Salutations! Dans mes articles précédents (
une et
deux fois ), vous vous êtes familiarisé avec le module de puissance du demi-pont, qui vous permet de construire un convertisseur de presque toutes les topologies. J'ai montré comment obtenir rapidement et sans trop d'effort la disposition du convertisseur de puissance et l'exécuter, et au cours de leur mise en œuvre, certaines lacunes ont été identifiées.
Hélas, même dans des appareils assez simples, une 2e révision du fer est nécessaire afin de «nettoyer» les mauvaises implémentations d'une fonction particulière, d'améliorer la disposition et la conception. En conséquence, des travaux ont été effectués pour optimiser les paramètres techniques et améliorer la convivialité du module. Aujourd'hui, dans l'article, je vais vous en dire plus sur ces changements, expliquer pourquoi, et à la fin de l'article, vous verrez des sources mises à jour. C'est parti!
Changement n ° 1
Dans le processus de collecte de la mise en page, j'ai rencontré l'inconvénient sauvage d'avoir à faire glisser une puissance supplémentaire + 3,3 V vers la carte d'alimentation. Je ne sais même pas pourquoi j'ai fait ça, je regarde le circuit et je ne me comprends pas)) Dans tous les cas, il a été décidé d'alimenter le module uniquement en 12V, et de mettre 3,3V déjà sur la carte. La consommation de courant sur le bus 3,3 V est d'environ 10 mA, il alimente la partie logique des pilotes de transistor, la logique de protection matérielle et 1 LED, il n'est donc pas économiquement faisable de régler DC / DC et il a été décidé d'utiliser un stabilisateur linéaire conventionnel (LDO):
Changement n ° 2
La deuxième révision de la conception a également été optimisée pour le coût des composants. L'un des composants clés qui détermine les caractéristiques du module est le pilote des touches d'alimentation - 1EDC60I12AHXUMA1. C'est le meilleur pilote d'Infineon, mais il s'est avéré être quelque peu redondant, ou plutôt, je ne pouvais pas me réaliser dans ce concept.
Oui, il a un grand courant de 6,8A pour l'ouverture et 10A pour la fermeture, cela vous permet de commuter un courant assez important à haute fréquence. En théorie, c'est cool, mais dans la pratique, je suis tombé sur une limite de fréquence causée par des paramètres parasites des circuits et des fils qui sont connectés au module. Le plafond pratique se situe quelque part entre 250 et 300 kHz, et la plage de fréquences de fonctionnement la plus «populaire» est d'environ 60 ... 120 kHz, il a donc été décidé d'installer le pilote à partir de la même ligne, mais avec un courant d'ouverture plus faible et en même temps moins cher et disponible - 1EDC40I12AHXUMA1. Il ne diffère en général que par un courant plus faible, en pratique, un convertisseur abaisseur et un demi-pont avec une fréquence de fonctionnement allant jusqu'à 250 kHz ont été testés et ce pilote s'est avéré suffisant pour obtenir des pertes optimales, qui représentaient environ 15 ... 20% de la statique sur le canal. De plus, ce remplacement a permis de réduire le coût de 6 $ dans une seule position! À propos, ce pilote est à
DKO Elektronshchik à un très bon prix, bien que 200 semaines à 121 roubles aient été vendues il y a 2 semaines, mais ils les ont ratissés rapidement, j'ai moi-même attrapé 50 d'entre eux par cupidité.
Bien sûr, vous pouvez laisser l'ancien conducteur, mais en Fédération de Russie, cela coûte 2 fois plus, même si cela permettra de réduire les pertes totales sur les transistors d'environ 5 à 10%. Ou utilisez 1EDC40I12AH sur les maquettes et mettez le frère aîné 1EDC60I12AH en production, car toute la gamme de ces pilotes est compatible broche à broche.
Changement n ° 3
Le traitement le plus approfondi a été la protection actuelle du matériel. Les commentaires contenaient beaucoup de conseils et de questions utiles
et peu nombreux, certains d'entre eux ont été pris en compte, l'autre partie m'a paru sans objet.
