Защита импульсного понижающего преобразователя

[Antech]

Здравствуйте.

Делаю регулируемый понижающий преобразователь на 3...20 В 10 А. Возник вопрос токовой защиты (от пережора в нагрузке, в т.ч. КЗ). Вначале хотел использовать трансформатор тока, но детальный анализ показал, что в моей схеме (классический buck converter на дросселе) производная от тока через дроссель по времени (угол наклона на осциллограмме) не зависит от тока нагрузки. Трансформатор тока (последовательно с дросселем) прекрасно работает, но, как я понял, не подходит для выбранной схемы.
Я правильно сделал вывод о том, что тут только резистором ток измерять? Датчик Холла, насколько я тут читал, медленный (ключ может успеть накрыться), а трансформатор тока - точно не подходит?

Спасибо за ответы.

[Телекот]

схема где?

[Antech]

Телекот
Схема - обычный buck-converter, трансформатор тока последовательно с дросселем. Сорри, сейчас на работе, нет времени. Как только будет возможность, нарисую и выложу схему.

[hrpankov]

....если с резистором, то зайди сдесь:
http://radiokot.ru/forum/ucp.php?i=atta ... a&start=50
позиции 73..77... принцип один.......

[Antech]

hrpankov
Сорри, по ссылке нет картинки...
Я уже перешел к схеме с резистором (изготовил резистор 0.02 Ом и платку, прикинул схему простейшей компарации и подготовил детали). Но вопрос применимости трансформатора тока в buck-converter с дросселем хотелось бы прояснить. Т.е. действительно ли нельзя, или я "неправильно приготовил"?

Телекот
Честно говоря, у меня самый обычный buck converter (с дросселем) на 10 А, я пощупал осциллографом на 4 А и около 5 В в нагрузке и не нашел претензий. Токовый трансформатор включен последовательно с дросселем, точнее, вывод дросселя пропущен через ферритовое кольцо (2000НМС 25 мм) с 30 витками вторички. Трансформатор работает согласно моим представлениям (Uвторички~dPsi/dt~dIпервички/dt), но вот можно ли контролировать им максимальный ток ключа в такой схеме?
Схема во вложении (извиняюсь, если что не так, нарисовал по-быстрому на обеде).

[Slabovik]

А как вы через токовый трансформатор собрались учитывать постоянную составляющую тока?
Зачем вам контролировать именно ток ключа?
Почему вы решили, что быстродействия датчика Холла недостаточно, чтобы выключить транзистор при превышении тока в нагрузке?

[Телекот]

но детальный анализ показал, что в моей схеме (классический buck converter на дросселе) производная от тока через дроссель по времени (угол наклона на осциллограмме) не зависит от тока нагрузки.

Всё будет работать.
1. Надо просто трансформатор тока опустить ниже диода.
2. трансформатор тока нагружают на низкоомный резистор, не как не 10к С таким номиналом трансформатор тока работает не корректно. Да и вторичка должна быть витков 50-100.
Такая токовая защита широко используется, достаточно посмотреть доташит на микросхему UC3842.

[Antech]

Спасибо за ответы.

Slabovik
как вы через токовый трансформатор собрались учитывать постоянную составляющую тока?
Вот я и думаю, что в такой схеме ТТ не применим. Ток через дроссель во многих режимах имеет постоянную составляющую (не проблема, он с зазором), поэтому амплитуда на выходе ТТ при этом уменьшается (ТТ без зазора). Но главное - это постоянный наклон I(t) при разных токах нагрузки. Максимум при этом смещается за счет той самой постоянной составляющей.

Зачем вам контролировать именно ток ключа?
Хотел "опробовать технологию" для запланированного более мощного проекта (двухтактный 2 x 50 А), там уж точно не до резисторов... И защита там нужна очень быстрая, специально для этой цели уже придумана, смонтирована и проверена быстрая транзисторная защелка (типа триггера). Теперь приделываю датчик тока.

