Two Forward Switching ve Snubber problemi.

[Logan]

Merhaba arkadaşlar.

Eski bir tasarımı devre şemasını değiştirmeden başka bir kasa içerisinde sokmaya çalışıyorum. Daha iyi ve daha ucuz malzemeler kullanarak mevcut makinenin maliyetini düşürmeye yönelik bir projede diyebiliriz. Fakat bu yeni tasarımla ilgili içinden çıkamadığım bir durum var. Bu proje "Two Forward Switching" mantığı ile çalışan yüksek güçlü bir güç kaynağıdır. Tasarımın güç kısmının devre şeması aşağıdaki gibidir.



Problem şudur. Çıkışa yük bağladığım anda D19 veya D20 diyotlarından herhangi birisi patlıyor. Ve bu duruma takiben aynı kola bağlı IGBT grubu da patlıyor. Patlamaların önüne geçemeyince 100A'lik bir variyak kullanarak besleme voltajını 110V'a düşürdüm. Patlamalar kesildi. Neden patladığını anlayabilmek için IGBT'lerin drain-source sinyalini yük anında ölçtüğümde ise şöyle bir sonuç çıktı karşıma.







Şekilde görüldüğü gibi yük anında tepe voltajları 600-650 voltu bulan yaklaşık 200-500nS'lik pikler oluşuyor. 110V besleme voltajı ile oluşan  bu pikler, 600V'luk diyot ve IGBT'leri delemiyor. Fakat besleme voltajını 220V'a aldığımızda ölçemiyorum ancak tahminen 1000V'un üzerinde pikler oluşuyor. Çalışan eski makinenin güç kısmını kesip yeni tasarımın kontrol kısmına eklediğim zaman sorunsuz çalışıyor. Bu durumu baz alarak eski versiyonun güç kısmına birebir benzeyen yeni bir kart çizdim fakat sinyallerde en ufak bir değişiklik olmadı. Şemaya ve sinyallere bakacak olursak D19 ve D20 diyotlarının kesinlikle çalışmadığını söyleyebiliriz. Daha hızlı ve daha yüksek voltajlı diyotlar ile denemeler yaptım fakat ilerleme kaydedemedim.Tek bir noktaya odaklanmış durumdayım. Gözden kaçırdığım bir ayrıntı olabilir.  Konu hakkında tecrübe sahibi arkadaşların fikirlerini duymak isterim.

İyi günler, iyi çalışmalar.

[z]

TR3 un çıkışındaki doğrultucu katını görseydik iyi olurdu. TR3 ün sekonder uçlarını ters bağlamayı dene.

Aşağıdaki öneriler de denenebilir. Fakat öncelikle yukarıdakini denemek lazım.

D19 ve D20 haricinde kalan snubber devresini kaldırıp atabilirmisin?

Variakla düşük voltajla başlayıp voltajı yavaş yavas artırmayı dene. Grafiklere bir daha bakalım.

Birde duty değerini %50 nin altına indirmeyi dene.

Bir de her iki gate sinyalini aynı grafikte görebilirmiyiz?

[Logan]

Çıkış kısmını yükledim üstad. Fakat çok sade ve standart bir devre.



Sekonder uçlarını ters bağlama fikri enteresan. Yarın sabah mutlaka deneyeceğim.

Normal şartlar altında snubber devresi koymasam bile D19 ve D20 diyotları düzgün çalıştığı sürece böyle bir problemin başıma gelmesi imkansızdı. Fakat sizinle en son konuşmamızda "snubber devresinde endüktans oluşu kafamı karıştırıyor" demenizden sonra bende devreyi diyotlar hariç komple söküp atmayı aklımdan geçiriyordum.

Son çizdiğim pcb'lerde şöyle bir sorun baş gösterdi. Variyak ile 70V'tan başlıyoruz. Yük veriyoruz pikler en fazla 180V seviyelerinde, çıkış dalga şeklimiz düzgün ve tepe voltajı 120V. Variyakı 90V'a getirip yük veriyoruz. Pikler yine 180V, sinyal düzgün, tepe voltajımız 155V oluyor. Tekrar variyak ile besleme voltajını 100V'a ayarlıyoruz. Pikler yine 180V, çıkış düzgün, tepe voltajımız ise neredeyse 175V seviyelerinde. Fakat besleme voltajımızı 110V'a ayarladığımız zaman yük verir vermez diyotlar patlıyor. Birkaç patlatmadan sonra şöyle bir sonuca vardık. Tepe voltajımız, oluşan piklerin voltaj seviyesinin üstüne çıktığı an diyotlar bir şekilde patlıyor. Henüz bu duruma mantıklı bir açıklama getiremedik.

