Несколько недель назад один из моих знакомых, зная, что я люблю силовую электронику, скинул мне сообщение в котором была рекламная ссылка от STMicroelectronics. В данной ссылки расказывалось о новом решение от ST в области силовой электронике — PWD13F60. У меня само понятие «силовая электроника» в первую очередь ассоциируется с TI, Infineon, Linear, но никак не с ST. Мой взгляд на ST, как на «силового» производителя, пал в первый раз, когда вышел великолепный контроллер — STSPIN32F0. Второй раз я посмотрел именно сейчас.
PWD13F60 — это микросхема, в корпусе на подобии QFN, в которой уже содержится полный мост, то есть 4 высоковольтных Mosfet, а также драйвера к ним. Первая идея, когда у меня появилась при ознакомление с даташитом: «О, да это же киловатт в кармане!», отсюда и название статьи. Я не очень люблю различные отладочные платы и предпочитаю сразу делать какой-то «боевой» проект. На базе героя данной статьи было решено сделать DC/AC инвертор.
Статью я решил разбить на две части: схемотехника и код. Сегодня я раскажу о схемотехническом решение, поделюсь библиотеками, дизайном и первыми впечатлениями. Во второй части мы реализуем принципы управления, которые были описаны в моей первой статье.
Технические характеристики PWD13F60
Первое на что обращаешь внимание при ознакомление с данным модулем — он высоковольтный. Действительно компактных, интегрированных решений для работы с напряжением однофазной сети (220В AC/310В DC) не так много. Ко мне в руки попадало решение от TI на базе GaN транзисторов — LMG3410, оно мне очень понравилось, но к сожалению в продажу официальную оно пока не попало и уже около года весит на стадии «previwe». Да решение от TI по все параметрам лучше, но толку от него если модули не купить? Увы и ах… Поэтому меня так заинтересовал модуль от ST! Да он на обычном кремнии, да он на несколько меньший ток, и да на 1+ МГц на нем вряд ли что-то построить можно, но это не так страшно и скорее мои придирки. Современные mosfet на кремнии вплотную подбираются к GaN, а частоты 1+ МГц пока что явная экзотика: дорогая и мало кому нужная.
Давайте откроем даташит на PWD13F60 и ознакомимся с его основными характеристиками:
- Напряжение сток-исток: 600В
- Сопротивление открытого канала: 0.32 Ом
- Максимальный ток канала (при 25 oC): 8A
- Максимальный ток канала (при 100 oC): 6.9A
- Максимальный импульсный ток: 32А
- Управление логическим уровнем: 3.3 и 5В
- Заряд затвора: 26 нКл
- Время восстановление внутреннего диода: 93 нс
Глядя на данные ТТХ можно сделать тезисно несколько выводов. Во-первых, напряжение 600В позволяет реализовать большинство топологий: полный мост, полумост, LLC полумост, фазосдвигающий мост и прочие. Во-вторых, максимальный ток канала в 8А позволяет построить преобразователь с номинальной мощностью 1000 Вт. В-третьих, сопротивление канала 320 мОм это хороший показатель, хотя можно и лучше. В-четвертых, емкость затвора и скорость технологического диода, позволяют забраться в диапазон 200-300 кГц даже без применения резонансных топологий. В-пятых, управлять модулем можно напрямую с выводов МК, что очень удобно и упрощает схему.
Получается у нас весьма хороший модуль, который позволяет решить множество проблем. Стоит понимать, что 1000 Вт достижимы для DC/AC преобразователя, если вы захотите мостовой DC/DC с универсальным диапазоном 85-265В, то такую мощность вы не получите. При входе 85В вы просто упретесь в максимальный ток и охлаждение кристалла. Построить же импульсный блок питания на 300 Вт с универсальным входом и крайне малыми габаритами вы уже сможете однозначно.
Схемотехника
Перед тем как перейти к рассмотрению схемотехники мое тестовой платы, я хотел бы избавить людей, которые будут применять данный модуль в будущем, от огромной боли, а именно от создания 3D модели и футпринта. Я прикладываю библиотечные компоненты, которые создал в процессе проектирования платы — они проверены в реальной железке и ошибок не содержат:
Выглядит корпус вот таким образом:
Теперь для вас никаких препятствий, чтобы начать применять данный модуль. Переходим к схемотехнике. Все основные узлы, которые могут вызвать проблемы у разработчика уже «спрятаны» внутрь корпуса и правильно «приготовлены», вам остается только реализовать управление. Кстати данный модуль позволяет не только создавать преобразователи напряжения, но и управлять двигателями — это еще одна область применения, думаю любителям ЧПУ станков и робототехники это очень пригодится.
Минимальная обвязка, которая потребуется для старта: пара конденсаторов по питанию, пара бутстепных конденсаторов драйвера и ШИМ-контроллер, в моем случае это STM32F410. Вроде все просто, но есть один, на мой взгляд, супер важный минус — внутри модуля нет цепей защиты от КЗ! Их не то, что нет, но и не предусмотрен вывод аварийной остановки драйверов. Кстати у модуля TI своей защиты от КЗ тоже не было. Для меня загадка почему нельзя было впихнуть на кристалл еще 2 компаратора, которые бы измеряли ток на внешнем шунты и останавливали бы драйвер…
Этот недостаток не позволяет нам реализовать максимально быстродействующей аппаратной защиты от КЗ. Нам в любом случае придется подавать сигнал о превышение тока на ШИМ-контроллер и останавливать работу именно генерацией ШИМ-а. Это ощутимо увеличивает время реакции защиты, а при использовании DSP или МК при малейшем «подвисании» или задержке будет мгновенный бабах.
