Электронная нагрузка на igbt транзисторах своими руками

Добавил пользователь Skiper
Обновлено: 03.09.2024

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Высоковольтная нагрузка на IGBT

Последний раз редактировалось Starichok51 Сб мар 03, 2018 20:32:09, всего редактировалось 1 раз.

убрал из текста слишком большой рисунок.

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!

Да нет, есть сложность.Стандартные драйвера для полумоста, что встречал имеют максимальное напряжение до 1200вольт.Их фишка в том, что драйвер "следит" за тем чтоб плечи не включились одновременно, т.е верхнее плечо не включится пока нижнее открыто, это помимо того что там еще и формируется задержка на "дэд тайм". Как бы сколхозить можно и без защиты, просто реализовав задержку на "дэд тайм" но жалко транзисторы, все таки не дешевые.То что вы привели выше как бы совсем для новичков)))Посоветуйте посерьезнее что то, все таки 5кВ! Нужна защита, как минимум от выхода из строя одного из транзисторов в плече моста,который может за собой утянуть остальные.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Ваша схема только получится сказочной по всем параметрам. Если вы хотите подавать на IGBT транзисторы
3 киловольта, то ваша источник питания должен иметь мощность более 15 киловатт, при выходном напряжении 3000в
Запас по мощности должен быть больше чем номинальная мощность инвертора.
например, ремонтирую рентген аппараты, там питание на IGBT модули от 400 до 800в идёт максимум, но пиковая мощность
при снимке доходит до 35 киловатт, с ТП для рентген аппаратов обычно идёт отдельный кабель. Есть рентген аппараты у которых и
70 киловатт пиковая мощность, при токе анода лампы в 5. 40ма всего.
А что за нагрузка должна у вас быть с такой мощностью? В рентгенах нагрузка HV бак с трансформатором залитым маслом, бывает до 40
литров масла в них. И первичка у них намотана медной шиной толщиной с палец.
Вот фото бака рентген аппарата - виден умножитель и круглый трансформатор намотанный на секциях из фторопласта. Весит 12кг.
Все это в масло погружается. Выход- две полярности по 250киловтльт каждая.

Вложения:

WP_201_Pro.jpg [139.75 KiB]
Скачиваний: 580

Необходим быстродействующий преобразователь питания средней мощности с высоким КПД? Он должен быть компактным и недорогим? Решение – карбид-кремниевые модули средней мощности WolfPACK производства Wolfspeed. В статье рассмотрены основные особенности модулей WolfPACK и показано, что переход на эту универсальную и масштабируемую платформу позволяет не только быстро разработать новые устройства, но и без значительных затрат времени и средств модернизировать уже существующие схемы на традиционной элементной базе.

zenner Вы про что мне говорите вообще?Я собираю регулируемую нагрузку для проверки высоковольтных источников, не сам источник питания,мост я найду чем нагрузить.

Критически важные распределенные системы требуют синхронного преобразования во всех подсистемах и непрерывного потока данных. Распределенные системы сбора данных могут быть синхронизированы как на основе АЦП последовательного приближения, так и на основе сигма-дельта (?-D)-АЦП. Новый подход, основанный на преобразователе частоты дискретизации (SRC), содержащемся в микросхемах линейки AD7770 производства Analog Devices, позволяет достигать синхронизации в системах на основе сигма-дельта-АЦП без прерывания потока данных.

В рентген аппаратах защита реализована очень сложно. Аппарат перед пуском и
снимком каждый раз проверяет все режимы и состояние всего высоковольтного
блока от питания до инвертора.
Проверка по кругу и многоуровневая. Измеряется до долей вольта напряжение подаваемое на инвертор,
потом меряется ток накала лампы, напряжение накала лампы, если всё совпадает то процессор даёт
команду на раскрутку анода, HV подаётся ступенчато от минимума до максимума с проверкой тока лампы
до сотых долей миллиампера. Если что то не так то всё колом становиться и выскакивает номер ошибки.

zenner спасибо, но мне эта информация к сожалению пока ничем не помогла, но для общего развития конечно полезно, спасибо

защиту сделать можно, но проблема в том, что HV источники для
"широкого применения" не делаются вообще. Защита по току будет
только для конкретной нагрузки, для другой её нужно переделывать.
В цепь питания как обычно включаются шуты и схема на ОУ.

