Sfat pentru dimiensionarea condensatorului de bootstrap la IR2110

[Galagie]

Va salut,

 

Intr-un etaj half bridge folosesc ir2110, care la randul lui comanda doi mosfet N IPA086N10N. Tensiunea de lucru este de 24Vdc

 

Capacitatea de intrare a tranzistoarelor in datasheet este data in zona 2.9 - 3.9 nF.

 

Frecventa de comutatie a montajului este fixa la 40khz, insa dutycycle poate varia intre 1% si 90%

 

Tensiunea pentru comanda este 12V, dioda boostrap folosita este SBR160S23-7 ( 900mA, 16ns, 0.7v , 60V)

 

Deocamdata am in lucru pcb-ul, insa pe layout am posibilitatea sa montez de la 0.1uf pana la 10uf.

 

Stiu ca era o formula pentru dimensionarea condensatorului. Daca mai tin minte, conteaza si frecventa de comutatie pentru dimensionarea condensatorului

 

Imi puteti da niste sfaturi cu privire la valoarea pe care as putea sa o folosesc?

 

Va multumesc

Editat Decembrie 31, 2017 de Galagie

[UDAR]

Evident că nu ai dat informația esențială - cât este Qtot a MOSFET-ilor folosiți . După ce ai această informație aplici formula

Ig = Qtot * f și afli curentul mediu necesar pentru comanda porților MOSFET . Mai adaugi eventuale pierderi, consumul driver-ului, etc, și afli consumul . Apoi aplici formula deltaU = I*T/C unde I este curentul determinat anterior, deltaU căderea acceptabilă ( de ordinul a 1-2v ) , T este perioada de comutație a sursei respective și C este capacitatea condessatorului de bootstrap. Evident că aceastăformulă preupune că C se îbcarcă complet în timpul în care nodul de comutație este la masă.

În cazul tău , după DS avem Qtot = 14nC tipic, estimăm 20nC maxim ( în condițiile date ) deci la 40kHz avem Ig = 0.8mA .

Nu spui nimic de driver , să zicem că și ăla consumă 1.2mA deci avem 2mA. Pentru o cădere de maxim 1V , acceptabilă în majoritatea situațiilor, rezultă 2mA*25µs / 1V = 50nF. Deci un condensator de 0.1-0.22 µF este suficient.

[Marian]

Nu degaba sugera Smilex ca valoarea condului de bootstrap sa fie de minim 10 ori mai mare decat Ciss, dar neaparat mai mic ( mult mai mic ) decat condul de la care se incarca.

Semipunte la 24V alimentare? Nu era mai potrivit un contratimp?...

[Galagie]

Salutare,

 

Initial ma gandeam sa pun un smd tantal de 10uf ( ceva low esr de la AVX).

 

Acum dupa ce vad valori intre 0.1 - 0.22 uf, ma gandesc daca folosesc 10u, exista riscul ca acesta sa nu se incarce suficient?

 

 

Semipunte la 24V alimentare? Nu era mai potrivit un contratimp?...

Defapt sunt 3 semipunti pentru comanda unui motor

[smilex2]

La multi ani.

@marian

Poate am avut ceva la bord de-am scris asta. Pune un link daca gasesti, sa-mi dau seama cat de muced aram.

Stiu ca am afirmat (exceptia mentionata) sa fie de 200-300 de ori mai mare decat capacitatea mos si de 10 ori mai mica decat capacitatea de la care se incarca (cea de pe low-side). Uzual eu folosesc 1u (mlcc) pe high si 1u (mlcc) + 10-22u (electrolitic) pe low.

@Galagie

Fa ca mine. Pune si un 4,7-10 ohmi in serie cu dioda bootstrap.

Editat Ianuarie 2, 2018 de smilex2

[Galagie]

O sa incerc cu 1 uf MLCC X7R. Care este rolul acelei rezistente? Limiteaza ceva ring?

Editat Ianuarie 2, 2018 de Galagie

[Marian]

Smilex e posibil sa fi facut eu o confuzie, acuma stau si ma gandesc ca mai rezonabil suna 100x si poate asa a si sunat sugestia ta, nu mai stiu pe unde, nu mai conteaza, imi asum eroarea si-mi cer scuze pentru dezinformare.

[smilex2]

De 100 de ori e rezonabil, dar nu vad rostul economiei realizate pentru un produs unicat. Valoarea se obtine din acele calcule pornind de la o variatie pe cond aleasa foarte subiectiv. Pot alege o variatie foarte mica, pentru ca asa-mi place mie in ziua aceea. Si aleg de fiecare data acea variatie care-mi da 1u. Exceptie cazurile de frecventa joasa (50Hz).

 

Rezistorul diminueaza varfurile de curent cu care se incarca condensatorul, usureaza comutatia diodei, reduce spike-urile si oscilatiile la conductia directa si la blocarea diodei (prin capacitatea parazita a diodei). Cu siguranta merge si fara el, era doar o sugestie.

[Marian]

Am amintit de 100x nu pentru ca asa as sugera eu ( nu cred ca voi ajunge vreodata in pozitia in care sa fiu indreptatit sa te contrazic ) ci pentru ca probabil asa a sunat recomandarea ta nu mai stiu pe unde, iar eu am incurcat cifrele, deci ideea e ca am vorbit cand trebuia sa tac, deci...tac

[UDAR]

Sigur, valoarea indicată de mine era minimală. Ținând cont și de scăderea capacității efective în raport cu tensiunea la condensatorii SMD multistrat vom folosi probabil un condensator cu valoarea nominală de 1µF.

