Half-bridge MOSFET driver

[Гість 3253]

Чтобы получить большую скважность при высокой частоте, придется повышать клок для ПЛИС.


Это же ПЛИС, а не контроллер. Как только на вход поступит сигнал перегрузки, ПЛИС понадобится около 10нс, чтобы подать на выход единичку, закрыв тем самым ключ. Меня больше беспокоят задержки в ОУ и драйвере, т.к. они будут как минимум на порядок больше. Все каналы будут обрабатываться параллельно, на то она и ПЛИС, а не контроллер


В нормальном режиме сильных пульсаций не будет.


К примеру, если открыть ключ, когда выходные конденсаторы разряжены и не закрывать его, то на выходе будет импульс до 24В, т.к. вначале конденсатор зарядится через дроссель, который запасет такую же энергию, как и конденсатор. А потом этой энергии нужно будет куда-то деться... Но в теории должна сработать защита от превышения тока, поэтому импульс будет совсем небольшой.

Это какой-то мегамонстр.

поведаю тайну - до нагрузки обязателен реактор (без сердечника) Его нельзя загнать в насыщение В результате - 10нС ПЛИСины - это конечно есть гуут, но реактор расчитывается на практически любое время задержки (ну в раумных пределах, а-то может ведь и всю комнату занять ) и мысль о мегазащитах становится несколько смешной

P.S. Я на обычном AT91SAM7X/___ при варварски заглушеной тактовой умудрялся делать на его обычном тормозном прерывании защиту, которая IRAMS оставляла в живых при замыкании отверткой выходных клемм.

Правда когда снизили ещё тактовую (не хватало прескалера, чтобы заставить CAN модуль работать на 2400) - начала спасать только на 2 раза из трёх... А Вы говорите 10 нС Всё гораздо тривиальнее - ток через дроссель измениться мгновенно не может

 

[ESS]

Так писали-ж уже. Либо 1 буст на всех и дальше баки на каждый канал, либо сепики на каждый канал. основной "-" sepic-ов в твоем случае либо один совмещенный дроссель(мотать самому) либо два одинаковых дросселя на канал. Реализация сепика возможна на 3843 или на лм3488. Габариты-прим 30х40мм на один канал. Регулировка и там и там смесью опорного и измеренного с делителя. Смешивать на опере.
Можно попробовать прикрутить и управление шимом от плис, как ты хочешь, НО тогда преобраз. должен быть заточен под особенности контроллера и способа(метода) регулирования. Вот о чем речь.

Мне хватит обычного Step-Down с максимальным Duty Cycle под 100%. В идеале со встроенным ключом.
Т.е. что-то типа LM2576, но не такое убогое.

Reset, реактором будет основной дроссель. Защита должна сработать еще до того, как он уйдет в насыщение . Но 10нс - это только на ПЛИС. В целом там задержка порядка 1мкс будет.

 

[Anpex]

Чтобы получить большую скважность при высокой частоте, придется повышать клок для ПЛИС.

Сдается мне что ты не понимаешь что такое скаважность или мы говорим о разном. Выходное напряжение с каким шагом должно изменяться?

Это же ПЛИС, а не контроллер. Как только на вход поступит сигнал перегрузки, ПЛИС понадобится около 10нс, чтобы подать на выход единичку, закрыв тем самым ключ. Меня больше беспокоят задержки в ОУ и драйвере, т.к. они будут как минимум на порядок больше.

я рад что начало доходить почему ток через дроссель должен быть наразрывный. На два-три порядка больше ты хотел сказать

Все каналы будут обрабатываться параллельно, на то она и ПЛИС, а не контроллер

Т.е. 8 независимых каналов АЦП и 8 независимых вычислительных блоков? А какое время преобразования ацп?

В нормальном режиме сильных пульсаций не будет.

Алгоритм управления шимом уже написал? Диаграммы Боде построил? Нет... тогда откуда такая уверенность? Способ(алгоритм) упраления и длительность задержек определяют что будет, а что нет,а не наше мнение.

К примеру, если открыть ключ, когда выходные конденсаторы разряжены и не закрывать его, то на выходе будет импульс до 24В, т.к. вначале конденсатор зарядится через дроссель, который запасет такую же энергию, как и конденсатор. А потом этой энергии нужно будет куда-то деться... Но в теории должна сработать защита от превышения тока, поэтому импульс будет совсем небольшой.

Открой учебник ТОЭ и посмотри диаграммы токов и напряжений. а не придумывай свою личную физику.

Reset, реактором будет основной дроссель. Защита должна сработать еще до того, как он уйдет в насыщение . Но 10нс - это только на ПЛИС. В целом там задержка порядка 1мкс будет.

По дросселю - у тебя защита предполагается по превышению порога т.е. когда ток нагрузки превысит заданное значение например в 2А и пока будет идти обработка КЗ ток будет расти. Нарисуй нормальную модельку в ЛТ (с драйвером, шунтом и пр.) на выход прицепи имитатор КЗ (полевик в затвор ген на 1-2мс в сток резистор на пару миллиом) и смотри что будет при кз, через сколько мкс(мс) изменится напр. на выходе опера, какой при этом будет ток через дроссель. Заодно увидишь какой ток будет при снятии КЗ и зачем нужен "плавный запуск" и какой порядок действий при КЗ и выходе из него

 

[ESS]

Сдается мне что ты не понимаешь что такое скаважность или мы говорим о разном. Выходное напряжение с каким шагом должно изменяться?

