Dobór modułów IGBT i ich sterowanie

[wesolyyyy]

Jak już mowa o wielofazowych przetwornicach topologii boost/buck, zawsze byłem pod wrażeniem przetwornic zasilających rdzenie kart graficznych.

Wyżej to RTX 4090 w wersji Hall of Fame - najmocniejszej produkowanej odsłonie. Sekcja zasilania GPU? 36 faz Ta tutaj daje radę pracować przy ponad 1kW mocy, mając na wyjściu okolice 1V i 1kA (nie pamiętam dokładnie). Któraś najmocniejsza płyta główna Asusa lub MSI (Maximus lub Godlike) oferowała moc dostarczaną procesorowi na poziomie 1.7kW katalogowo. Oczywiście płyty dla podkręcaczy na azocie. Napięcia podobne, około 1.5W i ponad 1kA. W ten piękny sposób karta graficzna stała się wielką przetwornicą, a ten kawałek krzemu tam dokleili chyba z przyzwyczajenia
W każdym razie, 36 faz pracujących przy co najmniej setkach kiloherców, musi mieć piękną stabilność zasilania na wyjściu.

"Ale na dobrą sprawę - po co ten boost?"
Pewnie albo łatwiej było zbudować takiego boosta do obecnej cewki by nie musieć jej budować od nowa, albo nie mógł sobie pozwolić na większe prądy mostka same w sobie i podniósł napięcia.

Dodano:
Przy okazji. Znajomy myśli nad DSSTC, oczywiście nie lubi odtwarzać istniejących projektów więc pomagam mu ją skomplikować Szukaliśmy niedrogich i szybkich modułów IGBT.
https://www.vishay.com/en/product/96747/
Te są na mouserze po 25 euro za sztukę, wyglądają całkiem fajnie. Pewnie trzeba by łączyć je po 2 równolegle, 4 takie komplety na mostek, ale mogło by to wyglądać ciekawie.

[Dżejwor]

Powodzenia z łączeniem równolegle modułów w DRSSTC. Czemu podnosić napięcie ? ponieważ w pewnym momencie nie ma innej drogi aby zwiększyć długość wyładowania i nie ma to związku z wytrzymałością prądową mostka w samej cewce a z faktem że nie da się inaczej zwiększyć szybkości narastania prądu w pierwotnym. IGBT w DR wcale nie muszą być ultra szybkie bo częstotliwości nie są jakieś super wysokie a im większa cewka tym mniejsze + klucze muszą pracować w pełnym rezonansie. Proponuję raczej rozejrzeć się za klockami z demobilu niż kupować nowe w mouserze. Tutaj nie ma w zasadzie czego wymyślać od nowa - tak na dobrą sprawę to jest prosta topologia, wyzwanie stanowi kondensator a nie IGBTy. Jest jedynym co ulegało awariom w moich cewkach. Po to właśnie się robi wielofazowe przetwornice - 36 faz w tym RTXie oznacza że przy 1kA na wyjściu pojedyncza faza "obsługuje" zaledwie około 30A co nie stanowi w zasadzie problemu jeśli chodzi o dobór komponentów i przełączanie tego nawet z częstotliwością kilkuset kHz. Pojedyncza faza to zapewne klasyczny buck z jednym kluczem cewką i diodą.

[Yuri]

We współczesnych GPU itd klasycznego bucka nie uświadczysz - wszystko leci na zintegrowanych power stage które mają synchroniczny półmostek razem z driverem w chipie, typowo przełączany koło 2-3MHz... Dioda przy napięciu wyjściowym koło wolta nie wchodzi w ogóle w grę, sprawność byłaby tragiczna.

W ramach ciekawostki - na podobnych zintegrowanych chipach robię małe 140W SSTC dla kumpla.

O, na kartach NVIDIA referencyjny jest zazwyczaj dokładnie model z załącznika. Asymetryczny mostek, gate driver, pomiar prądu i zabezpieczenia w jednej eleganckiej paczce, do tego praktycznie pozbawionej indukcyjności pasożytniczych na węźle przełączania.

[wesolyyyy]

Powodzenia z łączeniem równolegle modułów w DRSSTC.

Widziałem kilka takich konstrukcji, dlatego też pomyślałem że to dobry pomysł. Przeliczenie długości miedzianych szyn by mieć podobne indukcyjności. Ewentualnie myślałem o użyciu dwóch trójfazowych modułów i połączyć wszystkie 3 fazy razem tworząc jeden ogromny półmostek. Wydaje mi się że wszystko sprowadza się do sterowania, czyli załączenia całości jednocześnie i możliwie szybko. A czemu? Tak będzie taniej

Pojedyncza faza to zapewne klasyczny buck z jednym kluczem cewką i diodą.

