Thread Rating:
  • 0 Vote(s) - 0 Average
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Jednostavan i dovoljno brzi OVP
#21
Prasimix,

Nešto imam utisak da nisi baš najbolje shvatio priču o tiristorskom crowbar i naglom pražnjenju kodenzatora...

Trijak BTA41-600B spada u tiristorske elemente, ima stanje lečovanja i može jednokratno  podneti jako masivan udar velike struje, kao što sam opisao u nekom od ranijih postova. (otkrij mosfet koji će ostvariti i preživeti 2,5KA za 200uS a da je u gabaritima i ceni BTA41) I nije skup jer se vrlo masovno koristi.
Ostali trijaci iz ponuđene palete su male bebe za tu priču jer nemaju dovoljno veliku masu pelete i onog na čemu je peleta.
Može na primer i tiristor BTW69 u istom kućištu, koji može skoro 4KA za 200uS, samo je baš drastično skuplji i nije izolovan od TAB (zato i može tih 4KA jer mu je manji Rth(j-c) ,inače bi bila ista Itsm)


Poenta je u velikoj termičkoj inerciji pelete i metala na kom je ona.

Na primer, serija tiristora koje je proizvodila Iskra Kranj T00-40, tj. tiristor od 40A Itav u kućištu za tiristor od 80A Itav, imao je ISTU Itsm kao i tiristor od 80A u tom kućištu. 
Taj T00-40 je bio jedan od retkih komada koji je imao Itsm = 27 x Itav i samim tim je bio pravo savršenstvo baš za crowbar namene.
Jednostavno, toplotni kapacitet tog kućišta i termička otpornost pelete ka kućištu diktiraju to. Sve se svodi na to da se ne prekorači maksimalna temperatura za vreme trajanja udara. Shodno tome masivnije građen tiristor ima prednost zbog većeg tranzijentnog toplotnog kapaciteta...
-----------------------------------------

Kondenzator po prirodi predstavlja skoro idealan naponski izvor i početna struja pražnjenja nečim što liči na kratki spoj teoretski dostiže beskonačnu veličinu. Naravno, to je pod uslovom da je kondenzator idealan i kratak spoj nema otpornost ni induktivitet...

U realnosti su stvari tek neznatno povoljnije jer kondenzatori imaju veoma malu unutrašnju otpornost  (ESR) i veoma malu unutrašnju induktivnost (ESL).
Svakako ni kratak spoj nije idealan, pogotovo poluprovodnikom, tako da tu stoje serijske otpornosti i induktiviteti vodova, kao i unutrašnje otpornosti poluprovodničke komponente.

Kod novijih data sheet za tiristore i trijake ćeš retko pronaći dijagram Itsm za intervale kraće od 10mS, te stoga treba pronaći stariji dokument (zato ja uporno arhiviram DS).

Evo starije verzije za BTA41 sa strelicama koje sam postavio na stvari koje su bitne kada tiristor (ili trijak) radi kao crowbar:


.pdf   BTA41-600B.pdf (Size: 129,21 KB / Downloads: 17)

Iz podataka (fig 6.) se vidi da BTA41 može sa hladnom peletom (25C) jednokratno podneti oko 2.5KA za period do 200uS.
To znači da se takav udar naravno može ponoviti bez problema, pod uslovom da se peleta ponovo ohladi na 25C.
Ono što će razoriti tiristor je bukvalno topljenje pelete, tj. premašenje 175C u bilo kojoj njenoj tački (mogući hot spots).

Da  bi smo se obezbedili na sigurno, jer temperatura unutar ispravljača koji radi može biti i 50C u normalnom radu, baziraćemo se na na manje od 1.5KA  u prvih 200uS.
Druga stavka o kojoj jako treba voditi računa je da se ne prekorači maksimalna brzina porasta struje (50A/uS) za maksimalnu temperaturu pelete, a to se brzo dostigne tokom jednog opaljivanja crowbar.
Iako ta brzina porasta sa hladnim tiristorom može biti dva-tri puta veća, kod crowbar udarca se peleta ekstremno brzo   ugreje blizu maksimuma, pa se zato treba držati donje granice.

