ШИМ-регулятор.

[SacreD]

Задумка такова.
Нужно собрать качественный ШИМ-регулятор с токами нагрузки до 100А. При этом:
Ток нагрузки должен регулироваться в пределах хотя бы от 10 до 100А;
Частота от 100Гц до 60кГц;
Скважность от 0 до хотя бы 96%.

Проблема в ограничении тока. Должно высчитываться усредненное значение тока, т.е. при 50% скважности импульсы тока составят 20А при 10А rms. Если же ток превысит установленное значение, ширина импульсов должна уменьшиться до определенного уровня, что бы установить выбранное rms значение тока.
И проблема-то в том, что скважность возможно можно будет устанавливать и 100% (открытый канал), где токовый трансформатор в качестве тока уже не прокатит.
Следовательно, шунт. Можно ли в качестве шунта использовать переход полевиков? В схеме будут стоять 4* IRF3205 с суммарным сопротивлением около 2мОм, т.е. 2мВ/А.
Нужно достигнуть наиболее высокого кпд устройства, потому-то я и задумал использовать каналы полевиков в качестве датчика тока.
На скорую руку мысли свои перекидал на бумагу и представляю вашему вниманию следующую схему.
Какие дополнения/изменения следовало бы ввести в схему, чтобы всё работало стабильно?
Погрешность ограничения по току в районе ~20% допускается.
Возможен ли иной подход к сложившейся ситуации?
Помогите советом, пожалуйста.

[SacreD]

Ну рабочая хоть схема? Нужен шим с регулируемым ограничением тока.. КАК его будет правильнее организовать?? Подскажите..

[abwh]

На TL494 при таком включении максимальная скважность будет 50%. Может, UC3842/43 лучше взять? Открытый канал полевика в качестве датчика тока малопригоден из-за выраженной температурной зависимости Rси. Можно применить датчик Холла, помещенный в катушку из нескольких витков провода большого сечения.

[SacreD]

На TL494 при таком включении максимальная скважность будет 50%.

А это случайно не ошибочное мнение? Ведь при соединении 13 вывода тл494 с минусом максимальный рабочий цикл, исходя из дш, достигает 96%.. Если на 13вывод подать +5В, мс перейдет в двухтактный режим. Или я что-то путаю?

Может, UC3842/43 лучше взять?

Чем именно эта мс лучше?

Открытый канал полевика в качестве датчика тока малопригоден из-за выраженной температурной зависимости Rси.

Да, к сожалению, это так. Но. Как я уже написал ранее, стабилизация тока может иметь и весьма большую погрешность (в т.ч. температурную), порядка +-20%.
Температура на радиаторе выше 70гр подниматься никогда не будет, т.е. температура кристалла врядли когда превысит 100гр, а это примерно 150% от номинального сопротивления канала. Меня это устраивает. В этом даже есть некая польза - при излишнем перегреве радиатора ток будет несколько снижаться, тем самым предотвращая как перегрев кристаллов транзисторов, так и платы в целом.
Спасибо всеже об упоминании о температурной зависимости сопротивления каналов.
Но проблема не совсем в этом. Меня интересует, насколько эффективная данная схема, будет ли она вообще ограничивать ток? Внимание прошу обратить на детали C3; R5; R6; R7. Какова будет форма сигнала на накопительном конденсаторе? Битый синус?
Сигнал слишком слабый, поэтому диод тут не выход из ситуации. Но. можно использовать еще один Р-канальный полевик во включенном состоянии между C3 и R6, дабы не подвергать конденсатор излишнему разряду и максимально выровнять форму сигнала на нем.
Что скажете?

Можно применить датчик Холла, помещенный в катушку из нескольких витков провода большого сечения.

Себестоимость блока резко возрастет..

P.S. Схему доработал. Транзистор Т2 не дает разряжаться конденсатору С3 через переход Т5, только посредством саморазряда. Конденсатор заряжается только когда присуствует сигнал на выходе тл494, и ключ Т5 открыт, соотв. сквозного тока не возникнет, когда в закрытом состоянии на переходе Т5 будет напряжение питания 12В.

[abwh]

А это случайно не ошибочное мнение? Ведь при соединении 13 вывода тл494 с минусом максимальный рабочий цикл, исходя из дш, достигает 96%.. Если на 13вывод подать +5В, мс перейдет в двухтактный режим. Или я что-то путаю?

У меня datasheet от Motorola, там о 96% не сказано. А графики есть. При уровне лог. 0 на выв. 13 скважность действительно может превышать 50%, но на выходах 9, 10 сигналы становятся синфазными.

[SacreD]

Ну хорошо. Соглашусь, что использовать переходы ключей не самая лучшая идея.
Допустим. Если использовать в качестве датчика тока обычный токовый шунт, затем выравнивать сигнал RC цепочкой, какая форма сигнала будет в этом случае на выходе ДТ, скажем при 50% цикле? Имею ввиду не будет дребезга тока в конечном случае, на нагрузке, или этого не избежать?

И какой из двух вариант включения токового шунта наиболее предпочтительный - до сглаживающего конденсатора, или после?

[abwh]

Чтобы исключить влияние индуктивной составляющей сопротивления шунта можно использовать второй вариант. Однако в первом варианте проще реализовать защиту по току. Кстати, UC3842 такую возможность предусматривает - у нее встроенный токовый компаратор (current sense).
Напряжение на конденсаторе в RC-цепи возрастает по экспоненциальному закону с постоянной времени 2пRC. Значение С 10мкФ велико для частоты 50кГц. Для примера посмотри, как это реализовано в 3842

[SacreD]

Кстати, UC3842 такую возможность предусматривает - у нее встроенный токовый компаратор (current sense).

Это-то да, но на вход надо подавать 1В, т.е. без опера уже не обойтись.

Емкость 10мкф я взял к примеру, это структурная схема. Думаю там и 100нФ хватит.

Относительно формулы: возьмем конденсатор 1000мкф и резистор 1кОм, след. 2*3,14*1=6,28сек - время нарастания напряжения на кондере от 0 до Uпит? Так я понял?

[Niroborn]

Чем именно эта мс лучше?

Тем что это микросхема для токового режима, а вам именно он и нужен. Да и на такие мощности не стоит брать копеечную микруху с куцым функционалом и очень медленной защитой. Насколько я понял вам нужна микросхема с управлением по среднему току (т.н. average current mode). У TI вроде были специальные микросхемы, посмотрите на сайте, закажите образцы.
Вот эту статейку почитайте.

[abwh]

Относительно формулы: возьмем конденсатор 1000мкф и резистор 1кОм, след. 2*3,14*1=6,28сек - время нарастания напряжения на кондере от 0 до Uпит? Так я понял?

От 0 до примерно 63% от Uном. Строго говоря, постоянная времени определяется как промежуток времени, за который электрическая величина (напряжение, ток) изменяется в е (число Эйлера ~ 2,72) раз. Обозначается, как "тау" и равна в данном случае RC. Об этом можно в курсе ТОЭ прочесть, но необходимо знание основ высшей математики. http://elib.ispu.ru/library/lessons/.../lecture26.htm - здесь в первых абзацах рассматривается расчет похожей цепи.

[SacreD]

Тем что это микросхема для токового режима, а вам именно он и нужен.

Да, но на вход мс для ограничения тока нужно подавать 1В, а это неимоверные потери при использовании просто обычного шунта. В итоге - без опера не обойтись.
По поводу усредненного значения тока - не обязательно, можно устроить и ограничение в пиках. Но ведь именно rms значение и получится при использовании RC фильтра?
Мне, повторюсь, нужна простейшая, "грубая" стабилизация тока, с погрешностью пускай даже +-50% в зависимоти от рабочего цикла - по большей мере это будет защита от КЗ, а 4 ключа IRF3205 в пике смогут выдержать более 1.5кА, что зачастую не посилам провести ни одной проводке, ибо сопротивление ее должно быть менее 10мОм. Вывод - скорость срабатывания защиты особого значения не играет, в разумных пределах, естественно, пускай даже 1мс - уже сойдет.

Я одного не пойму - вторая схема, изображенная на рисунке из поста #6, способна ли действительно ограничивать ток?
На номиналы деталей прошу внимания не обращать.


abwh, спасибо. Исходя из расчетов, потери на переключение ключей будут чуть меньше, чем потери в открытом состоянии. Возможно, стоит задуматься о еще большем увеличении тока управления ключами, возможно нет.. Сейчас на каждый из ключей (в черновике) стоят балластные резисторы по 20ом - на управление и на землю, т.е. грубо - 4*250ма=1А в пике на управление полевиками. Транзисторы в усилении - bc807/817.
Суммарная входная емкость 4 ключей 13нф.

[abwh]

Я одного не пойму - вторая схема, изображенная на рисунке из поста #6, способна ли действительно ограничивать ток?
На номиналы деталей прошу внимания не обращать.

Если среднее (или СК) значение, то вполне. Но в переходных режимах она будет вести себя в зависимости от топологии конструкции, параметров (в основном - эквивалентное последовательное сопротивление) конденсатора фильтра С3. На мой взгляд, лучше использовать включение по первой схеме, применив шунт с низкой собственной индуктивность.

[Niroborn]

схема, изображенная на рисунке из поста #6, способна ли действительно ограничивать ток

В принципе да, так и делают на небольших мощностях. Но я бы сделал ТТ.

[abwh]

4 ключа IRF3205 в пике смогут выдержать более 1.5кА, что зачастую не посилам провести ни одной проводке, ибо сопротивление ее должно быть менее 10мОм. Вывод - скорость срабатывания защиты особого значения не играет, в разумных пределах, естественно, пускай даже 1мс - уже сойдет.

По поводу способности IRF3205 выдержать ток к.з особенно обольщаться не стоит. Энергетические параметры транзистора документированы для кристалла. Для корпуса ТО-220 максимальный ток составляет 75А (в datasheet от IRF примечание (5)). Да и трудно себе представить, как может отрезок провода сечением 0,34 мм^2 выдержать даже кратковременно ток 390А. Поэтому быстродействующая защита необходима.

[SacreD]

В принципе да, так и делают на небольших мощностях. Но я бы сделал ТТ.

Понятно. ТТ конечно лучше, но не всегда. Я уже упомянул о том, что рабочий цикл может составлять и 100% (для достижения максимальной мощности, отдаваемой в нагрузку), т.е. при DC токе токовый транс не прокатит..

На мой взгляд, лучше использовать включение по первой схеме, применив шунт с низкой собственной индуктивность.

В качестве шунта что лучше использовать - несколько запараллеленых проволочных керамических резисторов (имеют немалую индуктивность), либо отрезок медного провода? Каким образом применить температурный коэффициент меди 0,0039/*С? сопротивление медной проволоки возрастает на 0,4% при нагреве?

[abwh]

Медный провод едва ли пригоден - при низком удельном сопротивлении меди его надо много, что на пользу индуктивности не пойдет. Лучше кусок манганиновой проволоки, какая используется в шунтах токовой защиты инверторов ИБП и, по-моему, в измерительных шунтах мультиметров.

[SacreD]

Где ж мне взять манганиновой проволоки на шунт 100А? Может из нихрома попробовать? У меня есть его метров 200 миллиметрового, около 1Ом/м, перегорает при 30А.. взять в пучок проволочин 15, например, чтобы нагрев нихрома на высоких токах был незначительным.

П.с. Конечно, есть уже готовые шунты и на 100А, и на 200, и на 300.. Но если брать с ибея, это встанет уже баксов в 20. Весь блок того не стоит!

[abwh]

Можно компромиссный вариант попробовать. Взять мощные керамические резюки, но общий провод цепи управления подключить не к левому (-Uп), а к правому на первой схеме выводу R1. Тогда из запирающего напряжения не будет вычитаться ЭДС самоиндукции паразитной индуктивности R1. Но это будет почти схема 2.

[SacreD]

Кстати, медный провод сечением 2.5мм^2 выдерживает токи до 200А, при этом его удельное сопротивление порядка 7мОм на метр.

Добавлено через 2 минуты

Можно компромиссный вариант попробовать. Взять мощные керамические резюки, но общий провод цепи управления подключить не к левому (-Uп), а к правому на первой схеме выводу R1. Тогда из запирающего напряжения не будет вычитаться ЭДС самоиндукции паразитной индуктивности R1. Но это будет почти схема 2.

Увы, но похоже так не получится, там полурность важна.

[abwh]

Тут еще одна идея посетила. А почему бы не использовать TL-ку в двутактном включении? Просто параллелишь стоки и истоки ключевых тр-ров, каждый из которых работает с заполнением от 0 до 50%, а в сумме до 100%. В этом случае можно использовать трансформатор тока в цепи стока каждого из транзисторов. Причем использовать один трансформатор тока, обе первички которого включить встречно (соотв. со вторички токовый сигнал должен выпрямляться двухполупериодным выпрямителем). Тогда параллелить не стоки, а соответствующие выводы первичек ТТ.