Тут можно пойти двумя путями — надеяться на свой шикарный код или поставить между ШИМ-контроллером и силовым модулем логический буфер, который защита и будет отключать. Второй вариант лучше, но усложняет схемотехнику и все равно вносит дополнительную задержку срабатывания, хотя и ощутимо меньшую, чем работа через DSP/МК. Я как полагается выбрал вариант плохой и наивно надеюсь на свой «идеальный» код. Во-первых, это просто отладочная плата на поиграться, поэтому от нее ничего не зависит и можно позволить себе такую вольность. Во-вторых, код внутри МК у меня будет простейший (ПИ-регулятор + генерация синуса), поэтому все критичные узлы я легко смогу отследить. Сделать тоже самое в большом полновесном проекте уже вряд ли получится, хотя зависит от квалификации разработчика, но у меня точно нет.
Я пошел по стандартному пути построения защиты: шунт + ОУ + повторитель. В качестве повторителя применил 2-й канал моего ОУ. Тут кстати еще один минус — если ваша задача сделать супер-компактное решение, то узлы защиты по току будут отнимать драгоценное место. В итоге у меня получилась вот такая простенькая схема (советую смотреть PDF, картинка кликабельная):
Так как устройство делалось исключительно для тестов данного модуля, то на схеме сплошной минимализм: микроконтроллер STM32F410 + PWD13F60 + DC/DC для питания цифровой части + LC фильтр из дросселя и пленки на 2.2 мкФ + защита по току + ОС по напряжению. В общем-то все. Данная схема реализует преобразование, например, 310В из выпрямленной сети, обратно в 220В. Если вы начинающий разработчик или не сильно опытный любитель, то я вам настоятельно советую сначала обкатывать все алгоритмы на напряжение 12-40В и только затем тыкаться в розетку. Это позволит вам не разориться на спаленных модулях и возможно выжить.
Защита по току реализована на сдвоенных ОУ D2 и D3 — OPA2337. Они быстрые и позволяют реализовывать полноценную работу цепи ОС на частотах до 400-600 кГц. Первая половина ОУ усиливает сигнал с шунта, а вторая половина работает как повторитель напряжения.
Печатная плата
Как и в случае со схемой — дизайн печатной платы открыт и доступен для ознакомления. Скачать PCB файл для Altium Designer можно тут. На особый шедевр не претендует, т.к. был спроектирован за пару часов, но тепловые расчеты и моделирование в базовой форме в Comsol проведены — перегрева страшного не будет, но небольшой алюминиевый радиатор на модуль все таки надо поставить, если собираетесь снимать ток более 4-5А. Так же сделал базовые расчеты и моделирование паразитных индуктивностей с последующей оптимизацией для их уменьшения. Габариты печатной платы получились — 100х45 мм, что для преобразователя на 1000 Вт очень неплохо, особенно если учесть, что никаких премудростей и больших частот тут не требуется.
Плата двухслойная, шелкография и компоненты только на верхнем слое. Заказывал печатные платы на PCBway и обошлись они с доставкой почтой в 14$ за 10 штук:
В какую сумму вышли компоненты не скажу, т.к. заказывал на несколько разных проектов, но что-то около 20-25$ из которых 9$ стоил сам модуль PWD13F60. Думаю вы уже посчитали стоимость 4-х mosfet-ов и 2-х драйверов к ним и понял, что данный модуль весьма выгодное решение.
Компоненты все заказывал с Mouser через ПМ Электроникс, возят быстро и без накрутки, доставка курьером до квартиры бесплатная, поэтому рекомендую. Кому интересны конкретные компоненты — в файлике со схемой у каждого компонента прописан парт-номер и имеется ссылка (навести мышку на компоненты и нажать F1, откроется).
Отдельно скажу по монтажу. Я немного переживал по поводу корпуса PWD13F60, т.к. сам футпринт не был обкатан и возможность дефекта пайки смущала. Паять решил не феном, а чтобы наверняка — в печке. Флюс от Ersa и неплохая паста из КНР сделали свое дело — даже при не очень аккуратной установке микросхема сама отцентровалась за счет сил поверхностного натяжения, благо ребята из ST сделали корпус полностью симметричных, хотя и сложной формы. Так как я экспериментировал, то в печи все паять не стал, чтобы в случае убийства платы не пришлось бы все перепаивать — запаял в печи саму PWD13F60, STM32F410 и дроссель для dc/dc 12-3,3В. Остальное допаял уже паяльником и получилось вот так:
Вот такой модуль получился. Для проверки подаем 12В от внешнего источника, например, БП от роутера — разъем там стандартный под штырек 2.1 мм. Далее на силовой вход для начала можно подать с лабораторного БП около 20-30В и написав простейший код для STM, подергать мостом и посмотреть что на выходе. Если на холостом ходе все холодное — хорошо. На выход подключаем нагрузку из резисторов, чтобы потребляемый ток составлял 1А и смотрим на нагрев — модуль должен быть чуть теплый, перегрев не более 5 градусов. Если все так, то пишем код для генерации синуса, проверяем его опять на 20-30В и только потом можно подать выпрямленное напряжение сети. Советую первично подавать напряжение через лампу накаливания 40 Вт в разрыв +VIN, если на холостом ходе все хорошо, то такую же лампу 40 Вт добавляем на выход — работает? Тогда убираем лампу со входа. Радуемся рабочему инвертору.
Кстати, те, кто не хочет писать код, то могу на али купить микросхему EG8010, именно микросхему, а не модуль и получить такой же инвертор без необходимости писать код для STM32. Думаю многих любителей альтернативной энергетики это несомненно обрадует, т.к. не все могут и не всем хочется писать код по микроконтроллеры.
Итог
Вот такой интересный модуль сделали в ST. Думаю многим он станет интересен, т.к. избавляет нас от многих проблем, возникающих при проектировании силовой электроники и позволяет получить очень малые габариты преобразователя.
Предложенный дизайн платы уже проверен, каких-то проблем не обнаружено, с паразитными параметрами тоже все хорошо, поэтому кому интересно позаниматься изучением данного модуля и силовой электроники в целом, то рекомендую как минимум ознакомиться с ним, а может и повторить без изменений. Кстати архив с проектом в Altium Designer прилагаю — тут.
В следующей статье я адаптирую код из первой статьи и мы реализуем полноценный DC/AC инвертор, который можно будет в принципе даже использовать при построение инвертора для работы с солнечными панелями или ветрогенератором.
