H-most - teoria, navrh atd.

[spin90]

Zdravim,

Uz pred viac rokmi som chcel spravit nejaky univerzalnejsi H-mostik na vykonove aplikacie (sstc, indukcny ohrev, menic 12-230V, reverz DC motorov atd...)
Od snahy vyrobit nejaky univerzalny mostik som upustil, rad by som sa teraz venoval konstrukcii H mosta na spominany indukcny ohrev a nejake VF transformatory (ci uz tesla, alebo klasicke s feritom, nerezonancne).
Zdroje na napajanie, tak na tych momentalne pracujem, mam nejake reg. autotrafa, oddelovaky, usmernovace ..., uz len zlozit a dat do krabic.
Takze k tomu H mostu, prekvenciu si predstavujem do max 150 kHz, vykonovo, no podla tranzistorov, ale kedze to chcem casom mozno aj na ten indukcny, tak su to jendotky kW (povedzme max 5 kW).

Dakedy davnejsie som skusal budit mostik cez GDTcka. Neze by to neslo, islo, ale nebol som z toho nadseny. Potom to zacalo blbnut a trandy sa palili. Maju jednu obrovsku vyhodu ze nepotrebuju plavajuce napajanie.
Kazdoapdne, ja som sa rozhodol ist inou cestou. Mam doma 4 kusy budicov ADUM3221 : http://www.analog.com/media/en/technica ... 0_3221.pdf Budic ma 2 kanaly, spojim ich do jedneho koli vyssiemu nabijaciemu prudu.
Riadiaca a vystupna cast su opticky oddelene. K tomu samozrejme 4 plavajuce napatia (teda, v principe by stacili 2-3, ale urobim to uz so 4mi) Na plavajuce napajanie pouzijem izolovane DC/DC menice s vystupnym napatim 15V s izol. napatim 1000V.
Otazka je, ci to takto bude dobre, ci nie je aj nieco vhodnejsie. To ako poumiestnovat tieto riadiace IO co najblizsie ku Gateom bude tiez narocne, ale nieco vymyslim.
Zaujima ma ale, aky integrac pouzit na vytvorenie pauzy v spinani (dead time) a na ochranu proti nadprudom (cez nejaky bocnik na vystupe) Vobec celkovo, ako riesit ochranu tranzistorov proti destrukcii nadprudom ? V tom nemam jasno.
Kto ma s tym skusenosti ?

Dakujem

[staffy]

Pri DC/DC meničoch pre gejty si daj bacha na kapacitu medzi primárnou a sekundárnou časťou, musí byť do pár pF.

[spin90]

Pockat, ktoru presne myslis kapacitu ? Kapacitu G-S ?

[martin knocik]

150kHz a 5kW, (predpokladam napajanie 330VDC po usmerneni sietoveho a spinaci prvok bude MOSFET) nie je trivialna uloha, aj ked H most vyzera prekliate jednoducho. Problemom su samotne mosfety a kombinacia vysoke napatie a kratke spinacie casy. Ja som teraz 3 mesiace 8 hodin denne ozivovall 250Vdc 2kw 20 kHz H most a problémov som si uzil. Dam ti nejake rady zistene praxou. Dobre si prestuduj diskusiu kde som riesil problem s L6491, mas tam uzitocne vzorce pre vypocet gejtovych odporov - aj ked sa to nezda, je to najdolezitejsia vec navrhu h mosta.

Ako prvu chybu by som videl to ze sa snazis zvysovat nabijaci prud (dokoma chces dat budice paralelne). Ja som pouzil 4A budic, ale aj tak zapinaci gejtovy prud nosfetov nemohol byt viac ako 100mA. Zapinaci gejtovy prud ma svoj horný limit. V 2 faze zapinania mosfetu, ked je na gejtovom napati tzv "plató", tak dojde k poklesu napatia drain source. rychlost poklesu napatia d-s pri zapinani mosfetu je zavisla od gejtoveho prudu a kapacity Cgd (nazyvanej tiez Crss). pokles napatia d-s nemoze mat nekonecnu strmost, bezne mosfety znesu max 50V/ns.
Z toho vyplyva vzorec pre vypocet minimakneho zapinacieho gejtoveho odporu. Cgd najdes v datasheete v grafoch, je to napatovo zavisle.


Jednoducho povedane, cim vyssie napatie d-s, tym dlhsu musi byt zapinaci cas a teda tym vyssi gejtovy odpor a nizsi zapinaci prud mosfetu. Vypínací prud mosfetu moze byt velky - daj k zapinaciemu odporu paralene vypinaci odpor s antiparalelnou rychlou schottkyho diodou. Prilis velky vypinaci prud ale moze sposobovat nezelane oscilacie na gejte a tym padom aj vf bordel na d-s napati. (antiparalelna dioda nemusi byt velka, budu to len kratke pulzy). Ak budes mat prilis maly zapinaci gejtovy odpor, bude sa to prejavovat tak, ze h most bude funkcny pri 100V, ale pri napr 150V sa budu odpalovat mosfety bez na prvy okamih znamej priciny.

