насыщении.
При этом возникают дополнительные потери реализующиеся не в виде реактивной мощности, как в дросселе, а в виде вульгарного выделения тепла в структуре транзисторов.
А дроссель для уменьшения высокочастотных пульсаций, если это нужно, ставится дополнительно после дросселя-регулятора.

У Вас 1 пленочный конденсатор, и тот стоит возле входного электролита. Есть индуктивность дорожек, которая может бить ключи потенциалом. Чтобы ее скомпенсировать, ставят пленку по шинам питания непосредственно возле ключей.
В диагональ (последовательно с первичкой трансформатора) ставят емкость для того, чтобы исключить подмагничивание трансформатора постоянной составляющей, вызванной асимметрией схемы (как силовой, так и управления).

А бутстрепный драйвер - весчь достаточно интересная, его нужно уметь готовить. В теме о двигателях Pasha излагал кратко основные проблемы - почитайте. Кроме того, открываете Вы ключ достаточно быстро, dU/dT хорошее - может кто-нибудь защелкиваться. Кроме того, есть эффект Миллера - при открытии оппозитного ключа на затворе закрытого возникает выброс напряжения, который на Ваших 8 Ом + Rdrv_int могут достать порога открытия - получите сквозняк. Есть еще Common Mode Problem - верхний ключ летает с приличной скоростью, и как на это реагирует драйвер - неизвестно. Это все нужно старательно просмотреть, а не палить ключи.

И еще, сделайте все-таки токовую защиту и поставьте выходной дроссель.

ТС
Вы бы сначала покурили форумы, потом транзисторы жгли.
На форуме у Вал. Володина и не только,
много споров было о применении микроконтроллеров в качестве управляющего ШИМ,
А тут еще и комп задействовали.

Да.. МК втулить можно.. но для этого КАК МИНИМУМ в источниках надо чувствовать себя как рыба в воде!
СОВЕТЫ - про дроссель выходной, драйвер, и пленочные конденсаторы и прочее правильно сказали..
НО прежде почитать теорию было бы не плохо... бо подготовочка совсем неважная...
тут дето тема была там книги советовали всякие.. ну и помоделить для понимания полезно.. транзисторы опять же не палить - экономически выгодно

Теперь понятно . Спасибо за совет. Кондёры поставлю, это не сложно, дроссель тоже. Сейчас ещё почитаю про схемы плавного заряда конденсатора при включении и про драйверы.
Ну а насчёт не палить ключи, надо же с чего-то начинать ...

с ПиСпейса, с ЛтСпейса (СВкада), с Микрокапа, и чтения книг .. а уж потом сжигание транзюков!

Поставить любой МК и комп как раз не проблема, и для этого не надо быть гуру в источниках, а надо немного разбираться в микроконтроллерах, эта задача как раз у меня не вызвает сложностей, хоть AVR хоть ARM11.
В том что плохо разбираюсь в тематике силовой аналоговой схемотехники - это чистая правда, я так и сказал что это первый подобный девайс, что-то вроде вынужденного хобби , до этого занимался и занимаюсь интерфейсными устройствами Ethernet, CAN, RS-485 и т.д.
Книжки почитал, но не знаю как у вас процесс познания проходит, но мне сложновато становиться специалистом, просто читая книжки и не имея практического опыта, поэтому и исделал первый девайс, думал что необходимый минимум чтоб заработало учёл и минимальным набором знаний чтобы сделать такое устройство обладаю.. Практика показала что это не так , поэтому спрашиваю у людей которые уже прошли этот путь и уже сожгли необходимое количество транзисторов для понимания сути вещей

И ещё совет. Импульные источники питания, как подобные узлы (СВЧ,...) требующие творчества в процессе разработки, лучше делать в несколько этапов: предварительный расчёт, предварительное макетирование на монтажке, доработка на ней, оформление в желательную конструкцию (печать, установка элементов...), доведение уже работоспособной схемы до работы в железе,...
Можно, конечно и сразу в печать пускать, но для этого требуется опыт и продумывание всех тонкостей работы и возможных изменений.

