Вопрос по созданию ИБП 220В->20кВ

[adamantan]

Добрый день!
Некоторое время назад я занялся созданием блока питания для озонатора.
Немного опишу что я изготовил и с какой проблемой обращаюсь к общественности за помощью.
Итак, топология - косой полумост.
Мощность - примерно 1кВт
Описание к схеме:
J5 - вход 220В
J4 - вход 15В
J3 - разьем внутрисхемного программирования
U5, U3 - КРЕН на 5В - на питание вентилятора(PR2) и на питание логической части
PR1 - сюда при тестовом запуске подключаю лампочку для уменьшения тока
J2 - разъем подключения нагрузки (первичная обмотка трансформатора)

Как все должно работать: Задающим генератором служит процессор PIC12F683 со встроенным PWM. Частота 29 кГц. Сигнал с процессора поступает на драйвер IR2110, который в свою очередь выдает управляющие сигналы на ключи. При включении питания скважность =0 и начинает плавно увеличиваться до 50%(програмно реализовал на PWM процессора). Если при увеличении скважности с микросхемы IR2570 приходит сигнал о превышении тока (примерно 5А) через ключ, то драйвер IR2110 отключается и поступает сигнал на процессор. Скважность падает в 0 и опять повышается. Процесс повторяется.
Историю со скважностями я затеял для того,чтобы как то понять, что первичная катушка находится в насыщении и чтобы ничего не сгорело из за превышения тока, который будет расти при уменьшении индуктивности катушки, вызванного насыщением сердечника.
Если я подключаю в качестве нагрузки чайник на 1,5кВт, то все хорошо работает - показания осцилографа это подтверждают... При подключении индуктивной нагрузки у меня на плате перегреваются дорожки силового контура (прям от начала до конденсатора и далее до выхода)
Ясно, что это связано с индуктивностью нагрузки, сердечник переходит в насыщении, индуктивность падает и ток растет. И даже самой минимальной скважности хватает,чтобы перегреть дорожки.
Т.е. я так понимаю проходит импульс на 1% скважности, IR2570 видит превышение тока, говорит об этом процессору, тот опять начинает скважность с 0 и при следующем импульсе все повторяется... и так 29 тысяч рас в секунду... или еще хуже - некоторые пустые идут и в результате мы получаем уменьшение частоты в 4 раза, во столько же раз и падение сопростивления индуктивности с таким же ростом тока...
Вопрос:
Подскажите, что можно в данном случае использовать в качестве обратной связи- что будет давать информацию о насыщении индуктивности первичной обмотки без передачи в нее дополнительной энергии. Или может есть какое то другое, более простое решение? Я уже всю голову себе сломал.
Заранее огромное спасибо за критику, советы...
ЗЫ: расчеты трансформатора выполнял по книжкам, перепроверял 100раз. Расчетная индуктивность первичной обмотки совпала с измеренной и тд и тп

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[BARS_]

1. На кой фиг там МК?
2. Как выполнена трассировка платы, на таких мощностях требования к ней сильно возрастают.
3. Где снаббер на первичке?
4. Что показывают осциллограммы на первичке, вторичке и затворах?
5. Как к выходу 20 КВ подключается чайник?
6. Как выполнен трансформатор? Даже на выходное напряжение 380В его сделать уже не так просто, ибо выбросы по первичке огромные.
7. ИБП - Источник Бесперебойного Питания.

Изменено 16 мая, 2022 пользователем BARS_

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Alex Ferrum]

А из чего у вас сделан трансформатор. Если феррит с проницаемостью 1000-2200 и нет зазора, тогда ничего удивительного что магнитопровод входит в насыщение. 

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[adamantan]

35 минут назад, BARS_ сказал:

1. На кой фиг там МК?
2. Как выполнена трассировка платы, на таких мощностях требования к ней сильно возрастают.
3. Где снаббер на первичке?
4. Что показывают осциллограммы на первичке, вторичке и затворах?
5. Как к выходу 20 КВ подключается чайник?
6. Как выполнен трансформатор? Даже на выходное напряжение 380В его сделать уже не так просто, ибо выбросы по первичке огромные.
7. ИБП - Источник Бесперебойного Питания.

1. Наличие процессора позволяет реализовывать какие либо алгоритмы. Ну по сути я вам ничего конкретного не отвечу, это получается больше вопрос о целесообразности и экономичности подхода.  Решил сделать такое устройство, чтобы не потерять навыки программирования - решил применить совместно с процессором. Его наличие может помешать?

2. Стандартно- все силовые цепи потолще и покороче, снабберы поближе к ключам и т.д. (схему размещения прилагаю). Все толстые цепи - соотвественно силовые...