 

Pe de altă parte eu prefer să estimez așa cum am arătat, analizând fiecare element chiar și cu aproximație. O abordarea de genul 100x, 1000x dă rezultate bune în practică de cele mai multe ori dar eu, personal, nu o agreez.

 

Și în fine , 4,7-10Ω încărcând 1µF sau peste poate fi cam prea mult la frecvențe mai mari și/sau DC mari .

 

 

EDIT . Oooops , am citit greșit DS-ul ! 16nC era Qgs nu Qtot. Aceasta ( Qtotmax) este 55nC nu 20nC cum am luat eu . Deci trebuie să înmulțim totul cu 2.5 . Pe de altă parte la 24V ( față de 50V în DS ) Qtot este ceva mai mic . În fine, eu voiam să prezint o metodă de calcul nu un exemplu de neatenție ! Scuze.

Editat Ianuarie 2, 2018 de UDAR

[smilex2]

Mariane, daca ai avea un leu pentru fiecare greseala de-a mea, ti-ai petrece iarna asta in Dubai. Poti sa taci sau nu, depinde ce urmaresti. Dar ia-ti gandul de la faptul ca nu pot fi contrazis, cum ziceam, stateai acum cu burta la soare numai pe baza grselilor mele…

Da, rezistorul poate fi contraproductiv mai ales daca umplerea va incepe de la 1%. Am plecat de la premisa ca asa ceva nu se urmareste in realitate (insa poate fi o sursa reglabila de la zero). Dar mai bine sa fie prevazut si modificat ulterior, acum cat se lucreaza la cablaj.

 

Chiar asa, care e destinatia sursei? De ce 1-90%?

Editat Ianuarie 2, 2018 de smilex2

[UDAR]

Am mai analizat puțin problema cu rezistorul . În regim quasistaționar și DC în limite rezonabile rezistorul nu strică nimic aducând în schimb ( cel puțin în parte ) avantajele menționate de @smilex2. Chiar și la DC mare ( toff mic ) , în regim constant e OK - se încarcă mai puțin, se descarcă mai puțin .

Problemele pot însă să apară în regim tranzitoriu - la pornire de exemplu - când Cb este complet descărcat . Având capacitate mare ( căci de cazul ăsta vorbim ) și o rezistență în serie necesită multe cicluri pentru a se încărca . Dacă nu există mecanisme de control ( soft start, protecție la tensiune mică la driver, etc ) MOSFETUL va fi subcomandat pe poartă și se poate, teoretic, defecta.

În concluzie fiecare schemă trebuie ”tunată” pentru aplicația cerută.

[Galagie]

Chiar asa, care e destinatia sursei? De ce 1-90%?

Nu este o sursa, este un invertor pentru comanda unui motor pe 3 faze ( proiect scolar...)

 

In ce priveste valoarea factorului de umplere, acesta din software poate fi reglat intre 1 si 90%, este folosit pentru controlul turatiei .

 

In legatura cu capacitorul, am zis sa intreb acum cat am ocazia sa mai optimizez noua schema ( am facut un redesign avand ceva belele cu partea de masurare a curentului).

 

Pentru experimente ulterioare, am pus o locatie si pentru acel rezistor ( un smd 0805)

 

Nu ma asteptam sa primesc atatea informatii, va multumesc !!

Editat Ianuarie 2, 2018 de Galagie

[smilex2]

N-am intanit flotanta fara uvlo pe ambele canale, adica nu se livreaza nimic pana cand alimentarea nu atinge un anume prag. M-as mira ca ir2110 sa faca exceptie.

 

Da, sinus pur. Poate ca nu strica sa cobori la 2,2 ohmi. Oricum, 40kHz inseamna cam 12us+12us iar 1% va insemna 120ns. E dificil de obtinut o forma de unda corecta de putere cu asemena umplere. Iar 1% umplere va reproduce cam 1% din valoarea de varf, adica nesemnificativ. Probabil ai avut acces la un soft, dar daca tu l-ai conceput, eu as sugera sa dispara ce e sub 5% ca doar chinuie mosfet-ul.

[Galagie]

Nu fac modulare sinusoidala, adica factorul ramane constant pe ciclul de comutatie ( open loop deocamdata)

 

Factorul de umplere poate varia doar pe tranzistoarele de pe highside.

 

Pe low side tranzistoarele raman inchise sau deschise complet.

 

Dupa ce comuta trz de pe highside, C-ul are cam 25us - 0.12us timp de incarcare sau gresesc?

 

Am atasat un screen cu semnalele de atac pentru cele 3 canale complementare ( 1Hi - 1Lo ; 2Hi-2Lo; 3Hi-3Lo)

 

 

 

In primul design, motorul pare sa mearga ok, desi n-am pus inca osciloscopul pe el https://www.youtube.com/watch?v=6VohU07UlOU Nu mai tin exact minte daca am folosit 4.7uf sau 10uf pentru bootstrap.

 

 

Editat Ianuarie 3, 2018 de Galagie