Saludos! En mis artículos anteriores (
una y
dos veces ) se familiarizó con el módulo de potencia del medio puente, que le permite construir un convertidor de casi cualquier topología. Mostré cómo obtener rápidamente y sin mucho esfuerzo el diseño del convertidor de potencia y ejecutar la idea, y en el proceso de su implementación, se identificaron ciertas deficiencias.
Por desgracia, incluso en dispositivos bastante simples, se requiere una segunda revisión de la plancha para "limpiar" las implementaciones deficientes de un funcional particular, mejorar el diseño y el diseño. Como resultado, se trabajó para optimizar los parámetros técnicos y mejorar la usabilidad del módulo. Hoy, en el artículo, te contaré más sobre estos cambios, explicaré por qué y al final del artículo verás fuentes actualizadas. Vamos!
Cambiar No. 1
En el proceso de recopilación del diseño, experimenté el gran inconveniente de tener que arrastrar energía extra + 3.3V a la placa de alimentación. Ni siquiera sé por qué hice esto, miro el circuito y no me entiendo a mí mismo)) En cualquier caso, se decidió hacer que la alimentación del módulo sea de solo 12 V, y obtener 3,3 V ya en la placa. El consumo de corriente en el bus de 3.3V es de aproximadamente 10 mA, alimenta la parte lógica de los controladores del transistor, la lógica de protección de hardware y 1 LED, por lo que no es económicamente factible configurar CC / CC y se decidió utilizar un estabilizador lineal convencional (LDO):
Cambiar No. 2
La segunda revisión del diseño también se optimizó para el costo de los componentes. Uno de los componentes clave que determina las características del módulo es el controlador de las teclas de encendido: 1EDC60I12AHXUMA1. Este es el principal impulsor de Infineon, pero resultó ser algo redundante, o más bien, no pude darme cuenta de este concepto.
Sí, tiene una gran corriente de 6.8A para abrir y 10A para cerrar, esto le permite cambiar una corriente bastante grande a una frecuencia alta. En teoría es genial, pero en la práctica me encontré con un límite de frecuencia causado por parámetros espurios de los circuitos y cables que están conectados al módulo. El techo práctico está en algún lugar en la región de 250-300 kHz, y el rango de frecuencia de funcionamiento más "popular" es de aproximadamente 60 ... 120 kHz, por lo que se decidió instalar el controlador desde la misma línea, pero con una corriente de apertura más baja y al mismo tiempo más barato y disponible - 1EDC40I12AHXUMA1. En general, difiere solo en la corriente más baja, en la práctica, se probaron un convertidor reductor y un medio puente con una frecuencia de funcionamiento de hasta 250 kHz y este controlador resultó ser suficiente para obtener pérdidas óptimas, que ascendieron a aproximadamente 15 ... 20% de la estática en el canal. ¡Además, este reemplazo permitió reducir el costo en $ 6 en una sola posición! Por cierto, este controlador está en
DKO Elektronshchik a un precio muy bueno, aunque 200 semanas a 121 rublos se vendieron hace 2 semanas, pero los rastrillaron rápidamente, yo mismo tomé 50 de ellos de la codicia.
Por supuesto, puede dejar el controlador anterior, pero en la Federación de Rusia cuesta 2 veces más, aunque permitirá reducir las pérdidas totales en los transistores en aproximadamente un 5 ... 10%. O use 1EDC40I12AH en maquetas y ponga en producción al hermano mayor 1EDC60I12AH, porque toda la línea de estos controladores es compatible de pin a pin.
Cambio n. ° 3
El procesamiento más profundo ha sido la protección actual del hardware. Los comentarios tenían muchos consejos y preguntas valiosas
y poco valiosas, algunas de ellas fueron tomadas en cuenta, la otra parte me pareció irrelevante.
Aquí me gustaría apartarme un poco y hablar sobre el microexperimento realizado en la primera revisión. Como recordará, se utilizó el optoacoplador más simple LTV-817 para desacoplar la unidad de potencia del control (este es el mismo PC-817 "popular"). A menudo se puede encontrar en la retroalimentación (OS) de las fuentes de alimentación conmutadas baratas (IIPS), pero allí se usa en el sistema operativo de voltaje, donde no se requiere un rendimiento especial. Quería probarlo en la protección actual del hardware, porque tiene un buen precio (alrededor de $ 0.03) y ve en la práctica cómo se comportará. En principio, él hace frente a su tarea en frecuencias de hasta 40 ... 60 kHz, con un aumento adicional en la frecuencia, el optoacoplador no tiene tiempo para cambiar (el voltaje aumenta lentamente) y la corriente pasa a través de las teclas durante 2-3 períodos. Por supuesto, con una corriente de cortocircuito de 10-15 A, esto solo causará un poco de calor y la protección seguirá funcionando, pero cuando se alimenta desde la red es 100% amplia - verificada. Creo que el experimento fue un éxito y el PC817 se puede defender si está haciendo un dispositivo a gran escala con una frecuencia de conmutación baja, donde un ahorro de $ 0.2-0.3 será significativo.
