Salam! Dalam artikel saya sebelumnya (
sekali dan
dua kali ) Anda berkenalan dengan modul daya setengah jembatan, yang memungkinkan Anda untuk membangun konverter dari hampir semua topologi. Saya menunjukkan bagaimana cara cepat dan tanpa banyak usaha mendapatkan tata letak konverter daya dan berjalan dalam ide, dan dalam proses implementasi mereka, kekurangan tertentu diidentifikasi.
Sayangnya, bahkan di perangkat yang cukup sederhana, revisi kedua dari besi diperlukan untuk "membersihkan" implementasi yang buruk dari fungsi tertentu, meningkatkan tata letak dan desain. Akibatnya, pekerjaan dilakukan untuk mengoptimalkan parameter teknis dan untuk meningkatkan kegunaan modul. Hari ini di artikel saya hanya akan memberi tahu Anda lebih banyak tentang perubahan ini, jelaskan mengapa demikian, dan di akhir artikel Anda akan melihat sumber yang diperbarui. Ayo pergi!
Ubah No. 1
Dalam proses mengumpulkan tata letak, saya mengalami ketidaknyamanan karena harus menyeret daya ekstra + 3.3V ke papan daya. Saya bahkan tidak tahu mengapa saya melakukan ini, saya melihat sirkuit dan saya tidak mengerti diri saya sendiri)) Bagaimanapun juga, diputuskan untuk membuat daya untuk modul hanya 12V, dan mendapatkan 3.3V sudah di papan tulis. Konsumsi saat ini pada bus 3.3V adalah sekitar 10 mA, ini memberi makan bagian logis dari driver transistor, logika perlindungan perangkat keras dan 1 LED, sehingga tidak layak secara ekonomis untuk mengatur dc / dc dan diputuskan untuk menggunakan konvensional linear stabilizer (LDO):
Ubah No. 2
Revisi kedua dari desain juga dioptimalkan untuk biaya komponen. Salah satu komponen utama yang menentukan karakteristik modul adalah driver untuk tombol daya - 1EDC60I12AHXUMA1. Ini adalah pengendara teratas dari Infineon, tetapi ternyata agak berlebihan, atau lebih tepatnya, saya tidak dapat menyadari diri saya dalam konsep ini.
Ya, ia memiliki arus besar 6.8A untuk pembukaan dan 10A untuk penutupan, ini memungkinkan Anda untuk mengganti arus yang cukup besar pada frekuensi tinggi. Secara teori itu keren, tetapi dalam praktiknya saya berlari ke batas frekuensi yang disebabkan oleh parameter palsu dari rangkaian dan kabel yang terhubung ke modul. Langit-langit praktis ada di suatu tempat di wilayah 250-300 kHz, dan rentang frekuensi operasi paling populer adalah sekitar 60 ... 120 kHz, sehingga diputuskan untuk menginstal driver dari jalur yang sama, tetapi dengan arus bukaan yang lebih rendah dan pada saat yang sama lebih murah dan tersedia - 1EDC40I12AHXUMA1. Secara umum berbeda hanya pada arus yang lebih rendah, dalam praktiknya, konverter buck dan setengah jembatan dengan frekuensi operasi hingga 250 kHz diuji dan driver ini ternyata cukup untuk memperoleh kerugian optimal, yang berjumlah sekitar 15 ... 20% dari statis pada saluran. Selain itu, penggantian ini memungkinkan untuk mengurangi biaya sebesar $ 6 hanya dalam satu posisi! Ngomong-ngomong, pengemudi ini ada di
DKO Elektronshchik dengan harga yang sangat bagus, meskipun 200 minggu dengan 121 rubel mereka dijual 2 minggu lalu, tetapi mereka menyapu mereka dengan cepat, saya sendiri mengambil 50 dari mereka dari keserakahan.
Tentu saja, Anda dapat meninggalkan driver lama, tetapi di Federasi Rusia harganya 2 kali lebih banyak, meskipun itu akan memungkinkan untuk mengurangi total kerugian pada transistor sekitar 5,10%. Atau gunakan 1EDC40I12AH pada mock-up, dan letakkan kakak 1EDC60I12AH dalam produksi, karena seluruh lini driver ini kompatibel dengan pin-to-pin.
Ubah No. 3
Pemrosesan yang paling mendalam adalah perlindungan perangkat keras saat ini. Komentar itu memiliki banyak nasihat dan pertanyaan yang
sangat berharga
dan tidak terlalu banyak , beberapa di antaranya diperhitungkan, bagian lain tampaknya tidak relevan bagi saya.
