SG3525 - Protectie cu stop si limitare puls cu puls, pro si contra

[hpavictor]

Leco , ZCS-ul tău este inspirat după Crown iar etajul Drive IGBT este inspirat după Dynacord , cu o contribuție personală ?Te rog să postezi schema fără valori sau explicații suplimentare !Mulțumesc , Victor

[Vizitator]

Victor ZCS-ul meu nu are nicio legatura cu Crown, ei lucreaza la 125kHz, cu tl494 ca pwm la seriile cu SMPS sau cu traf de impulsuri la seriile CTS, pulse sau altele care mai sint .

Prima oara cind am facut smps-ul prin anii 2000, era hard switching, simplu, full bridge cu traf de impulsuri pe un miez R20 iar traful de putere pe un miez R63 Kashke K2004.

 

IGBT-urile nu prea se gaseau iar cel mai bazat mos fet era IRFP460 pe care ii foloseam atunci.

 

Facusem full bridge deoarece IRFP460 avea 20A, deci ca sa obtin putere trebuiasa ma folosesc de tensiune mai mare in primar, 320V  si curent mai mic, fata de curent mai mare si tensiune mai mica in primar ca la half bridge.

Apoi am experimentat fel si fel de chestii, si ceva mai tirziu am reusit sa fac spre soft switching introducind o inductanta pe linga cea de scapari a trafului, in loc de hard switching.

Treptat m-am documentat din diverse pdf-uri de pe net si am primit de la IR diverse brosuri pe mail pentru ca am cont la ei.

Din aceasta chestie, (vezi an1160) m-am ajutat ca sa inteleg mai bine ce si cum, (deoarece eu nu am scoala in domeniu, dar sint perspicace), sa pot ajunge la rezonant ZCS, bagind intr-o ecuatie cele 3 elemente principale ale unul simps rezonant, inductanta primara+cea de scapari, inductanta serie si capacitorul serie.

Daca spui ca este dupa Crown, pune te rog aici sa vada lumea schema Crown si hai sa disecam ce sau care  Crown este softswitching ZCS resonant mode, sincronizat.

Cit despre inspiratia Dynacord, la ei este HARD SWITCHING, nu ZCS soft switching resonant.

Vrei sa vii pina la mine sa iti arat personal schema finala folosita sa te convingi ca nu este asa cum spui?

Te astept cu drag, servim si un vin bun, ca tot sintem in pragul sarbatorilor!

Tu te-ai uitat ce driver IGBT foloseste Crown (Fan 7380 cu buffer tottem pole la iesire), sau HCPL3120 la Dynacord, si ce folosesc eu, si in ce configuratie, iar la dynacord iesirea se face fata de mediana electroliticilor bulk storage de dupa redresarea tensiunii retelei, iar la mine nu?

La inceputuri foloseam in experimente 6N137 si TC4427 cu ambele iesiri paralel  ca driver IGBT izolat galvanic sa comand IGBT-urile pentru ca SG3525 nu a fost construit cu level shifter intern cum este de exemplu FAN7621, am incercat cu HCPL3120 cum foloseste dynacord, insa 500nsec maximum switching speeds, nu erau suficiente pentru mine, asa ca folosesc alt DRIVER, capabil de sub 20nsec rise si fall times cu 10nF capacitate.

 

Ai in arhiva, punctul de baza de plecare pentru soft switching resonant ZCS mode.

 

Daca vrei sa iti explic cum functioneaza smps-ul meu este foarte simplu, cred ca nu doresti sa insinuezi ca nu am habar cum functioneaza:

Exclud din discutie filtrele EMI, redresarea pre-post 230Vac, stabilizarile, temporizarile etc.

Exista un circuit de soft start cu delay time, care inchide elementul de balast pentru softstart.

 

Simultan cu comanda releului ce sunteaza circuitul de softstart, partea de PWM cu SG3525 primeste tensiunea de alimentare si genereaza semnal PWM pe iesirile lui.

 

Alimentarea driverului IGBT fiind floating, primul care se va deschide va fi IGBT low side, care la miljocul puntii HB o va conduce catre masa pe perioada cit conduce.

In tot acest moment potentialul in primarul traf, capacitor serie, bobina serie, etc este zero.

In acel moment in care iesirea half bridge este la masa, pe principiul level shifter si floating bootstraping supply (nu gasesc exact termenul corect), se incarca condensatorul de bootstrap, partea de High side primeste alimentare bootstrapped si driverul da pulsul catre high side in momentul in care acesta este comandat de catre SG3525.

Atunci iesirea HB va avea potentialul de +320Vcc acolo, si pe primarul trafului vom avea pulsul de +320Vcc.