Почему вы решили, что быстродействия датчика Холла недостаточно
Читал об этом то ли здесь, то ли на РадиоЛоцман (не помню точно, уже год прошел) в теме про мощный преобразователь (двухтактная схема или полный мост).

Телекот
будет работать
А как же постоянная составляющая, про которую говорит Слабовик? И постоянный наклон I(t) через дроссель при разном токе (сопротивлении) нагрузки? Я сам смотрел именно в этой схеме осциллографом. Сорри, я просто не могу понять в чем фишка...

Надо просто трансформатор тока опустить ниже диода
Это просто оставит одну полуволну меандра на выходе ТТ вместо двух. Но я не вижу способа, как можно по любой из полуволн надежно (да хоть как-то) определить рост тока через ключ, т.к. он имеет постоянку, и зависимость I(t) просто смещается вверх и вниз при изменении сопротивления нагрузки, не изменяя наклона...

низкоомный резистор
А какой примерно? ИМХО, это может изменить амплитуду на выходе ТТ, но не пропорциональность току через его первичку.

Даташит на этот контроллер посмотрю по возможности, а сейчас мне нужно спешить на электричку...

[Телекот]

А как же постоянная составляющая, про которую говорит Слабовик? И постоянный наклон I(t)

Постоянная составляющая здесь не помеха, так как в паузах ТТ будет размагничиваться собственной самоиндукцией.

Но я не вижу способа, как можно по любой из полуволн надежно (да хоть как-то) определить рост тока через ключ, т.к. он имеет постоянку, и зависимость I(t) просто смещается вверх и вниз при изменении сопротивления нагрузки, не изменяя наклона...

Надо просто правильно использовать ТТ, брать только одну полуволну как сделано UC3842.

А какой примерно? ИМХО,

в пределах 10-20 ом.

Так делается контроль тока в UC3842/

[hrpankov]

hrpankov
Сорри, по ссылке нет картинки...

...все Вам в чашечку с ложечкой и на столике с белой скатертью....хм, картинок нема!!!
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 9#p2029719
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 7#p2351027
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 3#p2240183
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 7#p2351027
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 5#p2263215

[Antech]

hrpankov
Спасибо, по этому принципу и начал делать (схема немного посложнее для любимой мной защиты и в связи с особенностями управления защелкой).

Телекот
Посмотрел вчера несколько даташитов на UC38xx, везде токовые резисторы. Спасибо за "правильную" картинку. К сожалению, как нарисовано не могу попробовать (плата уже сделана и ТТ в истоке без извратов не поставить). Поэтому на данном девайсе уже поставлю просто резистор (он изготовлен, и платка для него), на насчет ТТ подумаю и буду иметь в виду, возможно, еще какие-то эксперименты на своей схеме придумаю.

Насчет физики. Возможно, тестится скачок тока через ТТ от нуля до "постоянки" при открытии ключа, он хоть как-то пропорционален току нагрузки и создает изменение магнитного потока (в моем включении, как минимум, насыщение мешает). А линейная часть зависимости I(t) что через ключ, что через дроссель не дает инфы о токе, т.е. угол наклона не пропорционален максимуму тока.

[Телекот]

Посмотрел вчера несколько даташитов на UC38xx, везде токовые резисторы.

А я вам картинку откуда выкладывал в предыдущем сообщении? Именно из даташита на UC384х.

К сожалению, как нарисовано не могу попробовать (плата уже сделана и ТТ в истоке без извратов не поставить).

Место положение не играет роли, токи в истоке и стоке равны и имеют одинаковую форму.

Возможно, тестится скачок тока через ТТ от нуля до "постоянки" при открытии ключа, он хоть как-то пропорционален току нагрузки

Напраяжение на выходе выпрямителя ТТ точно соответствует току через транзистор, а ток через нагрузку равен среднему току через транзистор, так что всё ответствует.