Her iki gate sinyalini görmek istemişsiniz. Bizde bir adet izole prob var. Diğer gate sinyalini probu yakmadan ve osilaskoba zara vermeden ölçebilmemiz için bir izole proba daha ihtiyacımız var. Fakat gerek osilaskobu korumak gerekse izole proba olan gereksinimimizi ortadan kaldırmak için üretimde 1:1 trafo sardırdık. Böylece osilaskobu şebekeden izole ettik. Bizde her iki gate sinyalini aynı anda izleyerek iletime geçmeleri arasında herhangi bir zaman farkı olup olmadığını merak ediyoruz. Fakat denemeye henüz cesaret edemedik.

Yarın sabah ilk işim snubber devresini sökmek ve trafo çıkışlarını ters çevirmek olacak. Umarım olumlu bir sonuç elde edebiliriz. Buradan aktarmaya devam edeceğim.

İyi akşamlar, iyi çalışmalar.

[z]

Sekonder uçları ters çevrilince sorun düzelecek gibi görünüyor. (Kontrol algoritmanız, bahsettiğim ters bağlantı için oluşturulmuş gibi bir his var içimde.)

Devrenin tasarımcısı sargı yönünü nasıl düşünmüş bu bilgi elinizde varmı?

Devrenizde sekonder, hem düz hem de ters bağlantı ile çalışır. Fakat kontrol algoritması her iki durum için değişiklik gösterir.

Yarın ilk olarak sekonderi ters çevirin ve voltajı düşükten itibaren artırarak sistemi bir deneyin. Sonucu bende çok merak ediyorum.

(Patlayıp çatlayacak malzemelerden sorumlu tutulmak istemem)

[nonstradam]

Hocam patlata patlata bir hal olduk zaten elimiz on/off anahtarına varamaz oldu. patlayacak diye dizlerimiz bağı tutmuyor. malzeme elimizde zibil gibi patlasada sorun değil. logan uçları ters çevirmeyi deneyecek bende duty i kısacağım. duty de çok sağlam bir fikir gibi geldi bana. fakat önerilerinizde anlamadığım bir nokta var. sekonder uçlarının yönü ile kontrol mantığının arasındaki bağlantıyı anlayamadım. bu durumu biraz daha açabilirmisiniz?

[z]

Devre transformatörün normal bağlantısında forward çalışır.

Bağlantı ters ise flyback gibi çalışmak ister.

Bu iki kontrol farklı.


mesaj birleştirme:: 14 Ağustos 2012, 20:14:58
Sonuç ne oldu?

[Logan]

Üstad trafo uçlarını ters çevirdik. Pek değişen bir şey olmadı. Duty Cycle'ı kıstık düzelmedi. Acaba opampın "PI" kısmından mı oluyor dedik yeniden hesapladık olmadı. allegro ile 3 gündür hem telefon hem msn aracılığı ile konuşuyoruz. Mosfetlere çok yakın kondansatör atmayı dene dedi. Denedik o da olmadı. Snubber devresini söktük. Olmadı. Besleme kondansatörlerini büyüttük. Biraz düzeldi gibi fakat yine pikler mevcut. 550-60 V seviyelerinde seyrediyor. Ayrıca yük verdiğimiz anda yüksek akım korumaya geçiyor. Acaba dedik akım trafosu gürültü mü kapıyor ondan mı korumaya geçiyor diye osilaskobu trafoya bağladık. Yük anında trafonun çıkışında 10V seviyelerinde voltaj gördük. Yani kart korumaya geçmese mosların patlaması kaçınılmaz.

Ayrıca bütün bu denemeleri en düşük akım olan 5A ile yapıyoruz. Üstüne çıkamadık. 1 aydır uğraşıyoruz. Ne yaptıysak şu kahrolası bozulmadan ve piklerden kurtulamadık. Anlam veremediğimiz saçma sapan bir şey var.

Yapılan onca müdahaleye rağmen pozitif bir gelişme elde edemiyoruz. Çalışmalarımızı yönlendirecek, "sanırım bu sebepten oluyor" diyebileceğimiz bir veri elde edemiyoruz. Her denememizde ürettiğimiz tezler çürüyor.