Будет стоять обычная PLD типа EPM3032A, поэтому скважность будет регулироваться чисто цифровым способом. Шаг - чем меньше, тем лучше. Но 0.5% (duty cylce) должно вполне хватить. Т.е. при 100кГц тактовая должна быть 20МГц. Хотя тут большой проблемы нет, можно достаточно легко повысить до 40МГц, дальше уже нежелательно.

я рад что начало доходить почему ток через дроссель должен быть наразрывный.

Какая разница, с точки зрения защиты, в каком режиме будет работать дроссель? Нужно лишь, чтобы защита сработала до того, как дроссель уйдет в насыщение.

На два-три порядка больше ты хотел сказать

Минимум на порядок, скорее на два... Т.е. 1мкс на все - это близко к правде.

Т.е. 8 независимых каналов АЦП и 8 независимых вычислительных блоков? А какое время преобразования ацп?

АЦП будет в проце, и общее время реакции на изменение напряжения будет несколько мс в лучшем случае... В ПЛИС будет только генерация сигнала ШИМ и токовая защита.

Алгоритм управления шимом уже написал? Диаграммы Боде построил? Нет... тогда откуда такая уверенность? Способ(алгоритм) упраления и длительность задержек определяют что будет, а что нет,а не наше мнение.

А откуда этим пульсациям взяться, если нагрузка постоянная?

Открой учебник ТОЭ и посмотри диаграммы токов и напряжений. а не придумывай свою личную физику.

Посмотри в том же LTSpice. Если подать на LC-фильтр (который является по сути колебательным контуром) импульс с достаточно крутыми фронтами, на конденсаторе будут колебания, причем амплитудное значение напряжения будет выше, чем напряжение импульса, раза в полтора, если нагрузка небольшая.
Зачем мне смотреть в учебниках ТОЭ? Там будут нарисованы либо такие же колебания, либо диаграммы напряжений в установившемся режиме. Даже если я не увижу там колебательных процессов, не думаю, что автор одного из этих учебников согласится регулярно присылать мне электролиты, взамен пробитых.

 

[PCB21]

Женя, положим учебник по ТОЭ куда тебя отсылают - перебор, но если ты не будешь прислушиваться к собеседникам, им будет не интересно писать...
В инете дохера книг, как современных в том числе переводов с буржуских так и времен КПСС по проектированию ИИП, имхо начать нужно именно с них, а не с ПЛИС.

 

[ESS]

PCB21, я прислушиваюсь, но:
1. Я не вижу проблем из-за изменения тока нагрузки, т.к.:
а) таких изменений быть не должно;
б) если они и будут, то это приведет к изменению напряжения на выходе, что не является проблемой, т.к. нагрузка - двигатель, и нет необходимости подстраивать его скорость по несколько раз за оборот. Вполне достаточно, чтобы скорость была стабильной на слух , и мне кажется, что даже если реакция схемы будет 100-200мс, то я этого не услышу. Хотя по возможности я буду пытаться реализовать стабилизацию скорости вращения, но это уже детали и тут нужно пробовать, сейчас важнее схема силовой части. Будет прыгать напряжение - да пусть прыгает, важно, чтобы оно не прыгало выше 12В.
Возможно, это вызовет более серьезные проблемы, но на данный момент я их не вижу. Само по себе не очень стабильное выходное напряжение не должно ни на что повлиять.
2. При определенных изменениях сигнала ШИМ напряжение на выходе прыгает выше входного, это подтверждает и LTSpice и "ручной" анализ переходного процесса. Достаточно резко изменить duty cycle с 0 до 100%, и начинается затухающий колебательный процесс, причем как на входном LC фильтре, так и на выходном. И увеличение емкости помогает только за счет паразитных параметров элементов (увеличение емкости приводит к увеличению времени заряда конденсатора и, соответственно, тока через дроссель, т.о. повышаются потери за счет активного сопротивления дросселя и БП, что влияет на амплитуду колебаний). И я не верю, что есть книги, которые убедят меня, что никаких колебаний там не будет . По грубым прикидкам должна сработать защита и отключить ключ, т.о. колебания должны быть совсем небольшими (менее 1Vp-p). Точно посчитать я не могу, т.к. есть много нюансов, которые мне не известны (параметры дросселей, в частности).
3. Делать SEPIC, либо Boost, а за ним кучу Buck - это слишком сложно. Buck с максимальным коэффициентом заполнения стремящимся к 100% должно вполне хватить, но желательно со встроенным ключом. Я бы поставил таких 8 штук, и не было бы никаких проблем. Тот же LM2576 подошел бы, если бы у него был приличный встроенный ключ. У TI встречаются подходящие стабы, но купить их у нас не просто, да и платить по полтиннику за каждый стаб не сильно хочется.