Nie do końca. Używa się dwóch mosfetów połączonych w zasadzie w coś na kształt półmostka. Dużo mniejsze straty, a jeżeli zasilanie się mniej grzeje, to przy tym samym chłodzeniu można więcej mocy wepchnąć w rdzeń.

[Yuri]

A czemu? Tak będzie taniej

Ino na Allegro/OLX poniżej 200zł dostaniesz ładny klocek na 300A+, więc nie dość że nie oszczędzisz sobie, to też nie uprościsz.

[wesolyyyy]

A powiedz proszę coś na temat pomysłu z połączeniem równolegle trójfazowego modułu, przykładowo czegoś pokroju CM100TU-24F. Dwa takie klocki i mam półmostek, sterowanie na osobnych driverach się zrobi. Występują jakieś niepożądane zjawiska które nie pozwalają połączyć takiego modułu razem?

[Dżejwor]

Jak chcesz sobie utrudnić i tak dość upierdliwy do uruchomienia projekt to możesz się bawić w takie cyrki zwłaszcza w czasach gdy porządne klocki kupujesz z demobilu za grosze.

[wesolyyyy]

Zmieniono.

Faktycznie nie ma sensu się pchać w nowe. Są na allegro fajne kostki BSM400GA120DN2, od Infineona. Td(on) 100ns, Td(off) 550ns. Łącznie 650us. Trochę kijowo zrobione wyprowadzenia, ale też myślę że nikt nie będzie się bawił w miedziane szyny tylko da się dwie wielkie aluminiowe płyty i fajrant. Nadadzą się?

https://allegro.pl/oferta/tranzystor-bs ... 5984046814
https://allegro.pl/oferta/tranzystor-bs ... 3688586714
https://allegro.pl/oferta/tranzystor-in ... 4734826097
https://allegro.pl/oferta/tranzystor-bs ... 3688659067
https://allegro.pl/oferta/tranzystor-ig ... 3114200307

I kondensatorki:
https://allegro.pl/oferta/kondensator-1 ... 5186018215
Akurat 5 równolegle i 2 szeregowo

[Dżejwor]

W zasadzie każdy moduł 100-400A/1200V seri SKM/BSM/CM/GB powinien sie nadać.

[wesolyyyy]

Zastanawia mnie jedna rzecz. Gość z linków wyżej sprzedaje komplet 4 sztuk FF300R12KS4 na radiatorze, za tysiaka. Powiedzmy że kupię i przetnę na pół na dwa pełne mostki to mam mostek za 5 stów. Ale nie w tym rzecz.
To jest zrobione na modułach gdzie każdy moduł jest półmostkiem. Fajnie na czymś takim budować bo szyny DC wykonujemy jako dwa grube płaskowniki, idealnie nad nimi można dać kondenstory elektrolityczne, no pięknie i przyjemnie. Natomiast podobają mi się bardzo oferty na 4 pojedyncze IGBT BSM400GA120DN2S. Tanie, większe prądy, radiatory mają też super. W sumie sam radiator to niezła gratka. Problem widzę tylko z podłączeniem tego wynalazku. Niestety tutaj nie wystarczą 2 proste odcinki szyny, tylko będzie się trzeba pobawić raczej w grube aluminiowe płyty i dystanse w postaci walców. Nie będzie to natomiast tak zwarte (kompaktowe).

[Yuri]

Powiem tak, a w jak dużą cewkę celujesz?
Jak w giganta? Bierz ten kwadruplet BSM400GA120DN2S i masz ogromny mostek z którego spokojnie zrobisz cewkę z 3+ metrowymi wyładowaniami.
Jak w coś mniejszego, zasilanego z 1F, bierz parkę. Zgrabniejsze, łatwiejsze do wysterowania, nie będzie zajmować miejsca. Do tego można pocisnąć na całkiem dużych częstotliwościach.

[wesolyyyy]

Raczej od razu w 3 fazy by mieć te kilkaset woltów za mostkiem od razu. Moc... myślałem nieco w inną stronę:
Będąc jeszcze w technikum nauczyciel poprosił mnie o przygotowanie tyrystorowego mostka prostowniczego - do zajęć praktycznych. Miałem zagwozdkę jak wykonać go by nikt go nie zepsuł, w efekcie użyłem modułów tyrystorowych o parametrach 135A 1200V. Było duże, ciężkie, za to niemożliwe do zepsucia.
Tutaj myślę podobnie - wolałbym kupić duży mostek na 400A i mieć pewność że mam jeszcze spory zapas nawet jak coś pójdzie nie tak, niż kupić słabszy i piłować go na granicy wytrzymałości.
Fakt, ten 300A jest ze 2x szybszy, ale czy to dobrze? Efekt będzie jedynie taki, że cewka o podobnej mocy będzie nieco mniejsza, gdzie rozmiar nie ma tu większego znaczenia. Za to elektronika tego typu dla większych częstotliwości będzie na pewno bardziej skomplikowana i droższa. Myślę że prędzej wolałbym duże kości, i wolniejszą cewkę.