Комментарии (162)
borisxm
21.02.2018 13:24А что у вас за хитрая белая маска? Что-то не стоковое?
NordicEnergy Автор
21.02.2018 13:27+1У большинства китайцев она идет стандартная. На pcbway стандартная маска зеленая, белая, черная, красная, синяя и вроде еще желтая. Выбор любой из них не вызывает повышения цены. Дороже будет только «супер-белая» и фиолетовая, но я ни ту, ни ту пока еще не опробовал и вряд ли опробую. Мне белая и синяя понравились больше всего.
borisxm
21.02.2018 13:34Т.е. — обычная. Я это к чему: на плате зазоры по цепям 310В явно меньше 0,4мм, что весьма чревато пробоями, не говоря уже о соответствии стандартам.
NordicEnergy Автор
21.02.2018 13:45+2Зазоры 0.4 мм между «дороги-полигон» и 1 мм между «полигон-полигон» этого более чем достаточно для макета. В 2 слоя лаком все покрыто. Даже если я вдруг поеду с ней в Гондурас или другие тропики, то проблем с пробоем не возникнет. Хотя у нас на Северо-западе 100% влажность по хлеще Гондураса))
Стандартное решение для нормальных условия: 1 мм на 1 кВ. Если кто-то хочет больший запас заложить, то зазоры до 0.6 мм можно увеличить без переделки платы.
borisxm
21.02.2018 13:51Может и так, но даже в макетах уже привычка следовать IPC — не менее 0,8мм.
Кстати, что бы три раза не вставать. В предыдущей статье вы не ответили на вопрос:
Преимущество — GCC? Я и многие знакомые разработчики считают это большим недостатком
А можно уточнить, в чем заключается «большой недостаток»?NordicEnergy Автор
21.02.2018 13:55+1Можно ткнуть меня на конкретный IPC и желательно страницу, где цифра в 0.8 мм? 2 года назад работал в буржуйской компании у которой был фетиш на стандартизацию и соотношение 1мм/1кВ именно оттуда.
Про GCC я писал в какой-то другой статье. Мне как минимум не нравится его оптимизация и он очень долгий на фоне того же TI-шного компилятора. На больших проектах приходится идти пить кофе на полной пересборке даже с i7 и Quadro.borisxm
21.02.2018 13:58+2Страницы у всех разные, поэтому только так: IPC-2221, табл.6-1. Строчка про 500В.
NordicEnergy Автор
21.02.2018 14:04+3Ага, нашел, спасибо. Буду иметь ввиду. Хотя чуть ниже написал, что мы закладываем 3.5мм/1кВ на промышленные железки, как раз попадает в циферку с той же таблицы: 0.003мм/В.
A__D
21.02.2018 13:48Зазоры как то не отличаются, что в сигнальной, что в силовой высоковольтной части… что, имхо, не шибко хорошо.
ЗЫ. Пока писал, уже выше ответили на аналогичный вопрос. :DNordicEnergy Автор
21.02.2018 13:50+1В сигнальной части 0.4 мм как и в силовой, могу сделать сигнальные 0.15 мм — будет отличаться, станет лучше?))
P.S. про зазоры вопросы из статьи к статье гуляют. Я тут могут только отправить к прочтению IPC стандартов. Ну а соотношение 1мм/1кВ позволит любой стандарт типа CE или ТС пройти без проблем.A__D
21.02.2018 13:56+1Это я намекнул так сказать о том, что в высоковольтной части обычно с запасом хорошим делают — >0,5мм. А тут на глаз уже видно, что зазоры везде немногим больше чем между пинами у МК расстояние.
Для тестового варианта более чем, для боевого\рабочего же я бы увеличил раза в 1,5-2 на высоковольтной части. (лучше как говорится перебз**ть, чем недобз**ть ;) )NordicEnergy Автор
21.02.2018 14:00+2Для «боевого» варианта тоже от условий зависит. Когда приходит заказчик и говорит, что устройство будет работать в болоте, то мы закладываем обычно 3.5 мм/1кВ и лаком проливаем. У Газпрома видел наш шкаф с ИБП, который стоял на 1/3 в воде, в пылыще, но это уже совсем другая история))
Зазоры сделал везде одинаковые, ибо хотелось потратить минимум времени и не мудрить с правилами. Всегда в тестовых делаю 0.3-0.4 мм и вот чтобы пробивало — не сталкивался.A__D
21.02.2018 14:04+1Понятно.
Да, вот еще заметил только сейчас — 1206 резисторы нагрузочные стоят на входе и выходе по 1 шт, у них же рабочее напряжение до 200 В, хоть и допустимое до 400 В — с этим проблем не было ранее?NordicEnergy Автор
21.02.2018 14:10+2250В вроде макс для них постоянно. Не, не пробивало даже от 400В. Хотя если посмотреть на делитель в ОС, то там стоит 2 штуки последовательно))
A__D
21.02.2018 15:26Даже в лампочках-сберегайках, различных БП от серверов и передающих станций сетей в качестве разрядных цепочек по входу или тех же ККМ в питании контроллера ставят аж по 3 шт обычно последовательно, потому и спросил — ибо удивило, что хватает ли действительно 1 шт только…
NordicEnergy Автор
21.02.2018 15:413 последовательно — это совсем для фанатов надежности, хотя цена резистора копейки, почему бы и нет)) Я обычно до 400В ставлю 2 штуки, а при 660В уже 3 штуки. Не пробивало. При чем ставлю обычно Yageo, а не какие-то мажорные Vishay.