 

Practic primarul trafului smps este "plimbat" cind la +320Vcc cind la masa.

Cind ciclul complet s-a incheiat, intra in schema si partea de sincronizare cu quartz a lui SG3525 si frecventa ramine batuta in cuie neputind fi alterata de alte circuite de inalta frecventa sau paraziti ori variatii mari de sarcina a sursei, deci ramine "bat acolo" la acea frecventa.

Apoi ajungi la rezonanta fara probleme fara glitch-uri, spike-uri si alte porcarioare,  frecventa initiala a lui SG pina intra sincrionizare, este diferita de frecventa de lucru sincronizata, deci initial smps-ul nu pleaca rezonant mode, asta se intimpla "dupa".

 

Banuiesc ca nu mai vrei sa descriu si cum functioneaza fiecare protectie in parte, pentru ca am mult de scris si mai am si alte treburi, dar poti urmari, filmarile la sectiunea "pubela" unde marian a considerat ca le este locul...

[hpavictor]

Aha , supoziția mea a fost greșită privind inspirația după Crown și Dynacord .E clar , habar nu am de ZCS , în acest domeniu sunt în ceață totală . Mulțumesc pentru lămuriri !

[Vizitator]

Unul se lauda cu 8000W: http://www.diyaudio.com/forums/power-supplies/50741-5000w-smpsu-6.htmlSau 4000W:

[Vizitator]

@ miticamy:

 

Se pot face puteri mari si in cadrul DIY, proprietarul acelui forum, microsim, imi este foarte bun prieten (sint si moderator pe acel forum) si ne-am sfatuit de multe ori, dar nu vad scopul a mai sus de 5-6000W monofazat decit daca te legi direct in tablou, in casa e cam greu sa depasesti 3150W pe priza, pentru timp indelungat, bransamentul cedeaza, prizele sint asa cum sint.

Am in plan daca voi mai avea chef sa continui, un smps de mare putere cu alimentare trifazica, care ramine functional si in 2 si in o singura faza cu digital PFC, totul conceptie proprie 100% ajutindu-ma doar de DS-ul componentelor pe care le voi utiliza, dar asta probabil pe viitor, ori asa, ori 2 smps-uri mai mici, ramine sa ma hotarasc sa vad ce si cum.

 

Asa pot posta si eu un curent de circa 64A la 95Vcc tras de sarcina, dar iar intervine marian ca "imi fac reclama".

Nu mai, nu e reclama, este CA POT sa fac asa ceva.

 

Poti si tu?

 

 Fa si tu asemeni si fa-ti reclama!

 

 

@ Victor:

Cu placere Vic!

[FRobert]

Tot respectul Dl. Leco. Imi plac filmarile Dvs., mai ales comparatia cu Powersoft, care este o caruta de bani. Eu zic sa continuati ca mai sunt de intrecut si altii :

http://www.pknaudio.com/

 

Momentan lucrez si eu la un smps LLC conform AN1160, dar mai am pana ce termin proiectarea pe Altium. Recunosc ca nu mi-am batut capul cu calcule stufoase, deoarece nu sunt prieten cu matematica, si am in excel un tabel unde introducand datele de intrare, iesire, frecvente de pornire, la sarcina nominala si frecventa fara sarcina (de mers in gol), imi calculeaza capacitatea de rezonanta, inductivitatea totala, inductivitatea de scapare, de magnetizare, in functie de factorul k ales (la mine k=5)......, cu detalii cand termin.

Protectia il realizez cu CT + LM393 + NE555 ca monostabil, ca ma gandesc daca vine un peak mai mare (bass) si trage un pic mai mult decat pragul la care este reglat protectia sursei intra in protectie, se face repornire cu softsatart. Am citit mai inainte intr-o postare ceva de genul delayed turn off, acesta ce inseamna? (poate am inteles gresit, nu mai gasesc postul) Caci in cateva milisecunde curentul poate sa tinda spre infinit, bine la soft switch rezista mai bine la scurt pe iesire.  

 

In final ca sa mai calmez spiritele am sa scriu un banc, pe tema diferenta intre teorie si practica:

 

Tatal catre fiu:

- Fiule stii care este diferenta intre teorie si practica?

-Nu stiu tata?

-Hai ca iti demonstrez acum, sa mergem la maicata.

-Draga daca cineva iti ofera 500 euro pe o partida de amor ai accepta?

Sotia sta un pic pe ganduri si raspunde:

-Tinand cont de sitoatia noastra financiara, desi mi-ar fi foarte greu........, as acepta.

-Fiule, tine minte ce a raspuns maicata, hai acum la sorata.