Kombinuję też nad kwestią sterowania całością. Oczywiście - światłowody, innej opcji nie ma chociażby ze względów bezpieczeństwa. Tylko że DRSSTC wymagałoby domyślnie puszczenia dwóch światłowodów - jedna dla PWMa mostka, a drugi dla przerwań. Myślę do tego nad moim pomysłem zbudowania dedykowanych izolowanych driverów IGBT osobnego na każdą kość, i połączenia ich w pary które i tak się razem załączają. Wtedy mam z mostka 2 sygnały sterujące i mogę zewnętrznym układem płynnie regulować deadtime. Ale wtedy jeden światłowód zmienia nam się w dwa, razem mamy już trzy. JEŻELI chcielibyśmy sygnał przekładnika prądowego przesłać poza cewkę, dochodzi czwarty światłowód... Zastanawiam się czy byłoby sens zrobienia sterownika cewki oraz "pilota" jako dwa ESP32 (predicter jako czysta logika oczywiście by był szybki), i połączenia ich komunikacją. Myślałem o użyciu dwóch wkładek SFP światłowodowych, rozmontowaniu ich by użyć gołych fotoelementów, i spiąć tak ESP między sobą po UART. Full duplex na 16Mbit to aż nadto by robić z cewką co się chce.

[Dżejwor]

Nie ma to jak przekombinować Ktoś tutaj chyba próbuje budować DRSSTC na sztywnym generatorze Deadtime ... niewielki jest wskazany natomiast nadrzędna zasadą jest przełączanie mostka dokładnie w zerach prądu. kluczowym jest zminimalizowanie opóźnienia miedzy wejściem a wyjściem całego sterowania - pakowanie mikrokontrolera w sterowanie drsstc nie jest mądrym pomysłem- prędzej jakiś cpld/fpga. Sygnał z przekładnika poza cewkę- w jakim celu- bo jak w celu umieszczenia sterowania poza cewką na końcu wiązki światłowodów to lepiej porzuć ten pomysł Wyprostowane 3Fazy to jest dokładnie tyle samo V RMS co wyprostowane 2 fazy - 540V DC ale tętnienia mniejsze. Rezonansowa cewki jest podyktowana jej wymiarami. Aby zmniejszyć rezonansową przy tych samych wymiarach wtórnego w praktyce trzeba zmniejszyć średnicę drutu a to psuje dobroć cewki i zwiększa jej rezystancję - te parametry są niestety związane więc w praktyce uzwojenie na rurze 110 to zwykle rezonansowa w okolicy 200kHz na 160 około 80kHz na 200mm około 50kHz a na 315 około 30kHz mocno od tych wartości nie odbiegniesz zachowując pozostałe parametry na sensownym poziomie. Porównywanie prostownika tyrystorowego pracującego ze śmiesznie niską częstotliwością w porównaniu do cewek tesli nie jest zbyt trafione. Im większy IGBT tym niestety wolniejszy ale ze swojej praktyki mogę powiedzieć ze klocki CM300DY24 od mitsubishi można pogonić na 80kHz bez większych problemów.

[Yuri]

Deadtime ... niewielki jest wskazany natomiast nadrzędna zasadą jest przełączanie mostka dokładnie w zerach prądu.

I właśnie dlatego, w DRSSTC operuje się zazwyczaj tranzystory z "zazębiającymi" się zboczami i lekkim cross conduction. Dodatkowe straty wynikające z tego są znacznie mniejsze, niż wynikająca z czasu martwego twarda komutacja tranzystora + ekstra komutacja pomiędzy diodą a tranzystorem.

Zwłaszcza że nie wolno zapomnieć o jednym: Ogon prądowy IGBT. Który nie występuje, jeżeli go łaaaadnie przełączymy przy praktycznie zerowym prądzie. Ale jeżeli dodamy nieco czasu martwego i komutacja nastąpi przy nastu-dziesiątkach amperów, ogon prądowy doda duuuuuuużo strat.