Dobry applikation note pre vyber gejtoveho odporu je tento. nedaj sa odradit tym ze je to pre bootstrap budice - problem gejtoveho odporu je nezavisky na budici. https://www.fairchildsemi.com/applicati ... N-6076.pdf Najskor podla vzorcov 30, 31 z app mote si najskor vypocitas minimalny zapinaci gejtovy odpor. A potom spatne podla vzorcov 29,28,27 si vypocitas aky najkratsi zaoinaci cas si schopny dosiahnut. Spravis tento vypocet s roznymi mosfetmií a vyberies si ten najvhodnejsi. V podstate staci brat do uvahy mosfety od Infineonu, Vishay a ST. ostatni vyrobcovia su o triedu nizsie a IR bol kupens infineonom. vzhladom na velke spinacie straty pri 150 kHz by som odporucil viac mosfetov paralelne aby sa to dalo rozumne chladit.

druhy problem by som videl s integrovanymi budicmi - nie su navrhnuté na to aby vedeli zabezpecit zaporne napatie g-s pre spolahlive vypnutie spodnych mosfetov. budes mat kratke spinacie casy, strme spicky na d-s na vrchnych mosfetoch a teda urcite aj Cgd dv//dt problem na spodnych mosfetoch. ten sa da jedine riesit zapornym gejtovym napatim pri vypnutom mosfete (v postate posunies treshold napatie mosfetu, takze pri -3V gs potrebujes 5V pulz na gejte aby sa otvoril mosfet). Ani pouzitie 0R getjtoveho opdporu a 4A budica l6491 neodtranilo Cgd dv/dt problem - stale som mal 3V spicky naa gejte. Jeine co pomaha je zaporne napatie. mas 2 sposoby ako ho ziskat. 1 sposob (profi riesenie) je budic spodnych mosfetov z diskretnych suciastok ktory ma v zapnu tom stave g-s napatie +12V a vo vypnutom g-s napatie -5V (treba aspon -3V). Alebo pouzit beuny budic a tsrioedavu vazbu spodnych mosfetov( kondenzator namiesto gejtoveho odpotu). Pri 15V napajani by si mohol mat +10v gs v zopbutom stave, -3V gs vypntuom stave a 1-2 volty sa stratia v obvodoch ac vazby s budica. podrobnosti najdes v diskusii k l6491. Cgd dv dt problem sa prejavuje ako kratke 50-200ns krizove skraty (10A mosfet pusti na kratku dobu 70A prudy), zvysenym zohrievaním mosfetov (zavisle od spinacej frekvencie ) a vrčaním cievok. mal som velku feritovu cievku, s Cgd dv dt problem sa vyskytovalo vrcanie, po zmierneni tohoto problemu je pocut zvuk pripominajuci slabe praskanie. 5VA myrra pomocny zdroj teraz viac bzuci nez feritiva cievka s 2kw prenasaneho vykonu pri 20 khz.

Jednoduche riesenie nadprudovej ochrany typu meraci rezistor a dolnopriepustny RC filter v praxi nefunguje. Najma nedavaj meracie odpory medzi soure spodneho mosfetu a zem. zhorsi to Cgd dv/dt problem . Pri normalnej prevadke dochadza k vyskytu kratkodobym par desiatok nanosekund trvajucich vysokych prudov - reverse recoverx diod mosfetov (dobre je dat paralelne rxchle schottkyho diody k internym mosfetovym diodam), Pocas deadtime moze pretekst cez tieto diody prud (nsjma pri indukcnej zatazi). vuniksju ihlove pulzx ktore prejdu cez rc filter - su nevyfiltrovstelne. L6491 msl vstup priamo pre signasl z meracieho rezistora, ale spravalo sa to v praxi dost nahodne. nakonic som sa rozhodol mwäerat prud len na vystupe H mosta halls'senzorom allegro ACS.... (take male lacne ale citlive na okolite magneticke poke) a meranu hodnotu priemerovaj v riadiacom DSP celeho menica TI TMS320F28027.

co sa tyka deadtime, niektore budice ako L6491 maju programovatelny deadtime, a tiez napriklad DSP TMS320F28027 ma v sebe obvod pre generovanie deadtime.

nad boostrap budicmi si neuvazoval (urcite ich par odpalis)? odpalil som ich asi 20 kym zacal moj h most riadne fubgovat, ale ani raz z nedoslo k prirazu z vysokonapatovej do nizkonapatovej cast. L6491 je spolahlivy a dobry obvod za prijemnu cenu. (menej nez 3€)
zelam vela stastiam chlsdnu hlavu s pevne nervy.