Aceeasi intrebare:

- Fata lu tati, daca un individ ti-ar oferi 500 euro, ai accepta o partida de amor cu el?

Fata nu se gandeste mult si raspunde:

-Sunt multi bani, de ce nu???

La care tatal catre baiat.

-Ai auzit ce a zis sorata? Ce ai invatat din acestea?

-Teoretic avem 1000 euro, dar practic 2 cu...ve.

 

Cu respect

Robert

[hpavictor]

Leco , multumesc pentru incredere , sper sa-ti onorez invitatia cat mai curand , spre disperarea dujmanilor , care este ei dujmani  .

Sa fie de capu' lor gandurile rele , iar cele bune sa se indeplineasca !

Se stie ei ...

[Marian]

Maxente cred ca mai util ar fi ca discutia despre rezonante sa se faca pe un alt topic, poate unul nou special pentru acest tip de surse, ce zici?

 

______________________________________________________________________________________________________________________________________

Revin la subiect.

 

Am promis AICI-Click ca voi veni cu o prezentare mai detaliata si ilustrativa a limitarii de tip puls cu puls, si a modului sau de a actiona. O fac acum prezentand un caz concret exemplificativ de calcul, daca nu cap-coada, oricum cat mai complet pentru a face mai usor de inteles tot ce este necesar de inteles, o sa fie probabil o postare mai lunga si-mi cer scuze anticipat daca va plictisesc insa atunci cand pui la punct niste calcule pentru o sursa complexa, n-ai cum sa eviti asta, asadar inarmati-va cu rabdare si citit atent tot, daca doriti sa intelegeti, si incep prin a defini cateva caracteristici:

-Semipunte clasica ( adica nerezonanta, sau hard sw ) nestabilizata ( desi principiul explicat aici se poate adapta si la stabilizata ).

-Integrat SG3525.
-Consumator => amplificator audio 2x1000W/4R.
-Tensiuni iesire +/-95Vcc.
-Vriplu iesire maxim permis 100mVvv.
-Frecventa traf 50khz.
-Perioada T=20uS ( 0,00002S ).
-Tensiune medie primar 150V.
-Raport transformare traf putere 1,6 ( pentru fiecare ramura de secundar ).
-Curent mediu ( sau rms ) de sarcina, maxim 15A.
-Curent de varf instantaneu maxim de cca 45A.
-Putere utila iesire sursa 2,8kW.
-Curent mediu primar ( sau rms ) maxim 15/1,6, adica 9,4A.
-Variatie de curent asigurata de inductanta dintre redresare si filtrare, 30% din Iout ( din 15A ), adica 4,5A.
-Curent de varf in secundar 15A+( 4,5/2 ), adica 17,3A.
-Curent de varf in primar 17,3/k, adica 17,3/1,6, adica 10,8A.
-Senzor curent, traf de curent cu raport 1/100.
-Limitare dorita puls cu puls, actionare pin 10 cu prag 0,8V valabil pentru curentul de varf nu cel mediu.
-Prag limitare sa zicem 12A pentru generozitate, reamintesc ca acesta este curentul de varf.
-De dragul calculelor disipatiei luam in considerare si niste tranzistori de putere in primar, niste mosfeti sa zicem STP11NK40Z , 3 bucati pe ramura, cam 3,2A curent mediu pentru fiecare, si rds-on de cam 0,5R.

Nu insist asupra a ce traf de putere se foloseste sau ce numar de spire si cu ce sarma, nici asupra miezului de la TC si nici la inductanta, pentru ca nu ne intereseaza asta, ci ne intereseaza principiile implicate aici si pe care incerc sa le explic.

Si incep prin calculul capacitatii de filtrare minim necesare pe iesire pentru a satisface cerintele riplului de tensiune:


Am luat in vedere pe T maxim in formula din considerente de generozitate, in practica sursa nefiind stabilizata, si deci umplerea maxima, spatiul dintre pulsuri este mult mai mic, si deci riplul de tensiune maxim obtinut va fi mult mai mic, insa desi am satisfacut cerintele riplului de tensiune, totusi 3000uF este foarte putin probabil ca ar fi deajuns, motivul este riplul de curent maxim posibil prin condensatori, si acesta este dictat de curentul de varf maxim estimat pentru sarcina, adica acei 45A care se trag direct din condensatori ( nu din traf ), de ce? pentru ca asta este natura sarcinii, daca am fi alimentat spre exemplu niste leduri atunci curentul de varf era totuna cu cel rms, adica unul constant, si atunci riplul de curent prin condensatori era doar variatia prin inductanta, adica acei 4,5A. Chestia asta complica dimensionarea filtrarii, care pentru ca sursa sa fie fiabila, trebuie ca filtrarea sa poata suporta acest riplu de curent pe intreaga plaja a spectrului audio, adica de la cativa herti la 20 kiloherti, asta nu se poate rezolva decat prin mai multi condensatori in paralel ( foarte multi uneori ). Indiferent cat de buni si performanti ar fi condensatorii folositi, de cele mai multe ori capacitatea total cumulata va fi mult mai mare decat cea calculata pentru riplul de tensiune maxim admis.