Di sini saya ingin menyingkir sedikit dan berbicara tentang percobaan mikro yang dilakukan dalam revisi pertama. Seperti yang Anda ingat, optocoupler LTV-817 yang paling sederhana digunakan untuk memisahkan unit daya dari kontrol (ini adalah PC-817 "populer" yang sama). Ini sering dapat ditemukan dalam umpan balik (OS) dari catu daya switching murah (IIPS), tetapi ada itu digunakan dalam OS tegangan, di mana kinerja khusus tidak diperlukan. Saya ingin mencobanya dalam perlindungan perangkat keras saat ini, karena dia memiliki harga yang bagus (sekitar $ 0,03) dan lihat dalam praktiknya bagaimana dia akan berperilaku. Pada prinsipnya, ia mengatasi tugasnya pada frekuensi hingga 40 ... 60 kHz, dengan peningkatan frekuensi lebih lanjut, optocoupler tidak punya waktu untuk beralih (tegangan perlahan-lahan meningkat) dan arus yang mengalir melewati tombol selama 2-3 periode. Tentu saja, dengan arus hubung singkat 10-15A, ini hanya akan menyebabkan sedikit panas dan perlindungan akan tetap bekerja, tetapi ketika diaktifkan dari jaringan itu adalah 100% broads - diperiksa. Saya pikir percobaan itu sukses dan PC817 dapat dimasukkan ke dalam pertahanan jika Anda membuat perangkat skala besar dengan frekuensi switching yang rendah, di mana penghematan $ 0,2-0,3 akan signifikan.
Akibatnya, saya mengganti optocoupler ini dengan yang lebih cepat, tetapi lebih mahal dan kurang populer - TLP2362, dengan itu waktu respon reaksi adalah 2 ... 6 Ξs.
Seperti yang Anda lihat, ideologi umum tetap sama, implementasi dan komponennya sedikit berubah. Sebagai sensor arus, 2 pirau yang terhubung paralel digunakan dalam kasus yang serupa dengan 2512, sebenarnya ini adalah 2 resistor presisi dengan kesalahan 1%, area yang disolder lebih banyak lemak dan daya disipasi 3 W, diproduksi oleh Bourns. Di toko-toko di Federasi Rusia, harganya sekitar $ 1-1,5, tetapi saya memesan 1000 buah di LCSC, mereka mungkin membeli mereka kumparan segera dan saldo muncul di situs web mereka, harganya $ 0,05 atau 20 kali lebih rendah! Berenang sambil menimbun stok. Biasanya tidak ada komponen spesifik seperti itu pada LCSC, tetapi hanya muncul jika seseorang memesan banyak dan toko membelinya dan menjual sisa makanan. Atau Anda perlu memesan 100+ shunt dan kemudian mereka akan membawanya untuk Anda.
Sinyal dari sensor saat ini diperkuat menggunakan penguat operasional (op-amp) D5, yang menaikkan tegangan menjadi 4V pada 20A. Kemudian, menggunakan komparator D6, sinyal ini dibandingkan dengan referensi, dan jika di atasnya, maka logis 1 muncul pada output D6 (pin 1), yang "menyalakan" LED dalam optocoupler. Dalam hal ini, optocoupler memiliki inversi, yaitu, ketika log.1 diterapkan, itu memberikan log.0 pada output, dan untuk menonaktifkan driver D2 dan D4 mereka perlu mengirim log.1 ke pin 3, ternyata sinyal perlu dikembalikan untuk apa yang diterapkan inverter D8. Kami mendapatkan bahwa ketika kesalahan terjadi pada output perlindungan, log.1 diinstal dan mematikan driver, dan selama operasi normal, output adalah log perlindungan.0 dan ini memungkinkan driver untuk bekerja secara normal.
Tentu saja, itu mungkin dilakukan tanpa inverter dan menerapkan "inversi pendahuluan" pada komparator, menyalakannya sedikit berbeda, sehingga jika arus terlampaui, itu akan menghasilkan log.0, maka akan ada log.1 pada output optocoupler dan inverter D8 dapat dihapus dari rangkaian. Saya melakukan apa yang saya lakukan untuk membuat logika perlindungan berfungsi lebih mudah dipahami oleh pemula inklusi ini adalah yang paling jelas, dan inverter pada dasarnya adalah penguat arus tambahan, yang penting, karena pada output dari sinyal kesalahan ada LED, 2 mikrokontroler driver dan juga mikrokontroler kami, atau mungkin Anda memutuskan untuk menggantung sesuatu yang lain, sehingga margin saat ini tidak akan sakit di sini.