[medved]

Zdravím, ideálna téma na oživenie a pokračovanie... riešim práve podobný problém na IGBT polomoste. Takže nejako stručne, čo tu mám:

VN zdroj pre vlastnoručne navinutý VN transformátor na 22kV (ferit - 2,5x2,5cm)
driver s TL494 -> budiče TC4451 -> GDT -> IGBT polomost (SKM75GB063D - 600V, 100A)
f: 22,5kHz
budiace napätie na G: 18V

Najprv som oživil a nastavil samotný budič a budenie na IGBT, zatiaľ bez hotového samotného polomostu. Priebehy boli OK, potom po dokončení komplet polomostu som začal oživovať a merať už kompletku, pravdaže hneď sa zmenili priebehy na gejtoch po privedení napätia na drain. Začali tam vznikať špičky nejakých 2V a to som ešte nemal ani plné napätie len na nejakej hodnote z variaku. Ak dobre chápem, tak je to presne aj tu popisovaný problém s millerovou kapacitou medzi G-D a rýchlim nábehom napätia na draine. Tak som zvýšil nabíjací rezistor o +5R, teda na hodnotu 20R a vybíjam gejt cez 5R1. Problém som myslím vyriešil a daná špička sa dostala pod 1V a idem s variakom ešte vyššie s napätím. Reku super, ale potom som si všimol, že začal mi vznikať nejaký iný zákmit alebo ani neviem čo to je tam a prečo to je... posielam dole video, tam to pekne vidno. Ak VN zdroj beží naprázdno tak vzniká tam takýto zákmit, ale úplne stačí sa priblížiť len rukou k VN výstupu a to ani netreba veľmi blízko a už sa mení priebeh a zaniká ten kopček, rovnako aj keď sa približujem s elektródou a idem ťahať oblúk. Výkon zatiaľ limitovaný na nejakých cca 150W tlmivou v sérií s VN trafom. Dole sú priebehy pred a po zmene gejtového R.

Nejaké nápady, kde je problém, čím to je, či sú Rg takto OK a či to správne chápem.. ?

Link na VIDEO: https://www.youtube.com/watch?v=mW2f-7H83rU

[martin knocik]

Ja som mal tento problém s mosfetmi pri spinaní napatí H mostom. Od 90V a vyssie mi už odchadzal h most.
Spravil som obrazok z tvojho videa a vyyera to na ten Cgs dv/dt problém za predpokladu že červene zvyraznenym kružkom je napatie asi24V Uds na spodnom IGBT H mosta. Ak by si mi poslal zaznam kde by si meral Uds aj Ugs na spodnom IGBT H mosta, tak by som ti to vedel potvrdit. Ten spodny signal s amplitudou 2v je riadiaci signal na vstupe budica ? Ak ano, tak pekne vidis ako dojde ku kratko trvajucemu skratu H mosta v okamihu ked riadiaci signal prejde z 2V na 0V. Ten Cgd dv/dt problem nastava v okamihu ked je spodny tranzistor H mosta zavrety, horny tranzistor je zavrety, ale horny tranzistor sa uz zacina otvarat. Pri otvoreni vrchneho mosfetu vznikne dostatocne velky dv/dt pulz na spodnom tranzistore že dojde k jeho krátkemu ale neželanemu otvoreniu. Ak bude skrat trvat príliš dlho, môže sa zničiť most. tvoj mosfet vydrzi skrat po dobu 10 us. (hodnota t_psc), neviem či je to jednorazovo alebo opakovane.

Výrobca tvojho igbt modulu neuvadza dv/dt odolnost. Podla tvojho oscilogramu vidim že mas strmosť nabehu Uds asi 40V/us. Skus zvacsit gejtovy odpor vrchneho tranyistora a zmensit odpor spodneho tranzistora. Ak to nepomože, tak jedinym spolahlivym riešenim aspon u mosfetov bolo použiť záporne Ugs napatie (aspon -2V) na spodnom tranzistore ak so chcel mať spolahlivo vypnutý. Zaporne napätie sa da vyrobit pomocou striedavej väzby (kondenzator v gejtovom obvode).

[medved]

Trochu neskoro, ale nakoniec to bolo niečo iné. Problém už mám vyriešený a nebol to problém s millerovou kapacitou. Totiž spínam to o striede 45% celkom väčšie VN trafo a celý obvod mám naladené do sériovej rezonancie, kedy spínam IGBT tranzistormi na 2x nižšej f, ako je f0 VN trafa. Práve v tej oblasti, kedy je 0V na G tak VN trafo si robí čo chce a vznikajú tam tieto pulzy, čo si zakrúžkoval. Ale hneď po zopnutí tranzistora, už je priebeh taký ako má byť. Vďaka za info a zdroj už beží spoľahlivo časť sviatkov pri plnom výkone a plnom napätí z variaku

https://www.youtube.com/watch?v=MY96471tgw0
https://www.youtube.com/watch?v=P2tjW4HRELs

už len tomu dať aj nejakú krabicu....