Power Electronics

Привет, всем! Загорелся я тут регулятор сделать. Порылся в инете, и только какие-то обрывки информации. Здесь с периодичностью пару лет эта тема поднимается. Но описания законченной конструкции нет.

ТЗ: понижающий регулятор,(не стабилизатор!)
проект не коммерческий, поэтому все просто, дешево и сердито.
синусоидальное выходное напряжение,
любой характер нагрузки - активно-реактивная.
Uвыхода = 0,05...0,95 Uвхода,
мощность 250...500 Вт,
частота коммутации ключей > 50 кГц, это чтобы LC фильтры небольшие были.

Силовая часть простейшая, входной LC фильтр + понижающий преобразователь с ключами переменного тока.
модель здесь выкладывал valvol:
моя модель, чуть причесанная :
результаты одинаковые(скважность 0,5)
Все слишком просто. Поэтому и вопрос. Где здесь подводные камни?

Хочется использовать трансформаторные драйверы. Но у меня опыт работы только с оптронными. Отсюда второй вопрос. Реально ли в трансформаторном драйвере работать с полевиками типа IRF460 со скважностью 0,05...0,95 на частоте 50 кГц, если да, то какой конкретно рекомендуете использовать?

И последний вопрос. Как в такой схеме правильнее организовать защиту по току? измерять ток в дросселе? в ключах? частота 50 кГц, но эти импульсы одной полярности идут в течении 10 мсек.

Без достаточной нагрузки, синуса на выходе не будет, т.к. конденсатору на выходе некуда будет разряжаться. Если планируется широкий диапазон нагрузок, то лучше делать мостовой инвертор синуса из постоянки 310В, правда общего провода сети и нагрузки, как в ЛАТРе, не будет.

_________________
Я всё умею делать сам,
И я не верю чудесам!
Сам! Сам! Сам!
(песенка Самоделкина) (с)

будет, еще как будет. Для понимания рассмотри два предельных случая: 1. верхние ключи, на моей модели, U1 и U2 постоянно включены, а нагрузка отброшена. какое напряжение будет на конденсаторе С2. Правильно синус 220 В за исключением падения напруги на ключах и дросселях.
2. верхние ключи разомкнуты а U4 и U3 замкнуты. на конденсаторе напряжение 0.

ну а управляя временами включения ключей можно получить все промежуточные значения.


А вот тут не соглашусь. При генераторной нагрузке ваша структура работать не будет.

У вас будет отдельно алгоритм управления ключами для такого предельного случая? А регулирование напряжения на выходе где? Вы мне лучше расскажите, как у вас будет например 110В синуса на выходе без нагрузки?
По вашей картинке вообще не понятен алгоритм управления ключами, выложите саму модель.

_________________
Я всё умею делать сам,
И я не верю чудесам!
Сам! Сам! Сам!
(песенка Самоделкина) (с)

модель valvol
https://drive.google.com/file/d/0B94Hm9 ... sp=sharing
модель ZVA
https://drive.google.com/file/d/0B94Hm9 ... sp=sharing

а все сомнения в работоспособности это к valvol. Его модель тут с 2007 года лежит.
у меня алгоритм простой: верхние и нижние транзисторы управляются в противофазе,
у valvol сложнее, там еще доп модуляция по полупериодам.

Рекомендую почитать: Основы силовой электроники: Учебное пособие/ Г.С. Зиновьев 4-е изд. Новосибирск,2009. Глава 9. Регуляторы переменного напряжения.
В инете она где-то лежит, ссылки дать не могу, т.к. сам пользуюсь бумажной версией.

По теме: нашел тут картинку в инете
её ещё хочу промоделировать!

Преобразователь двунаправленный, т.е. передача энергии возможна как с входа на выход, так и с выхода на вход. Поэтому указанной проблемы холостого хода для такого преобразователя не существует - неиспользованная энергия выходного конденсатора будет возвращена обратно в питающую сеть.

Сложность в том, что это лишь силовая схема, где схема управления реализована в виде программируемых источников напряжения. При создании реального железа, алгоритмы работы этих источников надо реализовать на каких-то цифроаналоговых или микроконтроллерных схемах.

В принципе, существуют трансформаторные драйверы, позволяющие работать с заполнением более 0.5, однако, при таких высоких значениях заполнения, проще использовать оптронные драйверы.

Для токовой защиты ключей, разумнее, прямо или косвенно, контролировать ток в ключах. Возвращаясь к драйверам, можно напомнить, что существуют опто-драйвера, имеющие встроенную функцию токовой защиты. HCPL316, например.