Juga, demi kenyamanan, 2 jumper ditambahkan. Yang pertama (pada sirkuit J1) berfungsi untuk menonaktifkan sinyal dengan perlindungan saat ini, secara default, jumper ini ditutup dan mengirimkan sinyal ke pengemudi dan pengontrol PWM / DSP. Jika karena alasan tertentu Anda perlu menonaktifkan sinyal perlindungan atau membawanya ke sirkuit lain, maka Anda dapat menghapus jumper. Yang kedua (dalam diagram J2) hanyalah output dari sinyal yang diamplifikasi dari shunt, sehingga dimungkinkan untuk dengan mudah menghubungkan probe osiloskop atau untuk OS saat ini, meskipun isolasi galvanik "hilang".
Ubah No. 4
Bahkan, ini adalah sekelompok perubahan dan mengacu pada perubahan tata letak dan konektor. Pertama, konektor untuk menghubungkan ke papan kontrol telah diganti dari WF-6 ke BH-10, karena yang terakhir memungkinkan Anda untuk mengatur loop dengan lebih akurat dan untuk merakit loop tidak memerlukan penyolderan atau penipuan yang licik. Kedua, radiator dipindahkan dari transistor sebesar 1 mm, yaitu dengan ketebalan paking keramik, karena dalam revisi pertama ini tidak diperhitungkan dan saya harus sedikit memperkosa kaki dari transistor, yang tidak baik. Ketiga, kapasitor C7-C9 pada power bus dipindahkan 1 mm dari radiator, sekarang jarak antara radiator dan kapasitor adalah 3 mm.
Perubahan terakhir tidak penting bagi saya, karena radiator dengan arus pengenal 20A tidak memanas di atas +65
o C, tetapi beberapa orang berbicara tentang masalah potensial ini, jadi diputuskan untuk menghabiskan milimeter ekstra dari textolite.
Ubah No. 5
Ini mungkin bukan perubahan, tetapi hanya versi alternatif - kali ini versi tegangan tinggi dari modul juga dibuat. Transistor IPP65R225C7XKSA1 digunakan, kapasitor C7-C9 digunakan dalam kasing 22x25 mm yang serupa dengan kapasitas 100 uF pada 400V. Juga di sirkuit perlindungan saat ini Anda dapat menginstal hanya satu shunt, maka resistansi akan menjadi 4 mOhm, bukan 2, dan karenanya cutoff saat ini akan menjadi 10A, bukan 20.
Secara obyektif, 20A dalam modul tegangan tinggi tidak dapat ditekan, karena ukuran radiator tidak akan memungkinkan untuk membuang begitu banyak panas, dan pada 10A mereka berhasil diuji dalam tata letak chastotnik 3 kW. Oleh karena itu, kami menempatkan 1 transistor dalam modul tegangan tinggi, dan sudah memilih sendiri jumlah shunt. Pada prinsipnya, jika perlindungan diatur ke 20A, maka itu juga akan menghemat dari hubungan pendek, dan dengan arus lonjakan yang signifikan itu tidak akan menjadi gila. Juga, tidak ada yang melarang untuk meletakkan 2 kunci naik dan turun di modul tegangan tinggi, tempat itu belum hilang.
Jarak antara modul dc / dc dan driver juga meningkat, dan tapak modul juga tetap. Faktanya adalah bahwa pada awalnya saya mengambil model case modul (SIP-7) dari 3dcontent dan tidak memeriksanya, ternyata ada kesalahan - kaki 1 mm lebih jauh dari batas case daripada pada kenyataannya, sehingga modul masuk ke gangguan interferensi. Sekarang model telah diperbaiki dan jarak bebas telah dinaikkan 3 mm.
Pesanan PCB
Dalam revisi pertama, saya mengerjakan konsep dasar modul dan tata letak, revisi kedua tentu saja mengubah modul, tetapi tidak secara global, jadi diputuskan untuk memesan 50 papan sekaligus, merakit satu set lengkap dan mendistribusikan beberapa modul kepada teman-teman saya untuk menguji pengulangan dan kemampuan bertahan di
tangan yang bengkok .