Я как раз на этапе "макетирование на монтажке", только вместо монтажки сделал плату, это недолго и недорого

"а надо немного разбираться в микроконтроллерах, эта задача как раз у меня не вызвает сложностей, хоть AVR хоть ARM11. "
- кто Вам такое сказал? источники специфичны тем, что без понимания физики того что Вы делаете - все до лампочки..
а с МК можно кое как заставить прогу работать и она будет правильно мигать светодиодиками и ничего страшного не будет..
можно бесконечно долго ее перепысывать..
в источнике что не так - транзисторы в потолок
------------------------------------
"исделал первый девайс, думал что необходимый минимум чтоб заработало учёл и минимальным набором знаний чтобы сделать такое устройство обладаю.. Практика показала что это не так sm.gif, поэтому спрашиваю у людей которые уже прошли этот путь и уже сожгли необходимое количество транзисторов для понимания сути вещей sm.gif "
- видите ли, отвечать при уровне знаний в спрошающего ниже некоторого уровня бесмысленно .. он всеравно не понимает о чем говорят
это как на экрамене помогать сокурснику двоешнику - если не даш тупо содрать дела не будет..
а иному стьюденту формулу подскажеш - и он задачу решил..
ощущаете о чем говорю?? Вам уже все сказали... только остается понять в чем суть сих рекомендаций

IRF460 время восстановления диода 570...860нс, а ск. у Вас?

Для IRFP460 Reverse Recovery Time 570-860 ns, для IRF740 370 ns.




Ладно будем считат что Вам повезло и вы умеете разбираться с новой темой просто начитавшись литературы и спервого раза у вас всё получается и работает, у меня не так происходить процесс познания, на этом и остановимся .

Спасибо asdf и Integrator1983 за дельные советы, думаю они правы в причинах проблемы, суть мне ясна, попробую, если есть ещё рекомендации подобного рода, буду признателен.

Спасибо всем за помощь. Заработала "шайтан-машина". На выход поставил дроссель 37мкГн, последовательно с первичной обмоткой кондёр 0,5мкФ и по питанию на транзисторах два по 0,5мкФ. Пересчитал резистор и кондёр бутстрепа под IRFP460. Максимальную нагрузку ещё не давал, надо ёмкость входного кондёра увеличить, да и выходного кондёра и дросселя тоже, думаю нормально будет, в ближайшее время попробую.
Правда после всех доработок устройство "страшноватый" вид приняло, ещё и радиаторов нормальных не было пришлось с компа поставить:

Чуть-чуть сменили топологию ( и это правильно - борьба с насыщением требует кроме знаний еще и опыта) .
Когда все "причешете" - отпишитесь - лучше в цифрах , что получилось.

Хорошо, обязательно, думаю за новогодние праздники приведу всё в порядок. У меня там ещё обратная связь по току и напряжению есть и датчик температуры, надо ещё и их в порядок привести. Ток меряет нормально +-100мА, а напряжение и температуру ёщё не делал.