A__D
21.02.2018 15:47Понял, спасибо за ответ и что поделился опытом! ;)
ЗЫ. Тоже Yageo юзаем… сначала Bourns использовали, потом посмотрели на цены и сделали выбор) От Bourns теперь используем только сборки CAT16.NordicEnergy Автор
21.02.2018 15:50Воооо, тоже люблю Bourns, но сейчас от них только токовые шунты и дроссели использую. Остальное просто смысла нет ставить, именно резисторы у yageo вполне себе достойные. Хотя я обычно и не измеряю ничего с точность +-0.01% и радиотракты не делаю, там наверное только vishay и bourns.
courser
21.02.2018 13:51Компоненты все заказывал с Mouser через ПМ Электроникс, возят быстро и без накрутки
Ага, без накрутки…
Вот цена на маузер европа:
eu.mouser.com/Search/Refine.aspx?Keyword=PWD13F60
А вот на маузер ру, с учётом «без накрутки» этого дистриба:
ru.mouser.com/Search/Refine.aspx?Keyword=PWD13F60
Скромных 100% прибыли.
Российские торгаши зажравшиеся и обнаглевшие. Интернет-торговля из-за границы напрямую им как гвоздь в заднице.NordicEnergy Автор
21.02.2018 13:58+1По моему вы просто невнимательны. Как ru.mouser.com вообще связан с ПМ Электроникс? Это раздел самого маузера, что видно из имени сайта. Ценник для России выше, потому что накиньте сюда растаможку. Попробуйте закупить напрямую по европейским ценам, и вот когда таможня выставит вам +30% и услуги броккера, тогда мы с Вами еще раз обсудим барыг))
courser
21.02.2018 14:00Связан прямо — единственный официальный дистриб в РФ. Цены на сайте в локале ру соответствуют договорённости с этим конкретным дистрибом и его интересами.
NordicEnergy Автор
21.02.2018 14:08Да я понял о чем вы. Это нормально, не забывайте о растаможке опять же. Возил раньше напрямую и выходило дороже. 30% берет таможня и нанять брокеера еще около 100$. И особая проблема, когда нужно привезти официально, но это отдельная тема. В любом случае считаю, что ПМ Электроникс достойный поставщик, хотя Вы разумеется можете со мной не согласиться, тут на вкус и цветы фломастеры разные))
courser
21.02.2018 14:07Насчёт таможни — дистриб импортирует отнюдь не по розничным ценам, и брокер с ними работает не разово, а на договоре, это тоже большая, как говорится, разница.
NordicEnergy Автор
21.02.2018 14:09+2Я сравниваю две суммы: сколько потрачу если куплю на прямую и сколько потрачу если куплю через ПМ. Через ПМ у меня выходит дешевле. Понятно, что дистрибьютеры зарабатывают, коммунизма то нет, но на фоне того же Компэла они хороши. Последний кстати перестал работать с физиками, а Электронщик и Терра уже дороже выходят и сроки поставки куда больше.
courser
21.02.2018 14:17Я про «отсутствие накруток» написал.
+100% очень трудно так охарактеризовать, согласитесь. Даже если учесть ваши 30%+100$, то средних размеров уже заказ выгоднее брать напрямую. А одну МС никто не покупает, как правило.
Про отсутствие выходов это отдельная тема, тоже не бесспорная.
А ошалелость местных торгашей как бы общее место уже, о ней странно спорить))
impetus
21.02.2018 15:16+4Нам как-то таможня выкатила претензию — «нам кажется, что вес ввозимого вами пласт-автомата по факту выше, чем заявленный. Надо перемерить. Пока мы его арестовали.» И — всё. То что документация и пломбы южной кореи — им пофигу. Далее выяснилось, ни не спец. вил, вынуть пласт-автомат из контейнера у них нет (он туда вставлен _с_торца_ с зазорами по 1см), ни квалифицированного крановщика на такие вилы, ни площадки где это можно делать, ни крана с тарированным крюком-весами — ничего этого у них там в Хабаровске нет и где это всё взять и как туда доставить для измерений, и куда потом девать (мы в Москве, поставка из ЮК) — их не волнует, это НАШИ проблемы. Полгода юристы бодались в командировках жили, выкупили за 33% стоимости тупо штрафами (и скорее всего неформально ещё чем-то ещё, не в курсе интимных подробностей).
Но «перекупы жлобы» да.
—
забыл похвалить статью — отличная, плюсую всем что есть, побольше б такого на ГТ
donvictorio
22.02.2018 14:39но ведь вытаскивать оборудование из контейнера совершенно не обязательно. вес контейнера строго регламентирован, на него есть доки. взвесить контейнер можно на любой логистической площадке. вычесть вес пустого контейнера и получить вес товара внутри. и всё строго официально.
просто с такой же проблемой столкнулись лет 5 назад, когда ввозили железяки из китая.
NordicEnergy Автор
21.02.2018 15:26+110$ против 6.8$ — если докинуть таможню и брокера, то уже одинаково, а главное мне никто нервы не портит. ПМ как понимаю зарабатывает за счет дилерских цены, как Вы сами сказали. Мне хорошо и им тоже должно быть хорошо))
О зажратости большинства продавцов конечно спорить смысла нет)) Мне самому становится грустно, когда я смотрю цены на Digikey и в наших магазинах. Очень грустно. +100%, а часто даже больше.
dumndum
21.02.2018 14:13По токовой защите — как вариант с минимальной задержкой поставить дискретные транзисторы ко входам PWD13F60 после резисторов R1,R5-R7. Чтобы подтягивали вход к земле.
Минус — разрастание платы.NordicEnergy Автор
21.02.2018 14:16Ага, тоже вариант, но минус вы сами назвали)) Все таки, когда делают решение компактное, то хотелось бы такие мелочи тоже получить внутри корпуса. Чтобы поставил шунт нужного номинала снаружи и все.
DanilinS
21.02.2018 14:16Вешаем как нагрузку резистор, чтобы потребляемый ток составлял 1 кОм и смотрим на нагрев
Поправьте…NordicEnergy Автор
21.02.2018 14:18+2Уже поправил. Мне в личку пара человек тоже написали. Спасибо за помощь!
courser
21.02.2018 14:27+1В целом отличный референсный проект, но тотальная заливка полигоном сетевой части это просто ой.