Ale! W SSTC w czas martwy warto się bawić, byle był minimalny. Niskie prądy komutacji i lekkie opóźnienie przełączenia względem zera prądu powoduje, że mały dead time efektywnie wymusza ZVS na tranzystorach. A jak wiadomo - załączanie tranzystora MOSFET przy zerowym napięciu D-S powoduje znacznie większą redukcję strat dynamicznych, niż przełączanie go z zerowym prądem drenu. Odwrotnie niż IGBT. Jednak i tu, ma to sens tylko w przypadku mostka z absurdalnie niskimi indukcyjnościami pasożytniczymi na trasie dioda-tranzystor, co oznacza w praktyce tranzystory SiC dla dużych cewek (gdzie wbudowana dioda jest na tyle szybka, że nie potrzeba zewnętrznych) lub niskonapięciowe cewki z bardzo szybkimi tranzystorami krzemowymi/zintegrowanymi power stage. Tradycyjna SSTC z typowymi krzemowymi MOSFET-ami i zewnętrznymi diodami straci na czasie martwym więcej niż zyska przez oscylacje pasożytnicze. No i nie mając super szybkich kluczy i diod, czekanie aż wszystko się przełączy wymusza długi czas martwy który zwyczajnie zajmie za dużą część cyklu pracy.

[wesolyyyy]

Ten sam gość, 1200 złotych i 4 sztuki CM600HU-24F na nieco lichym radiatorze.
https://allegro.pl/oferta/mitsubishi-ze ... 6069719465
2 stówy drożej niż BSM400GA120DN2S, 100A więcej, ale też są dużo wolniejsze... Chyba już za wolne.

Dodano:
Panowie, swoją wypowiedź o wypuszczeniu osobnych sygnałów sterujących dla par tranzystorów nieco nieumyślnie nazwałem możliwością regulacji deadtime. Ogólnie chodziło o możliwość zmiany momentu załączenia jednej pary względem drugiej, czy to z zazębionymi zboczami, czy kompletnie bez, czy z deadtime - chodzi o możliwość sterowania tymi czasami, niekoniecznie płynnie podczas pracy cewki by się zmieniała, a by wyregulować optymalny ale stały czas.

[Yuri]

No właśnie, optymalny czas martwy dla DRSSTC jest na granicy zwary skrośnej. A to najprościej, najtaniej i paradoksalnie - najbardziej niezawodnie - można uzyskać stosując GDT i dobrane z oscyloskopem RG.
Chyba wszyscy poważniejsi konstruktorzy DR-ek bawili się z tematem i zawsze kończyło się tym samym wnioskiem - szkoda zachodu.

[cygan_elektryk]

najprościej, najtaniej i paradoksalnie - najbardziej niezawodnie - można uzyskać stosując GDT i dobrane z oscyloskopem RG.

Właśnie miałem w głowie plan jak zaprojektować driver z izolowanym zasilaniem i sterowaniem z izolacją opto.
Ale widzę że nie muszę się głowic tylko dobre GDT zrobić.

[Yuri]

Dla DRSSTC to jest zwyczajnie przerost formy nad treścią.
Ma to sens w falownikach z bardziej "wyrafinowanym" sterowaniem, czy w SSTC na SiC/GaN gdzie GDT zwyczajnie nie wchodzi w grę. Ewentualnie phase shifted QCW.

[cygan_elektryk]

chodziło o możliwość zmiany momentu załączenia jednej pary względem drugiej, czy to z zazębionymi zboczami, czy kompletnie bez, czy z deadtime - chodzi o możliwość sterowania tymi czasami, niekoniecznie płynnie podczas pracy cewki by się zmieniała, a by wyregulować optymalny ale stały czas.

Chyba wymyśliłem jak mógłbyś to zrobić, nie wiem po co ale chyba wiem jak.
Otóż sygnał sterujący driverami do GDT czy co tam byś miał idzie przez przerzutniki schmitta, można dołożyć mu na wejściu mały offset DC przyspieszając lub opóźniając jego załączenie.
Coś takiego:

Oczywiście te dwa wyjścia są tylko sygnałem który znów trzeba zanegować i wysterować dwa osobne GDT, tak żeby regulacja odbywała się z wypełnieniem np 48-52%.

Rampę mógłbyś wytworzyć podając światłowodem PWM i puszczając to przez filtr RC.
Przejście przez zero też można tak wyregulować, wprowadzając offset w linii przed WO.
wszystko w obrębie tego obszaru:

[Dżejwor]

Pytanie brzmi w jakim celu.

btw. admin mógłby wydzielić tą dyskusje do osobnego wątku bo od boostconvertera pzreszliśmy do dyskusji nt. sterowania mostkiem w DRce