[Foton-4n]

Всё проще на порядок! Введи лимит тока и всё по выходу и радуйся. Токосенсор дифференциальный усилитель диод на FB. Но знай это не защита от КЗ и ток в режиме КЗ будет на уровне лимита. Защита от КЗ нужна умная что бы при КЗ прекратить подачу тока вообще.
У меня на БП при снижении напруги ниже ниже заданной в режиме лимита тока прекращается подача, попытки возобновить подачу иду с удвоение времени, попытки ограничены как правило что бы не долбить бесконечно.
Еще один вариант умной защиты при снижении напруги и ток лимита снижается, при КЗ ток будет низким.

[Antech]

Телекот
Именно из даташита на UC384х
Да, я понял, просто мне попадались только с резисторами.

Место положение не играет роли, токи в истоке и стоке равны
Ну, это понятно, но у меня-то не в стоке, а уже после диода.
http://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=216788
Поэтому и размагничиваться трансформатор не будет (не раздуплил я вовремя этот момент). Кстати, вопрос размагничивания актуален и при коэффициенте заполнения около единицы, как и вопрос контроля тока при полностью открытом ключе (но тут понятно, что только коэф-т заполнения ограничивать).
Но я подумал насчет тестов с зазором или просто на стержневом сердечнике.

ток через нагрузку равен среднему току через транзистор
Больше похоже на подобие пикового детектора.
http://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=216806
Параллельно кондеру C нет резистора, и напряжение на нем через несколько периодов будет соответствовать максимальной скорости роста тока через ключ. А максимальна она при открытии ключа (если есть постоянная составляющая тока через дроссель, вроде, "режим непрерывных токов" называется). Но на практике не тестил (в моем варианте с кольцом ТТ насыщается в таком режиме и толком ничего не измеряет).

Foton-4n
Сорри, речь не об общих принципах, это уже другая тема. Речь именно о "токосенсоре": использование ТТ в классическом buck-converter. Разбираюсь с принципом его работы в этой схеме. И у меня не UC38xx, а схема на ОУ и транзисторах. ШИМ-контроллер тут участвует только ради схемы включения ТТ в даташите...

ток в режиме КЗ будет на уровне лимита
В схеме у меня имеется быстрая защелка типа триггера на двух транзисторах. Как только "токосенсор" с дифусилителем скажут, ШИМ почти сразу выключится до передергивания питания. Ток в нагрузке будет равен нулю.

[Starichok51]

Место положение не играет роли, токи в истоке и стоке равны

играет. в стоке потенциал ТТ будет "летать" вместе с напряжением на стоке. в истоке - потенциал привязан к общему проводу.
и через контроль тока в истоке (амплитуды в дросселе) делается не только защита, но и стабилизация тока нагрузки. например, как для светодиодов на микросхеме HV9910.
и через исток делается всё гораздо проще, чем пристраивать куда-либо ТТ. и не будет необходимости бороться за размагничивание ТТ...

[Телекот]

Кстати, вопрос размагничивания актуален и при коэффициенте заполнения около единицы,

При единицы работать не будет. Но насколько показывает практика ТТ нормально работает при заполнении 97%.

и через исток делается всё гораздо проще, чем пристраивать куда-либо ТТ. и не будет необходимости бороться за размагничивание ТТ...

Иногда лучше с ТТ, при большом токе на резисторе выделяется уж очень много тепла.

[Foton-4n]

Сорри, речь не об общих принципах, это уже другая тема. Речь именно о "токосенсоре": использование ТТ в классическом buck-converter. Разбираюсь с принципом его работы в этой схеме. И у меня не UC38xx, а схема на ОУ и транзисторах. ШИМ-контроллер тут участвует только ради схемы включения ТТ в даташите...

Я знаю что у тебя не UC38xx я понимать умею. У тебя классический buck на транзисторах. Но пойми ты одно что ТТ тут не совсем уместен по некоторым причинам! Такой же эффект достигается гораздо более простыми средствами, у меня в каждом питальнике такая схема + МК. В ЗУ такая схема обеспечивает лимит тока всё очень компактно.

По поводу таких вещей на рассыпухе еще одни кто решил бросить вызов современным нано технологиям? Да именно им в современном ШИМ контроллере столько транзисторов что ты на пол комнаты займёшь. Но что ж удачи.