3. С9 и С10 это снабберы, если я правильно понял ваш вопрос

4. На вторичке не смотрел, страшно ))) и нечем. А сигналы на ключах и соотвественно на первичке - все ровные, без сильных, превышающих возможности ключей "выбросов" напряжения. На фото сигнал без нагрузки. В случае нагрузки появляется не большой выброс в самом начале импульса, но не критичный. Без снаббера он больше.

5. Я наверно не ясно выразился, прошу прощения. Я имел ввиду, что вместо трансформатора подключил чайник )))  С чайником работает, с трансформатором перегреваются силовые дорожки.

6. Трансформатор выполнен на UI сердечнике 126/91/20 N87. Зазор 0.2мм  Первичная обмотка 116 витков(1мм), вторичная 10420витков (0,125мм). А что за "выбросы по первичке" я выбирал именно эту топологию (косой полумост) из за применяемых тут диодов D4 И D8. В случае выброса напряжения обратной полярности обмотка просто соединяется с питанием и выброс не идет на ключи. Я склоняюсь ктому, что это перенасыщение сердечника, защита по току срабатывает, но сам сигнал, даже минимальной скважности проходит и вызывает нагрев и резкий скачек тока... вот если бы была возможность определелить насыщение сердечника и проверять этот факт процессором, то это было бы здорово... но городить схему для измерения петли гестерезиса и "изучать" ее процессором тоже не хочется )))) 

7. Спасибо. Извиняюсь, ИИП конечно же надо ))))

14 минут назад, Alex Ferrum сказал:

А из чего у вас сделан трансформатор. Если феррит с проницаемостью 1000-2200 и нет зазора, тогда ничего удивительного что магнитопровод входит в насыщение. 

Спасибо, я выше уже ответил.

Трансформатор выполнен на UI сердечнике 126/91/20 N87. Зазор 0.2мм  Первичная обмотка 116 витков(1мм), вторичная 10420витков (0,125мм). 

Расчет выполнял по книжкам, сам.  Зазор есть, в расчетах он учтен. У меня в схеме обратная связь выполнена только как элемент определяющий предельную силу тока. Я так понимаю проблема в том, что импульс минимальной скважности прошел, ток определился как избыточный, убрали в ноль, опять минимальный импульс, опять тока большой и так просто пока не сгорят дорожки )))) Как можно определить что сердечник насыщен? тогда можно начинать увеличивать скважность когда намагниченность упадет ниже некторого предела... 

[BARS_]

3 минуты назад, adamantan сказал:

Его наличие может помешать?

Если вы сможете реализовать real-time алгоритмы управления, как в ШИМ контроллере, то нет. Но, обычно, МК применяют либо как мозги, а ИИП делают на ШИМке, либо как ШИМ, при необходимости алгоритмов, которые ШИМка не может дать.

 

5 минут назад, adamantan сказал:

С9 и С10 это снабберы, если я правильно понял ваш вопрос

А снаббер параллельно первичке? Обычно состоит из RC цепи.

 

5 минут назад, adamantan сказал:

На вторичке не смотрел, страшно ))) и нечем.

Обычным осциллом через делитель напряжения.

 

6 минут назад, adamantan сказал:

С чайником работает, с трансформатором перегреваются силовые дорожки.

Гениально.

 

6 минут назад, adamantan сказал:

Стандартно- все силовые цепи потолще и покороче, снабберы поближе к ключам и т.д.

Что-то на плате этого не видно. Силовые цепи размазаны, чем пожиже, трансформатор вообще в километре от платы лежит. Управление ключами тоже размазано. Силовые дорожки хилые. С такой платой на 1 КВт работать никогда не будет. Сначала придется научиться трассировать силовые платы...

 

10 минут назад, adamantan сказал:

На фото сигнал без нагрузки.

А теперь с подключенным трансформатором.

[adamantan]

Цитата

Если вы сможете реализовать real-time алгоритмы управления, как в ШИМ контроллере, то нет. Но, обычно, МК применяют либо как мозги, а ИИП делают на ШИМке, либо как ШИМ, при необходимости алгоритмов, которые ШИМка не может дать

так у меня процессор с PWM. Все процессы, критичные по времени идут мимо процессора - при превышении тока сигнал идет напрямую на драйвер ключа, это сразу отрубает сигнал. А процессор уже делает задержку, меняет скважность и т.д.

Цитата

А снаббер параллельно первичке? Обычно состоит из RC цепи.

А какой в этом смысл? Я всегда полагал,что снабер необходим для защиты ключа от выброса тока при индуктивной нагрузке, а с этим справляется просто конденсатор.

 

Цитата

Обычным осциллом через делитель напряжения.

