Progetto PWM SG3525A 100 kHz per Inverter DC/AC 12/230

[gianniniivo]

Aspettando il parere di Isidorokz mi sembra che per una potenza d'uscita di 300 W usare un ponte intero sia esagerato, si complica tutto.
I mosfet1 e mosfet2 hanno in serie al gate un resistore da 1 KΩ, è troppo alto.
I due diodi 1n4148 mi sembrano molto sollecitati.
Poi ho la sensazione che per un istante ci sia la conduzione contemporanea dei due rami del ponte, magari è solo una sensazione.

Si, rivedendolo è vero. Devo modificarlo e possibilmente migliorarlo.
Già che ci sono voglio vedere se riesco disegnarlo per i per 50Hz...

[frankis]

Ma siete sicuri di farli giusti i calcoli della frequenza?
A me sembrano tutti sballati meno in due casi:
Quello in [33] di Superfelix

e quello in [43] di gianniniivo. Qui non indica un valore numerico, ma dice: "La frequenza di lavoro è elevata e andrebbe ridotta". Anche se non c'è il valore, la frequenza è realmente elevata: più di 100kHz.

Già che ci siete potreste controllare la mia formula in Excel? Non mi sembra sbagliata ma non si sa mai.
Grazie.

[stefanodelfiore]

Ma siete sicuri di farli giusti i calcoli della frequenza?
...

Dove sarebbe il problema nei calcoli?

[frankis]

No un momento: io ho calcolato solo la frequenza e non altri calcoli, a meno che sia sgliata la formula che ho inserito in Excel. A te risulta che le frequenze dei vari schemi pubblicati siano giuste?

[stefanodelfiore]

No un momento: io ho calcolato solo la frequenza e non altri calcoli, a meno che sia sgliata la formula che ho inserito in Excel. A te risulta che le frequenze dei vari schemi pubblicati siano giuste?

Diciamo che negli schemi per Rt, Ct e Rd ci sono diversi valori e quasi sempre non viene dichiarata la frequenza dell'oscillatore. In ogni caso questo è un fatto assolutamente secondario, una volta stabilita la frequenza di lavoro e il dead time si calcolano i valori di Rt, Ct e Rd come da datasheet.

[gianniniivo]

Si ho capito cosa intendi e hai ragione frankis.

La differenza che hai rilevato è tra il valore dichiarato e quello risultante dal calcolo.

In effetti i miei primi due schemi sono incoerenti con la frequenza dichiarata ma c’è un motivo e posso spiegare.

Si tratta del classico errore da interruzione con relativa dimenticanza. Avevo tracciato prima uno schema che dovevo decidere di far lavorare con una frequenza tra i 18 e i 24kHz ma non avevo ancora deciso la frequenza definitiva è ho dichiarato dei valori di promemoria per uso interno che avrei dovuto rettificare prima di pubblicare.

Poi però ho deciso di tracciare un altro schema, quello in [31] e in [34] riciclando parte del primo e lì c’è stata l’interruzione con la relativa dimenticanza.

In pratica la frequenza della prima e la seconda pubblicazione (che poi sono lo stesso schema con una correzione) è di 51.413 Hz ma quando me ne sono accorto non potevo più correggere.
Mentre quello pubblicato in [43] ha effettivamente una frequenza molto elevata: quasi 115 kHz.

Per gli schemi di altri utenti non mi esprimo e chiedo scusa per la svista…

[IsidoroKZ]

Un po' di risposte sparse.

Prima pero` una dichiarazione di principio, per coloro che non sono abituati a progettare switching (e questo ovviamente non vale per Stefano ed Enrico).
Dice un saggio (Bruce Carsten): quello che fa si` che uno switching lavori correttamente e` dato da un terzo da quello che c'e` nello schema, un terzo dai parametri parassiti dei componenti e infine un terzo dal layout (ogni tanto tiro fuori questa massima!). Se si sbaglia anche solo una di queste tre parti il circuito funziona male o non funziona affatto.

Qui le risposte ai vari interventi, in ordine cronologico inverso. All'inizio della citazione ho messo il numero di messaggio fra parentesi quadre, cosi` e` piu` semplice capire a quale messaggio mi riferisco.

[49] mi sembra che per una potenza d'uscita di 300 W usare un ponte intero sia esagerato, si complica tutto.

