Tam ya da Yarım Köprü Çeviricilerde Sürücü Beslemesi Seçimi

[Ahmet Develi]

Kimseler buralarda bu konularda çok uğraşıyor mu bilmiyorum ama senelerdir aklımı kurcalayan bir şey var.

Bir yarım ya da tam körprü devresini ele alalım ve buraya mosfetleri ya da IGBT'leri sürmek için devre tasarlayalım.
Aşağıdaki tam köprüden yola çıkarsak, üstlere izolasyonlu beslemeli sürücü ya da gate trafosu kullanılacağı aşikar.

Peki alt taraf için, izolasyonlu sürücü kullanır mıydınız?
Ya da izolasyonlu besleme üretseniz dahi altı tek sürücü ile mi kullanırdınız?
Yoksa tüm sürmeler için ayrı ayrı besleme mi üretirdiniz.

Buyrun bakalım tasarımcı yiğitler, yoğurt yiğişinizi görelim.
Bunun kesin bir cevabı yok, maksat beyin fırtınası.

 

[Mikro Step]

Bu tamamen risk almayi isteyip istememekle alakali bir sey.

Eger kontrol unitesini surucu katindan tamamen izole etmen gerekiyorsa tabiki tum moslari izole suruculerle surmek zorundasin.

Eger boyle bir sart yoksa ust moslari IR21XX tarzi bir ciple floating kaynak kullanmadan tek bir besleme uzerinden surebilirsin. Bu durumda risk alirsin ve guc katindaki pis bir ariza taa kontrol elektronigine kadar ilerler ve ne var ne yok imha olur.

 

[triyak]

bir tane gate trafosu koyup 4 igbt yi kontrol ederdim. Ne besleme sorunum olurdu, ne izolasyon

 

[Mikro Step]

Yapamazsin. Bu ancak dutynin dar bir aralikta degistigi durumlar icin gecerli. Eger motor surucu benzeri bir uygulama yapacaksan duty 0..100 araliginda degisir ve bu da transformator kullanimini engeller. Illede transformator kullanacagim dersen artistik cozumlere yonelmen gerekir.

 

[HexfeT]

İzole trafo ile sürülen yapılarda sadece moslar yanarken diğerlerinde kontrolcüye kadar biçip atıyor. Kontrolcü entegre bulunmuyorsa alet çöp oluyor.

Arızalı güç kaynağı geldiğinde ilk baktığım şey gate trafosu olup olmadığı oluyordu.

 

[Mikro Step]

Bir diger konu da eger anahtarlari dutynin 0-100 araliginda anahtarlayacaksan bu durumda ust suruculerin her birisini floating kaynaklarla beslemek zorunda kalirsin. Alttakiler icin de ayrica ucuncu bir kaynak kullanman gerekir.

Bana beyin firtinalik bir soru gibi gelmedi.

 

[devreci]

Benim geçen yaptığım güç kaynağındaki gate trafo sürme tetniği ile gate pwm rahatlıkla %50 üzerine çıkabiliyordu en yüksek değer kaç bakmadım keşke baksaydım ama mosfet ve diyotlar çok yüksek hızda anatarlama yapabilirse pwm %99.9 kadar çıkabilir. Fakat diğer yöndeki mosfetler için ikinci gate trafo gerekiyor.

Yukarıdaki soru için tek gate driver yeter.

 

[Ahmet Develi]

@devreci %99.9 duty ile çalışan trafo tasarladın mı hiç, trafoya yazık, resetlenecek soluklanacak zaman lazım adama...

IR2101 gibi çer çöpleri geçin, güvenli tasarım yapmak lazım. @Mikro Step 'in dediği gibi en ufak hata cihazı çöp eder...

200-500kHz anahtarlama yaparken, ns mertebesinde kontrollerde gate trafosu cevap vermez...
Hel hele yukarıdaki mosfetler açılırken, aşağıları kendi başına sürme fenomeni var ki gate trafosu komik kalır.

15-25kV/us değerlerinde doğru düzgün pulse trafosu bulmak da dertli ve pahalı...

@Mikro Step yukarıdaki havada olan kısma 2 kaynak okeyim ama alta tek kaynakta çok ikna olamıyorum. Hele ki akımlar yüksekse...