NordicEnergy Автор
21.02.2018 14:31+3Я залил чтобы получить неплохие показатели в плане помех и забил пробой. Это позволило быстро слепить плату, а если она дальше рабочего стола не уйдет, то есть ли смысл в большем? Время оно же не бесплатное))
Опять же — исходники есть и любой желающий может сделать заливку только для цифры, а GND силовой части реализовать отдельным полигоном или жирной дорогой. Но это для совсем педантичных людей)
DanielKOcean
21.02.2018 14:39Спасибо за отличную статью! Если Вы найдёте время, перенесите, пожалуйста, проект в CircuitMaker. Это такоё GitHub для схемотехников...
NordicEnergy Автор
21.02.2018 14:42Спасибо за отзыв! Постараюсь к следующей части сделать это, давно хотел попробовать «облачный» САПР, тем более CircuitMaker вроде от Altium даже
A__D
21.02.2018 15:29Он полностью облачный… т.е. на ПК ничего нельзя сохранить и без интернета ничего не сделать оффлайн. :)
А еще есть CircuitStudio — этот кастрированный Альтиум. Формат PCB не совпадает с Altium Dеsigner, библиотеки БД не поддерживаются и т.д.NordicEnergy Автор
21.02.2018 15:42Не, я понял что он облачный, просто сам проект разрабатывает вроде Altium (компания).
DanielKOcean
21.02.2018 19:32Абсолютно верно, насколько я понимаю, это они CircuitStudio запихнули в облако с некоторыми модификациями :) Но люди умудряются там разрабатывать, девайсы делать, ещё и форкать :)
firk
21.02.2018 15:13Я не очень понял, что же собственно за устройство вы делаете. Мне под названием "инвертор" известен преобразователь постоянного тока в синусоиду — это он, или что-то другое? Если он, то зачем там вообще какой-то код?
Кстати, те, кто не хочет писать код, то могу на али купить микросхему EG8010, именно микросхему, а не модуль и получить такой же инвертор без необходимости писать код для STM32. Думаю многих любителей альтернативной энергетики это несомненно обрадует, т.к. не все могут и не всем хочется писать код по микроконтроллеры.
Опять, зачем писать код, если и без него можно?
NordicEnergy Автор
21.02.2018 15:19+3Именно он, я не зря дал ссылку на свою первую статью, где рассказывалось об алгоритмах управления.
Зачем?
1) Я люблю писать код
2) Есть еще люди, которые тоже любят писать код
3) EG8010 подходит для колхозных поделок, но для коммерческой разработки не подходит, да и функционал у нее предельно минималистичен: ни синхронизации с сетью, ни возможности плавно запуска
4) Поставив EG8010 теряется главная цель стать — получение знаний. Если нужна просто готовая железка, то закрываем статью и покупаем на Али готовую плату на этой EG и не напрягаем свой разум))
AVI-crak
21.02.2018 15:25PWD13F60 + STM32F4: инвертор на 1 кВт
Слишком громко, сплошной маркетинг. Давайте посчитаем реальную мощность.
Максимальный ток в 8А — это когда работает один!!! ключ, а сам чип находится на алюминиевой плате с радиатором водяного охлаждения. Причём температура воды при этом далеко не 25С (скорей всего 10С или даже 5С) — потому как указывается температура кристалла, а он будет греться как утюг. Ведь на нём будет падение 2,65В, и тепловая мощность 20,48 ват.
Кстати, даже в таких идеальных условиях охлаждения — верхний ключ не сможет нормально работать — у него просто не хватит питающего напряжения, ведь нижний ключ не сможет опуститься до нуля, там уже будет 2,65В + 0,76В падения на внешнем диоде + 0,76 на внутреннем. И того — на логике верхнего колюча вместо 14В будет 10,83В, упс…
Реальное — максимальный ток 3А, рабочий ток 1,2А, кофф. заполнения 0,5 = 0,6А потребления с источника. А у нас там синус… делим ещё на 1,4 = ток 0,42А * 300В = 130ват.
Упс…
Впрочем, для двигателя мощностью в 100 ват — получается достаточно компактная печатная плата, уже радует.NordicEnergy Автор
21.02.2018 15:37+1Уважаемый, остыньте)) У нас мостовая схема, то есть плечи работаю по парно по 50% времени. Получаем, что можно считать падение на 2-х транзисторах как постоянное. 0.32 Ом * 5А * 5А = 8 Вт.
Теперь идем в даташит и видим такую таблицу:
Видим, что если мы снимаем через пады тепло, то каждый рассеиваемый ватт вызывает перегрев 1.1 градус, а для «крышки» 18 градусов и это для обычного FR4, что видно в сноске. На плате и для земли и для питания — все силовые пады сидят на на больших полигонах, все очень хорошо рассеивается. Еще мы можем поставить сверху радиатор… 10 Вт рассеиваются вообще без проблем. При токе 3,5-4А у меня перегрев составил около 18-20 градусов, ну пускай на кристалле будет 30. Окружающая среда сколько у вас? +30 летом? Хорошо, имеем 30+20 и всего лишь 50 градусов. Думаю еще 1А точно не расплавит))
Про 10.83В смеялись дружно и долго. Вы точно вступили в 21-й век? Во-первых, большинство графиков и тестов делаются при напряжение на затворе 10В. Во-вторых, для полного открытия и 8-9В хватает с запасом.
P.S. если вам страшно и больно, то можете на VCC подать не +12В, а +15 или 18В — это успокоит.imwode
21.02.2018 17:37-5Я в силовой электронике никак, но когда увидел 0.3 Ома — тоже челюсть на пол уронил. Это при том, что 20 мОм считал всегда большим значением для силовых ключей.
при токе 7А рассеиваемая не переходе мощность должна быть 7А * 7А * 0.3Ом = 15Вт! Это не QFN микросхеме. Ад какой-то.NordicEnergy Автор
21.02.2018 17:41+6Никак, вот поэтому и вопросы таки. Можете мне показать транзистор на 600В и с каналом 20 мОм? А в идеале, чтобы его еще хотя бы на 50 кГц можно было качать. Как покажите — продолжим по остальным цифрам, которые вы понимаете ровно на таком же уровне.