Как обещал пишу о результатах, правда немного поздновато, но не всё сразу получилось + неделю провозился с флайбэк предобразователем на 5В и 16В. Вообщем итог такой источник выдаёт 30В 40А, думаю можно и больше, но при 40А уже начиинают плавится провода, поэтому больше не пробовал, тем более что больше и не надо. Из переделок - переделал схему бустрепа, заменил IR 2108 на IR2184, потому что с этими транзисторами IR2108 работали не больше 15 мин, IR2184 проблем нет. Осталась одна проблема - это запуск, никак не могу заставить его нормально стартовать, если сначала запустить шим, а потом подать питание - всё ок, если заоборот то 50 на 50 или заработает или "взорвётся" что-нить, как правило выгорает всё плечо до оптопары. Думаю что это связано с запуском ШИМ, в fujitsu нельзя синхронизировать два канала ШИМ, поэтому в момент запуска получается что один ШИМ уже запущен, а второй нет и на первичной обмотке непонятно что. Думаю с AVR всё нормлеьно будет, там можно оба ШИМ запустить от одного таймера + хочу на выходе оптопары поставить транзистор и инвертировать сигнал + добавить оптопару для shutdown. Столкнлуся с ещё одной проблемой, заметил что начали греться транзисторы, хотя до этого при 20А у них температура была в районе 36 градусов, потом увидел что после очередной замены транзисторов мне продали без букв LC в конце а у них время закрытия на 40нс больше.
Внизу фотка что происходит на первичной обмотке в момент запуска ШИМ.

А чего это за импульс такой интересный у Вас по запуску огромной длительности? Контроллер ШИМы инициализирует? Поэтому и горит.

Да, у меня МК стоит fujitsu MB90F543, у него каждый выход ШИМ работает от своего таймера и нет возможности их синхронизировать, поэтому я делаю так: запускаю первый шим, расчитываю и запускаю обыкновенный таймер на такое время, чтобы прерывание сработало между 1-м и 2-м импульсом, в прерывании стартую второй ШИМ. Вот и получается что как только первый ШИМ стартует на первом плече появляется низкий уровень, но пока второй ШИМ не стратовал на другом плече высокий уровень, как раз примерно около 20мкс. Т.к. это теставая плата, нужно было только силовую часть отладить, меня это устраивало, в штатной схеме будет стоять AVR Mega8535, там можно оба выхода ШИМ запустить от отдного таймера и соответсвенно такой проблемы не будет.

ИМХО, будут другие... А почему не воспользоваться специально предназначенными для DC/DC контроллерами? МК с его "стопятьсот" возможностями всё же не лучший вариант в этих приложениях. Программисты обычно расплачиваются за "удобство работы с ними" вёдрами сгоревших транзисторов...

Например?

А вообще стабилизация хоть какая-то предполагается выходного напряжения? С дискретностью 1/256 ?

И нагрузка какая будет у этого источника?

Увы, в источниках трагические события разворачиваются куда быстрее 20мкс. Так что меги и даже гиги могут опоздать.
Тут и быстрые аналоговые компараторы едва успевают.

Да их полно. Посмотрите у TI.

А мне больше нравится ONSemiconductor.
А еще ST.
И NXP тоже.
И прочая, прочая, прочая.
Две последние конторы при этом еще и МК делают...
Интересно, почему, выпуская МК, эти конторы не прекращают выпуска DC/DC контроллеров?
А Microchip, вообще начал выпуск этих самых дискретных DC/DC контроллеров, имея в своем портфолио dsPIC33F с интегрированными запчастями систем управления и защиты...
Вот придурки...
И вообще, не мыслю себе БП без МК.
Особенно без AVR8535 и графического индикатора.

Сообщение удалено

если в импульсниках (напр. HYxxx) не могут избавиться от переходных процессов и скачков на выходе, представляю что будет твориться при массовой микроконтроллеризации китайцев...

И это хорошо. У них нюх на бабло.

сообщение удалено

запретите подачу сигналов от микроконтроллера к драйверам на время инициализиции ШИМов. Или программно или какой-то логикой. Можно попробовать управлять питанием светодиодов оптопары ("+5" подавать с ножки контроллера)
... на плате С5 разместить как можно ближе к транзисторам, С4 еще ближе. Проводники между этими конденсаторами и транзисторами друг под другом минимальной длины и максимальной ширины. Это уменьшит выбросы напряжения на транзисторах и разные ненужные колебания

вообще.

