Strona 4 z 4

Re: Jak działa SSTC?

: 19 lut 2016, 17:22
autor: Yuri
Jeśli chodzi o lekturę... Sporo przydatnych informacji w języku angielskim można znaleźć tutaj:
http://www.richieburnett.co.uk/sstate2.html
http://www.richieburnett.co.uk/sstate3.html

Re: Jak działa SSTC?

: 23 lut 2016, 13:12
autor: IRFP460
Dzięki, niektóre informacje są tam zaskakujące, np. to że długi dead time może działać na szkodę układu.

Mam pytanie co do blokowania diod w MOSFETach. Z tego co wiem, robi się to dodając diody Shottky a obok lepsze, szybkie diody.
Ale można tego uniknąć stosując zamiast MOFSETu jakiś IGBT, tak?
A więc chciałbym uproscić moją płytkę półmostka od SSTC, wywalić z niej schottky, diody szybkie, a zamiast IRFP460 wsadzić jakieś IGBT.
Zasadniczo mam takie pytania:
1. Czy jest sens, a raczej, czy to nie zaszkodzi SSTC?
2. Jakimi paremetrami IGBT kierować się przy wyborze zamiennika?
Z tego co widzę to:
- amperaż, napięcie - wiadomo
- Turn-off delay time - to jest czas który mija nim on się zamknie, tak?
- Fall time - to jest czas zamykania samego w sobie, tzn. jak jest zbocze opadające?
Analogicznie:
- Rise time
- Turn-on delay time
Są jeszcze jakies inne, ale nie wiem które są istotne.
3. Doradzicie mi coś na miejsce IRFP460 do SSTC gdzie częstotliwość przełączania ma być nie większa niż 300kHz? Jak powinienem wyliczyć, jakie czasy fall time są odpowiednie dla tej częstotliwości?
300kHz to okres okolo 3333ns.
I widzę, że IRFP460 ma takie parametry:
Obrazek
Albo MOSFET, którego użył w swojej SSTC Yuri:
Obrazek
A np. FGL60N100BNTD (IGBT) ma już:
Obrazek
A np: FGA25N120 (IGBT)
Obrazek


Ale jak to się ma do działania do SSTC to nie wiem i o to pytam.
Jeszcze gdybym miał w SSTC większą kontrolę nad DEAD TIME, to w miarę bym to mógł sobie wyobrazić, ale to chyba by było możliwe tylko w przypadku użycia innego sterowania....

PS: ogólnie to chciałbym jakieś IGBT stąd: http://www.aliexpress.com/wholesale?shi ... roupsort=1

Re: Jak działa SSTC?

: 24 lut 2016, 13:24
autor: Yuri
Czasy, to odpowiednio:
td(on), td(of) - odpowiednio opóźnienie załączenia i wyłączania, czyli czas jaki mija od przeładowania bramki do reakcji klucza przez zmianę prądu drenu.
tr - Czas, w którym prąd na kluczu narasta z 10% do 90% maksymalnej wartości, czyli czas jaki zajmuje tranzystorowi włączenie.
tf - Czas opadania, jak wyżej, tyle że w tym czasie następuje zmniejszenie prądu z 90% do 10%.
Dwa ostatnie czasy odpowiadają bezpośrednio straty przełączania, ponieważ im dłużej trwają tym więcej czasu klucz spędza w liniowym trybie pracy, pomiędzy nasyceniem a zamknięciem - w tym stanie wykazuje dużą rezystancję a więc przepływający prąd powoduje wydzielenie dużej ilości ciepła.
Ale, czasy czasom nie równe... Przede wszystkim ten parametr ma rolę poglądową (tak samo jak podana w nocie wytrzymałość prądowa), ma za zadanie jedynie pozwolić projektantowi ocenić zachowanie klucza. Czasy przełączania znacznie zmieniają się zależnie od warunków pracy (prądu drenu, temperatury, rezystora bramkowego, napięcia Vds i jeszcze kliku innych). Do tego dla IGBT dochodzi ogon prądowy który zależnie od tranzystora potrafi znacznie przedłużyć czas wyłączania i niestety, prawie nigdy nie jest dobrze scharakteryzowany w nocie... Wspominałem o tym tutaj: elektronika-ogolna/dobieranie-rezystoro ... html#p5609