P.S. оскорбить не хотел а то подумаете… Просто если я не умеют печь торт, то не бегу на кондитерскую фабрику и говорю: «Вы ничего не умеете. Я слышал, что можно лучше!»imwode
21.02.2018 17:54Ну я сразу признался :-)
www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/500v-900v-coolmos-n-channel-power-mosfet/600v-coolmos-n-channel-power-mosfet/ipw60r017c7
Хм?NordicEnergy Автор
21.02.2018 18:05+2В 3 раза «медленнее» и паразитные емкости огромные, что накладывает ряд ограничений. Товарищ ниже конечно резковато написал, но суть какая — если мы подбираем транзистор, то выбираем не по конкретному параметру, а по соотношению «емкость затвора/сопротивление канала». Потери на транзисторе зависят именно от этой пары: динамические и статические потери. То есть, при частоте 200 кГц из-за большой емкости затвора, а значит более длительных фронте и спаде сигнала, потери на транзисторе 320 мОм могут оказаться сопоставимы с тем ключом, что вы предоставили. При 400 кГц уже скорее всего будет холоднее. Это я примерные цифры привел, надо считать, но суть зависимости надеюсь Вы поняли.
Еще не забывайте о размере — за все нужно платить. Решения с малыми габаритами априори более горячие, но часто габариты важнее количества тепла, а 8-12 Вт для такого «QFN» на самом деле не страшны, они вполне себе рассеиваются.
P.S. Жалко, что Ваш коммент заминусовали, ничего в нем страшного нет. От себя поставлю плюсик)
Leerooooy
21.02.2018 17:45+1Не несите чепухи. Канал на 20 мОм считается нормальным для транзисторов до 100В. На напряжение 500В и более даже у SiC и GaN канал всего 100 мОм. Эти SiC и GaN кстати стоят по 1000-3000 рублей за штуку, а в модуле их 4 штуки.
imwode
21.02.2018 17:53-1Давайте-ка коня осадите и может и извиниться стоит
www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/500v-900v-coolmos-n-channel-power-mosfet/650v-and-700v-coolmos-n-channel-power-mosfet/ipb65r045c7
BigAleksey
21.02.2018 18:10В даташите заявлено:
The PWD13F60 is a high-density power driver
integrating gate drivers and four N-channel power
MOSFETs in dual half bridge configuration.
The integrated power MOSFETs have low RDS(on)
of 320 m? and 600 V drain-source breakdown
voltage
Из этого можно сделать вывод что 0,32 Ом это сопротивление каждого из 4х мосфетов, в вашем расчете, наверное, перед 0,32Ом нужно добавить x2
hardegor
21.02.2018 19:23Вы не учитываете, что при температуре кристалла +75 градусов сопротивление канала вырастет в 1,5 раза. Плюс совсем не учитываются динамические потери на транзисторах и встроенных диодах, а также драйвера будут давать дополнительный ватт-другой.
Оценочно 3-4 А можно вытянуть.NordicEnergy Автор
21.02.2018 19:49В 1,5 раза сопротивление канала уплывало у Mosfet-ов лет 10 назад, а тут вон люди скидывают топовые решения от Infineon и никак не IRF740. Да, увеличиваться будет, но если говорить о том же инфинеон, то обычно это не более 10% из того, что видел.
Около 3.5А я как раз и успел покачать. Без дополнительного радиатора. Температура на поверхности была около 50-55 градусов, на кристалле думаю как раз цифра, что вы указали — градусов 75.
Динамические потери не считал, но около 0.5-1 Вт накинуть можно, все таки емкость затвора невелик и ток драйверов нормальный. Потери на диоде при такой частоте мизерные, а если взять резонансную схему, то он там вообще не участвует.hardegor
21.02.2018 20:03В даташите график есть Rdson от Tj.
NordicEnergy Автор
21.02.2018 20:43Я про замеры говорю, даташитах всегда циферки в граничных условиях — хуже них не будет. Стоит понимать методики измерений и правильно интерпретировать даташит. При 25 градусах канал тоже не 0.32, а 0.24-0.26 Ом
hardegor
21.02.2018 23:34Лично для себя можно и так делать, но в следующей партии всё может быть по другому. При 25 градусах типичное значение 0,32 Ом, а максимальное 0,425 Ом. График Rdson усредненный. Всегда считается на худший случай: 0,425*1,5
NordicEnergy Автор
21.02.2018 23:51Тоже верно, в теории возможен входной контроль делать если не сильно массовая железка. У меня 10 модулей было заказано, ни у одного больше 0.32 замечено не было, правда это из одной партии. 1 кВт выжать с него можно, да, при определенных условиях, но все же. Для мизерного модуля это очень неплохо, даже 300 Вт неплохо. Моя задача была рассказать о нем, поделиться мнением и какими-то первичными результатами. При проектировании любой человек уже будет опираться конечно же на свою голову и заложит запас, который нужен в его конкретной задаче.
AVI-crak
21.02.2018 23:06Если у вас нет нагрева — значит нет нагрузки.
Я-же говорил про реальное применение, со стартовым прегрузом, обратными токами и прочими фишками. Без запаса драйвер будет фееричный пшик, а без перегруза некоторые движки вообще не стартуют.
Применять на что-то иное чем двигатель — не имеет смысла.NordicEnergy Автор
21.02.2018 23:22В качестве нагрузки использовал 2 насоса от грюнфус на 300Вт. Отсюда и 3.5А ток я называл. Котёл (150 Вт) тоже любит синус, так что все двигатели в доме до 1 кВт спокойно работают. Конечно асинхронник на 1 кВт без софт старта не запустить, ибо пусковой ток 6-7 кратный, но я ведь могу и софт старт тут же реализовать и плавно поднять U/f
Nikolo-73
21.02.2018 15:42+1Компаратор ошибки выглядит как… повторитель. Или я что-то не улавливаю? Возможно будет на ВЧ входная ёмкость работать плавающей опорой, но…
NordicEnergy Автор
21.02.2018 15:44Блин, точно, вы заметили главное! Я изначально сделал компаратор, потом решил все таки завести на АЦП и сам забыл :D Спасибо, что отписались!
