tak więc przyszło mi poruszyć dość szeroki temat którym jest sterowanie bramek tranzystorów a właściwie układów sterowania. Mam tu na myśli i tranzystory MOSFET i IGBT.
Jest wiele rozwiązań problemu który może powstać podczas budowy układów mocy opartych o tranzystory. Zastosowanie odpowiedniego sterownika i zaprojektowanie układu może być dla nas nie rzadko wyzwaniem. Podczas projektowania wspomnianego układu należy odpowiedzieć sobie na kilka podstawowych pytań np. czy tranzystory mocy będą pracowały z wysokim napięciem, jak "duże" będą zastosowane tranzystory oraz z jaką częstotliwością będzie pracował projektowany układ. Proponuję rozpatrzenie tego tematu pod względem parametrów zbliżonych do naszych forumowych przyszłych, teraźniejszych i przeszłych projektów. Tak więc wartość napięcia zasilania w omawianych przykładach przyjmijmy 320VDC oraz częstotliwość pracy od 30KHz do 300KHz.
Mając już podany parametr napięcia zasilania myślę że moglibyśmy spokojnie przyjąć, dla naszego bezpieczeństwa, że każdy układ sterujący musi być odseparowany galwanicznie od części mocy. Separacja układu mocy od sterownika daje kilka wymiernych korzyści takich jak:
a) bezpieczeństwo pracy, masa sterownika zwykle jest odseparowana od masy układu mocy;
b) w razie awarii części mocy jest bardzo duże prawdopodobieństwo że sterownik pozostanie sprawny;
c) awaria jednego z tranzystorów mocy nie musi być równoznaczna z uszkodzeniem drugiego, trzeciego, czwartego tranzystora... zwłaszcza jeżeli każdy z tranzystorów posiada swój układ sterowania;
d) sterowniki z separacją na pewno częściowo zapobiegają przenoszeniu zakłóceń do sterownika;
e) chroni przed wzbudzeniami układu, przypadkowymi sprzężeniami.
Naszym podstawowym i najczęściej występującym sposobem sterowania tranzystorami części mocy jest GDT. GDT czyli Gate Driver Transformer, transformator sterujący bramkami. Transformator ten jest nawijany najczęściej na rdzeniu toroidalnym, o wysokim współczynniku przenikalności magnetycznej. Jest to najprostsze rozwiązanie ponieważ nie komplikuje nam płytki PCB części mocy, jest dosyć szeroko stosowane i tak popularne, że w razie problemów szybko znajdziemy pomoc kogoś bardziej doświadczonego Do zalet GDT na pewno należy możliwość zastosowania jednego transformatora zasilającego cały sterownik; prostota wykonania i mało komplikacji; w miarę odpowiedni poziom separacji galwanicznej ( który zależy od zastosowanej skrętki komputerowej i jej klasy ochrony na wysokie różnice potencjałów).
GDT nie jest jednak idealnym i odpowiednim dla wszystkich zastosowań sposobem sterowania. GDT mimo tych kilku zalet posiada różne wady a są to między innymi: dosyć długie czasy narastania i opadania impulsów sterujących, co pogłębia się wraz z zmiennym wypełnieniem innym niż 50% oraz zastosowaniem większych tranzystorów które zwykle posiadają dużo większe pojemności bramek; sterowniki wymagane dla GDT są stosunkowo drogie i nie zawsze działają stabilnie.
slu_1982 pisze: (....)
Czas w końcu na ostatnią część sterownika czyli drivery. Drivery są po to by wzmocnić sygnał S4 prądowo i napięciowo. Najczęściej zasilanie driverów to 12 lub 15V, taka też jest amplituda naszego sygnału po wzmocnieniu. Drivery muszą pracować przeciwstawnie, tak jak tranzystory w mostku. Też jest to część którą można realizować na różne sposoby między innymi stosując tranzystory. Najłatwiej zastosować jednak scalone drivery TC4422. Przy każdym driverze jak i układzie scalonym powinien się znajdować kondensator odprzęgający 100nF ceramiczny a dodatkowo przy driverach kondensatory 10-47uF elektrolityczne (ale tu już mają inny cel). Więc idąc punkt za punktem nasz schemat się uzupełnia: Teraz dochodzimy do "magicznej" części pośredniej. Jest to to GDT łączy układ sterowania z pół/pełnym mostkiem a zarazem separuje te dwa elementy. GDT jak widzimy jest to transformator. Nie jest to zwykły transformator jakie występują np. w zasilaniu żarówek halogenowych. Jest to transformator na rdzeniu ferrytowym, o kształcie koła czyli toroidalny. Najczęściej używa się rdzeni TN28 3E25. TN i numer jest to rozmiar rdzenia, radzę nie schodzić mniej niż TN25 bo będą problemy z nawinięciem transformatora, gdyż rdzeń będzie za mały. 3E25 to materiał z jakiego jest zrobiony rdzeń, jest jednym z najlepszych do tego typu zastosowań, zamiennikiem może być 3F3. Oba rodzaje materiałów i z nich rdzenie dostępne są na TME. Pierwotne najlepiej jest nawinąć podwójnie to znaczy skręcić ze sobą 4 druty wyciągnięte z kabla sieciowego wysokiej jakości i skręcić to jak najmocniej się da, potem taką skrętką nawijamy 12-16 zwoji. Pierwotne odrazy skręcamy, nawijamy tymi samymi kolorami żeby nic nie pomylić a wtórne dwoma różnymi. Po nawinięciu po jednej stronie zalecam zrobić po supełku żeby po skręceniu druta można było łatwo odróżnić. Teraz tak: podłączamy do tranzystorów nasz transformator dbając o zachowanie warunku fazy czyli jeden tranzystor na bramce ma mieć supełek drugi tranzystor ma być bez supełka. Kondensator szeregowo z uzwojeniem pierwotnym GDT spełnia tą samą funkcje co kondensator połączony szeregowo z uzwojeniem pierwotnym cewki tesli w konfiguracji pełnego mostka- odcina składową stałą. Musi być to kondensator impulsowy. Tak jak pisałem wcześniej jedynym połączeniem między mostkiem a sterownikiem jest tylko GDT. (...)