 

[Mikro Step]

Akimlar yuksekse ve de GND'ye giden yollardaki enduktanslari dusuremiyorsan zaten basin derde girmistir. O zaman usttekiler gibi asagidakiler icin de floating kaynak sart olur.

 

[Ahmet Develi]

Başka bir soru daha var aslında kafamda, çoğu güç kaynağında ya da kaynak makinesinde tam ve yarım köprüde primer akımını ölçmüyor. Peki bu adamlar trafonun sürekli resetleneceğini ya da trafonun bir yöne dengesiz kayıp doymamasını nasıl sağlıyor. Aklıma takıldı şimdi.

 

[çaycı]

neden kimse opto kuplör kullanmıyor? bu uygulamalara uygun mu değil?

 

[Mikro Step]

Cok fazla makine incelemedim ama karsilastigim kaynak makinelerinde primer akim takip ediliyordu.

Primer akimi takip etmeden bu is zor. Artistik tasarim gerekir.

Primer akiminin cok yuksek olmadigi smps uygulamalarinda primere seri kapasitor baglamak sorunu kismen hafifletiyor.

Primer akimini hic takip etmeyeyim dersen yuksek guclerde nuveye gap koyup araya hall sensor konabilir.

Ilave bir sargi sarilip bu sargidaki sinyal elektronik olarak izlenebilir fakat sistem fazla artislik olur.

Eger yuk stabil ise koprunun karsilikli Ton sureleri ve besleme voltaji monitor edilerek saturasyondan kacinilabilir fakat ana sart yukun degisim gostermemesi.

Bunlarin disinda bir cozum varsa semayi gormek lazim.

 

[Mikro Step]

....Hel hele yukarıdaki mosfetler açılırken, aşağıları kendi başına sürme fenomeni var ki gate trafosu komik kalır.....

Bu durum, surucu transformatorunun enerjisini kestikten sonra devaminda primere nasil davrandiginla alakali.

 

[devreci]

Aslında kaçak enduktans konulabilir yada trafo böyle sarılabilir böylece belli amperin üzerine çıkılamaz ve amperi takip etmeye gerek kalmaz , fakat kaynak makinasında anlık yüksek amper verilebilmesi gerekiyor çünkü çubuk metale yapışmaması için , o yüzden çok hızlı çalışan feedback de istenmez.

Ferritin bir yönde doyumu half bridgede mümkün değil çünkü kapasitör dolar ve igbtleri korur , full bridgede ise tek alternansda sürülse bile trafo diyotlar sayesinde forward gibi çalışır ama çıkışta yük varsa trafo bir yöne doğru doyabilir.

500khz demişsin 50khz pwm ile bu sürelere iniyor mikrosaniye olarak 50kz %1 duty 5mhz denk gelir "süre" olarak gate trafosu için sorun değil .

Fakat 500khz yi de pwm ile konrtol edeceğim diyorsan ancak rezonans sistem ile mümkün olabilir.

Bu rezoanans sitemini neden düşünmüyoruz mcu ile çok gürültüsüz güç kaynağı yapılabilir. Çıkış diyotlarında oluşan harmonikler de çok düşük olur yani hem yüksek hemde alçak frekansda çok gürültüsüz bir güç kaynağı yapılabilir.

 

[Mikro Step]

Degisik surucu yaptim dedigin cift primerli surucu transformatorde senin ikinci primere ihtiyacin yok. (O primer degil sekonder de diyebilirsin farketmez.)

Primer akimini kestiginde hic bir sargiyi yuklemezsen zaten aki hizla sifira iner.
Enduklenen gerilimi baskilamak istersen buyukce bir direnci primere paralel baglaman yeterli. Ne kadar yuksek direnc kullanirsan aki da o kadar hizli sifirlanir fakat emk da o oranda artar.

Promere paralel direnc eklediginde primeri enerjilediginde direnci de enerjiledigin icin direncde kayip olur ama degeri yuksek oldugu icin onemsenecek bir sey degil. Senin cift primerli yapida sadece bu kayiptan kurtuluyorsun. Fakat ilave mos ilave sarim astari yuzunden pahaliya geliyor.