Am vorbit despre variatia de curent adusa de inductanta si de felul cum dicteaza ea curentul de varf in traf si implicit in primar, ca sa intelegeti mai bine iata si o mica diagrama ( chestia asta a explicat-o extrem de bine Smilex, pe celalalt forum, cine-i om de inteles, sa citeasca acolo atent si sa invete, cine nu, liber sa creada ce vrea ):


In regula, sa revenim la primar. Intai de toate sa calculam disipatia pe mosfeti, nu ne intereseaza pierderile in comutatie, acestea nu sunt influentate de putere, ci doar cele in conductie:

Curentul mediu prin fiecare mosfet estimat la 3,2A anterior, iar Rds-on 0,5R, la aceste valori suntem inca sub pragul limitarii si reamintesc ca sursa este nestabilizata, deci umplerea este maxima, astfel incat mai sus "delta" poate lipsi sau poate fi inlocuit cu 1, si disipatia este:


Acum sa vedem cum se comporta limitarea asta de tip puls cu puls, mai precis efectul ei asupra semnalului PWM, iata o diagrama cu umplere 100%, intentionat am ignorat timpul mort minim impus in practica pentru a evidentia diferenta de aici unde limitarea nu intervine, fata de urmatoarele 2 situatii unde avem deja regim de limitare, asadar:


Avem TR1 care este traful de curent, langa spira din primar avem forma de unda a curentului in primar ( si implicit prin mosfeti ) care este chiar rampa creeata de inductanta, si arata in genul desenului facut de mine pentru Iprim. Deasupra avem semnalul PWM cu umplere maxima, deci neinfluentat de limitare, in secundarul trafului de curent avem dupa redresare R1 care este sarcina TC, si forma curentului prin aceasta ( si implicit a semnalului de comanda catre pinul 10 ), redresarea este punte, adica se prelucreaza ambele semialternante, deci se monitorizeaza curentul prin fiecare ramura din tranzistorii din primar.

Iata cum arata o usoara interventie a limitarii, adica un usor regim de suprasarcina:


Mai departe o suprasarcina accentuata:


Si in final un regim de scurt:


Este interesant de vazut ce se intampla la scurtcircuit, umplerea este foarte mica ( nu poate fi 0, a explicat Dl Miticamy de ce ), deci tranzistorii conduc foarte putin timp, de la inceputul fiecarui puls se ajunge foarte rapid la varful de curent ales pentru limitare si se face indata off pe pulsul respectiv, mosfetii fiind blocati pana oscilatorul reseteaza latch-ul din integrat cu urmatorul puls. Hai sa vedem disipatia aici, pentru curentul de varf limitat la 12A, cel mediu creste cam pe la 10,2A, si avem cam 3,4A prin fiecare mosfet, asa cum am zis umplerea este foarte mica, o sa iau eu in calcul un 10% ( desi probabil ar putea fi si mai mica ) disipatia este:


Hopaaa, pai disipatia este de 10 ori mai mica in scurt fata de sarcina maxima normala, cum vine asta? Simplu, regimul de scurt este pentru mosfeti cel mai usor de suportat asa cum si Dl Miticamy a punctat, si asta pentru ca umplerea este foarte mica, mosfetii conduc un curent ceva mai mare decat in regim normal, insa pe perioade foarte scurte. Daca va mirati de ce se intampla asta atunci mirati-va si de ce SOA la tranzistori este mult mai mare la pulsuri foarte scurte, decat la DC.

Ce mai ramane de facut este calculul R1 ( sarcina TC ), ne reamintim ca vrem sa limitam un varf de 12A in primar, si ca avem raport de transformare de 1/100 la TC, deci prin R1 avem:


Am stabilit ca pragul necesar la pin 10 pentru a seta limitarea dorita este conform pdf-ului, de 0,8V, deci valoarea R1 este:


Nu este o valoare standard insa nu asta conteaza, ci principiul, in practica se poate folosi valoarea standard imediat inferioara, situatie in care pragul limitarii creste, sau se pot folosi combinatii de valori standard care sa genereze valoarea asta-NU CONTEAZA, important este ce se intampla. Mai departe disipatia pe R1:


Inchei subliniind si eu ce au punctat Giongiu si Dl Miticamy, si anume ca integratul habar n-are ce putere tragi din sursa si nici nu-l intereseaza, pe el il intereseaza faptul ca ii dai un semnal rampa in pin 10 si ca atunci cand varful rampei atinge 0,8V, integratul trebuie sa faca off, asta e tot ce ii pasa lui, puterea este efectiv irelevanta, principiul este la fel de valabil si la 1W si la 10000W, e fix acelasi lucru!

