Тонкощі проектування плати живлення інвертора Sudo Null IT News
Привіт! Скромними кроками я продовжую цикл статей про розробку залізної електричної приманки. Почнемо з найцікавішого - інвертора, який управляє двигуном. Я хочу розповісти вам більше про тонкощі побудови силової плати та про температурний режим транзисторів.
Основною проблемою при розробці плати для великих високочастотних струмів є індуктивність провідників, конденсаторів, транзисторів, а точніше виникла внаслідок цього випромінювання та необхідність складання параметрів для ключів, що призводить до більш високих витрат і збільшені втрати від перемикання.
У процесі роботи на індуктивному навантаженні при розриві струму виникають стрибки напруги на ключі, які дорівнюють ∆V = -L (dI/dt), де ∆V - величина зміни напруги, L - індуктивність, dI/dt - швидкість зміни струму (зростання або зменшення).
Візьмемо приватний випадок ШІМ з двох фаз, де струм спочатку протікає через замкнутий вимикач Q2, а потім струм накопичується в ланцюзі двигуна через верхній вимикач Q1. Клавіша Q6 для простоти завжди ввімкнена.
Червоний напрямок вказує шлях початкового потоку струму. У момент перемикання ключ Q2 відкривається, але в той же час напруга на цьому ключі падає до мінуса на величину падіння на паразитичному діоді MOSFET. Це пов’язано з тим, що індуктивність двигуна, в якому зберігається енергія, намагається «зберегти» свій струм і створює негативну напругу. Далі клавіша Q1 починає включатися, струм поступово збільшується на індуктивностях L_DC +, L_Q1D, L_Q1S, L_DC. Де L_QnD - індуктивність стоку корпусу транзистора, а L_QnS - індуктивність джерела, а L_DC - індуктивність плати. У процесі переходу струму від однієї частини схеми до іншої транзистор Q2 може раптово виявити на собі напругу, більшу, ніж напруга, подавана через шину живлення і встановлена на вхідній ємності.
Приклад комутації при струмі 100А
Величина цієї напруги буде пропорційно більшою, ніж швидкість перемикання. Ми не хочемо виділяти багато тепла на клавіші в процесі перемикання, тому ідеальний варіант розглядається, коли клавіша миттєво перемикається, але насправді це недосяжно. Простіше кажучи, чим швидше відбувається цей перехід, тим менше активних втрат буде в ключі, але в той же час, чим швидше відбувається перехід, тим більшими будуть стрибки напруги, що виникають при L_DC, L_Q1D, L_Q1S. Іншим рідко згадуваним, але, мабуть, найбільш паразитичним явищем у цьому процесі є заряд діода Q2. Оскільки між вимкненням Q2 і включенням Q1 існує затримка, мертвий час на діоді Q2 накопичує зворотний заряд відновлення, документація для транзистора вказана як Qrr, виміряна в наноколонах. У процесі вмикання Q1 виникає наскрізний струм, який відновлює паразитичний діод Q2. Величина цього струму буде тим вищою, чим швидше потрібно включити Q1 і тим більше струму проходить через транзистор. Це додатково спричиняє імпульсну напругу на L_Q2D, L_Q2S. Такий перемикач з англійської називається “жорсткий”. важка комутація.