Como resultado, reemplacé este optoacoplador por uno más rápido, pero más caro y menos popular: TLP2362, con el tiempo de respuesta de reacción es de 2 ... 6 μs.
Como puede ver, la ideología general se ha mantenido igual; la implementación y los componentes han cambiado un poco. Como sensor de corriente, se utilizan 2 derivaciones conectadas en paralelo en un caso similar al 2512, de hecho, son 2 resistencias de precisión con 1% de error, más áreas soldadas con grasa y una potencia de disipación de 3 W, producida por Bourns. En las tiendas de la Federación de Rusia, cuestan alrededor de $ 1-1.5, pero pedí 1000 piezas en LCSC, probablemente les compraron una bobina de inmediato y el saldo apareció en su sitio web, ¡el precio es de $ 0.05 o 20 veces más bajo! Date un chapuzón en stock -
link . Por lo general, no hay tales componentes específicos en el LCSC, pero solo aparecen si alguien ordenó mucho y la tienda los compró y vende las sobras. O tendrá que pedir más de 100 derivaciones de este tipo y luego se lo traerán.
La señal del sensor de corriente se amplifica usando un amplificador operacional (op-amp) D5, que eleva el voltaje a 4V a 20A. Luego, usando el comparador D6, esta señal se compara con la de referencia, y si está por encima de ella, aparece el 1 lógico en la salida de D6 (pin 1), que "enciende" el LED en el optoacoplador. En este caso, el optoacoplador tiene una inversión, es decir, cuando se le aplica un log.1, proporciona un log.0 en la salida, y para deshabilitar los controladores D2 y D4 necesitan enviar un log.1 a los pines 3, resulta que la señal debe invertirse de nuevo para lo que se aplica inversor D8. Obtenemos que cuando se produce un error en la salida de protección, log.1 se instala y apaga los controladores, y durante el funcionamiento normal, la salida es protección log.0 y esto permite que los controladores funcionen normalmente.
Por supuesto, era posible prescindir de un inversor e implementar una "inversión preliminar" en el comparador, encendiéndolo de manera un poco diferente, de modo que si se excediera la corriente, produciría log.0, entonces habría log.1 en la salida del optoacoplador y el inversor D8 podría eliminarse del circuito. Hice lo que hice para que la lógica de la protección funcione más comprensible para los principiantes, como esta inclusión es la más obvia, bueno, y el inversor es esencialmente un amplificador de corriente adicional, lo cual es importante, porque en la salida de la señal de error hay un LED, 2 microcircuitos de controlador y también nuestro microcontrolador, o tal vez decida colgar algo más, por lo que el margen actual no se verá afectado.
Además, por conveniencia, se agregaron 2 puentes. El primero (en el circuito J1) sirve para deshabilitar la señal con protección de corriente, por defecto, este puente está cerrado y envía una señal al controlador y al controlador / DSP PWM. Si por alguna razón necesita deshabilitar la señal de protección o llevarla a otro circuito, puede quitar el puente. El segundo (en el diagrama J2) es simplemente la salida de la señal amplificada desde la derivación, de modo que es posible conectar convenientemente la sonda del osciloscopio o el sistema operativo por corriente, aunque el aislamiento galvánico está "perdido".
Cambiar no 4
De hecho, este es un grupo de cambios y se refiere a un cambio en el diseño y los conectores. En primer lugar, el conector para conectarse a la placa de control ha sido reemplazado de WF-6 a BH-10, porque este último le permite organizar el bucle con mayor precisión y ensamblar el bucle no requiere soldadura o engarce astuto. En segundo lugar, el radiador se alejó de los transistores en 1 mm, es decir, por el grosor de la junta de cerámica, porque en la primera revisión esto no se tuvo en cuenta y tuve que violar un poco las patas de los transistores, lo cual no es bueno. En tercer lugar, los condensadores C7-C9 en el bus de alimentación se movieron otro 1 mm desde el radiador, ahora el espacio entre el radiador y los condensadores es de 3 mm.
El último cambio no es crítico para mí, porque el radiador con una corriente nominal de 20 A no se calentó por encima de +65
o C, pero varias personas hablaron sobre este problema potencial, por lo que se decidió gastar un milímetro adicional de textolita.
Cambiar no 5
Probablemente esto no sea un cambio, sino simplemente una versión alternativa: esta vez también se realizó la versión de alto voltaje del módulo. Se usó un transistor IPP65R225C7XKSA1, los condensadores C7-C9 se usaron en una caja similar de 22x25 mm con una capacidad de 100 uF a 400V. También en el circuito de protección de corriente puede instalar solo una derivación, luego su resistencia será de 4 mOhm, no de 2, y en consecuencia el corte de corriente será de 10A en lugar de 20.
Objetivamente, 20A en el módulo de alto voltaje no se pueden exprimir, porque el tamaño del radiador no permitirá disipar tanto calor, y a 10 A se probaron con éxito en un diseño chastotnik de 3 kW. Por lo tanto, colocamos 1 transistor en el módulo de alto voltaje y ya elegimos el número de derivaciones usted mismo. En principio, si la protección se establece en 20A, también se salvará del cortocircuito, y con una corriente de entrada importante no se volverá loco. Además, nadie prohíbe colocar 2 teclas arriba y abajo en el módulo de alto voltaje, el lugar no se ha ido.