У меня, пока я заставлял схему работать - уже фобия включения устроства в розетку появилась )))))  а вы предлагаете  перейти на новый уровень, чтобы я еще и заикаться стал ))) А что мы там увидим кстати? Я сейчас хочу заставить работать схему без нагрузки. Она же должна как то определять что нагрузки нет. 

Цитата

Гениально.

Ой, не льстите )))) я всего лишь учусь )))  это первая нагрузка, которая попалась под руку

 

Цитата

Что-то на плате этого не видно. Силовые цепи размазаны, чем пожиже, трансформатор вообще в километре от платы лежит. Управление ключами тоже размазано. Силовые дорожки хилые. С такой платой на 1 КВт работать никогда не будет. Сначала придется научиться трассировать силовые платы...

Но чайник то выдержал!!!! нагрел воду и это с этими дорожками!!! Почему с трансформатором они перегреваются?

 

Цитата

А теперь с подключенным трансформатором.

К сожалению под рукой нет, не фотографировал. Но уверяю вас -  сигнал был таким же прямоугольным с не большим выбросом в начале. А сейчас дорожки перегорели, повторить эксперимент не могу. Надо что то поменять прежде чем включить...  

А вы не допускаете возможность, что это все из за перенасыщения сердечника? Просто 1% скважностью ключи его вгоняют в насыщение и дальше ток растет? Есть какой то способ определить,что сердечник находится в насыщенном состоянии кроме как по току?

[Vslz]

1 час назад, adamantan сказал:

А какой в этом смысл? Я всегда полагал,что снабер необходим для защиты ключа от выброса тока при индуктивной нагрузке, а с этим справляется просто конденсатор.

да, Вы правы. Конденсатор отлично справляется с убийством ключа, поскольку он, имея околонулевое внутреннее сопротивление, тупо закорачивается ключом )) 

Снаббер - это RC цепочка. Смысл ее в не в ограничении "выбросов тока", а в подавлении звона и формировании траектории переключения. Для того, чтобы подавлять звон, необходимо рассеять энергию на элементе с потерями - это резистор. Поэтому, он в снаббере необходим, и его величина очень важный момент.

[Vslz]

Почему в преобразователе с входным напряжением 220 В, в косом мосте стоят диоды Шоттки на 45 В обратного ? 

[adamantan]

33 минуты назад, Vslz сказал:

Почему в преобразователе с входным напряжением 220 В, в косом мосте стоят диоды Шоттки на 45 В обратного ? 

Дико извиняюсь, это в протеусе диоды не сделал заново, подобрал по корпусу, там сейчас RHRP1560 (15A, 600В 35нс)

1 час назад, Vslz сказал:

да, Вы правы. Конденсатор отлично справляется с убийством ключа, поскольку он, имея околонулевое внутреннее сопротивление, тупо закорачивается ключом )) 

Снаббер - это RC цепочка. Смысл ее в не в ограничении "выбросов тока", а в подавлении звона и формировании траектории переключения. Для того, чтобы подавлять звон, необходимо рассеять энергию на элементе с потерями - это резистор. Поэтому, он в снаббере необходим, и его величина очень важный момент.

Хорошо, а если у нас подключен конденсатор - разве энергия не "размазывается" по времении, сохраняясь? Ну вот как аргумент, чтобы не быть голословным могу привести статью из журнала "Силовая электроника, №2 от 2019г стр 4- 7" "Снаббер- Это просто" Там разбирается этот вопрос, рассматриваются различные схемы снабберов, ставятся эксперименты и автор в конце делает вывод о том, что конденсатора 0,22 мкф пленочного достаточно на все случаи жизни.  И действительно, у меня на плане перегорели дорожки силовые. Дорожки к снабберным конденсатором целы. Фото текущего состояния платы прилагаю (радиатор, конденсатор сняты для ремонта платы)

[BARS_]

18 часов назад, adamantan сказал:

А процессор уже делает задержку, меняет скважность и т.д.

И снова вопрос про real-time алгоритм управления. ПИД управление, например. И при чем тут ток? А ОС по напряжению? Или ИИП все время должен работать в критическом режиме превышения тока?

 

18 часов назад, adamantan сказал:

А какой в этом смысл?

А если сначала прочесть теорию по построению ИИП и изучить схемы? Снаббер - это RC цепочка, причем на мощных и не сильно хорошо сделанных ИИП снаббер будет рассеивать несколько ватт мощности. А вот голый конденсатор нельзя использовать в качестве снаббера, т.к. разряженный конденсатор - практически перемычка да и с рассеиванием мощности у него так себе. Плюс к этому снаббер требует расчета, в противном случае он либо не будет работать, либо будет рассеивать часть полезной мощности.