Treća stavka je da struja pobude gejta mora biti bar dvostruka od one koja u svim uslovima može pobuditi BTA41, a to je 100mA, puta 2 je 200mA. Dakle, treba ispaliti u gejt sigurnih 200mA ili više, može bez frke i 1A ako potraje samo par mS, da bi tiristor pouzdano preživeo crowbar i odradio još puno puta.

Pod pretpostavko da će ti napajanje imati max 55Vdc i pod pretpostavkom da suma svih kondova (internih i spolja zakačenih) ne prelazi 10.000uF i da je sumirani ESR svega 1 miliohm, što je moguće, pogotovo ako imaš blok kondenzator preko njih, napravićemo minimalno dozvoljene uslove rada crowbar sa BTA41.

Evo simulacije koja uzima u obzir internu otpornost BTA41 od 10 miliohm:


.asc   Itsm.asc (Size: 1,21 KB / Downloads: 9)

Dakle, minimalna serijska otpornost na A2 od BTA41 ne sme biti manja od 0.03R, induktivitet ne manji od 1.1uH, pod uslovom da je max 55V na 10000uF i da se crowbar ne ponavlja često (>5 min.).

To se pravi jednim jedinim kalemom bez jezgra (jer ni jedno jezgro, za ovu priliku pristojne veličine, ne može podneti desetinu kiloampernavoja  a da se ne zasiti i ostane bez svrhe).

Dovoljno je 7 do 8 navojaka na prečniku od 3 cm pljosnate zavojnice (minimalna dužina kalema) od Cul ili ako treba od neke otporne žice (bitno da je >=0,03R i >= 1,1uH).

Simulaciju prvo odradiš u periodu od 1uS, da bi video da ne premašuje 50A/uS, potom opet za period od 2-3mS da bi video razvoj maksimalne struje (ispod 1.5KA za manje od 200uS) i njeno opadanje na struju kratkog spoja ispravljača.

Možeš menjati veličine komponenti i pratiti razvoj događaja. Slika je veoma bliska realnom događaju.
--------------------------------------------

U realizovanm sklopu je u gejt neophodno ispaliti bar 200mA ili više, koji traju bar 300uS.

Naravno, nije pametno da ispravljač ostane u stanju kratkog spoja crowbar sklopom jer je očekivani pad napona na tiristoru 1.25V pri očekivanoj struji kratkog spoja reda 20A, što bi značilo masivnu discipaciju na tiristoru i njegovo pregrevanje pošto nije na hladnjaku.

Možeš ispravljač isključiti i čitavu sekundu posle crowbar bez problema. To je nedovoljno vreme da ošteti crowbar pegrevanjem.

Kako prepoznati neregularan kratak spoj (kad nije tvoj zahtevan CC limit)?

Lako.
Kada je ispravljač stabilisan po naponu ili po struji (CV ili CC) onda je zahtev za pwm na COMP pinu u okviru očekivanih granica napona (očekivan radni pwm od xx%, zavisno od Vin uglavnom).
Kada se dogodi proboj predregulatora ili otkazivanje NFB i crowbar kratak spoj, na COMP pinu će se pojaviti drastično veći zahtev (napon) i ako potraje izvesno vreme ti ideš u stop mašine. Pogledaj neke moje predloge za delay latch OCP koje sam stavio u nekom od ranijih postova...

To bi bilo to.


Pozdrav drugar,
Macola
Reply
#22
(06-12-2018, 01:20 PM)prasimix Wrote:
(06-12-2018, 09:14 AM)branko tod Wrote: Prasimix, još od početka teme me interesuje koliko je vreme akviranja softverske komande?

Zadnje što sam gledao je bilo min. 2-3 ms kao što sam naveo u #15. Očekujem da će ovo biti bolje kada pređemo na brži STM32.