Родственная тема - Стабилизаторы сетевого напряжения

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Сильно сказано . Да в том то и дело, что алгоритм простейшей (вернее его нет). В моей модели включаются в противофазе сначала одновременно 2 верхних ключа а потом два нижних с частотой 50 кГц. Все!
контролировать предполагается только ток для защиты.
вот первый вариант структуры:
Поэтому и возник вопрос о трансформаторных драйверах.
С микроконтроллерами я на ты. Но в данном контексте мне кажется это лишнее. Еще раз скажу:" Это не стабилизатор - это регулятор". А для токовой защиты достаточно ТТ, резистора и компаратора.

Ну, если всё ясно, надо приступать к реализации в железе.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Я надеюсь это не сарказм.

Если бы ясно было я бы здесь не писал, в надежде получить советы.
А разместил бы описание готовой конструкции.

Но собрал все комплектующие на силовую часть, обдумываю конструктив.
Токи небольшие (2...5 А), поэтому хочу собрать все на двух печатных платах,
первая сила и драйвера, вторая - управление и блок питания. Рисую пока в пикаде принципиальную схему первой платы, на неделе разведу и начну паять.
Вторую, пока, буду делать из кусочков. Отдельно кусочек защиты, отдельно шим генератор и логика, питание от лабораторного БП. Когда получится результат сделаю общую.

По поводу измерения тока для защиты. Решил что одной точки измерения достаточно ( ток верхнего ключа). Вот теперь вопрос как его измерять? шунт не хочется. ТТ который меряет микросекундные импульсы и при этом подмагничивается током с частотой 50 Гц, как будет работать? Микросхемы на эффекте холла медленоваты и для контроля тока нагрузки подошли бы, но для защиты от сквозных токов нет. Вот и мучаюсь сомнениями.
valvol, к вам вопрос.
Вы много лет назад профессионально занимались электронными стабилизаторами переменного тока. Как тогда делали измерения тока, и какие были результаты? поделитесь опытом, плиз.

Измерение тока, для индикации и низкочастотной защиты от перегрузки, можно осуществлять при помощи трансформатора тока (ТТ) или датчика тока на эффекте Холла. Датчик Холла, из-за низкого быстродействия, не годится для защиты. Трансформатор тока вроде как годиться. Однако, в случае многократного срабатывания защиты, периодический процесс протекания тока через него будет нарушен, что очень просто может вогнать сердечник ТТ в насыщение, с заранее предсказуемыми последствиями.
Поэтому, как уже говорилось выше, для защиты ключей, разумнее контролировать ток каждого ключа. В качестве датчика тока можно использовать сопротивдение канала открытого ключа. Для этой цели очень хорошо подходит функция DESAT оптодрайвера HCPL316.
Функция DESAT может быть реализована и на дискретных элементах. Возможный вариант такой реализации можно подсмотреть в статье Электронный регулятор сварочного тока

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Остановился пока на ТТ. Защита будет с защелкой и ручным сбросом поэтому надеюсь пройдет. Сделал вчера первый вариант схемы силовой части.. Самому не нравиться. Много трансформаторов. Можно конечно 4 шт DC/DC поставить.
Переделаю наверное на трансформаторный драйвер. Всего 1 трансформатор на 4 затвора. И хоть что то новое для себя сделаю.

А не проще транзисторы каждого ключа переменного тока объеденить затворами и истоками? В этом случае количество драйверов и объвязки уменьшится в два раза.
http://rushkolnik.ru/tw_files2/urls_2/7499/d-7498402/7z-docs/4_html_21114766.gif

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Логично. И именно такое включение транзисторов было опробовано в первую очередь. Но...
На модели заработало только с IGBT, с полевыми нет. Вернее модель работала, но потери в ключах были неприемлемы.
В моем варианте, при понижении напряжения до 110 В и токе 2 А, кпд получается 95%.

Добавлено. valvol, спасибо за пинок. Только что заново набросал модель с объединенными истоками и прогнал. Все работает, кпд 97%. Почему первый раз не пошло??? Может опыт работы со свичкадом всего неделя и где то напутал. Переделаю схему.

В столе нашлось два DC-DC преобразователя, что еще упрощает конструкцию.
Вот переделанная схема:

Начинаю делать силовую плату.
Нашел еще в столе контроллер ATtiny45 в корпусе soic8.
Управление сделаю на нём.
Хотя нужен только ШИМ сигнал, моделирование показало, что нужно точно устанавливать дедтайминги.
Т.к. в одном случае возникают сквозные токи через ключи(при малом мертвом времени), а в другом энергия коммутируемой индуктивности начинает рассеиваться во внутренних диодах транзисторов(при большом времени). И все это сильно влияет на кпд.
С трансформатором тока и защитами буду экспериментировать уже на работающей плате.

Ждём результатов. В случае удачи, можно расширить концепцию до buck-boost (если, конечно, в этом будет необходимость)

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.