Je voudrais ici m'écarter un peu et parler de la micro-expérience qui a été réalisée lors de la première révision. Comme vous vous en souvenez, l'optocoupleur le plus simple LTV-817 a été utilisé pour découpler le bloc d'alimentation de la commande (il s'agit du même PC-817 «populaire»). Il peut souvent être trouvé dans le retour (OS) des alimentations à découpage bon marché (IIPS), mais il est utilisé dans le système d'exploitation en tension, où aucune performance spéciale n'est requise. Je voulais l'essayer dans la protection actuelle du matériel, car il a un bon prix (environ 0,03 $) et voit en pratique comment il se comportera. En principe, il fait face à sa tâche à des fréquences allant jusqu'à 40 ... 60 kHz, avec une augmentation supplémentaire de la fréquence, l'optocoupleur n'a pas le temps de commuter (la tension augmente lentement) et le courant traversant passe par les touches pendant 2-3 périodes. Bien sûr, avec un courant de court-circuit de 10-15A, cela ne causera qu'un peu de chaleur et la protection fonctionnera toujours, mais lorsqu'elle est alimentée par le réseau, elle est 100% large - vérifiée. Je pense que l'expérience a été un succès et le PC817 peut être mis en défense si vous fabriquez un appareil à grande échelle avec une faible fréquence de commutation, où une économie de 0,2 à 0,3 $ sera importante.
En conséquence, j'ai remplacé cet optocoupleur par un plus rapide, mais plus cher et moins populaire - TLP2362, avec lui le temps de réponse de la réaction est de 2 ... 6 μs.
Comme vous pouvez le voir, l'idéologie générale est restée la même; la mise en œuvre et les composants ont un peu changé. En tant que capteur de courant, 2 shunts connectés en parallèle sont utilisés dans un boîtier similaire au 2512, en fait ce sont 2 résistances de précision avec une erreur de 1%, plus de zones soudées à la graisse et une puissance de dissipation de 3 W, produites par Bourns. Dans les magasins de la Fédération de Russie, ils coûtent environ 1-1,5 $, mais j'ai commandé 1000 pièces sur LCSC, ils leur ont probablement acheté une bobine tout de suite et le solde est apparu sur leur site Web, le prix est 0,05 $ ou 20 fois moins cher! Faites un plongeon en stock -
lien . Habituellement, il n'y a pas de tels composants spécifiques sur le LCSC, mais n'apparaissent que si quelqu'un a commandé beaucoup et que le magasin les a achetés et vend les restes. Ou vous devrez commander plus de 100 shunts, puis ils vous l'apporteront.
Le signal du capteur de courant est amplifié à l'aide d'un amplificateur opérationnel (ampli-op) D5, qui élève la tension à 4 V à 20 A. Ensuite, à l'aide du comparateur D6, ce signal est comparé à celui de référence, et s'il est au dessus, alors le logique 1 apparaît en sortie de D6 (broche 1), qui «allume» la LED dans l'optocoupleur. Dans ce cas, l'optocoupleur a une inversion, c'est-à-dire que lorsqu'un log.1 est alimenté, il donne un log.0 à la sortie, et pour désactiver les pilotes D2 et D4 dont ils ont besoin pour envoyer un log.1 aux broches 3, il s'avère que le signal doit être inversé pour ce qui est appliqué onduleur D8. Nous obtenons que lorsqu'une erreur se produit à la sortie de protection, log.1 est installé et éteint les pilotes, et pendant le fonctionnement normal, la sortie est protection log.0 et cela permet aux pilotes de fonctionner normalement.
Bien sûr, il était possible de se passer d'un onduleur et de mettre en œuvre une «inversion préliminaire» sur le comparateur, en l'allumant un peu différemment, de sorte que lorsque le courant était dépassé, il produirait log.0, puis il y aurait log.1 à la sortie de l'optocoupleur et l'onduleur D8 pourrait être retiré du circuit. J'ai fait comme je l'ai fait pour rendre la logique du travail de protection plus compréhensible pour les débutants, comme cette inclusion est la plus évidente, eh bien, et l'onduleur est essentiellement un amplificateur de courant supplémentaire, ce qui est important, car à la sortie du signal d'erreur, il y a une LED, 2 microcircuits de pilote et également notre microcontrôleur, ou peut-être que vous décidez de suspendre autre chose, de sorte que la marge actuelle ne fera pas de mal ici.