Защита по току это защита по току,я говорил про защиту от пробоя одного из транзисторов в плече.Что Вы мне про источники HV все говорите?У меня такое ощущение, что мы друг друга не понимаем) Есть разные высоковольтные трансформаторы, задача - тестировать их под нагрузкой, нужна универсальная нагрузка, максимальные параметры которой - ток до 3а напряжение до 5кв, хочу сказать что это не связанные величины,т.е она не линейная, не 3*5=15кВт, высоковольтные трансформаторы что будут проходить тесты напряжением от 3кВт имеют токи до 0.5А максимум,те что ниже по напряжению у них более высокие выходные токи, по этому мне не нужен бак с маслом и вч трансформатором,да и не поможет он мне.Оу можно в принципе поставить в нижнее плечо, что то быстродействующее, но опять же, может уже есть готовое решение в виде драйвера?или можно как то драйвер на 1200вольт приспособить?

Что то у меня ваше ЛС не отражается. Я бы приватно вам мог написать.
А защитить транзисторы от пробоя вам скорее всего не удастся.
Только защита по току или обратные связи с кучей ОУ и компараторов.
У вас напряжение и ток такие, что при любой перегрузе будет красочный фейерверк.
Как вариант можно просто защиту на источник питания сделать и всё.
Я делал когда то прибор простой, плата с двумя полевыми транзисторами
на 24в питания. А нагрузка была HV FBT от монитора. Получал 40киловт на выходе,
дуга была 5..7см.

дубовые здоровые нихромовые резисторы, и/или моток нихромовой проволоки намотаной на растяжках и с отводами к клеммам.
все остальное мимолетно и ненадежно. тем более с таким диапазоном входящих напряжений.
кстати зря оптопары хаете - питание у них ОТДЕЛЬНОЕ, и развязанное от входящего. так что им пофиг сколько там подается на транзистор - 5В или 5КВ. лишь бы источник питания оптопар был надежно развязан.
если так уж хочется попалить транзисторы - набирайте оптодрайвера, хотябы популярные HCPL-3120, ставьте рядом ведро и вперед!

По моему задача изначальна нерешаемая. При питании 5 кВ, и открывании одного ключа в плече, на втором уже будет напряжение больше заявленного максимального в 3 кВ. Это не рассматривая выбросы на нагрузке. С теми блоками питания у которых ниже напряжение, наверное можно по играться, но тоже есть риск. Можно ли ставить вместо одного транзистора два последовательно?
Ну и к драйверам надо серьёзно подходить. Я б наверное сделал на колечках в подобной ситуации. Как вариант можно рассмотреть способ питания оптодрайверов из схемы Дмитрия с частотным преобразователем, но как оно себя покажет на практике, тоже вопрос.

P.s. можно попробовать открывать два ключа одновременно, верхний с нижним, нагрузку повесить между ними, как некоторых сварочниках.

Почему же не решаемая?Транзисторы что предложил на 3кВ. В мосте получаются два транзистора (в противоплечах) как бы последовательно итого 6кВ.

Если верхний транзистор одного плеча открыт то какое напряжение на нижнем транзисторе того же плеча?
И не понятно зачем вам мост? полу моста хватит.

_________________
Хоть оптика и увеличивает изображения но, глядя через оптический прицел, все проблемы мельчают.

Последний раз редактировалось Телекот Вс мар 04, 2018 05:46:12, всего редактировалось 1 раз.

А всего их четыре, итого 12 кВ
Это когда закрытые. Ну открыли мы VT1 и VT4, что будет на VT2 и VT3 ?