İşin enteresan tarafı bu makinenin 3 ayrı modelini yaptık. Birinci model tamamı analog olan model. İkinci model yarı analog yarı digital kontrollü model, üçüncüsü ise yine yarı dijital yarı analog ön panelli bir model. Bütün makinelerin güç ve kontrol kısımları aynı. Bundan 6 ay önce tam analog olan ilk makineyi yaptık. Performans testlerinden geçti. Herhangi bir probleme rastlamadık. Daha sonra yaklaşık 3 ay EMC ve PFC kısımları ile uğraştım. Tam yükte harmonik ve EMC testlerinden geçirmeye çalıştım. Nitekim başarılı da oldum. Bu 4 aylık zaman zarfında makineyi defalarca kez tam yükte çalıştırdım ve bir kere bile patlama ya da akım korumaya geçme gibi bir durum yaşamadım. İlk prototip testlerden geçince bu makinenin analog ve güç kısmı aynı olan yukarıda saydığım diğer versiyonlarını çıkardık. Aralarındaki tek fark analog modelde referans akımını gerilim bölücü pot ile alırken, dijital modellerde bu referans ARM'ın DAC ucundan geliyor. Makinenin mekanik aksamlarını soğutucu kısımlarını falan bitirip topladık. Fakat daha ilk denememizde şemada yer alan D19 ve D20 diyotları patladı. Araştırmalar sonucu bu pikleri bulduk. Yeni makinelerde bir problem olabileceğini düşünerek eskiden üzerinde aylarca test yaptığım ÇALIŞAN makineyi tekrar topladım. Fakat bu makine de daha ilk denememizde yüke verir vermez patladı. Neden olduğunu hala anlayabilmiş değilim.

Size ayriyetten çalışan bir makineden bahsetmiştim. Yani bu makinenin sorunsuz çalışan eski versiyonundan. Arızalı kısmı lokalleştirebilmek için çalışan makinenin güç kısmı ile (pals trafosu hariç) yeni modelin kontrol kısmını birleştirdik. Sorunsuz çalıştı. Pik namına birşey yok. Sinyaller çok düzgün. Patlama yok. Daha sonra IGBT kısmını yeni modelin üzerinde bırakıp sadece SMPS trafosunun sekonder kısmını çalışan eski makineye taşıdık. Yine problem çıkardı. O zaman dedik bu güç kısmının PCB'sinde sorun var. Alel acele şimşek hızıyla eski kartlarla güç kısmı birebir aynı olan yeni PCB çizdik. Bu çözümden çok ümitliydik. Fakat yine çalışmadı. Hiçbir değişiklik görmedik.

İyice hevesimiz kırıldı. Durum içinden çıkılamaz bir hal aldı. Şu an ne yapacağımızı bilmiyorum. Aklımda son bir fikir kaldı. Bugün ve yarın onun üzerine gideceğim fakat birşey çıkacağını zannetmiyorum. Ben hemen hemen bütün denemelerimi PFC'li besleme ile yapmıştım. Bu sisteme de o kartı adapte edip deneyeceğim. Fakat dediğim gibi pek birşey değişeceğini zannetmiyorum.

Herhangi bir gelişme veya düzelme olursa buradan bildiririm.

İlgi ve alakanız için teşekkürler.

İyi günler, iyi çalışmalar.

[z]

350V hattından çekilen akımın dalga şekline bakabilirmiyiz?

Q7 Gate sinyali ile sekonder tarafta, pwr ucundaki sinyali aynı grafikte alt alta görebilirmiyiz?

[emrahmrcn]

Selam,

- Çıkıştaki doğrultmayı kaldıralım.(TR3 sonrası)
- Kontrol kısmını iptal edelim, tam yükte pwm % kaç olmalı ise o değerde sabit kalsın.
- Çıkıştaki doğrultmayı kaldırdıktan sonra, tam yükte ne kadar güç gerekiyorsa o değerde rezistive bir yük bağlayalım
- Skop ile Drain-Source, Gate-Source, TR3 çıkışı ölçelelim

[Logan]

Üstad akım probumuz yok. Bu sebeple akım dalga şekline bakamıyoruz. Fakat gate ile çıkış sinyallerini kaydettik.

Boşta iken;



Ve yük anında;









Sarı renkli sinyal Gate sinyali, mavi renkli sinyal ise çıkış sinyalidir.

emrahmrcn, sanırım geri beslemesiz tam yükte IGBT'ler üzerindeki sinyaller ile trafo çıkışındaki sinyali görmek istiyorsun. Bunu yapmak biraz uzun zaman alacak. Peki bu deneme bizi hangi sonuca götürecek? Rica etsem açıklayabilir misin?

