パワーモジュール開発者。 エラー処理

ご挨拶！ 以前の記事（ 1回と2回 ）で、ハーフブリッジの電源モジュールに精通しました。これにより、ほぼすべてのトポロジーのコンバーターを構築できます。 電力変換器のモデルを取得し、そのアイデアを回避するために、どれほど迅速かつ多くの労力をかけずにできるかを示しました。また、実装の過程で、特定の欠点が特定されました。

残念ながら、かなり単純なデバイスであっても、特定の機能の貧弱な実装を「クリーンアップ」し、レイアウトとデザインを改善するには、アイロンの2回目の改訂が必要です。 その結果、技術的なパラメーターを最適化し、モジュールの使いやすさを向上させるための作業が行われました。 今日の記事では、これらの変更について詳しく説明し、その理由を説明します。記事の最後には、更新されたソースが表示されます。 行こう！

変更番号1

レイアウトを収集する過程で、余分な電力+ 3.3Vを電源ボードにドラッグしなければならないという大きな不便を経験しました。 なぜ私はこれをしたのかさえ知りません、私は回路を見ます、そして私は自分自身を理解しません））いずれにせよ、モジュールの電源をたった12Vにし、ボードに3.3Vを得ることに決めました。 3.3Vバスの消費電流は約10 mAであり、トランジスタドライバーの論理部分、ハードウェア保護ロジック、および1つのLEDに給電するため、DC / DCの設定は経済的に実行可能ではなく、従来のリニアスタビライザー（LDO）の使用が決定されました：

変更番号2

設計の2番目のリビジョンも、コンポーネントのコストに対して最適化されました。 モジュールの特性を決定する重要なコンポーネントの1つは、電源キーのドライバー-1EDC60I12AHXUMA1です。 これはインフィニオンのトップドライバーですが、やや冗長であることが判明しました。むしろ、このコンセプトで自分自身を実現できませんでした。

はい、開くのに6.8A、閉じるのに10Aの大きな電流があります。これにより、かなり大きな電流を高周波で切り替えることができます。 理論上はクールですが、実際には、モジュールに接続されている回路とワイヤのスプリアスパラメーターによって引き起こされる周波数制限に遭遇しました。 実用的な上限は250〜300 kHzの領域であり、最も「一般的な」動作周波数範囲は約60〜120 kHzであるため、同じラインからドライバーをインストールすることを決定しました。利用可能-1EDC40I12AHXUMA1。 一般的には低電流でのみ異なり、実際には、最大250 kHzの動作周波数を持つバックコンバーターとハーフブリッジがテストされ、このドライバーは最適な損失を得るのに十分であることが判明しました。これは、チャネルの静的の約15〜20％に相当します。 さらに、この交換により、1つのポジションのみでコストを6ドル削減できました！ ちなみに、このドライバーは非常に手頃な価格でDKO Elektronshchikにありますが、2週間前に121ルーブルで200週間販売されていましたが、すぐにそれらをかき集め、私自身50人を貪欲から掴みました。



もちろん、古いドライバーを残すことはできますが、ロシア連邦では2倍の費用がかかりますが、トランジスタの総損失を約5..10％削減できます。 または、モックアップで1EDC40I12AHを使用し、1EDC60I12AHの兄を実稼働環境に配置します。これらのドライバーのライン全体がピン間互換であるためです。

変更番号3

最も高度な処理は、ハードウェア電流保護です。 コメントには多くの貴重なアドバイスや質問がありましたが、それらのいくつかは考慮に入れられ、他の部分は私には無関係のようでした。

ここで少し離れて、最初の改訂で行われたミクロ実験についてお話したいと思います。 ご存知のように、最も単純なオプトカプラーLTV-817を使用して、電源ユニットをコントロールから切り離しました（これは同じ「人気のある」PC-817です）。 多くの場合、安価なスイッチング電源（IIPS）のフィードバック（OS）で見つけることができますが、特別な性能を必要としない電圧OSで使用されています。 ハードウェアの電流保護で試してみたかったのは、 彼はいい値段（約0.03ドル）で、実際に彼がどのように振る舞うか見てみましょう。 原則として、彼は最大40〜60 kHzの周波数でタスクに対処します。さらに周波数を上げると、フォトカプラーが切り替わる時間がなくなり（電圧がゆっくりと上昇します）、貫通電流がキーを2〜3周期通過します。 もちろん、短絡電流が10〜15Aの場合、これはわずかな熱を発生させるだけで、保護は引き続き機能しますが、ネットワークから電力が供給されている場合、100％広い-チェックされています。 この実験は成功したと思います。PC817は、低スイッチング周波数で大規模なデバイスを作成している場合、0.2〜0.3ドルの節約が重要になる場合に防御できます。