[giongiu]

Marian, desi ca moderator ai si tu pacatele tale, de data asta ai procedat corect. Leco are un talent deosebit de a vorbi mult, fara a spune nimic, adica isi face reclama gratis. Discutia nu era despre sursele sale rezonante, ci despre limitarea curentului cu SG3525 si traf curent.

PS

Chiar n-am nici-un SG3525 la indemana, dar la prima comanda de componente, comand cateva. Sa demonstrez practic, ca ceea ce ai demonstrat teoretic, e corect. 

Editat Decembrie 8, 2015 de giongiu

[Marian]

Tocmai ca nu vreoiam ca sa se tot amestece discutiile despre rezonante cu cele Hard sw despre care a fost vorba initial, subiectele sunt totusi destul de diferite ca si implementare si exista riscul sa nu se mai inteleaga nimic, asa ca am decis sa fac un topic special pentru rezonante cu ce se postase deja pe marginea subiectului, leco ar putea contribui mult acolo tocmai pentru ca sursa lui este rezonanta, deci are experienta practica,. important este sa si vrea sa faca asta, si sa o faca intr-un mod cat mai usor de asimilat.

 

PS: Multumiri pentru like-uri si apreciere a prezentarii, stiu ca e tare lunga postarea dar n-am avut incotro, am preferat sa pun totul intr-o postare decat sa impart pe mai multe si sa risc sa se piarda firul...

[giongiu]

In seara asta am gasit un SG3525, am facut un montaj de test. Printr-un NPN, folosit ca repetor, cu baza in Ct, colectorul la 5V, in emitor la masa, un potentiometru de 1K, am dat in pinul 10, o rampa reglabila ca amplitudine. Cu osciloscopul, am vizualizat semnalul in pinul 10 si una din iesiri. Cand rampa ajunge la cca 0,8V, semnalul de pe iesire e inhibat. 

 

 

Editat Decembrie 8, 2015 de giongiu

[Marian]

Frumos, multumiri pentru test, imaginile vorbesc de la sine.

[sonic11]

Multumiri celor care işi aduc aportul la aceste subiecte.

Ma gandeam ca si protectia termica plate fi inplementata in limitarea puls cu puls.

Intrand in limitare mosi disipa mai putin cea ce duce la racirea lor.

[smilex2]

@giongiu

E frumos ce obtii din RC, dar inductanta va face instabilitate la peste 50%. Tu te-ai intalnit cu asta, ai adus din oscilator compensarea de rampa (la boost-ul de 3kW), implementarea controlului in curent necesita totusi mai mult.

@marian

Dincolo cineva a facut limitare puls cu puls pe sg3525 (pentru un eventual scurt, deci umplere mica). Asta daca iti amintesti de discutia cu necesitatea diodei pe softstart la 3525  folosit astfel (eu oricum nu m-am edificat). Curentul de scurt era dublu fata de cel la care intra limitarea. di/dt (prin inductanta) mare la scurt. face ca intarzierea intregului sistem (care e cam constanta) sa faca off la un curent mai mare. Deci e discutabila chestia cu usurarea regimului termic la scurt, mai ales daca si redresarea suporta dublul curentului mediu maxim proiectat.

@Mircea Crisan

Deduc ca ai initiat topicul. Spun “deduc”, pentru ca le aranjeaza marian ca sa nu se mai inteleaga. Daca 1N4148 pentru incarcare filtraj flotant high iti spune ceva (e posibil sa ma insel), atunci sugerez stopul. E mai neconvenabil, dar mai sigur. Parerea mea e ca se preteaza in audio.

 

Se poate si un alt integrat dedicat care are performante mai bune la puls cu puls.

Se poate si combinate, adica limitare 5 secunde si stop daca nu dispare limitarea. Sau stop si restart automat cu softstart (cred ca asta ar fi potrivit). Sau limitare, stop si restart.

[Marian]

Lasa Smilex ca n-o sa le mai aranjez deloc, la cate a trebuit sa inghit zilele astea, poate sa se duca naibii sectiunea, nu-mi mai pasa..