Да, первая часть ОУ усилитель, вторая просто повторитель 1:1 для увеличения входного сопротивления, да и в случае пробоя МК скорее выживет.dumndum
21.02.2018 15:59Еще вопрос по измерению тока. В чем смысл раздельного измерения тока в каждом плече моста, не проще поставить один шунт и канал измерения?
stripe
21.02.2018 19:31А вот мне немного непонятен момент с входами sence1,2 (я смотрю на datasheet)
Из Block Diagram (Fig1) кажется что весь ток в землю должен проходить через этот вход. Однако же судя по размеру этот пин явно не силовой, и основной ток уходит в GND1,2
Где я даташит недочитал?NordicEnergy Автор
21.02.2018 19:55Сами транзисторы «получают» землю с выводов SENSE1,2 на которых сидят шунты. Физически они ощутимо больше сигнальных (в начале статьи на 3D модельке пуза видно). Пады GND сделаны большого сечения, чтобы уменьшить паразитную индуктивность соединения.
Dessloch
21.02.2018 19:43+1Мосфеты и без радиатора? Не знал что так бывает.
NordicEnergy Автор
21.02.2018 19:52+1Зависит от токов, частоты, допустимого нагрева и прочего, но в общем-то может. Например, стандартный QFN 5x6, в котором куча низковольтных полевиков, вполне себе рассеивает около 2-2.5 Вт. Тут корпус здоровый, пады силовые жирные и можно отвести много тепла через полигоны. Кстати на нижних падат находятся внутри подложки транзисторов, то есть через них максимальных теплоотвод, а верхушка — уже «косвенный».
dernuss
21.02.2018 21:21Как же мне нравятся проекты с 3d моделями ;)
А реально нужен STM32F410, такой производительный микроконтроллер?
Нельзя обойтись STM32F100?NordicEnergy Автор
21.02.2018 22:25Однозначно можно, но у меня F410 много где стоит и под него все библиотеки готовы. Написание кода заняло минут 15. Думаю для простой реализации инвертора хватит любого F0, например, 051-го.
DanielKOcean
22.02.2018 10:59В статье говорилось о частоте 300 кГц, вы уверены, что для качественной ШИМ при таких частотах можно обойтись без FPGA?
NordicEnergy Автор
22.02.2018 11:03Что за наркомания пихать везде ПЛИСы? Нынче мода такая? «О плис — это круто! Так говорят по крайней мере. Давай их поставим! И будем мигать светодиодиком на Stratix»
ПЛИС нужны всего в двух вещах: телеком оборудование и разработка ASIC. Во всех остальных вещах вы даже ресурсы среднего DSP проца не сможете задействовать. Тот же TMS320F28377 позволяет управлять преобразователями до 10 МГц на тех же GaN.
До 1 МГц может любой современный cortex, не говоря уже о камнях motor control.dernuss
22.02.2018 11:08Ещё в радиолокации плисы применяют. И ДСП крутые типа TMS320C6678.
И задействуют кстати по полной.NordicEnergy Автор
22.02.2018 11:14Кто? Оборонщики наши что ли? Я видел как они ради одной камеры ставили Stratix. Это безумные люди, которые не считают денег, им все можно. Например, вся локация на боингах гражданских построена всего на одной Arria 10 + 8-ми DSP. Но это опять же из области «телеком», где надо обрабатывать потоки измеряемые в десятках Гбит, но никак не в ШИМ-контроллерах для инвертора)))
С66 кстати тоже среднячки еще, есть монстры на 32-64 ядра, которые все равно в десяток раз дешевле того же Stratix.dernuss
22.02.2018 11:22Ну да, оборонщики. А что лучше C66?
В стационарных радарах в штатах тоже вполне используют свои дорогущие fpga в системах с ФАР.
Ну понятно что для шим инвертора смысла нет.NordicEnergy Автор
22.02.2018 11:49На оборонщиков вообще не стоит смотреть, это странные люди с не менее странной задаче — выпилить по больше людей)
В Штатах оборонщик тоже юзают stratix, но нормальные гражданские люди такие знаю что такое конкуренция и тоже самое делают на DSP.
Что лучше зависит от задачи. То, что наши оборнщики упихали в целый Stratix, мы потом переделывали на DaVinci TMS320DM8168. При работе с 4К картинкой он оказался быстрее С66. Совсем многоядерные системы насколько помню NEC клепали, что сейчас с ними не скажу, достаточно давно их видел.dernuss
22.02.2018 23:22Оборонщики есть адекватные ;) (далеко не всем хочется возится с fpga, если есть dsp)
Кстати, поискал я NEC, что то не нашёл ни чего внятного. Может плохо искал конечно, но видимо из DSP сейчас самые крутые TMS320C6678 ну или keystone 2.
dernuss
22.02.2018 23:32Кроме того TMS320DM8168 и С66 сравнивать по видео совсем не корректно, С66 не для видео, а в TMS320DM8168 там всякие hdmi, NEON…
Они для разных задачNordicEnergy Автор
22.02.2018 23:49О том и речь, что DSP сравнивать не есть хорошо, то есть говорить, что C66 лучше всех я бы не решился. В каких задачах? В математике — однозначно лучшая, в обработке видео — уже даВинчи лучше, работа с сетью или звуком — уже может и blackfin окажется шустрее за счет аппаратных блоков.
NEC попробую завтра платку найти с ними, если попадется, то скину номер камня.
DanielKOcean
22.02.2018 11:29Я не понимаю, почему вы сразу про дорогие ПЛИС вспомнили. Тот же спартан 7 и компактный и дешёвый, к примеру вот https://www.digikey.com/product-detail/en/xilinx-inc/XC7S6-1CSGA225Q/XC7S6-1CSGA225Q-ND/6823618
dernuss
22.02.2018 11:4318$ однако + надо ещё ПЗУ.