Zastępowanie MOSFET-ów IGBT w SSTC jest grząskim tematem... Przede wszystkim diody MOSFET-ów wycinamy dla tego, że mają fatalne parametry (są bardzo powolne, tzn. potrzebują bardzo dużo czasu aby po odwróceniu polaryzacji wrócić ze stanu przewodzenia to blokowania, przepływający w tym czasie prąd może być znaczny i powodować ryzyko zwarć skrośnych). Jest to konsekwencja faktu, że diody te de facto nie są celowym wytworem, ale skutkiem ubocznym procesu produkcji tranzystora, oczywistym więc jest że jej parametry będą kiepskie. Nie można tej diody pozbyć się po prostu dając zewnętrzną diodę ultraszybką równolegle do klucza - "szybkość" diod ma przede wszystkim wpływ na czas wyłączania, podczas gdy większość diod przechodzi do stanu przewodzenia niemal natychmiast, z szybkością ograniczoną głównie indukcyjnościami i pojemnościami pasożytniczymi w układzie. Nadto w wielu przypadkach okazuje się iż dioda w kluczu ma niższy próg napięcia przewodzenia niż dedykowane, w konsekwencji czego istnieje duże ryzyko że to ona załączy się pierwsza. Dlatego potrzebna jest dodatkowa dioda Shottky w szeregu z drenem klucza, zapewnia ona że pasożytnicza dioda klucz pozostanie zablokowana. Dlaczego akurat Shottky? Są one ekstremalnie szybkie i mają niskie napięcie przewodzenia, dzięki czemu wprowadzają niewielkie dodatkowe straty. Niestety, nie można użyć ich jako diod bocznikujących klucze ze względu na niską wytrzymałość napięciową.

Nie można też narzucić po prostu dużego czasu martwego dającego powolnym diodom czas na wyjście ze stanu przewodzenia, ponieważ w tym czasie rezonator "wymusi" przepływ sporego prądu co tylko zwiększy nam straty, doda przepięć itd... Dokładnie zjawisko opisane jest w linkach które podwałem w poprzednim poście.

Z kolei produkcja tranzystorów IGBT nie powoduje powstanie pasożytniczej diody w strukturze - jeżeli IGBT posiada diodę w obudowie, jest to osobna, dedykowana struktura diody która zazwyczaj posiada bardzo dobre parametry, w takim przypadku nie musimy diod wycinać ani dodawać... Ale znów zaczynają się inne problemy.
No właśnie, ogon prądowy o którym piszę już trzeci raz. Konsekwencją jego obecności jest konieczność wymuszania dużego czasu martwego i mamy gorszą sytuację niż gdybyśmy mieli wolną diodę przy kluczu, bo teraz sam tranzystor się ociąga z zamknięciem. ;)
IGBT ze znacznym ogonem prądowym nie mają więc zasadniczo żadnej przewagi nad MOSFET-ami. Poza wyższą wytrzymałością prądową.
Ale! Istnieją nowoczesne IGBT które prawie nie wykazują ogona prądowego. Takie zachowują się w przybliżeniu jak MOSFET, przy czym oferują wyższe prądy, charakterystykę przewodzenia diody (straty przewodzenia rosną w przybliżeniu liniowo z prądem, podczas gdy dla rezystancyjncyh MOSFET-ów przyrost następuje wykładniczo) i nie mają problemu z pasożytniczymi diodami. I takie tranzystory nadałyby się całkiem nieźle. Tyle, że mają następujące problemy:
-Najpierw trzeba taki tranzystor znaleźć i kupić. A bywają drogie.
-Często posiadają stosunkowo dużą pojemność bramki, co przy wysokiej częstotliwości pracy dociąża drivery.
-Często okazują się i tak wolniejsze od MOSFET-ów