Untuk saya sendiri, saya membuat 5 modul: 2 tegangan rendah dan 3 tegangan tinggi. Saya menganggap set seperti itu sebagai "kit pengembangan", karena Ini memungkinkan Anda untuk merakit tidak hanya konverter terpisah, tetapi juga meniru seluruh perangkat, misalnya, saya sudah dengan lancar mengujinya pada regulator tegangan (3 jembatan setengah tegangan tinggi), pada konverter frekuensi, dan sekarang saya bekerja pada inverter, yang merupakan 2 modul tegangan rendah untuk meningkatkan 24V ke + -380V oleh rangkaian jembatan dan setengah jembatan untuk menggambar sinus dari tegangan bipolar (saya berencana untuk menulis tentang ini). Karena itu, jika Anda berencana untuk mempelajari elektronika daya secara menyeluruh, maka kumpulkan kit yang sama, dan tentu saja untuk "mencoba".
Saya memesan papan di PCBway dan di sana saya mendapat label harga berikut:
Ada 2 set papan dalam urutan, tetapi dapat dilihat bahwa modul itu sendiri berharga $ 64, yaitu, setiap papan berharga $ 1,28 / pc. Biaya pengiriman $ 13 untuk semuanya, saya pikir jika Anda membuang set papan kedua, maka Anda dapat memenuhi $ 10 untuk pengiriman. Total biaya papan dikeluarkan $ 1,48 / pc. Anda bisa terbakar dan tidak kesal))
Lain kali saya berencana untuk mencoba memesan PCBway dan papan, dan komponen, dan instalasi. Sangat menarik untuk melihat apakah pada akhirnya akan menghemat pembelian komponen. Tidak seperti LCSC, PCBway sendiri dibeli dengan digikey, mouser, dan panah (distributor ini menyebabkan kepercayaan yang lebih besar), sehingga Anda dapat membeli semuanya sekaligus. Dalam urutan yang sama, transistor dan driver berasal dari Insinyur Elektronik, sisanya dengan LCSC tidak nyaman dan membayar untuk 3 pengiriman (biaya + 2 toko komponen) tidak menguntungkan, Anda dapat menghemat $ 20-30. Jika ini menarik, maka saya dapat menulis "tutorial" tentang prosedur ini dan menyiapkan paket dokumentasi.
Bagaimana cara mendapatkan papan?
Banyak orang bertanya tentang ini di PM dan di komentar, saya menjawab dengan ambigu "nanti" dan hanya melawan dengan distribusi kode sumber, yang dilampirkan di akhir artikel. Sayangnya untuk revisi pertama, saya tidak yakin 100%, jadi saya meminta untuk menunggu running-in dan revisi nomor dua. "Revisi nomor dua" telah tiba dan saya akan menjelaskan berbagai cara:
- Ambil sumber dalam bentuk file Gerber dan kirim ke pabrikan favorit Anda. Ya, saya tidak mengikat Anda dengan produksi tertentu, semuanya terbuka dan demokratis. Mungkin Anda akan menemukan harga yang lebih rendah atau menginginkan papan dari Amerika, bukan China. Jika ada kesulitan dengan pesanan di suatu tempat, maka Anda juga dapat bertanya kepada saya, saya akan mencoba membantu;
- Pesan dalam satu klik pada PCBway - order . Kualitas papan yang Anda dapatkan dapat dilihat dalam foto-foto dalam artikel, pabrikan juga tidak akan mengacaukan guntingan di dalam papan, karena orang lain memiliki masalah, mereka hanya tidak melakukan pemotongan isolasi di bawah driver dan modul dc / dc;
- Saya memiliki sekitar 30 papan tersisa, pada prinsipnya saya dapat membagikannya. Satu-satunya permintaan adalah jika Anda dapat memesannya sendiri, maka pesanan, 5 papan biaya $ 12, termasuk pengiriman. Jika karena alasan tertentu Anda tidak dapat memesan sendiri, maka tulis - Saya akan mengirimkan Anda melalui pos.
Sumber untuk modul daya
Kali ini Anda tidak hanya dapat melihat skema dalam file pdf dan gerber, tetapi juga proyek sumber di Altium Designer. Anda dapat membuat perubahan atau mengganti komponen, misalnya, tiba-tiba Anda ingin transistor di TO-247, taruh jika Anda pikir itu perlu. Ada banyak saran dan tips yang berbeda di komentar, untuk menerapkannya secara objektif semua tidak akan berhasil, karena terkadang mereka saling bertentangan dan saya tidak punya mobil sama sekali, jadi sekarang Anda memiliki kesempatan untuk menambahkan semua Wishlist Anda sendiri dan menunjukkan kepada semua orang bagaimana melakukannya.
- Diagram Sirkuit - PDF
- Daftar Komponen (BOM) - Excel
- File Gerber PCB - RAR
- Sumber di Altium Designer - RAR