Certamente! Un ponte intero richiede due MOS in piu` e il pilotaggio degli hi-side. Qui siamo a bassa tensione, non mi sembra servano efficienze elevatissime, va bene anche il push-pull. Le ragioni per cui si potrebbe accettare anche un ponte intero sono dovute a un trasformatore piu` semplice da costruire (e progettare), e il controllo del ringing e sovratensioni, che potrebbe essere elevato dato che il trasformatore ha un elevato rapporto spire e il leakage potrebbe non essere tanto basso. E` anche possibile che con un duty cycle molto alto, >45%, le oscillazioni parassite non abbiano il tempo di svilupparsi. Ma per sapere questo bisogna considerare tutti i parassiti del trasformatore, e la mia palla di cristallo non e` abbastanza potente.

[49] Poi ho la sensazione che per un istante ci sia la conduzione contemporanea dei due rami del ponte, magari è solo una sensazione.

Si`, quando si accende il low side c'e` un po' di corrente di shoot through. Per risolvere questo problema (e gli altri che hai indicato), si usa un driver high side integrato, che fa "tutto" lui.

[43] Cosa ne pensi?

Penso che stai incasinando la vita a Superfelix , gli stai proponendo un circuito completamente diverso, che ha anche lui bisogno di modifiche.

[40] Qg di 146 nQ dato nel datasheet del mosfet IRF3205 si riferisce ad una corrente di 62 A, una Vds si 44 V.

Ovviamente, e il tempo di commutazione non e` dato da Qg, whatever it is, ma dalla "lunghezza" del plateau di Miller. Ho provato a fare due conti a spanne con il pilotaggio diretto, mi sembra che venga una potenza dissipata in commutazione dell'ordine di un paio di watt per transistore, mentre quella di conduzione potrebbe essere dalle parti di una decina di watt in totale fra i due transistori, (30A, 12mΩ).

[32]Forse Isidoro intendeva più o meno così:

Si`, esattamente. E da aggiungere due condensatori veloci da 100nF circa fra positivo e ground dei due driver, per fornire la carica di gate.

[24]io se dovessi farlo penserei di partire direttamente con un controllo PWM modulato per ottenere una pseudo sinusiode, ed avere gia l'uscita del trasformatore utilizzabile,

Mi sembra di capire che all'uscita del trasformatore vorresti una "sinusoide" fatta con il PWM, metti un semplice filtro passa basso e hai la sinusoide a 50Hz belle che pronta.

L'idea e` buona, si potrebbe fare, e si fa, se non c'e` di mezzo un trasformatore. Gli inverter che partono da tensione elevata fanno esattamente in quel modo, sintetizzano la sinusoide variando il duty cycle del segnale. Ma se di mezzo c'e` un trasformatore, capita un fatto disdicevole: il trasformatore non puo` piu` essere progettato per lavorare solo in alta frequenza, deve avere nucleo e spire per far passare anche la modulante, e diventa un trasfo grosso e pesante, come quelli a 50Hz, che in piu` deve anche far passare la frequenza di switching.

Quello che si puo` fare e` un DC/DC switching che genera una continua con un raddrizzatore di uscita, e questa continua la si varia secondo la forma d'onda di una sinusoide raddrizzata. Questo si puo` fare con un trasformatore "piccolo", non deve far passare i 50 Hz, poi all'uscita del raddrizzatore si mettono 4 MOS che fanno passare una semionda a 50Hz diritta e una capovolta, sintetizzando cosi` la sinusoide a 50Hz. Un po' incasinato il controllo Ci vorrebbe un disegnino, ma questo messaggio e` molto lungo da scrivere. Se vuoi vedere come si fa, basta chiedere in un altro thread.

Mi pare di capire invece che l'OP vuole una tensione costante di 325V e poi fa un'onda quadra, impulso positivo, pausa, impulso negativo, pausa in modo da fare una specie di alternata a 50Hz.

[22] i convertitori push-pull possono essere soggetti a quello che viene chiamato 'staircase saturation'

E` dalla prima risposta che rimarco che bisogna tenere sotto controllo la fuga del flusso e controllare la tensione di uscita.

Un sense istantaneo di corrente secondo me ci vuole per controllare la fuga del flusso. Il 3526 pero` potrebbe essere un po' debole di corrente di driving e probabilmente non lo si puo` usare per pilotare direttamente i MOS. La cosa ha senso perche' i circuiti pilotati da 3526 sono circuiti ad "alta potenza", dalle centinaia di watt ai kilowatt, e quindi aggiungere un integrato che piloti i MOS e` un costo che si puo` sostenere. Non sapevo del metodo di variare la larghezza dell'impulso quando cambia l'ampiezza, per tenere il valore efficace costante. Pero` cambia il picco e anche il valor medio della semionda... tutto non si puo` avere .

[11] I picchi di corrente che un gate driver genera sono una cosa dell'altro mondo!
....
Impressionante, no?

[14]Fare una previsione così a naso è difficile, ma rischi addirittura di avere una performance migliore usando direttamente lo stadio d'uscita dell'SG3525.