[bulut_01]

bu devreyi multısım de kurup orda ıncelemek ve uzerınde oynama yapmak hem rısksız hemde sonuca daha kolay varılabılır.

[z]

Benim kafam durdu. Uzaktan akla gelen denenmesi istenen şeyler söylendi grafikler geldi hala bir sonuca ulaşılamadı.
En son verdiğin grafikte scopun şaşesı sekonder devrenin neresinde? Gnd power olarak sase mi kullanıldı yoksa trafonun 3 nolu ucumu?

Devrenin önümüzde olması çok şeyi değiştirirdi.

Özetlersek;

D19 ve D20 normalde  kullanılmayan enerjinin geri beslemeye iadesini sağlayacak ve piklerin oluşumunu engelleyecekti.
IGBT lerin drain ve Source uçlarında endüktans artışına neden olacak uzun hatlar mı varki bu pikler oluşuyor. Güç katının beslemesinde IGBTlere çok yakın low esr kapasitörlerin de var diye anlıyorum. Buna rağmen sorun devam ediyor.

Açıkçası bu durumda uzay montajla sakin sakin güç katını bir daha yeni baştan kurardım.

Akım probu yapmak için LEM sensör kullanabilirsin ve bunu muhakkak yapmalısın.

20A Lem sensörün kendi sargılarını yada göbekten geçen teli akımı ölçmek istediğin hatta bağla. Akım sensörün ölçüm sınırlarını aşıyorsa
göbekten geçen kabloya paralel kalın kablo bağlşayarak akımı bölebilirsin.

Akım sensörü kullanmakta amaç akımın genliğini ölçmekten ziyade akımın dalga şeklini gözlemlemek. Akımın dalga şekli sorunla ilgili bazı ipuçlarını barındırabilir.

Mesela güç katında primer akımı çok fazla DC bileşene sahip olabilir. Belki de sorun budur. (%50 ye yakın pwm de akımın alıp başını  gitmesi lazım.)

Kafam iyice karıştı ve belki verdiğin mevcut grafikler böyle bir sorun olup olmadığı hakkında bilgi içeriyordur.

[nonstradam]

sekonderdeki şase gnd power alındı. primerdeki gate ise izole probla gate-source arası ölçüldü.

logan ın bahsettiği kapasite, DC baranın IGBT lere yakın olan tarafına birtane daha elektrolitik kapasite koyduk (DC baranın göçme ihtimaline karşı) oradaki kapasitler low esr kapasitesi değil elimizde bahsettiğin kapasitelerdende var hemen bir deneme yapar sonucu yazarız.

"Mesela güç katında primer akımı çok fazla DC bileşene sahip olabilir. Belki de sorun budur. (%50 ye yakın pwm de akımın alıp başını  gitmesi lazım.)
Kafam iyice karıştı ve belki verdiğin mevcut grafikler böyle bir sorun olup olmadığı hakkında bilgi içeriyordur. " demişsin üstad böyle bir durumu şuan için ölçemiyoruz diyelim ki çok fazla DC bileşen var bu durumda ne yapmamız gerekli çözümü ne olabilir.

[z]

DC bileşen varsa Duty ile her cycle da bu bileşen sıfırlanmaya çalışılmalı.
DC bileşen varsa trafo doyuma gider akım tırmanmaya başlar ve nihayetinde anahtarlama elemanları patlar. Fakat grafiklerde görülen pik voltajların oluşması açıklanamaz.

Bahsettiğim Lem sensörlü düzeneği muhakkak suretle yapmalısın.

[nonstradam]

Merhaba;

     Şuan için sorun çözülmüş görünüyor. "Allegro" telefonla DC bara çökmelerinden kaynaklanabileceğini söylemişti. yaptığımız ölçümlerde DC bara çökmesi görmedik. Bizim sistemde DC bara kondansatörleri IGBT lere yaklaşık 15cm uzunluğunda kablo ile bağlıydı. Allegro DC bara çökmesinden kaynaklanabileceğini söyleyince çökme görmememize rağmen bu kabloyu iptal edip DC bara kondansatörlerini IGBT lere en yakın yere çektik.Eski yapıya göre kondansatör adetini veya faratını arttırmamamıza rağmen, kondansatörleri yakına taşıyınca sinyal inanılmaz değişti. Resimlerde görünen piklerin hiç biri kalmadı IGBT patlama sorunlarıda çözüldü. Değerli fikirlerini esirgemeyen herkeze çok teşekkürler.

iyi çalışmalar...