По дросселю - у тебя защита предполагается по превышению порога т.е. когда ток нагрузки превысит заданное значение например в 2А и пока будет идти обработка КЗ ток будет расти. Нарисуй нормальную модельку в ЛТ (с драйвером, шунтом и пр.) на выход прицепи имитатор КЗ (полевик в затвор ген на 1-2мс в сток резистор на пару миллиом) и смотри что будет при кз, через сколько мкс(мс) изменится напр. на выходе опера, какой при этом будет ток через дроссель. Заодно увидишь какой ток будет при снятии КЗ и зачем нужен "плавный запуск" и какой порядок действий при КЗ и выходе из него

Пробовал, вроде ничего страшного не увидел. Но модель сильно отличалась от схемы, т.к. даже ОУ я заменял похожим.

А что должно быть при снятии КЗ? Выходные конденсаторы в этот момент разряжены, поэтому если duty cycle будет высоким, защита должна сработать еще несколько раз, пока конденсаторы не зарядятся, вроде так.

Сейчас как крайний вариант рассматриваю LM2673 и LM2676, но хотелось бы что-то с большим максимальным коэффициентом заполнения...

Никто не в курсе, представитель Rainbow Technologies в Харькове есть? На сайте не указан, но вроде где-то писали, что есть
У них LM2676 по очень хорошей цене, я бы десяток взял.

 

[Anpex]

PCB21, я прислушиваюсь, но:
1. Я не вижу проблем из-за изменения тока нагрузки, т.к.:
а) таких изменений быть не должно;

При усл что нагрузка чисто активная тогда такое возможно и то меняться будет с прогревом нагрузки

б) если они и будут, то это приведет к изменению напряжения на выходе, что не является проблемой,

Как раз это и является проблемой. Через сколько мс ты пересчитаешь новый коэф заполнения для ШИМ-а и с какого раза пересчетов коэф ты вернешь изменившееся вых. напр к нужному? Блин ну посчитай свой алгоритм управления, подумай как часто ты сможешь воздействовать на обьект управления т.е. на вых каскад, изменяя коэф заполнения т.е. реально хоть что-то регулируя, а не просто дергая ключ. А теперь представь что эта частота воздействия должна быть в несколько раз больше чем собственная резонансная частота вых. LC

Будет прыгать напряжение - да пусть прыгает, важно, чтобы оно не прыгало выше 12В.
Возможно, это вызовет более серьезные проблемы, но на данный момент я их не вижу. Само по себе не очень стабильное выходное напряжение не должно ни на что повлиять.

Да это же ты сам должен удерживать его имитируя процом работу контроллера. Неужели не понятно?

2. При определенных изменениях сигнала ШИМ напряжение на выходе прыгает выше входного, это подтверждает и LTSpice и "ручной" анализ переходного процесса.Достаточно резко изменить duty cycle с 0 до 100%, и начинается затухающий колебательный процесс, причем как на входном LC фильтре, так и на выходном.

Ты моделируешь работу вых каскада без учета работы самого контроллера. В итоге видишь сферического коня в вакууме и абсолютно не понимая на что именно ты смотришь, делаешь такие выводы что блин смех да и только. Открой схему любого контроллера и постарайся угадать зачем практически в любом котроллере стоит компаратор на один вход ктр. подается Vref а на второй вых напряжение с делителя? Например какая роль вывода Feedback у LM2676? И как она регулирует вых напряжение

И увеличение емкости помогает только за счет паразитных параметров элементов (увеличение емкости приводит к увеличению времени заряда конденсатора и, соответственно, тока через дроссель, т.о. повышаются потери за счет активного сопротивления дросселя и БП, что влияет на амплитуду колебаний).

В моем физическом мире никто еще T=2*pi*sqrt(L*C) не отменял. Как и тот факт что на конденсаторе ток обгоняет напряжение. Так что курс ТОЭ просто необходим.

И я не верю, что есть книги, которые убедят меня, что никаких колебаний там не будет

Мы говорим о реальном преобразвателе или опять о сферическом коне в вакууме? в реальном преобр. не будет никаких колебаний, у "коня" т.е. у свободно висящего контура будут

По грубым прикидкам должна сработать защита и отключить ключ, т.о. колебания должны быть совсем небольшими (менее 1Vp-p). Точно посчитать я не могу, т.к. есть много нюансов, которые мне не известны (параметры дросселей, в частности).

А защита тут причем? Работатет все оно абсолютно не так

3. Делать SEPIC, либо Boost, а за ним кучу Buck - это слишком сложно.

Кому как...

А что должно быть при снятии КЗ? Выходные конденсаторы в этот момент разряжены, поэтому если duty cycle будет высоким, защита должна сработать еще несколько раз, пока конденсаторы не зарядятся, вроде так.

А идея плавно с "0" увеличивать коэф. заполнения ШИМ-а до требуемого значения, ограничивая ток через вых дроссель и контролируя превышение тока нагрузки за время необходимое для зарядки вых. конд. чем не подходит?