Думаю с микроконтроллерами не всё так плохо, с МК будет работать не хуже, чем с ШИМ контроллером. Конкретно в моём случае достаточно инвертировать сигналы на оптопарах. К вопросу что использовать готовый ШИМ или МК зависит от того какой девайс вы хотите получить, если нужно получить максимально дешёвый вариант без каких-либо доп опций то однозначно ШИМ контроллер, если хотите ЖК дисплей, различные режимы работы, то лучше МК, думаю это очевидно.

Хочу добавить в схему ещё трансфонрматор тока в первичную обмотку, посоветуйте какой можно использовать готовый на 10А 200кГц, или же литературу как расчитать, какие сердечники применяют в подобных трансформаторах и т.д.

А не попробовать ли наоборот?
Рассчитать трансформатор, прочие заклепки , витки намотать и собрать источник. С ШИМ-контроллером будет работать не хуже чем без МК.
А МК добавить готовый. Можно даже два, в первичную и вторичную обмотки, разрезав программу пополам.
Ну, почитать какие там по номиналам готовые программы. На 8.2к или на 5.6к вроде есть только мощность их непонятна.
Может это грубо, извините, не хочу обидеть, но воспринимается так.

Думаю, как раз - нет. Даже наоборот. Если хотите сзкономить пару долларов на комплектации какого-нибудь серийного (но игрушечного) ИБП, то можно воплотить его и на ширпотребовском МК, потратив дополнительные время и средства на разработку и отладку. Но если нужен качественный и надёжный источник и нет стремления израсходовать кучку транзисторов на опыты, управление силовой частью такого БП стоит всё же поручить спецконтроллеру, в котором всё необходимое предусмотрено. А для наворотов с интерфейсом, если они нужны, применить дополнительно простенький МК. Будет гибче и логичней.

Не понял что не так воспринимается? Поясню, нужен трансформатор тока, хочу поставить его последовательно с первичной обмоткой чтобы мерить ток в первичной обмотке, максимальный ток 10А, частота 200кГц. Впринципе нашёл готовые выпускает Coilcraft (http://www.coilcraft.com/pwrsense.cfm), но у нас не купить, только под заказ, поэтому думал может самому намотать, на первый взгляд ничего сложного, но посколько сталкнулся с такой задачей впервые спросил может есть какие-нибудь особености.
Если Вы считаете что в каком-то вопросе разбираетесь лучше, то почёт и уважуха. Если считаете свои знания уникальными и остальных недостойными чтобы ими поделится, то это Ваше право, непонятно только зачем "СПАМ" писать?

Воспринимается не так Ваше упорное стремление запихать МК туда, где ему совершенно не место.
Причем удивительно Ваше упорное нежелание слушать тех, кто через это уже прошел и дает Вам дельные советы (см. крайний пост уважаемого Herz-а).

Особенность только одна.
Транс должен работать с малыми и средними индукциями, чтобы обеспечить работу на линейном участке усредненной петли намагничивания.
Ну, и сердечник должен быть с достаточно узкой петлей, желательно N87 от Epcos, сечение выбирается по максимальной индукции в 0.1 Тл.

То, что Вам написали спамом не является.
Это просто дружеские советы, чтобы Вы не выглядели смешно в кругу специалистов по силовой электронике.
Куда Вы неизбежно попадете со своим девайсом.

Спасибо за советы. Еслиб не советы которые мне тут давали работа бы двигалась в разы медленнее, так что всем большое спасибо. А насчёт того почему не хочу отказываться от МК, потму что не вижу никаких принципиальных сложностей, тем более что сейчас на Fujitsu работает. Вот доделаю окончатльную версию (там уже немного осталось), станет видно какие будут проблемы и будут ли вообще. Не получится, буду так же убеждённым сторонником готовых контроллеров , пока же придерживаюсь позиции что всё заработает без особых проблем ...

Только одна просьба - назовите заказчика, чтобы не дай Бог, кто-нибудь из моих знакомых не приобрел Вашу потенциально опасную поделку.
И то, что Вы делаете, называется отнюдь не работой.
Это халтура...