W przypadku stosowania dużych tranzystorów mocy, tym bardziej w układzie pełnomostkowym zdarza się spotkać sterownik który podaje sygnał sterowania na małe GDT (TN28-32) które to steruje tranzystorami MOSFET w pełnym mostku, owe tranzystory są zasilane napięciem o wartości ok. 18VDC lub wielokrotnościami tego napięcia. Następnym krokiem jest duże GDT o odpowiedniej przekładni transformatorowej sterujące już tranzystorami mocy we właściwym mostku. Zwiększenie napięcia sterowania dużym GDT pozwala na uzyskanie impulsów prądowych o dużo większej wartości niż w podstawowym rozwiązaniu, a to z kolei pozwala na skrócenie czasów narastania i opadania przebiegu sterującego- bramkowego. Przykładowe rozwiązania typu pośredniego mosta GDT pojawiły się przy kolejnych wersjach DRSSTC. Sam korzystam z takiego pośredniego mostka w DRSSTC oraz nagrzewnicy indukcyjnej. W DRSSTC zbudowałem mostek pośredni GDT korzystając z projektu Dżejwora, czyli 4 mosfety IRFZ44, stabilizator 18VDC, diody zenera i rezystory bramkowe.
Lewa górna strona pełny mostek pośredni i trochę niżej duże GDT. Po lewej, dolnej stronie widać pełny mostek z czterech sztuk IRF44Z. Mostek pośredni, duże GDT, zasilane z 36VDC, cztery tranzystory IRF1010, również bez dodatkowych zabezpieczeń, tylko zenery, rezystory i równoległe shottky do rezystorów. Przekładnia 2:1:1:1:1 Przejdźmy jednak do kolejnych rozwiązań. Nasi koledzy po fachu, tak jak my budujemy SSTC/DRSSTC, tak oni budują spawarki, wiele spawarek Warto zaznaczyć że tematy zwiazane ze spawarkami na forum elektrody są dosyć obszernie opisane. Oczywistą oczywistością jest fakt, że akurat tam można znaleźć dużo pełnowartościowych i ciekawych opracowań różnorakich sposobów sterowania tranzystorami mocy. Obecnie mało kto tam używa GDT jak nam teslowcom przykazano. W spawarkach do stabilizacji prądowej łuku elektrycznego niezbędna jest cały czas utrzymana regulacja wypełnienia sygnału sterującego. Jeżeli zwykłe GDT miało by się sprawdzać w takiej roli, to było by ono dosyć często spotykane, jednak jak widać nie do końca tak jest. Powodem nie koniecznie jest inny niż "nasz" układ tranzystorów mocy. Z moich własnych obserwacji w spawarkach budowanych przez amatorów a także profesjonalnym sprzęcie panuje układ Forward lub 2 Transistor Forward, co nie zmienia faktu że GDT nie mogło by tam znaleźć zastosowania. Jednak aby stosować tam GDT musiały by być wprowadzone odpowiednie zmiany i rozwiązania często komplikujące życie jeszcze bardziej. Mogę powiedzieć, że my stosując GDT w SSTC/DRSSTC jesteśmy zacofani ? Nie do końca.. w naszym przypadku utrzymuje się stan sygnału sterującego o równym wypełnieniu 50% Dopiero przy gwałtownych zmianach wypełnienia mogą pojawić się schody. Mniejsza z tym, co ja sądzę o GDT i spawarkach. Chcę wam przedstawić pewien fragment dość popularnej spawarki gdzie zaintrygowało mnie pewne zastosowanie. Nawet przez chwilę myślałem żeby to przetestować, w końcu trzeba będzie to kiedyś zrobić.
Rozwiązanie pierwsze.
Schemat i fragment tekstu zapożyczony z forum elektroda. Temat z którego zapożyczyłem fragmenty dostępny jest tu: http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1158468.html
Cytat z załączonego pliku w wymienionym wyżej temacie "opis spawarki.pdf" udostępnionego przez użytkownika "w_mirek" który jest prawie na 100% autorem tekstu, szkoda że nie podpisał się w publikacji.2.Falownik, pracujący w układzie „two transistors forward inverter” na tranzystorach T8, T9 - IRG4PC50W oraz diodach D24,23 – MUR860. Tranzystory sterowane są z układu UC3845 poprzez dwa optoizolatory TLP250. Rezystory R38 i R39 ograniczają prąd ładowania bramek tranzystorów mocy a transile TL2 i TL3 zabezpieczają bramki przed przepięciami. Transile TL4, TL5 oraz C26, R40, D25, C27,R41,D26 zabezpieczają tranzystory przed przepięciami od strony kolektorów. W szereg z transformatorem wyjściowym włączony jest przekładnik prądowy z którego impulsy podawane są na układ UC3845 i US2/1.
3. Przetwornicę zasilającą TLP250 dwoma napięciami +15V i –5V. Tworzą ją transformator TR1 tranzystor T7 oraz układ sterujący NE555, diody prostownicze szybkie D15- D18 kondensatory filtrujące C17-C20. Przetwornica pracuje na około 150kHz.
Po przejrzeniu kolejnych tematów ze spawarkami, w zasadzie doszedłem do wniosku że rozwiązanie się często powiela z różnymi modyfikacjami. CDN...