De plus, pour des raisons de commodité, 2 cavaliers ont été ajoutés. Le premier (sur le circuit J1) sert à désactiver le signal avec protection de courant, par défaut, ce cavalier est fermé et envoie un signal au driver et au contrôleur PWM / DSP. Si, pour une raison quelconque, vous devez désactiver le signal de protection ou l'amener sur un autre circuit, vous pouvez retirer le cavalier. Le second (dans le diagramme J2) est simplement la sortie du signal amplifié du shunt, de sorte qu'il est possible de connecter facilement la sonde de l'oscilloscope ou pour le système d'exploitation actuel, bien que l'isolement galvanique soit «perdu».
Changement n ° 4
En fait, il s'agit d'un groupe de changements et cela fait référence à un changement de disposition et de connecteurs. Tout d'abord, le connecteur pour la connexion à la carte de commande a été remplacé de WF-6 à BH-10, car ce dernier vous permet d'organiser plus précisément la boucle et d'assembler la boucle ne nécessite pas de soudure ou de sertissage rusé. Deuxièmement, le radiateur s'est éloigné des transistors de 1 mm, c'est-à-dire de l'épaisseur du joint en céramique, car lors de la première révision, cela n'a pas été pris en compte et j'ai dû violer un peu les jambes des transistors, ce qui n'est pas bon. Troisièmement, les condensateurs C7-C9 sur le bus d'alimentation ont été déplacés de 1 mm supplémentaire du radiateur, maintenant l'écart entre le radiateur et les condensateurs est de 3 mm.
Le dernier changement n'est pas critique pour moi, car le radiateur avec un courant nominal de 20A ne s'est pas réchauffé au-dessus de +65
o C, mais plusieurs personnes ont parlé de ce problème potentiel, il a donc été décidé de dépenser un millimètre supplémentaire de textolite.
Changement n ° 5
Ce n'est probablement pas un changement, mais simplement une version alternative - cette fois, la version haute tension du module a également été réalisée. Un transistor IPP65R225C7XKSA1 a été utilisé, les condensateurs C7-C9 ont été utilisés dans un boîtier similaire de 22x25 mm avec une capacité de 100 uF à 400V. De plus, dans le circuit de protection de courant, vous ne pouvez installer qu'un seul shunt, puis sa résistance sera de 4 mOhm, et non de 2, et en conséquence la coupure de courant sera de 10A au lieu de 20.
Objectivement, 20A dans le module haute tension ne peuvent pas être extraits, car la taille du radiateur ne permettra pas de dissiper autant de chaleur, et à 10A, ils ont été testés avec succès dans une configuration chastotnik de 3 kW. Par conséquent, nous mettons 1 transistor dans le module haute tension et choisissons déjà vous-même le nombre de shunts. En principe, si la protection est réglée sur 20A, elle permettra également d'économiser contre les courts-circuits, et avec un courant d'appel important, elle ne deviendra pas folle. De plus, personne n'interdit de mettre 2 clés de haut en bas dans le module haute tension, l'endroit n'a pas disparu.
La distance entre le module cc / cc et le pilote a également été augmentée, et l'empreinte du module a également été fixée. Le fait est qu'au départ, j'ai pris le modèle du boîtier du module (SIP-7) de 3dcontent et ne l'ai pas vérifié, il s'est avéré être une erreur - les jambes étaient à 1 mm plus loin de la bordure du boîtier qu'en réalité, donc le module est entré dans un ajustement serré. Maintenant, le modèle a été fixé et le jeu a été augmenté de 3 mm.
Commande de PCB
Dans la première révision, j'ai élaboré le concept de base du module et de la disposition, la deuxième révision a bien sûr changé le module quelque peu, mais pas globalement, il a donc été décidé de commander 50 cartes à la fois, assembler un ensemble complet et distribuer plusieurs modules à des amis pour tester la répétabilité et la survie dans
des mains tordues .