Ты хочешь сделать рабочий девайс? Или ты хочешь поиграться с ТТ?

Если серьёзно я не видел такого изврата в DC-DC такой мощности да еще buck.

[Antech]

Starichok51
Потенциал будет летать, но, ИМХО, при малых паразитных емкостях (через него же просто провод проходит) заметного эффекта от этого быть не должно. Или есть грабли?

Контроль тока в истоке (да и в нагрузке) резистором, конечно, понятен, но я делаю этот проект как предварительный перед мощным, вот и хотел "обкатать технологию". А оказалось, что двухтакт и buck совершенно различны по зависимости наклона I(t) через ключи от тока нагрузки (я профукал этот момент, и теперь в истоке я не могу ничего поставить, плату сделал уже и там радиатор большой место занимает).

Кстати, пробовал в лабораторном БП на 3 А (силовая часть очень похожа, только бифилярный фильтр добавлени) стабилизировать ток с контролем резистором в истоке. Нифига. Мало того, что на вменяемом по размерам проволочном резисторе больше индуктивных пульсаций, чем полезного сигнала, да еще и не обнаружил линейной пропорциональности между максимальным или средним напряжением на этом резисторе и током нагрузки (ЛБП, режимы работы очень разные). Стаб работал плохо (очень неточно) из-за этого. Сделал измерительный резистор последовательно с нагрузкой. В общем, ИМХО, тут очень многое от схемы и режима зависит, и не всегда так просто через эту "пилу" в истоке простым путем ток нагрузки определить именно для стаба (для защиты проще, там можно менее точно).
Тот резистор в истоке (0.027 Ом) изготовлен из проволоки (ПЭЛ d=1.0 мм), сложенной вдвое для снижения паразитной индуктивности и намотанной на маркер Не представляю как можно сделать подручными средствами еще безындуктивнее.

Телекот
ТТ нормально работает при заполнении 97%
Спасибо за инфо.

Про тепловыделение тоже правильно замечено, поэтому и хочется ТТ (простой, быстрый и надежный любительский датчик тока практически без потерь).

Foton-4n
Такой же эффект достигается гораздо более простыми средствами
Простыми, но, к сожалению, очень уж нагревающимися Или тестить каких-нибудь 0.01 В при пульсациях намного большего размера (на больших токах они обеспечены даже при соблюдении импульсного фен-шуй).

в современном ШИМ контроллере столько транзисторов
Да это понятно... Во-первых, у меня ОУ + дискретные, так что не только на транзисторах. Во-вторых, мне интересно самому функционал из базисных функций создавать, это же хобби. В готовом контроллере все "сделано за нас" и это больше для утилитарных целей, чем для творческих. Готовый девайс можно и так купить. В общем, тут у каждого своя цель.

Ты хочешь сделать рабочий девайс?
Так сделал уже и не один, так сказать, в production-вариантах (т.е. в корпусах, с нормальными не обклоцанными проводами и нормально пропаяно). Извиняюсь за научно-технические понты теперь вот эту фишку хочу попробовать + больший уровень токов.

в DC-DC такой мощности
Ну на 10 А уже есть смысл. Токовый резистор не самых малых размеров получается. А учитывая, что это подготовка к 50 А (если получится), то без ТТ в таких схемах и не делают, наверное. Там резистор больше трансформатора получится

[juzik]

Возможно, это поможет: http://powerelectronics.com/site-files/ ... 1PET23.pdf

[к561]

Посмотрел вчера несколько даташитов на UC38xx, везде токовые резисторы. Спасибо за "правильную" картинку. К сожалению, как нарисовано не могу попробовать .......
на насчет ТТ подумаю и буду иметь в виду

я это делал в моем преобразователе. Работает это хорошо. Только не вижу смысла этот огород копать, ибо сделано это только для изоляции ключа от ШИМ на случай выхода последнего из строя, чтобы тот не потянул в могилу остальное при пробое