E quando si fanno quelle misure bisogna anche considerare che in zona il campo em non e` conservativo e se non si mettono bene i collegamenti di ground, spesso si misurano cose senza senso!

Anche secondo me, con il driver fatto a BJT si ha una performance peggiore che non collegando direttamente l'uscita del 3525 ai MOS. Non perche' i BJT siano brutti e cattivi (solo un pochino, specie in transitorio), ma perche' si introducono piu` induttanze parassite e chissa` che cosa capita!
Il plateau di Miller e` dalle parti di 5V, la tensione di uscita massima dalle parti di 10V e quindi con una resistenza di gate di 10Ω, comunque piu` di 500mA non passano!

[45] il discorso del buffer si e buffer no penso che sia sempre correlato alla frequenza ma anche alla potenza che si vuole generare.

O fai i conti e dimostri che ci vuole, oppure non lo si mette. Se si fanno i conti e si vede che serve, si mette un driver integrato, non fatto a discreti.

[45]
ho diversi trasformatori audio e vorrei recuperarne l'utilizzo.

Non si possono usare trasfo audio: sono a lamierini e hanno troppe perdite ad onda quadra a decine di kilohertz. Devono essere in ferrite.

[35] secondo me soffre l'integrato a quella frequenza

I progetti non si fanno con i "secondo me". Se hai il sospetto che l'integrato soffra, si fanno i conti e si vede se soffre o no (spoil: non non soffre). I conti devono considerare due aspetti, la velocita` di commutazione e la potenza dissipata dall'integrato di controllo.

[33]
- ho ridisegnato i BJT con emettitori verso i gate e collettore NPN a Vcc e collettori PNP a gnd... sperando sia la volta buona.

Si`, adesso ci siamo e ci sono anche i condensatori vicini ai driver. Ma il driver non serve (

[33]
- Ho tolto Rsense in ingresso circuito e l'ho collegata ai source dei mosfet ...non so se fila il discorso e se possa funzionare.

Il discorso fila ma non funziona. La resistenza dissipa 20W circa, il che vuol dire che e` a filo e di dimensioni meccaniche grandi. Questo implica induttanze parassite a gogo`, quello che misuri non e` la corrente ma la derivata della corrente. La soglia del bipolare e` incerta e variabile con la temperatura, non puoi contare su una protezione efficace.

[33]
Ho messo due elettrolitici da 1000uF accanto ai mosfet per i picchi di assorbimento e ho aumentato elettrolitico di filtro accanto al trasformatore sempre a 1000uF.

I condensatori messi sui MOS in quel modo non servono e interferiscono sul sense di corrente, perche' sono in parallelo alla resistenza di sense (con tante impedenze parassite nella maglia). Quello importante e` il condensatore fra centrale del trasformatore e ground della resistenza di sense, dove circola la corrente impulsiva.

[33]
A 100 kHz 1000 uF dovrebbero andar bene perché ne sarebbero necessari 600... a 60 kHz,

Conti per favore? perche' 600 µF a 69 kHz? Il condensatore sull'alimentazione di potenza viene dimensionato per la corrente efficace. Di solito la capacita` non e` cosi` importante. Worst case per il condensatore sull'alimentazione la corrente potrebbe essere dalle parti di 9A. In condizioni nominali invece potrebbe stare al di sotto dei 3A. Non capisco cosa voglia dire essere al limite con 1mF.

[33]
Gli snubber li ho disegnati in quel modo perché [...] non capisco precisamente come funzionano

Potrebbe essere una buona idea non metterli, fare le prove a bassa corrente e vedere se servono. Di snubber ce ne sono tanti e di tanti tipi, non si dimensionano a casaccio.

[33]
Il diodo è per evitare le extratensioni del trasformatore di ritorno sui drain per proteggere i mosfet, così ho pensato... probabilmente sbagliando questa riflessione.

Quel diodo, se non muore prima o uccide qualche altra parte del circuito, fa dissipare 20W a ciascuna resistenza di snubber.
Toglili! Probabilmente basta uno snubber RC, da dimensionarsi quando si vedono le forme d'onda. Con un pushpull un po' di sovratensione c'e`, specie con un trasfo con rapporti di salita elevati. Se non li vuoi, si passa al ponte intero.

[33]
Sto pensando a come regolare la tensione eventualmente con un TL431 e un optoisolatore ma vorrei uscire prima da questi blocchi di schema per poi apportare modifiche per il controllo della tensione.

Quello schema si chiama DC transformer (sgalfo, direi). Questo vuol dire che non puoi regolare la tensione di uscita. Tanto per cominciare hai il duty cycle bloccato al massimo, il raddrizzatore funziona sul picco, e quello che riesci a regolare malamente dipende dal leakage del trasformatore. Meglio evitare.