 

[devreci]

Olur mu çok düşük ohm direnç koyman gerekir ki hızlıca eksiye insin yoksa gate kapasitesi nedeniyle sinus şeklinde aşağı iner ve sonraki pwm ye yetişemez ferrit doyar bu da dalganın pozitif alternasının tepe voltajını düşürür . Sürdüğü igbt yi de patlatır.

Benim burada yaptığım gibi düşüş istiyorsa primer yada sekonder neyse minimum 4ohm direnç koyman gerekir o şekli elde edebilesin yoksa sinus olur , 4ohm peki ne kadar yük çekecek ve ferrit buna yetebilecek mi ?

Ayrıca yaptığımım bir faydası da eksi yöne inmesi gatenin ve miliamper seviyesinde enerji harcaması duty %50 üzerine çıkabilmesi vsvs patenti bana ait.

 

[Mikro Step]

Yok oyle sey. Direnci sonsuz yaparsan aninda sifira iner. Direci sifir yaparsan bu kez sonsuz zamanda aki sifira iner.

 

[Mikro Step]

Anladim sen gate kapasitesinin etkisiyle sinusel olacagini soyluyorsun.
Bobini 4 Ohmla paralellersen evet sinusel salinim yok olur ama bu kez de akiyi uzun sure nuvede hapis kalir. Senin transformator doymuyor ona dua at.

Yuksek duty degerlerinde uzun sure test etmemissindir. Cunku isin teorisine aykiri.

Fakat su yazacagim duruma kafa yormak lazim. Transformatorun sekonder taraflarinin off periyodunda gate devresine getirecegi seri L ve yukleme direncinin yansimasi ve gate kapasitesi seri RLC devresi olusturur. Amac salinimlari bastirmak olduguna gore asiri sonumleme modunda bir RLC devresi ile karsi karsiyayiz. Bu devrenin nuvedeki depolanmis enerjiyi ne kadar surede tukettigini hesaplamak lazim. Fakat dutynin %90 larin ustune cikabilmesini beklemem.

 

[clc]

Eğer ki bu şemada pwm kontrolcü primere yerleştirildiyse, yani mesela Vg olarak verilen voltaj doğrultucu çıkışı veya pfc çıkışı ise ya da bir DC kaynakta olabilir fark etmez, o durumda izole sürücülere gerek olmayabilir. Çünkü zaten kontrolcünün olduğu yer ile çıkış arasındaki feedback path i izole olacak ve giriş çıkış arası izolasyon sağlanacak. Ancak tabiki izole olmasa da high side da kalanları sürmek sıkıntılı bir iş, kendi için bootstrap uygulayan yani aslında gate driver bulunduran bir pwm kontrolcü var ise ben o gate driver ın kullanılmasında bir sıkıntı göremiyorum. Aksi halde yine bootstrap tekniğini kullanan bir gate driver gayet kullanılabilir. Ama diyelim mi illa izole sürücü gerekti(bunun bir çok sebebi olabilir), bu durumda 3 izole kaynak kullanmak ile 4 izole kaynak kullanma arasındaki fark aslında layoutu etkileyecek. Mesela Q1, Q2, Q3, Q4 eğer ki tek paket içerisinde ise büyük ihtimalle 3 kaynak kullanarak çok güzel layout çıkarırken aynı zamanda 1 izole DC/DC parasından tasarruf edilir. Ama eğer ki bunlar mesela TO247 ise o zaman low side ın gate driver beslemesini izolasyona da dikkat ederek taşımak zor olabilir, maliyetli olabilir.

 

[Mikro Step]

3 Faz surucude yukaridaki anahtarlar icin izole 3 tane floating kaynak kullanmis. Alttakiler icin ortak 1 kaynak kullanilmis. (Fakat karti elime alip evirip cervirmeden kesin konusmamam lazim.)

24 tane SIC MOS kullanmis. Demekki 4 MOSu paralelleyip bir mos olarak kullanmis.

Sonucta klasik 6 anahtarli surucu yapmis.

Her bir anahtar icin 2 mos ile ayrik surucu yapilmis. (Toplam 6 adet)

Bu suruculer ise 6 adet cip surucu ile surulmus.

SIC MOSlar icin cok guzel sivi sogutma duzenegi yapilmis.

Videodan ancak bu kadarcik cikartimda bulunabildim.

決意を固めたネズミはコンクリートを突き破る