Устройство заменяет нагрузку в виде набора постоянных или переменных резисторов и поможет при испытании и налаживании блоков питания.

Выбор силового транзистора зависит от того какой максимальный ток нагрузки вы желаете получить, соответственно подбирается измерительная головка и шунт. Допустимо использовать параллельное включение силовых транзисторов, при этом нагрузка на каждый из них уменьшиться, а общий ток увеличиться.

Испытуемый блок питания подключается к входным клеммам и резистором R2 выставляется желаемый ток.
Конструкцию можно выполнить навесным монтажом в любом подходящем корпусе, например от компьютерного блока питания, с вентилятором для обдува радиатора.

Основные параметры транзистора TIP36. Datasheet

Обозначение контактов:
Международное: C - коллектор, B - база, E - эмиттер.
Российское: К - коллектор, Б - база, Э - эмиттер.

Улучшенная схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока.
В качестве нагрузочного элемента здесь применен мощный полевой транзистор, обеспечивающий значительные преимущества по сравнению с традиционно используемыми для этой цели громоздкими реостатами. Однако в процессе испытаний нагрузочные элементы нагреваются, и температурный дрейф их параметров затрудняет проведение испытаний.
В предлагаемом устройстве ток через нагрузочный элемент стабилизирован, поэтому он практически не подвержен температурному дрейфу и не зависит от напряжения проверяемого источника, что очень удобно при снятии нагрузочных характеристик и проведении других испытаний, особенно длительных.
С помощью эквивалента нагрузки можно проверять не только стабилизированные и нестабилизированные блоки питания, но и батареи (гальванические, аккумуляторные, солнечные и т. д.).

Схема эквивалента нагрузки показана на рис. 1.

По принципу работы это — источник тока, управляемый напряжением (ИТУН). Эквивалент нагрузки — мощный полевой транзистор IRF3205, который выдерживает ток до 110А, напряжение до 55V и рассеиваемую мощность до 200W. Резистор R1 — датчик тока. Резистором R5 изменяют ток через резистор R2 и соответственно напряжение на нем, которое равно Uпит = R2/(R2+R3+R5), где Uпит — напряжение питания. На ОУ DA1.1 и транзисторе VT1 собран усилитель с отрицательной обратной связью с истока этого транзистора на инвертирующий вход ОУ. Действие ООС проявляется в том, что напряжение на выходе ОУ вызывает такой ток через транзистор VT1, чтобы напряжение на резисторе R1 было равно напряжению на резисторе R2. Поэтому резистором R5 регулируют напряжение на резисторе R2 и соответственно ток через нагрузку (транзистор VT1), равный Uпит = R2/[R1(R2+R3+R5)]. Пока ОУ находится в линейном режиме, указанное значение тока через транзистор VT1 не зависит ни от напряжения на его стоке, ни от дрейфа параметров транзистора при его разогреве. Цепь R4C2 подавляет самовозбуждение транзистора и обеспечивает его устойчивую работу в линейном режиме. Для питания устройства необходимо напряжение 9. 12V, которое обязательно должно быть стабильным, поскольку от него зависит стабильность тока нагрузки. Ток, потребляемый устройством, не превышает 10 мА.

Рис.2 Конструкция и детали.

В устройстве использованы детали для поверхностного монтажа, размещенные на печатной плате (рис. 2) из фольгированного стеклотекстолита, которая вместе с транзистором установлены на теплоотводе. Транзистор прикрепляют к теплоотводу винтом. Плату допустимо приклеить к теплоотводу для большей механической прочности. При изготовлении теплоотвода в виде пластины его площадь должна быть не менее 100. 150 см2 на 10 Вт рассеиваемой мощности. Для повышения эффективности при длительных испытаниях желательно применить вентилятор. Резистор R1 составлен из девяти сопротивлением по 0,1 Ом (мощностью 1 Вт), включенных параллельно и последовательно, как показано на рис. 2. Остальные постоянные резисторы — типоразмера 1206 и мощностью 0,125 Вт. Переменный резистор R5 -СПО, СП4. Конденсатор — С2 К10-17В, остальные — танталовые.

