Архив за месяц: Апрель 2020

Инверторный источник питания. Часть 2

Компания «ДонКонт» продолжает работы по разработке инверторного источника тока для станций катодной защиты мощностью 1кВт.

Инверторный источник питания для станции катодной защиты позволит снизить габариты и вес СКЗ, а также повысить её КПД. В прошлой части мы рассказывали о подготовительной части работ и теоретических расчётах. Сегодня остановимся на описании силовой части схемы и первом макете будущего источника тока.

На рисунках 1,2 представлены осциллограммы напряжения на коллекторе при работе макетного инвертора на номинальную нагрузку 2,29Ом.

Рисунок 1 – Напряжение на коллекторе, Uвх=20В, Rном=2,29Ом
Рисунок 1 – Напряжение на коллекторе, Uвх=20В, Rном=2,29Ом
Рисунок 2 – Напряжение на коллекторе, Uвх=20В, Rном=2,29Ом
Рисунок 2 – Напряжение на коллекторе, Uвх=20В, Rном=2,29Ом

При увеличении скважности, растёт уровень импульсных перенапряжений. При использовании диодов Шотки при максимальной скважности, происходил электрический пробой диодов Шотки, который в итоге приводил к резкому скачку напряжения обратной ЭДС на первичные обмотки трансформатора и выходу из строя силовых IGBT-транзисторов. Следует отметить, что на уровень импульсных перенапряжений и форму импульса на коллекторе IGBT-транзистора влияет использование снабберной(защитной) цепи.

На рисунках 3, 4 представлены осциллограммы напряжений на коллекторе при использовании снабберной цепи с большой емкостью, более 10нФ. На них видно, что импульсные перенапряжения при закрытии IGBT-транзистора не большие, однако происходит заваливание фронта импульса и присутствуют колебания, при открытии противоположного IGBT-транзистора, второй момент является нежелательным.

Рисунок 3 – Напряжение на коллекторе, Uвх=20В, Rном=2,29Ом, Сснаб=10нФ
Рисунок 3 – Напряжение на коллекторе, Uвх=20В, Rном=2,29Ом, Сснаб=10нФ
Рисунок 4 – Напряжение на коллекторе, Uвх=20В, Rном=2,29Ом, Сснаб=20нФ
Рисунок 4 – Напряжение на коллекторе, Uвх=20В, Rном=2,29Ом, Сснаб=20нФ

Разработали плату управления силовыми ключами на базе микросхемы UC2825. Данная микросхема обеспечивает управление силовыми транзисторами по схеме PUSH-PULL. На рисунках 5,6 показана печатная плата.

Рисунок 5 – Плата управления силовыми транзисторами на базе UC2825-сторона ВЕРХ.
Рисунок 5 – Плата управления силовыми транзисторами на базе UC2825-сторона ВЕРХ.
Рисунок 6 – Плата управления силовыми транзисторами на базе UC2825-сторона НИЗ.
Рисунок 6 – Плата управления силовыми транзисторами на базе UC2825-сторона НИЗ.

Микросхема UC2825 имеет выводы для управления двухтактным силовым каcкадом. Ниже приводим основные параметры микросхемы.

Максимальный импульсный управляющий ток: 1.5 А.

Ток мягкого запуска: 9 мкА.
Опорное (образцовое) напряжение: 5.1 В.
Разница между максимальным и минимальным напряжением, задающим длительность импульса (Напряжение для сравнения) (Ramp Valley to Peak): 1.8 В.
Напряжение на выводе ограничения тока, при котором ток начинает ограничиваться: 1 В.
Минимальное напряжение питания: 9.2 В.
Максимальное напряжение питания: 30 В.


Получили осциллограммы напряжений на коллекторе силовых IGBT транзисторов. Из осциллограмм увидели, что макетный образец качественно работает в соответствии с теоретическим расчетом, однако в момент закрытия транзистора на коллекторе возникает перенапряжение, которое в отдельных случаях достигало 1кВ. Продолжили отладку макета и установили, что использовать в выходном выпрямителе диоды Шотки нельзя, так как у них обратное напряжение не превышает 150В, а импульсные перенапряжения во вторичные обмотки могут достигать 200В и более в импульсе.
Ниже представлены фотографии лабораторных испытаний макета, на которых получилось выполнить регулировку выходного напряжения от 1% до 100% при работе макета на номинальную нагрузку.

Фото 1 Фото 2 Фото 3 Фото 4

На рисунках 7 — 9 показаны макетная платы силовых цепей.

Рисунок 7 – Макетная плата силовых транзисторов PUSH-PULL.
Рисунок 7 – Макетная плата силовых транзисторов PUSH-PULL.
Рисунок 8 – Макетная плата выходной силовой цепи, мостовая схема выпрямителя.
Рисунок 8 – Макетная плата выходной силовой цепи, мостовая схема выпрямителя.
Рисунок 9 – Макетная плата выходной силовой цепи, двухполупериодная схема выпрямителя со средней точкой.
Рисунок 9 – Макетная плата выходной силовой цепи, двухполупериодная схема выпрямителя со средней точкой.

Продолжаем работу!

Если вас заинтересовал разрабатываемый источник тока или у вас появились идеи использования устройства в своих изделиях, пожалуйста, свяжитесь с нами.