Nije to toliko kritično. Sa recimo 10A kapaciteta iz CF DIC, 1000uF se puni nagibom od 10V/sek.
Reply
#23
Zar nije 100V/s? U svakom slucaju ovp/ocp se mogu napraviti da reaguju u toku jednog ciklusa pretvaraca, i to sa nicim ozbiljnijim od LM339. I nikakav timeout i slicno, ego kompletna zastita abalogna, i kad se desi greska samo poslati izvestaj kontroleru...
Reply
#24
Ma da. 100V/sek jeste. Okliznuo sam se za decimalu napamet (ostarelo se, izlapelo :-).

Ni to nije nikakva veličina i kao što kažeš, lako je napraviti OVP a da ne bude kasno za priključen uređaj.
Reply
#25
Još jednom hvala Macola na dodatnim pojašnjenjima, komentarima u DS-u i LTspice simulaciji koja dobro pokazuje kolike bi se struje mogle očekivati u slučaju idealnog i masivnog kondenzatora. Trenutno ne znam hoću li naći mjesta na novom PCB za trijak u TOP3 pakovanju i zračnu zavojnicu, ali drago mi je da sam postavio ovu temu jer bi tvoje upute i objašnjenja mogle biti od koristi drugima. No, ako uspijem to ubaciti, zavojnicu bih napravio sa više navojaka manjeg promjera što bi mi eventualno pomoglo da je smjestim a postigao bi i veći otpor iako sa bakrenom žicom još uvijek teško da ću dobiti traženih 30 milioma. Trijak iako ne treba hladilo, ne bi bilo u redu samo vertikalno zalemiti bez oslonca, pa bi ga stavio horizontalno eventualno sa M3 na samu PCB.
Ta zračna zavojnica bi mogla biti i problem kod moguće masovne proizvodnje: ako ih i sam budem namotavao, trebati ću ih ili poslati (sigurno zapakovane) firmi koja bi radila pločice, ili da ih eventualno naknadno sam lemim, što i nije toliko posao dok god pričamo od 100-200 komada Smile.
Reply
#26
Prasimix,

Pošto TOP-3 inače smestaš horizontalno na pcb, možeš odštampati helikoidnu zavojnicu na oba sloja, ispod površine koju zauzima trijak.

Kad trijak već okine, neće mu smetati enormno magnetsko polje te zavojnice, ujedno si iskoristio već okupiran prostor sa TOP-3.
Možeš u par ekperimenata namestiti 30+ miliohm.
Pcb vod ima daleko bolje instant hlađenje od slobodne žice jer obuhvata termičku inerciju vitroplasta sa kojim je u čvrstom kontaktu i ujedno ima ogromnu slobodnu površinu u odnosu na običnu žicu, te može biti značajno manjeg preseka a da ne pregori za tih par mS.

Mislim da nije teško postići možda 2 x 5 navojka na površini ispod TOP-3. U svakom slučaju će neki eksperiment biti neophodan.

To rešava problem masovne produkcije. Vuci siti a koze na broju.

Pozdrav,
Macola
Reply
#27
(06-14-2018, 10:27 AM)Macola Wrote: Prasimix,

Pošto TOP-3 inače smestaš horizontalno na pcb, možeš odštampati helikoidnu zavojnicu na oba sloja, ispod površine koju zauzima  trijak.

Kad trijak već okine, neće mu smetati enormno magnetsko polje te zavojnice, ujedno si iskoristio već okupiran prostor sa TOP-3.
Možeš u par ekperimenata namestiti 30+ miliohm.
Pcb vod ima daleko bolje instant hlađenje od slobodne žice jer obuhvata termičku inerciju vitroplasta sa kojim je u čvrstom kontaktu i ujedno ima ogromnu slobodnu površinu u odnosu na običnu žicu, te može biti značajno manjeg preseka a da ne pregori za tih par mS.

Mislim da nije teško postići možda 2 x 5 navojka na površini ispod TOP-3. U svakom slučaju će neki eksperiment biti neophodan.

To rešava problem masovne produkcije. Vuci siti a koze na broju.