Вместо компонентов для поверхностного монтажа можно применить обычные, но тогда топологию печатной платы придется немного изменить. Номинальное напряжение конденсатора С1 должно быть не меньше напряжения проверяемого источника. Конденсатор С2 следует установить непосредственно на выводах транзистора VT1.
В устройстве применен ОУ LM358AM в случае использования других ОУ следует иметь в виду, что его питание в этом устройстве однополярное, поэтому он должен быть работоспособен при нулевом напряжении на обоих входах. Заменяя полевой транзистор, будьте внимательны: для этого устройства подходит большое число транзисторов фирмы IR, но некоторые из них могут работать неустойчиво. При отсутствии полевого можно применить составной биполярный транзистор структуры n-p-n с коэффициентом передачи тока не менее 1000 и соответствующим током коллектора, например, КТ827А—КТ827В. Выводы такого транзистора подключают соответственно: затвор - база, сток - коллектор, исток - эмиттер.

Электронный предохранитель, осуществляет эффективную защиту в цепях электропитания с напряжением до 45V. Номиналы деталей приведены в таблице для разных токов срабатывания предохранителя.

I макс (A)	R1 (Ом)	R2 (Ом)	VT1	VT2	VT3
5	100	0,12	2N1613	2N3055	BC148
0,5	1000	1	BC107	2N1613	BC148
0,1	4700	4,7	BC107	2N1613	BC148

Еще один вариант решения проблемы защиты блока питания от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке, это включение последовательно с нагрузкой полевого транзистора со встроенным каналом.
В транзисторах такого типа на вольтамперной характеристике есть участок, на котором ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор будет работает как стабилизатор или ограничитель тока.

Рис.1

Схема подключения транзистора к блоку питания показана на Рис.1, а вольтамперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 - на Рис.2.
Работает защита следующим образом. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5V, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45. 0,5А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на "здоровье" деталей блока питания.

Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1.
Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром - тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (пример показан на рис. 3).
Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации - рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.

Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
Однопереходный транзистор может быть КТ117А - КТ117Г, телефон - низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).

Рис. 4

Для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток - исток.
Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

Для чего нужно такое устройство, как электронная нагрузка, наверное все в курсе - она позволяет создать имитацию очень мощного резистора на выходе блоков питания, зарядок, усилителей, ИБП и других схем при их настройке. Данная электронная нагрузка может выдержать более 100 Ампер тока, рассеивая более 500 Вт непрерывно и выдерживая 1 кВт мощности в импульсном режиме.

Схема самодельной электронной нагрузки на 500 Вт

Схема в принципе несложная и тут используются два полевых транзистора с регулирующими ОУ. Каждый из двух каналов одинаков и включены они параллельно. Управляющие напряжения связаны между собой и нагрузка делится поровну между двумя мощными полевыми транзисторами. Здесь использованы для шунта 2 резистора на 50 А, формируя напряжение обратной связи 75 мВ. Очевидным преимуществом в выборе такого малого значения сопротивления (каждый шунт сопротивлением всего 1,5 миллиом) в том, что падение напряжения практически ничтожно. Даже при работе с нагрузкой 100 А, падение напряжения на каждом шунтирующем резисторе будет менее 0,1 В.

Недостатком использования такой схемы в том, что требуется ставить ОУ с очень низким входным смещением, так как даже небольшое изменение смещения может привести к большой погрешности в контролируемом токе. Например, при лабораторных испытаниях, всего 100 мкВ напряжения смещения приведет к изменению тока нагрузки на 0,1 А. Кроме того, трудно создать такие стабильные управляющие напряжения без использования ЦАП и прецизионных ОУ. Если вы планируете использовать микроконтроллер для управления нагрузкой, нужно будет либо использовать прецизионные ОУ для усиления напряжения с шунта, совместимые с ЦАП на выходе (например, 0-5 В) или использовать прецизионный делитель напряжения для создания управляющего сигнала.

