Настоящая тема актуальна не только при бутстрепном питании драйвера верхнего ключа, но и вообще затрагивает питание оного.
Цель темы: обменяться опытом и, если хватит «серого», сотворить что-либо простое, доступное по цене и для повторения форумчанами, не имеющими большого опыта конструирования в силовой электронике, но желающих что-либо изготовить самостоятельно. Тем более, сегодня глянул в «Чип и Дип» цены на DC/DC преобразователи и ужаснулся. Самый простой, со средними характеристиками, стоит не менее 450 руб. за 1 шт.
Не думаю, что каждый отважится ущемить семейный бюджет на тысячу руб. для ваяния «косого» или п/моста.
Но, как говорится, ближе к телу, т.е. делу.
Моделируя лабораторный ИИП (классический полумост) столкнулся с проблемой питания драйвера верхнего ключа, используя бутстрепный принцип. Суть принципа – заряд конденсатора в цепи питания драйвера через развязывающий диод, когда открыт нижний ключ. Всё бы ничего, но при коротких импульсах (десятки - сотни наносекунд) конденсатор недозаряжается и, как следствие, запасённая энергия и напряжение малы, что может привести к катастрофическим последствиям, особенно при переключении MOSFET на больших частотах. Ситуация возможна при КЗ, когда ШИМ укорачивает импульсы и при ХХ (одиночные и пачки коротких импульсов), когда работает ОС по напряжению.
Размышляя над решением задачки, вспомнилась статья об использовании принципа «летающего» конденсатора в БП (журнал «Радио» многолетней давности). Принцип простой. Когда замкнуты ключи S1 и S2, а S3 и S4 разомкнуты, «летающий» конденсатор С2 заряжается от источника тока V1 напряжением 20В. И наоборот, когда S3 и S4 замкнуты, ключи S1 и S2 разомкнуты «летающий» конденсатор С2 разряжается на конденсатор С3 и сопротивление нагрузки R1 (имитируют конденсатор в цепи питания драйвера и в суррогатном виде нагрузку затвора IGBT или MOSFET). Ниже приведены рисунки модели и результатов моделирования.
Модель в "прицепе".
Рисунки сверху вниз:
1. Напряжение на генераторе, управляющего ключами S1 и S2, S3 и S4.
2. Ток S1 - заряд «летающего» конденсатора С2.
3. Напряжение на «летающем» конденсаторе С2.
4. Ток S3 – разряд «летающего» конденсатора С2, заряд конденсатора С3, питающего нагрузку R1 (100 Ом).
5. Напряжение на нагрузке.
6. Ток нагрузки.
Вложение:
Комментарий к файлу: Модель
Model.png [ 14.53 Кб | Просмотров: 116 ]
Вложение:
Комментарий к файлу: Импульсы
Impulses.png [ 14.38 Кб | Просмотров: 121 ]
IMHO, принцип «летающего» конденсатора можно использовать для питания драйвера верхнего ключа, проводя заряд конденсатора драйвера в паузе импульсной последовательности. Ключи переключения «летающего» конденсатора управляются используемым в управлении штатным ШИМ.
Заинтересованных форумчан приглашаю к обсуждению. Может есть уже готовые, более изящные решения, а я изобретаю велосипед.
Может оказаться и так, что предложенное не стоит «выеденного яйца» ввиду усложнения обвязки драйвера, супротив существующих стандартных схем.
Посты участников дискуссии:
VVS_ писал(а):
Я всегда соединял "+" летающего конденсатора с плюсом высоковольтной шины питания через резистор порядка 47 - 100 кОм (главное, чтобы ток потребления драйвера компенсировал), а параллельно нижнему ключику аналогичный 47 - 100 кОм подбирал. В случае плавного старта управления, к моменту подачи ШИМ, емкость уже заряжена. А если условия не позволяют ткнуть резисторы или драйвер прожорливый (оптика, например), тогда только DC/DC конвертером на эту емкость подпитка.
В общем, из за этого геморроя применяю только трансформаторные драйверы. Но в случае, если надо формировать синусоиду или иные сигналы с постоянной составляющей, тогда оптика с конвертерами для верхних ключей.
Однако тут проскакивала гениальная идея трансформаторного драйвера, способного передать постоянную составляющую. Это драйверный трансформатор, питающийся от двухтактной управляющей цепи, а перед затвором сигнал выпрямляется и получается серия однополярных импульсов с паузой с широченным диапазоном D.
proba писал(а):
Для предотвращения подобной ситуации многие разработчики применяют блокирование работы полумоста в случае снижения питания верхнего или нижнего драйвера ниже 8 - 9 вольт. Например, IR2155
VVS_ писал(а):
Оптика тоже затыкается, если меньше 10 вольт. Но это останавливает работу инвертора, или провоцирует инвертор выдавать что попало, вместо того, что надо. Питание должно быть надежным.