Pozdrav,
Macola

Izvrsno! Kad dođe na red, postaviti ću ovdje par izvedbi PCB zavojnice za diskusiju.
Reply
#28
Važi Prasimix.
Reply
#29
Nastavio sam gledati OVP koji bi koristio BTA41-600 (zasad još samo u LTspice). Trenutno nemam ideje kako okinuti takav triac sa recimo komparatorom koji se napaja sa tek +5 V ili eventualno +/-5 V. Od dodatnih napona imam na raspolaganju još samo ulazni napon (3-53 V) i cca. +20 V koji je iznad ulaznog napona, dakle ako mi je na ulazu post-regulatora 25 V onda ću imati +45 V (prema GND).
Pretpostavljam da to neće ići bez nekog gate driver-a ili trafoa?
Reply
#30
Pazi na dovoljnu struju gejta i koristi optokapler poslije komparatora napojenog sa
samo +5V okidaj taj BTA41-600.-
Cak i PC817 ima mogucnost 50mA koliko treba za okidanje trijaka. Napon odmah poslije greca+serijski otpornik koji ce preuzeti disipaciju na sebe.-
pOz
Reply
#31
Da, tako ispada jer sam LM211 neće moći to isporučiti (prema LTspice simulaciji to je oko 100 mA za model BTA41 koji imam). Možda umjesto optocouplera koristiti odmah optotriac poput MOC3052?
Reply
#32
Evo malo o onome što sam obećao u #27. Prvo na što sam naišao je Win aplikacija Coil32 koji ima sajt posvećen proračunu induktora. Probao sam doći do željenih cca 1.1 uH ali ispada da aplikacija ne radi kako treba, tj. daje nerealne dimenzije za zadanu širinu PCB linije i razmak među njima. Onda sam se sjetio da Saturn PCB Toolkit koji mi je već poslužio u drugim prilikama možda ima i proračun PCB induktora, što se pokazalo točnim. Može se skinuti ovdje (također Win aplikacija). Ista nudi više oblika i kalkulator je baziran na članku Mohan et al. (1999), Simple Accurate Expressions for Planar Spiral Inductances (PDF u prilogu).
Za pravokutni oblik proračun bi bio sljedeći:

[Image: 1gZbiTj.png]

Sa 11 navojaka u prostoru od 21 x 21 mm dobivamo 1,1 uH s širinom PCB linije od 0,8 mm. Ako bi recimo izabrali spiralni (a za što npr. Eagle ima i skriptu za generiranje print-inductor.ulp), moglo bi se ići sa 10 navojaka, neznatno širom linijom (0,83 mm) i promjerom od 23 mm (uz manji i praktičniji fill factor):

[Image: Rvt6UMY.png]

Ostaje pitanje koliki šok može izdržati izabranih 0,8 mm. Saturn nudi kalkulaciju i za to prema Onderdonkovoj formuli. Za prekid linije od 35 um trebati će za 0,2 ms proteći 1,15 kA.

[Image: lRseYoT.png]

... odnosno ista će preživjeti do 1 ms kod struje od 516 A:

[Image: sUPFkEC.png]


Attached Files
.pdf   Mohan et al. (1999), Simple Accurate Expressions for Planar Spiral Inductances.pdf (Size: 290,43 KB / Downloads: 0)
Reply
#33
Ovdje nisam uzeo u obzir da je kalkulacija napravljena za 70 um debljinu, a ne 35 kako sam napisao, jer program omogućuje da se definira debljina samog bakra i presvlake ako ista postoji. U svakom slučaju ovaj dio PCBa bi trebalo ostaviti bez maske da se može dodatno podebljati linija.
Reply
#34
Prasimix,

Nešto sam zaboravio na tebe (na žalost).

Evo kako vrlo jednostavno i pouzdano možeš okidati BTA41-600B sa trošenjem energije iz samog izvora kome treba crowbar:



.pdf   BTA_trigering.pdf (Size: 5,89 KB / Downloads: 16)
Reply
#35
Da ne zaboravim:

sa baze tranzistora, ka masi treba staviti jedno 10 tak K da ne bi moglo doći do slučajnog okidanja kad nije prikačen uređaj koji vrši monitoring.