Pour ma part, j'ai assemblé 5 modules: 2 basse tension et 3 haute tension. J'ai conçu un tel ensemble comme un «kit de développement», car il vous permet d'assembler non seulement un convertisseur séparé, mais également de simuler l'ensemble de l'appareil, par exemple, je l'ai déjà testé couramment sur un régulateur de tension (3 demi-ponts haute tension), sur un convertisseur de fréquence, et maintenant je travaille sur un onduleur, qui est 2 modules basse tension pour augmenter 24V à + -380V par un circuit en pont et un demi-pont pour dessiner un sinus à partir de la tension bipolaire (j'ai l'intention d'écrire à ce sujet). Par conséquent, si vous prévoyez d'étudier à fond l'électronique de puissance, assemblez le même kit, et pour "essayer" assez, bien sûr.
J'ai commandé des cartes sur PCBway et j'ai obtenu les étiquettes de prix suivantes:
Il y a 2 jeux de cartes dans la commande, mais on peut voir que les modules eux-mêmes coûtent 64 $, c'est-à-dire que chaque carte coûte 1,28 $ / pc. La livraison coûte 13 $ pour tout, je pense que si vous jetez le deuxième jeu de planches, vous pourriez rencontrer 10 $ pour la livraison. Le coût total des planches est ressorti à 1,48 $ / pc. Vous pouvez brûler et ne pas être contrarié))
La prochaine fois, je prévois d'essayer de commander PCBway et des cartes, des composants et l'installation. Il est intéressant de voir s'il sera finalement possible d'économiser sur l'achat de composants. Contrairement au LCSC, PCBway lui-même est acheté sur digikey, mouser et arrow (ces distributeurs créent plus de confiance), vous pouvez donc tout acheter en une seule fois. Dans le même ordre, les transistors et les pilotes sont venus de l'ingénieur en électronique, le reste avec LCSC est gênant et le paiement de 3 livraisons (frais + 2 magasins de composants) n'est pas rentable, vous pouvez économiser 20-30 $. Si c'est intéressant, je peux écrire un «tutoriel» sur cette procédure et préparer le dossier de documentation.
Comment obtenir une planche?
Beaucoup de gens ont posé des questions à ce sujet dans PM et dans les commentaires, j'ai répondu avec ambiguïté "plus tard" et je me suis contenté de riposter avec la distribution des codes sources, qui étaient joints à la fin des articles. Malheureusement pour la première révision, je n'étais pas sûr à 100%, j'ai donc demandé d'attendre son rodage et sa révision numéro deux. La "révision numéro deux" est arrivée et je décrirai différentes manières:
- Prenez la source sous forme de fichiers Gerber et envoyez-la à votre fabricant préféré. Oui, je ne vous lie pas à une production spécifique, tout est ouvert et démocratique. Peut-être trouverez-vous des prix plus bas ou voudrez-vous des planches des États-Unis, pas de la Chine. S'il y a des problèmes avec la commande quelque part, alors vous pouvez aussi me demander, je vais essayer de vous aider;
- Commandez en un clic sur PCBway - commandez . La qualité des cartes que vous obtenez est visible sur les photos de l'article, le fabricant ne se contentera pas non plus des découpes à l'intérieur des cartes, car d'autres ont eu des problèmes, ils n'ont tout simplement pas fait de coupes d'isolement sous les pilotes et les modules dc / dc;
- Il me reste environ 30 planches, en principe je peux les partager. La seule demande est que si vous pouvez le commander vous-même, puis commandez, 5 planches coûtent 12 $, frais de port inclus. Si, pour une raison quelconque, vous ne pouvez pas commander vous-même, écrivez - je vous enverrai par courrier.
Sources pour le module d'alimentation
Cette fois, vous pouvez voir non seulement le schéma en fichiers pdf et gerber, mais aussi le projet source dans Altium Designer. Vous pouvez apporter des modifications ou remplacer des composants, par exemple, soudain, vous voulez des transistors dans le TO-247, mettez-le si vous pensez que cela est nécessaire. Il y avait beaucoup de suggestions et différents conseils dans les commentaires, pour les mettre en œuvre objectivement, tout ne fonctionnera pas, car parfois, ils se contredisent et je n'ai pas de voiture du tout, alors maintenant vous avez la possibilité d'ajouter vous-même toutes vos listes de souhaits et de montrer à tout le monde comment le faire.
- Schéma de circuit - PDF
- Liste des composants (nomenclature) - Excel
- Fichiers PCB Gerber - RAR
- Sources dans Altium Designer - RAR