[EcoTan]

Mi sembra di capire che all'uscita del trasformatore vorresti una "sinusoide" fatta con il PWM, metti un semplice filtro passa basso e hai la sinusoide a 50Hz belle che pronta.

Certo ogni soluzione ha i suoi compromessi. Nel momento in cui inseriamo un carico, la tensione di uscita si prende un transitorio anche se innocuo (veramente questo inconveniente mi è capitato con un filtro risonante a 50 Hz, sicuramente ci sono filtri più adatti).

P.S. Mi riferisco a inverter a onda quadra modificata. Stiamo mettendo insieme tanti progetti, non doveva essere soltanto la parte che innalza la tensione continua?

[gianniniivo]

Premessa: Questo intervento nasce da un confronto recente sul forum. Non vuole essere una lezione, ma una riflessione su come possiamo rendere la community più utile a chi cerca risposte pratiche. È un messaggio lungo, sì, ma con un intento chiaro: contribuire, non pontificare.

IsidoroKZ, ovviamente riconosco la tua profonda competenza e la dimostri in ogni intervento ma fatico a vedere come ciò si traduca in un aiuto concreto per chi cerca risposte pratiche. Ritengo che la vera utilità di un forum sia nel supporto applicato. Quando un utente cerca soluzioni, trovo più utile un esempio funzionante o una correzione diretta, piuttosto che una spiegazione generica.

A volte sembra di assistere al classico caso del “so tutto io” accademico: si pontifica, ma non si sporca le mani per aiutare davvero. Mi dispiace, ma le community dovrebbero essere spazi di condivisione, non palcoscenici per l’ego.

Spesso emerge uno stile autoreferenziale da "professore in cattedra": quel mix di tecnicismi, battutine e spiegazioni parziali può risultare frustrante, soprattutto per chi cerca risposte concrete e si ritrova invece con una lezione pensata più per chi parla che per chi legge.

Se da una parte il contenuto tecnico è brillante, dall’altra l’aria da “profeta dell’elettronica” lo rende meno accessibile di quanto dovrebbe. Gli spunti ci sono, ma l’obiettivo non sembra aiutare in modo diretto, pare più una dimostrazione di sapere che lascia il lettore con più dubbi che certezze.

Dire addirittura che “incasino la vita” a Superfelix mi è sembrata una liquidazione troppo frettolosa di un’alternativa che, se condivisa con più spirito collaborativo, avrebbe chiarito diversi aspetti del progetto. Ho cercato di semplificare con uno schema compatibile con trasformatori lamellari, più accessibili per chi vuole sperimentare. Magari non è elegante, ma funziona.

A volte, più che fare lezione, basterebbe chiedere: “Hai quel tipo di trasformatore? Che caratteristiche ha?” e costruire da lì. Così il thread resterebbe uno spazio di supporto, invece di diventare un’aula universitaria.

Sto valutando di aprire un thread dedicato: un progetto pensato per chi vuole provare sul campo, con indicazioni chiare, semplici e replicabili. Non ho ancora deciso, e magari non farò nulla, ma non mi arrogo il diritto d’insegnare: ho soltanto da imparare. Però ho anche la volontà di contribuire. E per me, è già tanto...

Buon proseguimento!

[stefanodelfiore]

gianniniivo
Non condivido in alcun modo le tue critiche, tutti le osservazioni e i commenti di Isidirokz sui circuiti proposti sono motivati e soprattutto spiegati nel loro contesto pratico. Dal mio punto di vista questa è condivisione del sapere e in ogni caso si impara realmente da chi ne sa più di te non il contrario, questo è il vero modo per crescere nel sapere.
Postare un improbabile schema non è condivisione ma solo il modo per creare confusione per chi legge.
La progettazione anche amatoriale, non è buttare lì quattro componenti e sperare che funzioni, bisogna prima fare ipotesi verificarle e, documentarsi se ci sono argomenti non noti.
Tu affermi "Ho cercato di semplificare con uno schema compatibile con trasformatori lamellari, più accessibili per chi vuole sperimentare. Magari non è elegante, ma funziona." A frequenza di rete 50/60 Hz puoi usare, dimensionamento a parte, un nucleo magnetico a lamierini, ma a frequenze elevate no perché le perdite nel nucleo sono elevatissime, al posto di un trasformatore avresti una stufa provare per credere.

Concludendo gli alimentatori switching sono un argomento estremamente complesso e pensare di risolvere il tutto pasticciando qua e là é da sprovveduti. Da tutte le osservazioni di Isidorokz c'è solo da imparare e questo é il modo migliore per crescere.