Spørsmål ang. konstruksjon av svitsjet strømforsyning (Buck converter)

[Nedward]

Hei!.

 

Jeg driver på med å konstruere en SMPS, som jeg skal ha mulighet for å justere utgangsspenningen på fra ca. 30V til 0V. Jeg har kommet fram til at en 555-timer koblet til PWM regulering burde gjøre jobben greit nok. Videre har jeg valgt en IGBT-transistor som svitsjer. Men så det store spørsmålet, vil ikke spolen i en slik krets som jeg har tegnet lage relativt kraftige spenningspulser når man driver å svitsjer den?. Og vil ikke dem kunne ta knekken på transistoren?.

 

[Nettulf]

Hei.

 

Tror ikke det blir noe problem med spenningspulser som tar knekken på transistoren.

I enkelte kretser kan man montere en diode motsatt vei over transistoren, men det er vel mest vanlig ved bruk av trafo eller step-up kobling.

 

Men hvilken type IGBT har du valgt? Og hvilken switchefrekvens? Er ikke alle IGBT's som er så raske nemlig, og kan få problemer ved høy frekvens.

 

Og hvor mye strøm har du tenkt å tappe ut av denne? Krav til regulering osv...?

Med den kretsen du har tegnet vil nok utspenning variere en del ved endring i belastningen.

 

Og husk å bruke en god kondensator på utgangen, som tåler rippelstrøm og høy frekvens.

 

Nettulf

[Nedward]

Har ikke bestemt meg 100% for hvilke komponenter jeg skal bruke enda, bortsett fra trafoen.

Jeg har sett litt på IRGB6B60K IGBT TO-220 (elfa nr. 71-007-04)

 

Jeg hadde ikke sett for meg at jeg skulle trekke mer enn rundt 3A fra den kretsen på 24V. Reguleringen blir vel manuell (potmeter R1) siden jeg skal bruke den til senere eksprimentering med andre kretser. Belastningen jeg skal koble på den kommer nok til å være nok så konstante uansett, så jeg tror ikke det skal bli det største problemet.

Frekvensen jeg har lagt meg på er 50 KHz.

 

Jeg ser også nå at jeg ikke har glattingskondensator mellom likeretter og transistor. Det blir jeg nok å ha i den endelige utgaven slik at jeg får glattere spenning før svitsjingen.

 

Det eneste jeg kunne tenkt meg å få til å lage er en kortsluttningsbeskyttelse, slik at jeg ikke blåser transistoren hvis jeg er uheldig. Noe slikt som labforsyninger og industrielle strømforsyninger har. Men da må jeg vel ha en mer avansert krets med en shunt eller noe slikt?.

 

Hvordan er det forresten å likerette 230V dirkete også svitsje den?. IGBTer tåler jo disse spenningene ganske greit, jeg ser jo at de fleste er beregnet for 600V+ på elfa. Eneste problemet jeg ser for meg er jo at eventuelle kortsluttninger og feil i kretsen blir nok så eksplosive. Men da sparer jeg jo utgiftene med trafo. I tillegg kan jeg bruke 3fase slik at jeg får mindre rippel spenning.

 

Etterhvert, når jeg har lært litt mere om SMPS så blir jeg nok å prøve å lage en automatisk spenningsregulering der jeg stiller inn ønsket spenning, så gjør kretsen jobben med å holde spenningen rett ved ulik belastning. Men først vil jeg lage en forsyning som bare virker.

Endret 15. februar 2009 av Dj_eLmO

[kurrant]

Du vil ikke klare å få ut 24 volt med den regulatoren der, fordi gatespenningen din ligger på 12V. Når utgangsspenningen nærmer seg gatespenningen, vil du ikke klare å slå transistoren på mer. Tilbakeslag fra spolen tar D3 seg av, og det er viktig at du velger denne av en rask type (schottky diode).

 

Du har heller ingen tilbakekobling fra last-siden, som vil føre til at spenningen varierer kraftig som funksjon av lastimpedansen.

[Nettulf]

Du bør ikke tenke engang på å switche direkte fra 230VAC!

Da må du i så fall legge en switchetransformator mellom, du må isolere de 320VDC du ville fått ved likeretting av nettspenningen direkte.

Ellers vil du ha en relativt berøringsfarlig utgang......

 

Tror også du ville fått store problemer med å få spenningen langt nok ned, når du sender pulser på over 300V inn på spolen til utgangen.

 

En glattekondensator på utgangen av likeretteren er nok å foretrekke ja.....

 

Den enkleste og rimeligste form for beskyttelse på denne kretsen, er en sikring på inngangen til nett trafoen. Bare beregn størrelsen på den ut fra VA på trafoen, så ryker den om det skulle skje noe galt. Uansett greit å ha når man holder på med litt eksperimenter.