Jest jeszcze inna metoda na pozbycie się dodatkowych diod przy MOSFET-ach: sprawić, aby diody bocznikujące nie były w ogóle potrzebne. Jak to osiągnąć? Jest to dość wymagające... Należy wykonać sterownik o ultra niskich opóźnieniach (lub, jeszcze lepiej - zaimplementować np. przesuwnik fazy i dostroić go tak, aby skompensować opóźnienia drivera) oraz ostrożnie dobrać rezystory bramkowe by uzyskać maksymalną synchronizację z rezonansem - doprowadzić, by klucze przełączały się niemal idealnie w momencie, gdy sinusoidalny przebieg prądu wymuszony przez rezonator będzie przechodził przez "zero". W takiej sytuacji praktycznie nie nastąpi przepływ prądu przez diody bocznikujące, nie zostaną w ogóle załączone et voilà - jak wolne by nie były nie robią nam problemu. ;)
Rozwiązuje to także problem z ogonem prądowym IGBT - nie występuje on jeżeli w momencie wyłączenia klucza nie przepływa przezeń prąd.
Niestety, w praktyce uzyskanie i zachowanie wystarczająco precyzyjnej synchronizacji w układzie tak dynamicznym jak SSTC jest bardzo trudne i ciężko uzyskać gwarancję, że niezależnie od warunków pracy zostanie ona utrzymana...

Re: Jak działa SSTC?

: 24 lut 2016, 14:42
autor: Grzegorzm2121
Czyli tranzystory będą przełączały się jak w zvs?
Widziałem film na forum jest pokazane jak za pomocą cewki i szybkiego komparatora
można zrobić przełączanie tranzystorów w zerze ale jest to skomplikowane i używa się tego przeważnie w DRSSTC.

Mosfety są lepsze w SSTC bo przełączają się szybko, szybciej od IGBT lecz mają rezystancję więc straty na nich są nie liniowe tylko rosną z kwadratem prądu.

Dlatego chyba w SSTC bardziej zależy na zmniejszeniu prądu a zwiększeniu napięcia a w DR
można zwiększać to i to.

Widziałem mosfety w technologi cree. Mają parametry podobne do igbt lecz chyba się nie nadają ze względu na ich rezystancję.

Dobrze mówię?

Re: Jak działa SSTC?

: 24 lut 2016, 16:19
autor: IRFP460
Yuri pisze: Ale, czasy czasom nie równe... Przede wszystkim ten parametr ma rolę poglądową (tak samo jak podana w nocie wytrzymałość prądowa), ma za zadanie jedynie pozwolić projektantowi ocenić zachowanie klucza. Czasy przełączania znacznie zmieniają się zależnie od warunków pracy (prądu drenu, temperatury, rezystora bramkowego, napięcia Vds i jeszcze kliku innych). Do tego dla IGBT dochodzi ogon prądowy który zależnie od tranzystora potrafi znacznie przedłużyć czas wyłączania i niestety, prawie nigdy nie jest dobrze scharakteryzowany w nocie...
Ale to będzie widać na moim oscyloskopie, tak? Jak będą się zachowywać przebiegi?
Pokusiłem się o FGA25N120ANTD.
Po wpisaniu w google "FGA25N120 Tesla" wychodzą różne wyniki.
Trochę zdziwiło mnie to:
Unfortunately, the FGA25N120 IGBTs are not suitable for use with
these boards
because they do not have an internal anti-parallel diode.
ale wydaje mi się, że tu chodzi o to, że wersja FGA25N120 nie ma diody, ale wersja FGA25N120ANTD
już ją ma (ANTD - ANTi-parallel Diode).
Również ciekawe wyniki są po wpisaniu "FGA25N120ANTD Tesla" w Google.
Jak dojdą, to będę eksperymentować.
Yuri pisze: Z kolei produkcja tranzystorów IGBT nie powoduje powstanie pasożytniczej diody w strukturze - jeżeli IGBT posiada diodę w obudowie, jest to osobna
Hm, to by się zgadzało, niektóre IGBT nie mają tej diody wcale, takie jak FGA25N120, a FGA25N120ANTD już ją ma.
Yuri pisze: Jest jeszcze inna metoda na pozbycie się dodatkowych diod przy MOSFET-ach: sprawić, aby diody bocznikujące nie były w ogóle potrzebne.
Szukam raczej czegoś bardziej wykonalnego w warunkach amatorskich :D

Re: Jak działa SSTC?

: 25 lut 2016, 12:31
autor: Yuri
Grzegorzm2121 pisze:Czyli tranzystory będą przełączały się jak w zvs?
Widziałem film na forum jest pokazane jak za pomocą cewki i szybkiego komparatora
można zrobić przełączanie tranzystorów w zerze ale jest to skomplikowane i używa się tego przeważnie w DRSSTC.
ZCS - Zero Current Switching, klucze przełączają się w zerze prądu, nie napięcia. ;)

Predikter, o nim mówisz. ;)
Zasadniczo, wszystkie takie rozwiązania najlepiej spisują się w DRSSTC. Dlaczego? Dlatego że kompensacja wymaga kalibracji do konkretnej częstotliwości i warunków pracy, a te jak wiadomo, w SSTC są uzależnione od obwodu wtórnego i bardzo "pływają". W DRSSTC driver jest do dostrajany do pierwotnego obwodu rezonansowego który zachowuje się w bardziej stały sposób, a tenże układ jest dopiero dostrajany do wtórnego (nadto do parametrów obwodu wtórnego w konkretnej sytuacji, np. cewka zaczyna pracować lekko niedostrojona i uzyskuje pełne zestrojenie dopiero gdy wyładowanie osiągnie maksymalną długość, tak wielka jest dynamika obwodu wtórnego [dlatego strojenie DRSSTC jest potwornie żmudne]. Jednak jako że dla drivera punktem odniesienia jest obwód pierwotny, klucze mają zapewnioną przez cały czas pracę w dobrych warunkach, podczas gdy niedostrojenie pomiędzy obwodami odbija się przede wszystkim na skuteczności transferu energii między nimi. Do tego DRSSTC zazwyczaj są fizycznie większe, a więc i parametry rezonatora są stabilniejsze. W SSTC stroimy się od razu do rezonatora i niedostrojenie odbija się na kluczach).

Widziałem co prawda SSTC z różnymi implementacjami takich rozwiązań i nawet się spisywały, ale i tak nie rezygnowałbym z wycinania pasożytniczych diod ze względu na ciągle istniejące ryzyko utraty perfekcyjnej synchronizacji.
Grzegorzm2121 pisze: Dlatego chyba w SSTC bardziej zależy na zmniejszeniu prądu a zwiększeniu napięcia a w DR
można zwiększać to i to.
To niezupełnie. Dla SSTC z grubsza liczy się ilość mocy zrzucanej do rezonatora (jak pisałem wcześniej), kwestia prądów i napięć jest drugorzędna i zależy od konkretnej implementacji. A w DRSSTC... To skomplikowane. :)
Grzegorzm2121 pisze: Widziałem mosfety w technologi cree. Mają parametry podobne do igbt lecz chyba się nie nadają ze względu na ich rezystancję.

Dobrze mówię?

Mówisz o MOSFET-ach S9C (na węgliku krzemu)? Niezupełnie. Te klucze są rewelacyjne - potrafią pracować przy napięciach 1200V i wzwyż zachowując szybkość i niską rezystancję kanału zwykłych MOSFET-ów (krzemowe MOSFET-y na napięciach >=800V mają stosunkowo wysokie Rds, sięgające nawet kilku omów podczas gdy SiC zostaje przy wartościach ułamkowych. A wysokonapięciowe IGBT Si wiadomo - wolne), przy okazji pasożytnicza dioda w ich strukturze konkuruje parametrami z dedykowanymi, krzemowymi ultrafast. Ale mają też swoje wady... Przede wszystkim - cena. Są horrendalnie drogie (50, 100zł za klucz i w górę). Drugim problemem jest sterowanie - wymagają asymetrycznego sterowania (pełne nasycenie wymaga podania na bramkę >=18V, a domknięcie zdepolaryzowania do kilku voltów poniżej potencjału źródła. Tu uwaga - bramka takiego klucza wytrzymuje znacznie wyższe napięcie dodatnie niż ujemne). Komplikuje to trochę układ sterowania.

Na dobrą sprawę, te klucze są doskonałe do falowników, nagrzewnic etc, ale do SSTC nie ma sensu się na nie wykosztowywać - główną zaleta będzie tu możliwość pracy z wyższym napięciem zasilania (np. zasilanie trójfazowe), ale to narzuca poziomy mocy przy których topologia SSTC traci opłacalność i sens... :)
IRFP460 pisze:
Yuri pisze: Ale, czasy czasom nie równe... Przede wszystkim ten parametr ma rolę poglądową (tak samo jak podana w nocie wytrzymałość prądowa), ma za zadanie jedynie pozwolić projektantowi ocenić zachowanie klucza. Czasy przełączania znacznie zmieniają się zależnie od warunków pracy (prądu drenu, temperatury, rezystora bramkowego, napięcia Vds i jeszcze kliku innych). Do tego dla IGBT dochodzi ogon prądowy który zależnie od tranzystora potrafi znacznie przedłużyć czas wyłączania i niestety, prawie nigdy nie jest dobrze scharakteryzowany w nocie...
Ale to będzie widać na moim oscyloskopie, tak? Jak będą się zachowywać przebiegi?
Pokusiłem się o FGA25N120ANTD.
Po wpisaniu w google "FGA25N120 Tesla" wychodzą różne wyniki.
Trochę zdziwiło mnie to:
Unfortunately, the FGA25N120 IGBTs are not suitable for use with
these boards
because they do not have an internal anti-parallel diode.
ale wydaje mi się, że tu chodzi o to, że wersja FGA25N120 nie ma diody, ale wersja FGA25N120ANTD
już ją ma (ANTD - ANTi-parallel Diode).
Również ciekawe wyniki są po wpisaniu "FGA25N120ANTD Tesla" w Google.
Jak dojdą, to będę eksperymentować.
Będziesz widział, przepięcia przy przełączaniu kluczy to pierwszy zwiastun że coś jest nie tak.

Aleś sobie wybrał klucze... Mam moduły które przy 200A mają straty przełączania takie, jak te przy 25... :P Czemu brałeś "krowy" na 1200V?
Mają wbudowaną diodę. Ale szczerze? Te konkretnie nie specjalnie szybką (w tanich kluczach projektowanych z myślą o niskiej częstotliwości często montuje się gorsze diody).
IRFP460 pisze:
Yuri pisze: Jest jeszcze inna metoda na pozbycie się dodatkowych diod przy MOSFET-ach: sprawić, aby diody bocznikujące nie były w ogóle potrzebne.
Szukam raczej czegoś bardziej wykonalnego w warunkach amatorskich :D
Jest wykonalne - jedynym ograniczeniem jest Twoja wiedza i pomysłowość. ;)

Re: Jak działa SSTC?

: 15 mar 2016, 07:46
autor: IRFP460
Yuri pisze: Aleś sobie wybrał klucze... Mam moduły które przy 200A mają straty przełączania takie, jak te przy 25... :P Czemu brałeś "krowy" na 1200V?
Mają wbudowaną diodę. Ale szczerze? Te konkretnie nie specjalnie szybką (w tanich kluczach projektowanych z myślą o niskiej częstotliwości często montuje się gorsze diody).
Były dość okazyjnie, ale jeszcze będę mieć: FGH40N60SMD
użył ich loneoceans a miał jakieś 400kHz f. rez i dawały radę.
Co o nich sądzicie?

Ponadto myślałem niedawno o porównaniu metod zasilania półmostka, bazując na tym:
http://www.richieburnett.co.uk/sstate.html
Mamy:
- prostownik jednopołówkowy (jedna dioda)
- prostownik (cztery diody) ale bez filtracji
- prostownik + filtracja elektrolit chociażby paręset uF
- phase angle controller
Chciałbym wszystkie te metody porównać przy użyciu jednej Tesli i jednego halfbridge. I mam takie pytania:
1. Czy mogę wykonać halfbridge w ten sposób, ze część z tranzystorami będzie na jednej płytce, a część zasilania wydzielę na drugą płytkę (tzn. prostownik i ew. kondensator filtrujący), połączę je np. paroma cm przewodu i kostką (a może jest jakiś wygodny wtyk do zamówienia ale nie wiem jak szukać...). Nie zaszkodzi to mostkowi? Zawsze to te parę cm więcej długości połączeń i zbędnych induktancji...
2. Jeśli tak, to co ze snubberem rzędu 1uF? On powinien być w każdym przypadku najbliżej MOSFETów? Czy jego też pomijać?
3. Jak najłatwiej zrealizuję ten phase angle controller?

Re: Jak działa SSTC?

: 23 mar 2016, 18:28
autor: Mania-C
Yuri pisze: Jest jeszcze inna metoda na pozbycie się dodatkowych diod przy MOSFET-ach: sprawić, aby diody bocznikujące nie były w ogóle potrzebne. Jak to osiągnąć? Jest to dość wymagające... Należy wykonać sterownik o ultra niskich opóźnieniach (lub, jeszcze lepiej - zaimplementować np. przesuwnik fazy i dostroić go tak, aby skompensować opóźnienia drivera) oraz ostrożnie dobrać rezystory bramkowe by uzyskać maksymalną synchronizację z rezonansem - doprowadzić, by klucze przełączały się niemal idealnie w momencie, gdy sinusoidalny przebieg prądu wymuszony przez rezonator będzie przechodził przez "zero". W takiej sytuacji praktycznie nie nastąpi przepływ prądu przez diody bocznikujące, nie zostaną w ogóle załączone et voilà - jak wolne by nie były nie robią nam problemu. ;)
Rozwiązuje to także problem z ogonem prądowym IGBT - nie występuje on jeżeli w momencie wyłączenia klucza nie przepływa przezeń prąd.
Niestety, w praktyce uzyskanie i zachowanie wystarczająco precyzyjnej synchronizacji w układzie tak dynamicznym jak SSTC jest bardzo trudne i ciężko uzyskać gwarancję, że niezależnie od warunków pracy zostanie ona utrzymana...

Yuri dobry optymizm :) powiem coś o praktyce bo próbowałem conieco i wymaga to ogrom optymalizacji konstrukcji. Już nie mówiąc o tym ze bardzo schludnej i zadbanej przemyślanej konstrukcji. kluczem do sukcesu są:

-2 stopniowe układy sterowań bramek jeden t(rire) drugi t(fall) z naprawdę dobrze dobranymi rezystorami bramkowymi.
-ultra duże kondensatory snubujące
-maksymalna symetria wyjścia (tu uwaga wyjście z mostka względem ziemi zachowuje się jak linia symetryczna) tzn że lubi być bardzo blisko siebie.
Mimo to widać ze czasem pojawiają sie jakieś piki no ale to normalne bo parametry pracy w SSTC zawsze sie zmieniają niemal z każdym wyładowaniem inaczej. Zawsze najgorzej jest na starcie w momencie pierwszego ruszenia ten impuls jest zawsze delikatnie dłuższy niż powinien. No wynika to z samej topologii jaką najczęściej wprowadzasz tesle do normalnej pracy tzn poddajesz impuls z intka i czekasz na odpowiedz od rezonatora na antenie który tooooo zaaaaniemmmm russssszzzy trochę czasu mija... :D
a TLL z układem schmitta dalej czeka aż przekroczysz te magiczne 2V wtedy już idzie 2gi cykl i już to wszystko toczy się o szybciej i normalniej.
Dlatego mam zdanie że dobrą optymalizacją jest zastosowanie komparatora zamiast 74hc14 :) .

Pozdrawiam