TTL input ti troši oko 2-2,5mA na svom ulazu. Triger struja je reda 100-120mA u najosetljivijem kvadrantu trijaka.

Po okidanju trijaka, struja tranzistora prestaje da teče pa on ne discipira.
Nije nešto posebno bitno koji tranzistor staviti. Potrebno je da može podneti max. izlazni napon i da ima pri 100mA hfe >50.
Reply
#36
Hvala na uključenju Wink. Mislim da moj model BT41 nije dobar (sam simbol je od tiristora umjesto triaka), iako ima situacija da ga u LTspice natjeram da okine kako treba i kada je gate struja oko 100 mA. Ovo što si predložio također ne radi (ni ne može sa strujom od malo preko 3 mA). Imaš li možda pri ruci neki drugi model da isprobam i vidim što se događa? Evo u prilogu stavljam simulaciju i model koji koristim i koji daje ovo:

[Image: eimFBFQ.png]


Attached Files
.zip   OVP with triac (Macola).zip (Size: 93,06 KB / Downloads: 0)
Reply
#37
Trijak u mom LT Spice je samo sličica bez podrške parametara, prigodna samo za crtanje šeme. Verujem da ni kod tebe nije bolje a nemam ni želju ni nameru da pravim model.
Jednostavna je to stvar da bi imalo potrebe za kreiranjem modela, a pak istovremeno jako složena kad se koristi u ekstremnim uslovima kao kod crowbar.

Nemaš potrebe za simulacijom onog što sam ti nacrtao. To sasvim sigurno radi (pitaj moj simulator u glavi, a i iskustvo od 12. godine života).

Nabavi BTA41 i probaj uživo.

Trijak je četvorokvadrantna naprava i može biti okinut bilo pozitivnom bilo negativnom strujom gejta, sa bilo kojim polaritetom između anoda.
Na mom crtežu radi u najosetljivijem kvadrantu gde miu je dovoljno samo 50mA za okidanje, a sa 100mA će u tom kvadrantu biti "tvrdo" okinut i podneti enormni udar.
Istovremeno ti je input referisan ka minus BUS, što pretpostavljam da ti odgovara...

Koristi se upravo kako sam nacrtao. A1 na +BUS, gejt na tranzistor, A2 na RL vezu od pcb.

Samo napravi i uživaj.

P.S.

Ta tvoja šema sa tiristorom je neispravna za tu svrhu.

Tiristor zahteva isključivo pozitivnu struju od gejta ka katodi, da bi proveo isključivo od anode ka katodi.

Kod ove šeme sa trijakom, tok upravljačke struje ide od A1 ka gejtu, a kad se okine onda glavna struja ide od A1 ka A2.
Reply
#38
Dobro, probati ćemo i to. Ne dvojim oko vjerodostojnosti tvog internog simulatora Smile. Pri ruci trenutno imam samo BTA26-600 ali vjerujem da će i taj biti sasvim zadovoljavajući.
Reply
#39
I te kako. Taj može hladno da odvali oko kiloamper za jednu-dve milisekunde...

P.S.

Žilave su to komponente kad se povede računa o dI/dt...
Reply
#40
Kao što si rekao ovo fino radi. Imam dva pitanja:

1. koja je funkcija ove dvije diode i
2. ako OVP stavljam na izlaz iz post-regulatora ima li smisla prije i poslije njega staviti neki osigurač? Osigurač prije bi trebao otkačiti post-regulator od tereta, a onaj poslije bi trebao otkačiti post-regulator (tj. čitav ispravljač) od nezgodnog tereta: recimo greškom se spoji velika baterija (čitaj s većim naponom) dok je izlazni napon postavljen na bitno nižu vrijednost.
Reply


Forum Jump:


Users browsing this thread: 1 Guest(s)