 

18 часов назад, adamantan сказал:

Я сейчас хочу заставить работать схему без нагрузки.

И в чем смысл работы без нагрузки?

 

18 часов назад, adamantan сказал:

Но чайник то выдержал!!!! нагрел воду и это с этими дорожками!!! Почему с трансформатором они перегреваются?

И снова совет про чтение основ трассировки ПП. Ваша плата даже на меньшей мощности работать НЕ будет. Вы даже не представляете себе ЧТО будет происходить на ключах и как быстро они отойдут в мир иной. А еще посчитайте, какое будет напряжение выбросов по первичке. Даю подсказку, выбросы трансформатор передает точно так же, как и полезный сигнал, с точно таким же коэффициентом трансформации. А еще очень важная величина - резистор в цепи затвора, его величина сильно влияет на выбросы по первичке. Слишком медленно откроешь транзистор - получишь лишний нагрев, слишком быстро - получишь выброс.

 

18 часов назад, adamantan сказал:

а вы предлагаете  перейти на новый уровень, чтобы я еще и заикаться стал

Увы, ИИП без осцилла не настраивается, особенно на такие мощности. Кстати, смотреть сигнал управления на такой развертке занятие бесполезное.

 

18 часов назад, adamantan сказал:

Но уверяю вас -  сигнал был таким же прямоугольным с не большим выбросом в начале.

Быть такого не может. Кстати, а выход транса был нагружен или к схеме тупо подключена голая первичка?

 

18 часов назад, adamantan сказал:

Надо что то поменять прежде чем включить...  

Например сначала запустить схему от источника с напряжением 50-100В и ограничением тока, а не совать в розетку. Ну и по выходу сначала получить хотя бы 200 В, и научиться их стабилизировать, и только после этого наращивать мощность и напряжение. А еще для IGBT при больших токах и высоком уровне наводок на схему крайне желательно наличие отрицательного напряжения для надежного поддержания в закрытом состоянии. В чем вообще была логика выбора транзисторов?

 

14 часов назад, adamantan сказал:

автор в конце делает вывод о том, что конденсатора 0,22 мкф пленочного достаточно на все случаи жизни. 

При мощности ватт 100, может так оно и есть. Но чем выше мощности и напряжения по выходу ИИП, тем выше требования к схеме и точности расчетов номиналов. Тут снаббер нифига не просто.

 

14 часов назад, adamantan сказал:

разве энергия не "размазывается" по времении, сохраняясь?

Сохраняться она может только в случае наличия снабберной обмотки на трансе, в противном случае ее требуется рассеивать. Еще раз повторюсь, читайте мат часть и переделывайте схему и плату. Как минимум из грубых ошибок:

Силовой конденсатор подключен неправильно, дорожка на ключи должна идти от его вывода и никак иначе. Снаббер должен стоять на пути распространения сигнала, а не на ответвлении он него. Силовой конденсатор должен стоять максимально близко к ключам и в идеальном варианте соединяться полигонами. Например + полигон на TOP, - на BOTTOM. Площадь полигонов должна быть примерно равной и находиться они должны друг под другом. трансформатор должен стоять на плате и максимально близко к транзисторам. Дорожки на GATE должны быть широкими и тоже максимально короткими. Бустрепные емкости ставятся максимально близко к выводам драйвера. По питанию ВСЕХ микросхем ставятся конденсаторы малой емкости, например пара 1+0,1 мкФ, а у драйвера еще и микрофарад 10. Тот ужас, что нарисовали вы работать будет ватт на 100-200 в лучшем случае, да и то неидеально. Имея такую огромную плату компоновку и трассировку можно было сделать идеальной. Вся силовая часть легко собирается на верхнем краю платы. ИИП не терпят элементов, раскиданных в произвольном порядке на огромных расстояниях и трассировку, сделанную наобум.

По поводу дорожек. Ширина у них какая, 3-4 мм? И медь 100% 18 микрон. Ну так это всего 3-4А тока, да и то даст повышение температуры на 10 градусов относительно окружающей температуры.

Изменено 17 мая, 2022 пользователем BARS_

[ummagumma]

смотрим внимательно на это недоразуменье - схему лехтрическую принципиальную. ir2112 верхний драйвер не открывает верховный иджи битник. потерпевший забыл запитать его от гальванически изолированого источечника +15...18в. тод дебильный бустреперный диодик uf40 что то там такое не будет заряжать бустрепный конденсор, ибо это просто невозмочно в однотахтерном косом моте. полный проссак проехтирования...

[BARS_]

Таки да. Тут же оба ключа с плавающим истоком. Умные люди рисуют в подобных схемах развязанные драйвера с развязанным питанием...