 

 

 

Nettulf

Endret 15. februar 2009 av Nettulf

[Nedward]

Du vil ikke klare å få ut 24 volt med den regulatoren der, fordi gatespenningen din ligger på 12V. Når utgangsspenningen nærmer seg gatespenningen, vil du ikke klare å slå transistoren på mer. Tilbakeslag fra spolen tar D3 seg av, og det er viktig at du velger denne av en rask type (schottky diode).

 

Du har heller ingen tilbakekobling fra last-siden, som vil føre til at spenningen varierer kraftig som funksjon av lastimpedansen.

Så jeg må altså bruke en lavere gatespenning. Hvilket nivå burde man ligge på?. Jeg ser IGBTen jeg har valgt har "gate threshold voltage" på Min. 3.5 Typ. 4.5 og Max. 5.5V. Så hvis jeg legger meg på ca. 5V skulle vel det gå bra?.

 

Når det gjelder tilbakekobling fra last-siden så vet jeg ikke helt hvordan dette gjøres. Men jeg tipper jeg kan bruke en shunt og noen operasjonsforsterkere koblet som komparator. Men jeg tror nok ikke det blir på dette prosjektet.

 

Har du forresten noen greie tips til å gjøre dette på en enkel måte?.

 

Du bør ikke tenke engang på å switche direkte fra 230VAC!

Da må du i så fall legge en switchetransformator mellom, du må isolere de 320VDC du ville fått ved likeretting av nettspenningen direkte.

Ellers vil du ha en relativt berøringsfarlig utgang......

Er elektriker, så jeg har ikke akkurat til vane med å ta på ting som fører strøm. Uansett så har jeg slått det fra meg, hvis jeg skal lage noe slikt så må jeg i allefall forstå hvordan en SMPS fungerer først.

 

En glattekondensator på utgangen av likeretteren er nok å foretrekke ja.....

 

Den enkleste og rimeligste form for beskyttelse på denne kretsen, er en sikring på inngangen til nett trafoen. Bare beregn størrelsen på den ut fra VA på trafoen, så ryker den om det skulle skje noe galt. Uansett greit å ha når man holder på med litt eksperimenter.

 

Nettulf

Da tror jeg at jeg har det meste i boks da. Må bare beregne litt kondensatorer, så blir det bestilling av deler.

Endret 15. februar 2009 av Dj_eLmO

[kurant]

Så jeg må altså bruke en lavere gatespenning. Hvilket nivå burde man ligge på?. Jeg ser IGBTen jeg har valgt har "gate threshold voltage" på Min. 3.5 Typ. 4.5 og Max. 5.5V. Så hvis jeg legger meg på ca. 5V skulle vel det gå bra?.

 

Når det gjelder tilbakekobling fra last-siden så vet jeg ikke helt hvordan dette gjøres. Men jeg tipper jeg kan bruke en shunt og noen operasjonsforsterkere koblet som komparator. Men jeg tror nok ikke det blir på dette prosjektet.

 

Nei du må ha høyere gatespenning. Transistoren er "på" når gatespenningen er ca. 4V høyere enn emitterspenningen. Emitterspenningen er gjennomsnittlig det samme som utgangsspenningen, så hvis du vil justere utgangen opp til 30V må gatespenningen være minimum 33.5V (utgang + minimum gate threshold). Du kan nok ikke drive timerkretsen din på denne spenningen, så her må du til med en slags virtuell jord som løfter jorden på driverkretsen din opp til et slikt nivå at du får slått på transistoren. Problemet blir ytterligere komplisert av at du vil kunne justere så langt ned som til 0V på utgangen. Hvis du har 0V på utgangen kan du ikke lenger drive gaten med ~34V, for absolutt maximum gate-emitterspenning for den transistoren du har valgt er 20V. du må altså flytte jordingspunktet for driverkretsen ettersom du justerer utgangen. fullt mulig, men det kompliserer designet en hel del.

 

Et annet problem er at en 555-krets i utgangspunktet ikke er i stand til å drive en IGBT (eller MOSFET for den saks skyld) ved noe særlig høy frekvens. Det at disse komponentene er spenningsdrevet betyr ikke at det ikke går strøm i gaten. Gaten har en parasittisk kapasitans som må lades opp og ut når den switches henholdsvis på og av. Dette gjør at det går relativt høye strømmer der allikevel mår switchefrekvensen økes. Det vil sannsynligvis fungere på et vis, men regn med at 555-kretsen blir rimelig varm, og sannsynligvis får dramatisk redusert levetid. I tillegg vil nok påslagshastigheten på transistoren reduseres, noe som reduserer effektiviteten på regulatoren din. Men til ditt formål har dette sannsynligvis ikke så mye å si.

 

Det finnes dedikerte driverkretser for smps. Hvis du er interessert kan du lese denne application noten fra maxim, som forklarer ting i litt mer detalj.

 

http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/2031/