その結果、このオプトカプラーをより高速でより高価で人気の低いTLP2362に置き換えました。反応応答時間は2〜6μsです。



ご覧のとおり、一般的なイデオロギーは同じままで、実装とコンポーネントは少し変更されています。 電流センサーとして、2512と同様のケースで2つの並列接続されたシャントが使用されます。実際、これらは1％エラー、より太いはんだ付け面積、Bournsが生成する3 Wの消費電力を持つ2つの高精度抵抗です。 ロシア連邦の店舗では約1〜1.5ドルかかりますが、LCSCで1000個を注文しました。おそらくすぐにコイルを購入し、ウェブサイトに残高が表示されました。価格は0.05ドルまたは20倍低くなっています。 在庫リンクの間に浸してください 。 通常、LCSCにはそのような特定のコンポーネントはありませんが、誰かがたくさん注文し、店がそれらを購入して残り物を販売した場合にのみ表示されます。 または、そのようなシャントを100個以上注文する必要があります。

電流センサーからの信号は、20Aで4Vに電圧を上げるオペアンプ（オペアンプ）D5を使用して増幅されます。 次に、D6コンパレータを使用して、この信号が基準信号と比較され、それより上にある場合、D1の出力（ピン1）に論理1が現れ、フォトカプラのLEDを「点灯」します。 この場合、フォトカプラーには反転があります。つまり、log.1が適用されると、出力にlog.0が出力され、log.1をピン3に送信する必要があるD2およびD4ドライバーを無効にするには、適用されるもののために信号を反転する必要がありますインバーターD8。 保護出力でエラーが発生すると、log.1がインストールされてドライバーがオフになり、通常の動作では保護出力でlog.0になり、ドライバーが正常に動作するようになります。

もちろん、インバーターを使用せずにコンパレーターに「予備反転」を実装し、少し異なる方法でオンにすることが可能でした。そのため、電流を超えるとlog.0が出力され、その後、フォトカプラー出力にlog.1があり、D8インバーターを回路から削除できました。 私は、保護作業のロジックを初心者にとってより理解しやすくするためにやったように、 このインクルージョンは最も明白であり、また、インバーターは本質的に追加の電流増幅器です。これは重要です。 エラー信号の出力には、LED、2つのドライバーのマイクロ回路、およびマイクロコントローラーがあります。または、何か他のものを掛けることもできます。そのため、現在のマージンが損なわれることはありません。

また、便宜上、2つのジャンパが追加されました。 1つ目（J1回路上）は、電流保護を使用して信号を切断する役割を果たします;デフォルトでは、このジャンパーは閉じられ、ドライバーとPWMコントローラー/ DSPに信号を送信します。 何らかの理由で保護信号を無効にするか、別の回路に持って行く必要がある場合は、ジャンパーを取り外すことができます。 2番目（J2ダイアグラム内）は、シャントからの増幅信号の出力であるため、ガルバニック絶縁は「失われている」が、オシロスコープのプローブを接続したり、オペレーティングシステムの電流を接続したりすることができます。

変更番号4

実際、これは変更のグループであり、レイアウトとコネクタの変更を指します。 まず、制御ボードに接続するためのコネクタがWF-6からBH-10に置き換えられました。 後者を使用すると、ループをより正確に配置でき、ループの組み立てにはんだ付けやsolderな圧着は不要です。 第二に、ラジエーターはトランジスタから1 mm、つまりセラミックガスケットの厚さだけ移動しました。 最初の改訂ではこれは考慮されておらず、トランジスタの脚を少し強姦しなければなりませんでしたが、これは良くありません。 第三に、電力バス上のコンデンサーC7-C9がラジエーターからさらに1 mm移動し、ラジエーターとコンデンサー間のギャップが3 mmになりました。

最後の変更は私にとって重要ではありません。 定格電流20Aのラジエーターは+ 65 ^° Cを超えてウォームアップしませんでしたが、数人がこの潜在的な問題について話していたため、余分なミリメートルのテキソライトを使うことが決定されました。

変更番号5

これはおそらく変更ではなく、単に代替バージョンです-今回はモジュールの高電圧バージョンも作成されました。 IPP65R225C7XKSA1トランジスタが使用され、コンデンサC7-C9は400Vで容量100 uFの同様の22x25 mmケースで使用されました。 また、電流保護回路では、シャントを1つだけ取り付けることができ、その抵抗は2ではなく4ミリオームになります。したがって、電流カットオフは20ではなく10Aになります。