Вся схема была собрана на куске текстолита методом упрощённого монтажа и размещена на верхней части большого алюминиевого блока. Поверхность металла отполирована для того, чтобы обеспечить хорошую теплопроводность между транзисторами и радиатором. Все соединения с большим током - не менее 5 проводов толстого многожильного провода, тогда они смогут выдерживать не менее 100 А без существенного нагрева или падения напряжения.

Выше приведено фото макетки, на которой впаяны два операционных усилителя повышенной точности LT1636. А модуль DC-DC преобразователя используется для преобразования входного напряжения на стабильных 12 В для контроллера вентилятора системы охлаждения. Вот они - 3 вентилятора на боковой стороне радиатора.

Форум по обсуждению материала ЭЛЕКТРОННАЯ НАГРУЗКА С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА

Переделываем игрушку обычный трактор в радиоуправляемый - фотографии процесса и получившийся результат.

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.

Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.

Недавно потребовалось протестировать различные очень мощные аккумуляторные батареи напряжением от 24 до 55 В. Так как для столь больших токов резисторы подобрать нереально – пришлось построить что-то полностью электронное. В качестве базы послужила конструкция искусственной нагрузки, описанной на сайте ранее. Поскольку мощность её была слишком мала, она несколько усилилась.

Схема электрическая принципиальная ЭН

В качестве силового элемента используется 8 резисторов по 0,68 Ом, подключенных к силовому транзистору IGBT. Почему именно IGBT? Во время испытаний вылетело несколько обычных МОП-транзисторов, а IGBT оказались заметно более устойчивы. Резисторы установлены на радиаторах по 4 шт. В зависимости от потребностей включены последовательно для более высоких напряжений нагрузки или параллельно – для более слабых. Радиаторы прикручены на расстоянии 1 см от дна корпуса, под радиаторами просверлены отверстия, расход охлаждающего воздуха значительный.

Силовой транзистор установлен на радиаторе от процессора ПК, охлаждается двумя вентиляторами.

В качестве измерительного элемента и эталона для операционного усилителя, используется резистор 0,01 Ом, а в качестве измерителей счетчики на микросхемах ICL7107 – точность тока 0,1 А, напряжения – 0,1 В.

Электрическое питание для счетчиков и вентиляторов – снято с какого-то импульсного устройства с параметрами + 5 В на 5 А (индикаторы), +/- 12 В на 2 А (вентиляторы и ОУ). В наличии был классный металлический корпус от какого-то старого прибора, его и решено было использовать. Передняя панель сделана из куска 3-мм ПВХ пластины. В задней части вырезаны отверстия для вентиляторов.

Испытание работы нагрузки

Схема проверена при напряжениях 28 В на 20 А – мощность рассеивается на резисторах и транзисторах IGBT 560 Вт – с охлаждением и под нагрузкой в течение одного часа – температура 40 градусов.
Еще один тест искусственной нагрузки проводился с батареей 55 В на 11 А/ч – здесь нагрузка составила 15 – 20 А, значит мощность достигла 1 кВт – радиаторы стали горячие, особенно те, на которых установлены силовые резисторы. Резисторы нагрелись до около 110 градусов, транзистор IGBT до температуры 90 градусов, в принципе приемлемо.
Естественно можно легко протестировать автомобильные аккумуляторы с режимом 12 В на 20 А – при этом была температура 80 градусов, что нормально.

Пути усовершенствования прибора

В перспективе дальнейшее улучшение этой самодельной электронной нагрузки за счет добавления измерителя мощности и контроллера режимов на Arduino (с Aliexpress).

Строительство прибора обошлось в основном расходами на силовые резисторы – остальное валялось от разборки всяких вещей.
Также добавится несколько гнезд, чтобы иметь несколько диапазонов напряжения для тестирования без переключения мощных резисторов.

Читайте также: