problém s budič H mosta L6491 - odpaluje sa

[martin knocik]

Snažím sa postaviť step down menič a striedač zároveň len s využitím jedného H mosta a výkonového LC člena (C91, C92 = 2ks 1u5 fóliový kond a cievka 1,2mH pripojená na ST1, ST2). Problém mám už so samotným bootstrap budičom polky H mosta L6491 - odpaľuje sa. Menič je naplánovaný s parametrami napájacie napätie 300V, pracovná frekvencia 20kHz,výstupný prúd 8,4A, zvlnenie prúdu 1,2A, zvlnenie napätia 2,5V. Budič L6491 sa po 2 alebo 3 zapnutí meniča vždy odpáli - prejavuje sa to ako skrat 12V napájania L6491 voči zemi. Obvod som testoval pri 120V a 5A výstupnom prúde do 24 Ohm výkonového rezistora. Budič L6491 je budený PWM signálom s cielom vytvoriť regulovatelné striedavé napätie s lichobežníkový 50Hz priebehom (skoro obdĺžnik s 1ms nábežnou hranou). Skúsil som najskôr zapojiť výkonový 120V zdroj a potom budenie a aj naopak, ale vždy mi L6491 po 2 alebo 3 pokuse hneď sa pokazil a začal skratovať 12V vetvu jeho vlastného napájania zo stabilizovaného laboratórneho zdroja. Výkonovým 16A mosfetom STP24N65M2 v H moste sa nič nestalo. 3,4 Ohm odpor v ich gejtoch by nemal pustit z L6491 viac ako 3,5A ani do skratu (L6491 je 4A budič, do 600V).

Mám podozrenie že príčinou problému by mohol byť interný komparator (piny CP+, CP-) v 15A nadprúdovej ochrane. Najmä pri prepínaní polarity výstupného napätia sa objavujú pri meraní osciloskopom na meracích šuntoch R58 a R132 krátke ihlové impulzy s vysokým napätím (neviem či to nie je len rušenie odmerané osciloskopom) a aj záporný prekmit. Tieto rušivé impulzy (filtrované RC členom R15 C25 a R16 C28) by asi mohli spôsobiť aktivovanie 15A nadprudovej ochrany a odpojenie budiča od gejtov mosfetov.

Stretol sa už niekto s podobným problémom u vysokonapäťových bootstrap budičov ? Nevie mi niekto povedať či by tieto impulzy mohli byť príčinou opakovaného zničenia L6491 ? Alebo má niekto nejaký iný nápad čo by mohla byť príčina alebo ako ďalej postupovať ? Keď mi prúdu nové budiče L6491, skúsim odpojiť komparátor.

Ďakujem za odpoveď.

[StavJi]

Jen se zeptám co jsou zač R58 a R132? Ty špičky co vidíš na osciloskopu s nejvyšší pravděpodobností způsobuje parazitní indukčnost těch odporů při změně polarity. Derivace obdélníku... Do těchto věcí by měly přijít bezindukční odpory .

A jestli to není tajné docela by mě zajímala DPS okolo té výkonové části.

[martin knocik]

R58 a R132 sú SMD 2512 odpory s 1nH indukčnostou. Konkretne tieto
http://www.tme.eu/sk/details/ww25nr020f ... 12/walsin/

[StavJi]

Mno tak beru zpět. Čekal jsem ty bíly kostkovy odpory a mezi mesfetama kilometrovy propoje . To bude něco jiného.

Jinak jestli máš podezření na komparátor co zkusi dát na vstupy zenerku?

A ještě taková vsuvka. Kamarád dělal s podobným allinone budičem měnič na elektrokolo VBUS napětí do 50V a odcházelo mu to taky. V tom budiči odcházela plovoucí část, kdy ten budič nebyl schopen vydržet prudké změny napětí na výstupu (podle katalogu to měl bezproblému vydržet). Pravdou je, že to jelo delší dobu než 3 zapnutí.

[DJ_Edo]

Martin, co robia R2 a R3 medzi OUTom budica a drainom Q2 ??? To sa takto nezapaja, OUT ma byt priamo pripojeny na drain Q2. Bootstrapovy kondenzator C2 sa nabija prave vtedy, ked je Q2 zopnuty. Odpory R2 a R3 maju ist pred anodu D2, lebo takto ti lieta potencial OUTtu budica v rytme nabijania a vybijania C2. Tu moze byt pes zakopany.
A mozno C2 staci aj menej napr. 1uF (a podla toho upravit nabijaci odpor pred diodou), v datasheete pre tranzistory s Q=30nC co su aj tie STP24N65M2, dokonca pisu o 100nF.
Prikladam tvoje zapojenie a schemu sposobu nabijania bootstrapoveho kondenzatora:

[martin knocik]

Tie rezistory R2 a R3 spolu s rýchlymi diodami D3, D4 mali teoreticky potláčať problém so zápornými špičkami na OUT pine high side budiča spôsobeného parazitnými indukčnosťami cestičiek . Vychádzal som z Application note AN-6076 (stručne strana 12, detaily strana 1-4, 8-9). Ale predtým som toto zapojenie ešte neskúšal. Asi som to už prekombinoval. Skúsim prerobiť na to základne zapojenie podla origoš evaluation board od ST.

https://www.fairchildsemi.com/applicati ... N-6076.pdf

Teoreticky by mal stačiť aj 1uF bootstrap v najhoršom prípade (50hz obdlžnik AC) aj 1uF, ale mal som k dispozícii nevyužívané 2u2 SMD 1210 keramiky a tiež kapacita hmoty týchto keramických kondenzátorov s relatívne veľkou kapacitou môže byť dosť závislá od napätia.

Je potrebné vôbec problém popisovaný v tom application note AN-6076 so zapornymi špičkami high side budiča nejako prakticky riešiť ? S meničmi zatiaľ nemám moc skúseností. Pred návrhom tohto meniča som experimentoval s vyradeným nedokončeným kombinovaným step down + striedač len s 1 H mostom meničom s inteligentným IGBT modulom od Mitsubishi kde občas vznikalo prepätie a zasekával sa budič a aktivovali ochrany. Tak som chcel spraviť lepší návrh ako bol v tom vyradenom meniči.

[DJ_Edo]

Neviem kolko tam moze vadit ten maly prekmit, ale naprv by som spravil len to zakladne zapojenie z http://www.st.com/content/st_com/en/pro ... 491hb.html a potom spekuloval. Vsak vidis k comu to vedie. Inak tie budice s typ bootstrapom su vsetky na jedno kopyto a robia problemy, ci uz rada IR21xx alebo aj ine znacky. Ked uberies tu, bude problem tam, ak pridas tam, pokazis nieco inde.
Velmi pekne je to popisane tutok: http://www.elektrorevue.cz/clanky/04030/index.html

[martin knocik]

Ďakujem, preštudujem. Aký máte názor na to že cievku LC člena na výstupe H mosta mám pripojenú drôtmi (10 cm max) cez fastony ST1, ST2 (na obrazku plošákov hore v strede) a je umiestnená mimo plošák z hľadiska parazitných vlastností a problémov nimi spôsobených ? Povodne som navrhol cievku priamo v plošaku, ale bolo mi prikázane umiestnit cievku mimo plošák. Nemohlo by to zhoršovať moje problémy ?

V tom článku sa píše že bootstrap galvanicky neoddelene budiče sú vhodné do 300V a 500W výkonu.
Už ste niekto niekedy úspešne postavili galvanicky neoddelený boostrap budič k meniču na 300V a aspoň 2kW výkonu ?

[martin knocik]

Menič zatiaľ funguje (pri 120V a 5A), aj podla odporučaneho návrhu ST evaluation dosky, aj podla schémy z aplikačného listu AN-6706, - zapojeni v akom som ho povodne navrhol. Po odpojení komparatora som zistil že pravdepodobnou príčinou problému bola 160mA trubičková poistka v 12V napájaní obvodu (je tam z dôvodu prítomnosti ďalších ochrán ktoré musia nedeštruktívne vyradiť menič z prevádzky) - táto poistka má prechodový odpor 5,5 ohm, čo sa prejavilo poklesom napájacieho napätia za poistkou na okolo 10V (L6491 pracuje od 10V a vyššie). jeden samotný L6491 v prevádzke odoberá okolo 150mA (orientačný merák na lab. zdroji).

Obvod funguje tak ako je nakreslená schéma. Gejtové odpory R1 a R111 je možné nahradiť dtôtovou prepojkou, ich funkciu preberajú odpory R2, R3 ktoré zároveň slúžia ako obmedzovací odpor pre nabijanie bootstrap kondenzátora. Diódy D3 a D4 je tiež možné vyradiť. Podarilo sa mi odmerať záporný prekmit na OUT pine s parametrami -5V a 25ns dlážkou pulzu. Prítomnosť alebo neprítomnosť diód nemala žiadny vplyv na tento krátky záporný pulz. Takže plošák vyzerá byť dobre navrhnutý s ohľadom na parazitné indukčnosti.

[staffy]

No vidíš aký zauímavý problém - odpor pojistky. Inak článok na elektrorevue by som bral s rezervou, na jednej strane je vždy lepší budič s oddeleným napájaním cez VF zdroj, na strane druhej je cena takéhoto riešenia. Preto vo väčšine application notes nájdeš proste budenie cez boostrap. Cievka LC filtra podľa môjho názoru môže byť aj ďalej z hladiska elektrického (žiadne parazitné prvky tam nie sú ktoré by vadili) ale z hľadiska rušenia to nie je dobre.

[martin knocik]

Takže radosť z funkcneho meniča trvala len krátko. Menič s odpojeným komparátorom spolahlivo fungoval len s jedným budičom (Q2 napevno zopnutý privedením 12V na gejt) až do 200V a 7,4A. Spotreba budiča je menej než 10mA, tých 150mA bol nedokonalý skrat niekde na doske.

Problém nastal keď som zapol obidva budiče a chcel generovať striedavé výstupné napatie. Do 60V všetko fungovalo, pri 90V začal menič blbnúť (priebeh ako na obrázku) a pri 120V došlo k odpáleniu budiča dolných mosfetov. Keď som odpojil budiaci signál (vrchný mosfet vypne, spodný zapne), zistil som že LVG výstupy (gejty spodných mosfetov) vykazujú skrat proti zemiKed som odpojil pull up rezistor z SD pinu (vypne všetky mosfety), tak skrat LVG prestal skratovať proti zemi. gejtové odpory sú v poriadku, odmeral som odpor paralelnej kombinácie 3,4ohm.

Keď menič "blbol" pri 90V, tak napriek tomu že komparator ochranneho obvodu bol odpojený od meniča (CP+ pripojený na zem a CP- pripojený na 5V), SD na kratku dobu prekmitaval do 0V (0V aktívna ochrana, 5V neaktívna ochrana) v 50Hz rytme. Na nákrese priebehu výstupného napätia to vyzerá akoby niečo bránilo jednému budiču sa včas zapnúť, potom sa zapne a po čase sa zas vypne predčasne. Požadovaný priebeh napätia má byť symetrický, t.j rovnaká kladná a záporná polvlna.

Jediné čo ma napadá je zvyšit hodnotu gejtoych odporov a tým možno znížiť rušenie spôsobené meničom - ak je problém v tom že by jeden budiče mohli rušiť navzájom. Uz začínam byť z toho meniča zúfalý. Je vôbec dobrý nápad snažiť sa skombinovať step down a striedač len s využitím jedného H mosta s cielom vytvoriť znižujúci DC/AC menič ?

[staffy]

Tá kombinácia nie je zlá (kľudne môžeš mať DC step up a za nám DC/AC striedač, bude to v niečom inom.

[misocko]

ako vlastne vyzera takato kombinacia (mas nejaku zjednodusenu schemu na pochopenie, pripadne link co by to malo vlastne byt?)
myslim ze aj tuna staffy opisuje nieco ine ako ty stavias... (alebo sa mylim?)

[martin knocik]

Príčinou včerajšieho problému bol uvolnený SMD 0603 pull down rezistor v obvode mim otých ktoré som poslal. Paralelne na SD pin bol zapojený skratovací MOFET ktorého gejt nebol dočasne pripojený na žiadny obvod a pull down rezistor ktorý mal zabezpečiť aby bol tento mosfet vypnutý musel včera odpadnúť z plošáku. S SMD sučiastkami sa trochu ťažko prototypuje.

[staffy]

Na schéme vidím boost menič a za tým H-bridge (po slovensky striedač) a riadením z neho spravíš buď DC alebo AC menič.

[martin knocik]

ten zvyšovací menič (boost) na začiatku teraz nie je aktívny - je odpojený. Čast meniča s ktorou som mal problém bol H most ktorý stužil ako kombinovaný step down menič a invertor zároveň. Cielom bol ovytvorit na výstupe striedavé napatie, s nastabitelným rozsahom 0V až 230V efektívne. zatial lichobežník, do buducna aj sinus. S pwm modulaciou v H moste je to možné. Napríklad 10ms obidva mosfety vpravo idú s PWM modulaciou (synchronny step down), mosfety vlavo horný je iba vypnutý, spodný je iba zapnutý. Po 10ms sa vymenia. Mosfety vlavo idu s PWM modulacio (synchronny step down), mosfety vpravo horný je iba vypnuty, spodný je iba zapnutý

[martin knocik]

Budič s L6491 stále robí problémy. Pri napätí 90V dochádza k občasnému výpadku polvlny (4 až 6 polvln je v poriadku, 1 vypadne a potom zase 4 až 6 polvľn v poriadku). Tentokrát výstupné napatie dosiahne počas 1ms nábežnej hrany maximálnu hodnotu a keď by už malo byť 9ms trvalo maximálne (100% PWM) tak prudko sa vypne. Pri vyšších napätiach sa odpáli budič a často aj dolný MOSFET.

Skúsil som do 12V napaňájania pridať zopár keramických kondenzátorov (2u2, 4u7, 10u), tiež odpojiť všetky zvyšné obvody ktoré by mohli vypnút budič a tiež som vyskúšal aj iný napájací zdroj. Nepomohlo to.

Ale našiel som zaujímavý application note AN-8102 ktorý popisuje problémy a zasekávanie sa HVIC gate driverov pri krátkych pulzoch na riadiacich vstupoch gatedrivera (19ns - 39ns, všeobecne pulzy kratšie ako je dvojnásobok deadtime). https://www.fairchildsemi.com/applicati ... N-8102.pdf

Problém podla všetkého bude so 100% PWM a s 0% PWM - mali by tam byť tam krátke pulzy. 20kHz PWM generujem DSP procesorom TI TMS320F28027 (Picollo). PWM generátor využíva čátač s frekvenciou hodín 60Mhz ktorý počíta smerom hore aj dole do 1500. Takže pri 100% PWM je pri počítaní smerom nahor pri hodnote čítača 1500 je zmenená log hodnota PWM vystupu z log. 1 na log 0, čítať otočí smer počítania a zas je zmenená hodnota výstupu z log. 0 na log. 1. Najkratší pulz ktorý vie TMS320 vygenerovať je 66ns. L6491 ma maximálny deadtime udávaný výrobcom v mojom zapojení 240ns. Takže teoreticky podla AN-8102 by som sa mal vyvarovať pulzom kratším ako dvojnásobok deadtime - 480ns.

Podla všetkého by som mal PWM držať v rozsahu 0,132% až 99,868%. Vedel som že nebezpečné sú hodnoty PWM blízke 0%, ale nenapadlo by ma že nebezpečné nože byť 100% PWM. Cez týždeň to skúsim opraviť.

Stretol sa niekto s niečim podobným ?

Doteraz som to robil tak že začal som na 0% PWM, v krokoch po 10% som sa dostal na 100% PWM (a tu hodnotu držal 9ms), potom som klesal po 10% krokoch na 0% PWM a potom 10ms vynutil na výstupe log. 0 aby som mohol prepnut polaritu výstupného napatia(0% PWM ale bez kratkych pulzov). Obidva budiče sú budene v podstate rovnakým signálom, len jeden z nich vždy na 10ms nasilu vypnem (vynútená log. 0 na výstupe )a po 10ms ich vystriedam.

[hpeter]

Paralelne k fetom sa davaju rychle diody, pretoze tie "zabudovane" byvaju pomale. Tieto diody na scheme nevidim, cize asi nie su vobec pouzite
-------------
ci by sa problem odstranil; keby si docasne nahradil diodou

[martin knocik]

Je to zapojene ako synchrónny step down menič, spodný mosfet by sa mal otvoriť (90 ns pri 3,5A špičkový prud gejtu) skor ako interná dioda. To je dovod prečo tam nie su externé diody. Interná dioda ma recovery time 350 - 490ns.

[martin knocik]

Podla všetkého problém spôsobuje LC člen na výstupe meniča. Skúsil som si nechať vyrobiť plošák podla podkladov ST L6491 Evaluation board, je to polmost s budičmi L6491. Takže som sa rozhodol vyskúšať minimálne zapojenie typu synchronny step down DC/DC menič s pevnou 50% striedou. Ako zdroj signálu som použil obdĺžnikový generátor 20kHz (50% strieda) pripojený tieneným káblom. Rozhodol som sa skúsiť postupne zväčšovať LC člen na výstupe a sledovať čo sa bude diať. Mosfety som použil tie čo aj predtým STP24N65M2 s 3,4Ohm gejtovým odporom. Zátaž bola pri všetkých pokusoch výkonový rezistor 25 Ohm.
http://www.st.com/resource/en/data_brief/eval6491hb.pdf

1. séria pokusov bo len samotný polmost z mosfetov bez LC člena na výstupe. Všetko fungovalo pri rôznych výkonoch (230V a 8,4A). Na výstupe ostrý obdĺžnikový priebeh.

V 2. serii pokusov som na výstup do serie pridal LC člen - tlmivku 430uH a paralelne 1u5 fóliový impulzný kondenzátor. Do napätia zhruba 200V všetko fungovalo, zvlnenie napätia bolo asi 20V. Okolo 200V začali problémy - občasné vypadávanie budiča. Tiež sa na výstupnom napätí (100V) sa pravidelne vyskytujú 50V špičky trvajúce asi 25ns počas zopnutia horného mosfetu. Teoreticky vypočítaná rezonančná frekvencia tohto LC člena je 6kHz, aby som ju znížil rozhodol skúsiť pridať ďalší kondenzátor.

3 séria. Na výstupe som mal do serie 430uH tlmivku, 1u5 foliový kondenzátor a 470uF elektrolytický kondenzátor (elektrolyt nebol môj nápad). Skončilo to zničením budiča. Stav MOSFETOV je zatial neznámy.

V literature o meničoch píšu že jediná podmienka pri výbere LC člena na výstupe je aby rezonančná frekvecfia bola o dosť menšia než pravoná frekvencia meniča. Veľkosť tlmivky je závislá od požadovaného zvlnenia vstupného prúdu, veľkosť kondenzátora od požadovaného zvlnenia výstupného napatia. Vo všetkých knihách čo mám su +- podobné vzorce. Možno to vyzerá na nejaký skrytý parazitný parameter ktorý je asi treba brať do úvahy. Nevie niekto poradiť ?

Možno skúsim rýchle externé diody paralelne k mosfetom. Tie 25ns špičky sa bojím že su príliš krátke aj pre rýchle výkonové diody.