Saudações! Nos meus artigos anteriores (
uma e
duas vezes ), você se familiarizou com o módulo de energia da meia ponte, que permite criar um conversor de praticamente qualquer topologia. Eu mostrei como rapidamente e sem muito esforço obter o layout do conversor de energia e executar a ideia e, no processo de implementação, foram identificadas algumas deficiências.
Infelizmente, mesmo em dispositivos bastante simples, é necessária uma segunda revisão do ferro para "limpar" as más implementações de um determinado funcional, melhorar o layout e o design. Como resultado, foi realizado um trabalho para otimizar os parâmetros técnicos e melhorar a usabilidade do módulo. Hoje, neste artigo, vou falar mais sobre essas alterações, explicar por que motivo e no final do artigo, você verá fontes atualizadas. Vamos lá!
Alteração nº 1
No processo de coleta do layout, experimentei a inconveniência de ter que arrastar energia extra + 3,3V para a placa de energia. Eu nem sei por que fiz isso, olho para o circuito e não me entendo)) De qualquer forma, foi decidido aumentar a potência do módulo apenas 12V e obter 3,3V já na placa. O consumo atual no barramento de 3.3V é de cerca de 10 mA, alimenta a parte lógica dos drivers do transistor, a lógica de proteção de hardware e 1 LED, portanto, não é economicamente viável definir dc / dc e foi decidido usar um estabilizador linear convencional (LDO):
Alteração No. 2
A segunda revisão do design também foi otimizada para o custo dos componentes. Um dos principais componentes que determina as características do módulo é o driver das teclas de energia - 1EDC60I12AHXUMA1. Este é o principal driver da Infineon, mas acabou sendo um pouco redundante, ou melhor, não consegui me entender nesse conceito.
Sim, possui uma grande corrente de 6,8A para abertura e 10A para fechamento. Isso permite que você alterne uma corrente bastante grande em alta frequência. Em teoria, é legal, mas na prática encontrei um limite de frequência causado por parâmetros espúrios dos circuitos e fios conectados ao módulo. O teto prático fica em algum lugar na região de 250-300 kHz, e a faixa de freqüência de operação mais popular é de cerca de 60 ... 120 kHz, por isso foi decidido instalar o driver da mesma linha, mas com uma corrente de abertura mais baixa e ao mesmo tempo mais barato e disponível - 1EDC40I12AHXUMA1. Em geral, difere apenas na corrente mais baixa, na prática, foram testados um conversor buck e uma meia ponte com uma frequência de operação de até 250 kHz e esse driver acabou sendo suficiente para obter perdas ótimas, que representavam cerca de 15 ... 20% da estática no canal. Além disso, essa substituição permitiu reduzir o custo em US $ 6 em apenas uma posição! A propósito, este motorista está no
DKO Elektronshchik a um preço muito bom, embora 200 semanas a 121 rublos tenham sido vendidos há 2 semanas, mas eles os ajuntaram rapidamente, eu mesmo peguei 50 deles da ganância.
É claro que você pode deixar o driver antigo, mas na Federação Russa custa 2 vezes mais, embora permita reduzir as perdas totais em transistores em cerca de 5 a 10%. Ou use o 1EDC40I12AH em maquetes e coloque o irmão mais velho do 1EDC60I12AH em produção, porque toda a linha desses drivers é compatível com pinos.
Alteração nº 3
O processamento mais profundo foi a proteção contra corrente de hardware. Os comentários tiveram muitos conselhos e perguntas valiosos
e não muito , alguns foram levados em conta, a outra parte me pareceu irrelevante.
Aqui, gostaria de me afastar um pouco e falar sobre o micro-experimento realizado na primeira revisão. Como você se lembra, o acoplador óptico mais simples LTV-817 foi usado para desacoplar a unidade de energia do controle (este é o mesmo PC-817 “popular”). Pode ser encontrado frequentemente no feedback (SO) de fontes de alimentação de comutação baratas (IIPS), mas é usado no SO de tensão, onde não é necessário desempenho especial. Eu queria experimentá-lo na proteção atual de hardware, porque ele tem um bom preço (cerca de US $ 0,03) e vê na prática como ele se comportará. Em princípio, ele lida com sua tarefa em frequências de até 40 ... 60 kHz, com um aumento adicional na frequência, o acoplador óptico não tem tempo para alternar (a tensão aumenta lentamente) e a corrente passante passa pelas teclas por 2-3 períodos. Obviamente, com uma corrente de curto-circuito de 10 a 15A, isso causará apenas um pouco de calor e a proteção ainda funcionará, mas, quando alimentada pela rede, é 100% ampla - verificada. Acho que o experimento foi um sucesso e o PC817 pode ser colocado em defesa se você estiver fabricando um dispositivo de grande escala com baixa frequência de comutação, onde uma economia de US $ 0,2-0,3 será significativa.
Como resultado, substituí este acoplador óptico por um mais rápido, mas mais caro e menos popular - TLP2362, com ele o tempo de resposta da reação é de 2 ... 6 μs.
Como você pode ver, a ideologia geral permaneceu a mesma; a implementação e os componentes mudaram um pouco. Como sensor de corrente, 2 derivações conectadas em paralelo são usadas em um caso semelhante ao 2512; na verdade, são 2 resistores de precisão com 1% de erro, mais áreas soldadas com gordura e uma potência de dissipação de 3 W, produzida pela Bourns. Nas lojas da Federação Russa, eles custam cerca de US $ 1 a 1,5, mas eu pedi 1000 peças na LCSC, eles provavelmente compraram uma bobina imediatamente e o saldo apareceu no site deles, o preço é de US $ 0,05 ou 20 vezes mais baixo! Dê um mergulho enquanto estiver em estoque -
link . Normalmente, não existem componentes específicos no LCSC, mas só aparecem se alguém encomendou muito e a loja os comprou e vende as sobras. Ou você precisará encomendar mais de 100 derivações e elas a trarão para você.
O sinal do sensor de corrente é amplificado usando um amplificador operacional (op-amp) D5, que aumenta a tensão para 4V a 20A. Então, usando o comparador D6, esse sinal é comparado ao de referência e, se estiver acima dele, 1 lógico aparece na saída de D6 (pino 1), que “acende” o LED no acoplador óptico. Nesse caso, o acoplador óptico possui uma inversão, ou seja, quando um log.1 é aplicado a ele, ele fornece um log.0 na saída e para desativar os drivers D2 e D4, eles precisam enviar um log.1 para os pinos 3, verifica-se que o sinal precisa ser invertido de volta para o que é aplicado inversor D8. Concluímos que, quando ocorre um erro na saída de proteção, o log.1 é instalado e desliga os drivers e, durante a operação normal, a saída é o log de proteção.0 e isso permite que os drivers funcionem normalmente.
Obviamente, era possível ficar sem um inversor e implementar a “inversão preliminar” no comparador, ligando-o de maneira um pouco diferente, para que, se a corrente fosse excedida, produzisse um log.0, então haveria um log.1 na saída do acoplador óptico e o inversor D8 poderia ser removido do circuito. Fiz o que fiz para tornar a lógica da proteção mais compreensível para iniciantes, como essa inclusão é a mais óbvia, bem, e o inversor é essencialmente um amplificador de corrente adicional, o que é importante, porque Na saída do sinal de erro, há um LED, 2 microcircuitos de driver e também nosso microcontrolador, ou talvez você decida travar outra coisa, para que a margem atual não seja prejudicada aqui.
Além disso, por uma questão de conveniência, foram adicionados 2 jumpers. O primeiro (no circuito J1) serve para desativar o sinal com proteção de corrente; por padrão, esse jumper é fechado e envia um sinal ao driver e ao controlador PWM / DSP. Se, por algum motivo, você precisar desativar o sinal de proteção ou trazê-lo para outro circuito, poderá remover o jumper. O segundo (no diagrama J2) é simplesmente a saída do sinal amplificado do shunt, de modo que é possível conectar convenientemente a sonda do osciloscópio ou o sistema operacional por corrente, embora o isolamento galvânico esteja "perdido".
Alteração nº 4
De fato, este é um grupo de alterações e refere-se a uma alteração no layout e nos conectores. Primeiramente, o conector para conectar à placa de controle foi substituído de WF-6 para BH-10, porque o último permite organizar com mais precisão o loop e montá-lo não requer solda ou cravação astuta. Em segundo lugar, o radiador foi afastado dos transistores em 1 mm, ou seja, pela espessura da junta de cerâmica, porque na primeira revisão, isso não foi levado em consideração e tive que estuprar um pouco as pernas dos transistores, o que não é bom. Em terceiro lugar, os capacitores C7-C9 no barramento de força foram movidos mais 1 mm do radiador, agora o espaço entre o radiador e os capacitores é de 3 mm.
A última mudança não é crítica para mim, porque o radiador com uma corrente nominal de 20A não aqueceu acima de +65
o C, mas várias pessoas falaram sobre esse problema em potencial, por isso foi decidido gastar um milímetro extra de textolito.
Alteração nº 5
Provavelmente não é uma mudança, mas apenas uma versão alternativa - desta vez a versão de alta tensão do módulo também foi feita. Foi utilizado um transistor IPP65R225C7XKSA1, os capacitores C7-C9 foram usados em uma caixa semelhante de 22x25 mm com capacidade de 100 uF a 400V. Também no circuito de proteção de corrente você pode instalar apenas um shunt, então sua resistência será de 4 mOhm, não 2, e, portanto, o corte de corrente será de 10A em vez de 20.
Objetivamente, 20A no módulo de alta tensão não pode ser espremido, porque o tamanho do radiador não permitirá dissipar tanto calor e, a 10A, eles foram testados com sucesso em um layout de chastotnik de 3 kW. Portanto, colocamos 1 transistor no módulo de alta tensão e já escolhemos o número de derivações. Em princípio, se a proteção estiver configurada em 20A, ela também salvará do curto-circuito e, com uma corrente de irrupção significativa, não ficará louca. Além disso, ninguém proíbe colocar duas chaves para cima e para baixo no módulo de alta tensão, o local não desapareceu.
A distância entre o módulo dc / dc e o driver também foi aumentada, e a pegada do módulo também foi corrigida. O fato é que, inicialmente, peguei o modelo da caixa do módulo (SIP-7) da 3dcontent e não a verifiquei, acabou sendo um erro - as pernas estavam 1 mm mais afastadas da borda do gabinete do que na realidade, então o módulo entrou em um ajuste de interferência. Agora o modelo foi corrigido e a folga aumentada em 3 mm.
Ordem PCB
Na primeira revisão, elaborei o conceito básico do módulo e do layout; a segunda revisão, claro, mudou um pouco o módulo, mas não globalmente, por isso foi decidido encomendar 50 placas de uma só vez, montar um conjunto completo e distribuir vários módulos aos amigos para testar a repetibilidade e a capacidade de sobrevivência em
mãos tortas .
Para mim, montei 5 módulos: 2 de baixa voltagem e 3 de alta voltagem. Eu concebi esse conjunto como um "kit de desenvolvimento", porque permite montar não apenas um conversor separado, mas também simular todo o dispositivo, por exemplo, eu já o testei fluentemente em um regulador de tensão (3 meias-pontes de alta tensão), em um conversor de frequência, e agora estou trabalhando em um inversor, que é 2 módulos de baixa tensão para aumentar de 24V a +380V por um circuito de ponte e uma meia ponte para desenhar um seno da tensão bipolar (pretendo escrever sobre isso). Portanto, se você planeja estudar minuciosamente a eletrônica de potência, monte o mesmo kit e, para "experimentar" o suficiente, é claro.
Encomendei placas no PCBway e recebi os seguintes preços:
Existem 2 conjuntos de placas no pedido, mas pode ser visto que os próprios módulos custam US $ 64, ou seja, cada placa custa US $ 1,28 / pc. Entrega custa US $ 13 para tudo, acho que se você jogar fora o segundo conjunto de placas, poderá encontrar US $ 10 para entrega. O custo total das placas saiu US $ 1,48 / pc. Você pode queimar e não ficar chateado))
Da próxima vez, pretendo tentar encomendar PCBway, placas, componentes e instalação. É interessante ver se será possível economizar no final das contas na compra de componentes. Ao contrário do LCSC, o PCBway em si é comprado na digikey, mouser e arrow (esses distribuidores causam mais confiança), para que você possa comprar tudo de uma só vez. Na mesma ordem, transistores e drivers vieram do engenheiro eletrônico, o restante com LCSC é inconveniente e pagar 3 entregas (taxas + 2 lojas de componentes) não é rentável, você pode economizar US $ 20 a 30. Se for interessante, posso escrever um "tutorial" sobre este procedimento e preparar o pacote de documentação.
Como conseguir uma prancha?
Muitas pessoas perguntaram sobre isso no PM e nos comentários, eu respondi com ambíguo "mais tarde" e apenas lutei com a distribuição dos códigos-fonte, que foram anexados no final dos artigos. Infelizmente, para a primeira revisão, eu não tinha 100% de certeza, então pedi para aguardar a execução e a revisão número dois. Chegou a "revisão número dois" e descreverei várias maneiras:
- Pegue a fonte na forma de arquivos Gerber e envie para o seu fabricante favorito. Sim, não o vinculo a uma produção específica, tudo é aberto e democrático. Talvez você encontre preços mais baixos ou deseje placas dos Estados Unidos, não da China. Se houver dificuldades com o pedido em algum lugar, você também pode me perguntar: tentarei ajudar;
- Faça o pedido com um clique no PCBway - faça o pedido . A qualidade das placas que você obtém pode ser vista nas fotografias do artigo, o fabricante também não bagunça os recortes dentro das placas, porque outros tiveram problemas, mas não fizeram cortes de isolamento sob os drivers e módulos dc / dc;
- Eu tenho cerca de 30 placas restantes, em princípio eu posso compartilhá-las. O único pedido é que, se você puder fazer o pedido sozinho, 5 placas custarão US $ 12, incluindo o frete. Se, por algum motivo, você não puder fazer o seu pedido, escreva - enviarei por correio.
Fontes para o módulo de energia
Desta vez, você pode ver não apenas o esquema em arquivos PDF e gerber, mas também o projeto de origem no Altium Designer. Você pode fazer alterações ou substituir componentes; por exemplo, de repente você deseja transistores no TO-247, coloque-os se achar necessário. Havia muitas sugestões e dicas diferentes nos comentários, para implementá-las objetivamente todas elas não funcionarão, porque às vezes eles se contradizem e eu não tenho carro, então agora você tem a oportunidade de adicionar toda a sua lista de desejos e mostrar a todos como fazê-lo.
- Diagrama de circuitos - PDF
- Lista de componentes (BOM) - Excel
- Arquivos PCB Gerber - RAR
- Fontes no Altium Designer - RAR