客観的には、高電圧モジュールの20Aを絞ることはできません。 ラジエーターのサイズはそれほど多くの熱を放散することができず、10Aで3 kWのchastotnikレイアウトで正常にテストされました。 したがって、高電圧モジュールに1つのトランジスタを配置し、すでにシャントの数を選択しています。 原則として、保護が20Aに設定されている場合、短絡からも保護されます。また、大きな開始電流で気が狂うことはありません。 また、高電圧モジュールに2つのキーを上下に置くことを禁止する人はいません。場所はなくなりません。

dc / dcモジュールとドライバー間の距離も拡大され、モジュールの設置面積も修正されました。 実際には、最初にモジュールケース（SIP-7）のモデルを3dcontentから取得し、チェックしなかったため、エラーであることが判明しました。脚は実際よりもケースの境界から1 mm離れていたため、モジュールは締まり嵌めになりました。 これでモデルが修正され、クリアランスが3 mm増加しました。

PCBの注文

最初の改訂では、モジュールとレイアウトの基本概念を作成し、2番目の改訂ではモジュールを多少変更しましたが、グローバルではありませんでしたので、一度に50枚のボードを注文し、完全なセットを組み立て、いくつかのモジュールを友人に渡して 、 曲がった手の再現性と生存性をテストすることにしました。



私は、2つの低電圧と3つの高電圧の5つのモジュールを組み立てました。 私はそのようなセットを「開発キット」と考えました。 個別のコンバーターを組み立てるだけでなく、デバイス全体をモックアップすることもできます。たとえば、既に電圧レギュレーター（3つの高電圧ハーフブリッジ）、周波数コンバーターで流にテストしており、今では24 Vを+ -380 Vに上げる2つの低電圧モジュールであるインバーターに取り組んでいますブリッジ回路と、バイポーラ電圧からサインを描くためのハーフブリッジ（これについて書くつもりです）。 したがって、パワーエレクトロニクスの研究に徹底的に取り組む予定がある場合は、同じキットを収集してください。「試用」には1つで十分です。



PCBwayでボードを注文したところ、次の価格タグがありました。



注文には2セットのボードがありますが、モジュール自体の価格は64ドル、つまり、各ボードの価格は1.28ドル/ pcであることがわかります。 配送料はすべて13ドルです。2枚目のボードを捨てると、配送料は10ドルになります。 ボードの総コストは$ 1.48 / pcでした。 あなたは燃えて動揺することはありません））

次回、PCBwayとボード、コンポーネント、およびインストールを注文しようと計画しています。 コンポーネントの購入で最終的に節約できるかどうかを確認するのは興味深いです。 LCSCとは異なり、PCBway自体はdigikey、mouser、arrowで購入されるため（これらのディストリビューターはより自信があります）、すべてを一度に購入できます。 同じ順序で、トランジスタとドライバーはエレクトロニクスエンジニアからのもので、LCSCの残りは不便であり、3回の配送（料金+コンポーネントストア2回）の支払いは不利益であり、20〜30ドル節約できます。 興味深い場合は、この手順とドキュメントパッケージの準備に関する「チュートリアル」を作成できます。

ボードの入手方法は？

多くの人々がPMでこれについて尋ね、コメントで、私はあいまいな「後で」と答え、記事の最後に添付されたソースコードの配布で反撃しました。 残念ながら、最初のリビジョンでは100％確信が持てなかったので、その実行とリビジョン番号2を待つように頼みました。 「リビジョン番号2」が到着しました。さまざまな方法を説明します。

• ソースをガーバーファイルの形式で取得し、お気に入りのメーカーに送信します。 はい、私はあなたを特定の作品に結び付けません。すべてがオープンで民主的です。 価格が安いか、中国ではなく米国の掲示板が必要な場合があります。 どこかで注文に問題がある場合は、私に尋ねることもできます。私は助けようとします。
• PCBway- orderをワンクリックで注文します。 入手したボードの品質は記事の写真で確認できます。メーカーはボード内の切り欠きを台無しにしません。他の人には問題があり、ドライバーとDC / DCモジュールの下で絶縁カットをしなかったからです。
• 約30枚のボードが残っていますが、原則としてそれらを共有できます。 唯一のリクエストは、自分で注文してから注文すると、5枚のボードが送料を含めて12ドルかかることです。 何らかの理由で自分で注文できない場合は、次のように書いてください。メールでお送りします。

電源モジュールのソース

今回は、pdfおよびガーバーファイルのスキームだけでなく、Altium Designerのソースプロジェクトも使用できます。 コンポーネントを変更したり、コンポーネントを交換したりすることができます。たとえば、突然TO-247にトランジスタが必要になり、必要だと思われる場合にそれを配置します。 コメントにはいくつかの提案やさまざまなヒントがありませんでした。それらを客観的に実装することはすべて機能しません。 時々矛盾していて、車がまったくないので、ウィッシュリストをすべて自分で追加して、みんなにそれを行う方法を見せることができます。

• 回路図-PDF
• コンポーネントリスト（BOM） -Excel
• PCBガーバーファイル-RAR
• Altium Designerのソース-RAR