La distancia entre el módulo de CC / CC y el controlador también se incrementó, y la huella del módulo también se corrigió. El hecho es que inicialmente tomé el modelo de la caja del módulo (SIP-7) de 3dcontent y no lo verifiqué, resultó ser un error: las patas estaban 1 mm más lejos del borde de la caja que en realidad, por lo que el módulo entró en un ajuste de interferencia. Ahora el modelo se ha reparado y el espacio libre se ha incrementado en 3 mm.
Orden de PCB
En la primera revisión, elaboré el concepto básico del módulo y el diseño, la segunda revisión, por supuesto, cambió un poco el módulo, pero no globalmente, por lo que se decidió ordenar 50 tableros a la vez, ensamblar un conjunto completo y distribuir varios módulos a amigos para probar la repetibilidad y la supervivencia en
manos torcidas .
Para mí, ensamblé 5 módulos: 2 de bajo voltaje y 3 de alto voltaje. Concebí este conjunto como un "kit de desarrollo", porque Le permite ensamblar no solo un convertidor separado, sino también simular todo el dispositivo, por ejemplo, ya lo probé con fluidez en un regulador de voltaje (3 medios puentes de alto voltaje), en un convertidor de frecuencia, y ahora estoy trabajando en un inversor, que es 2 módulos de bajo voltaje para aumentar 24V a + -380V un circuito puente y un medio puente para dibujar un seno de voltaje bipolar (planeo escribir sobre esto). Por lo tanto, si planea estudiar a fondo la electrónica de potencia, monte el mismo kit y, por supuesto, para "probar" lo suficiente.
Pedí tableros en PCBway y allí obtuve las siguientes etiquetas de precio:
Hay 2 juegos de placas en el orden, pero se puede ver que los módulos en sí cuestan $ 64, es decir, cada placa cuesta $ 1.28 / pc. La entrega cuesta $ 13 por todo, creo que si tira el segundo juego de tablas, entonces podría cumplir con $ 10 para la entrega. El costo total de los tableros salió $ 1.48 / pc. Puedes quemarte y no estar molesto))
La próxima vez planeo intentar ordenar PCBway y tableros, y componentes, e instalación. Es interesante ver si será posible ahorrar al final en la compra de componentes. A diferencia de LCSC, PCBway se compra en digikey, mouser y arrow (estos distribuidores generan más confianza), por lo que puede comprar todo de una vez. En el mismo orden, los transistores y los controladores provienen del ingeniero electrónico, el resto con LCSC es inconveniente y pagar 3 entregas (tarifas + 2 tiendas de componentes) no es rentable, puede ahorrar $ 20-30. Si es interesante, entonces puedo escribir un "tutorial" sobre este procedimiento y preparar el paquete de documentación.
¿Cómo conseguir una tabla?
Muchas personas preguntaron sobre esto en PM y en los comentarios, respondí con ambiguo "más tarde" y simplemente respondí con la distribución de los códigos fuente, que se adjuntaron al final de los artículos. Desafortunadamente para la primera revisión, no estaba 100% seguro, por lo que pedí esperar su ejecución y la revisión número dos. La "Revisión número dos" ha llegado y describiré varias formas:
- Tome la fuente en forma de archivos Gerber y envíela a su fabricante favorito. Sí, no te ato a una producción específica, todo es abierto y democrático. Quizás encuentre precios más bajos o desee tableros de los Estados, no de China. Si hay dificultades con el pedido en algún lugar, entonces también puede preguntarme, intentaré ayudarlo;
- Ordene con un clic en PCBway - ordene . La calidad de los tableros que obtienes se puede ver en las fotografías en el artículo, el fabricante tampoco se equivocará con los recortes dentro de los tableros, porque otros tuvieron problemas, simplemente no hicieron cortes de aislamiento debajo de los controladores y los módulos de CC / CC;
- Me quedan unos 30 tableros, en principio puedo compartirlos. La única solicitud es que si puede pedirlo usted mismo, entonces haga un pedido, 5 tableros cuestan $ 12, incluido el envío. Si por alguna razón no puede ordenar usted mismo, escriba: se lo enviaré por correo.
Fuentes para el módulo de potencia
Esta vez puede ver no solo el esquema en archivos pdf y gerber, sino también el proyecto fuente en Altium Designer. Puede hacer cualquier cambio o reemplazar componentes, por ejemplo, de repente desea transistores en el TO-247, póngalo si cree que es necesario. Hubo muchas sugerencias y diferentes consejos en los comentarios, para implementarlos objetivamente, todos no funcionarán, porque a veces se contradicen entre sí y no tengo un automóvil en absoluto, así que ahora tienes la oportunidad de agregar tu lista de deseos y mostrarles a todos cómo hacerlo.
- Diagrama de circuito - PDF
- Lista de componentes (BOM) - Excel
- PCB Gerber Files - RAR
- Fuentes en Altium Designer - RAR