Кроме того BGA корпусDanielKOcean
22.02.2018 11:57Но тот же приведенный автором TMS320F28377 стоит 50 долларов. Я могу ошибаться, но если делать какое-то промышленное устройство, то придётся и АЦП обвешаться и обвязкой к ним и кучей дополнительных компонентов, где цена может и потонуть, а быстродействие потребуется ого-го, чтобы всю эту радость обслужить.
NordicEnergy Автор
22.02.2018 12:04О каких 50$ речь? Смотрим цену.
Зачем? В C2000 уже есть и АЦП, и компараторы, и аппаратный ШИМ, и периферия для работы со всякими энкодерами и датчиками, пин синхронизации и прочее. TMS320F28377 позволяет построить какой нибудь инвертор киловатт на 200 так, тут уже спартан обычный просто загнется все обрабатывать, по крайней мере 6-й топовый загибался как и Cyclone V.
23$ + плата 5$. Если FPGA, то 18$ сам камень + флеша еще 5$ + ОЗУ еще 2-3$ + АЦП еще 10$ + плата на несколько порядков дороже, чем 5$. Накидываем еще время на разработку софта, время на проектирование платы и прочие работы конструкторов. И это мы рассматриваем один из самых дорогих камней.
NordicEnergy Автор
22.02.2018 11:51Самому не смешно? 18$ + многоканальный АЦП еще надо докупить как минимум + плата однозначно 5й класс и 4+ слоев. Зачем все это, когда TMS320F28032 справится с этой задачей лучше и дешевле?
Это я еще не посчитал затраты на разработку софта, когда под те же С2000 уже вся математика написана и идет экзамплом от производителя. И прошу заметить — все это укладывается в 10$ и 2-х слойную плату за 5$.dernuss
22.02.2018 12:11Сейчас в новых spartan идёт блок xadc. Но я его не щупал пока.
XADC (Analog-to-Digital Converter)
Highlights of the XADC architecture include:
• Dual 12-bit 1 MSPS analog-to-digital converters (ADCs)
• Up to 17 flexible and user-configurable analog inputs
• On-chip or external reference option
• On-chip temperature (±4°C max error) and power supply (±1% max error) sensors
• Continuous JTAG access to ADC measurements
Вот правда в том спартане, что предложил DanielKOcean за 18$ такого блока нет
All Xilinx 7 series FPGAs (except XC7S6 and XC7S15) integrate a new flexible analog interface called XADC
NordicEnergy Автор
22.02.2018 12:161 Мсемпл и 12 бит — это уровень сааамого дешевого STM32L0. У тех же TMS, например, идет на 4.4 и 3.5 Мсемпла и до 16 бит. Такая же серия есть и у Altera, там некоторые MAX10 с встроенной флешкой и АЦП, но ценник уже соответствующий и тоже 1 Мсемпл.
LampTester
22.02.2018 21:40Справедливости ради, я очень полюбил ПЛИС, когда мне понадобилось реализовать минимум 54 независимых ШИМ-канала с частотами несущей не менее килогерца. :)
Elmot
22.02.2018 01:13На самом деле серия f1 как-то неактуальна уже. Лучше f0, а может быть даже l0
dernuss
22.02.2018 10:47Почему f1 не актуальна?
f1 очень дешёвые просто, по цене такие же как f0 у китайцев.
Misaka10032
22.02.2018 10:57+1F1, несмотря на приличное количество багов, до сих пор довольно актуальна.
Например — это единственная серия STM32, у которой есть Ethernet в корпусе LQFP64. У всех остальных серий Ethernet идёт в корпусах от 100 ног.
Elmot
22.02.2018 01:16Этот недостаток не позволяет нам реализовать максимально быстродействующей аппаратной защиты от КЗ.
Вроде бы на некоторых таймерах внутри МК есть функция аппаратного останова. На ней нельзя это реализовать? (см 14.3.12 Using the break function в рефмануале на f410)
Diordna
22.02.2018 01:32Пожалуйста расскажите подробнее для новичков и любителей. Мне кажется или у вас вместо трансформатора со средней точкой используется дроссель как в Step up Booster? Насколько я знаю в таких схемах нету гальванической развязки. Давно хотел спросить почему не производятся инверторы по схеме бустеров на дросселях, почти везде используются трансформаторы со средней точкой?
Вы получили голую печатную плату или с рассыпухой как на рисунке?
hsto.org/webt/kh/bj/cx/khbjcx0vss4r0i4u3u7rscv8ch4.png
Я наверное невнимательно читал потомучто так и не понял На какой частоте работает ваш инвестор?
В статье DC/AC инвертор: принцип работы, схемотехника, встроенное ПО вы говорите что генератор сигналов должен быть железный а не программным тогда получается что простой мультивибратор раскачивающийся каскад транзисторов для силовых ключей надежнее чем программируемый микроконтроллер?
Благодарю за статьи.NordicEnergy Автор
22.02.2018 10:09Не совсем понял о чем речь. Трансформатора тут нет, есть дроссель обычный. Совместно с конденсатором выходным они образуют LC-фильтр (ФНЧ), который из модулированного сигнала выделит синусоиду. В первой статье есть осциллограммы с «превращением».
Если вы о примере, что я там кидал в первой статье в pdf (24-380В), то там действительно push-pull. Делать step up 24-380В в принципе можно, но КПД ниже и в случае если инвертор работает параллельно с обычной сетью, то без развязки на АКБ может попасть 220В и самая дорогая составляющая системы погибнет.
Частота 60 кГц.
Я там говорил, что аппаратными должны быть защиты, например, от КЗ. Там в примере схемы у меня на инверторе стоят датчики тока, которые напрямую вырубают драйвера в случае КЗ и никто не может «повиснуть». Проект если что и тут глянуть можно: github.com/Nordic-Energy/InvertorDiordna
22.02.2018 23:38Я понял, у вас инвертор классический без повышения постоянного тока, я сразу не сообразил так как привык видеть на алиэкспрессе инверторы с функцией преобразования с 12 до 220.
NordicEnergy Автор
22.02.2018 23:50Ага. 24-380В я тоже делаю сейчас, вернее сделал — осталось только рассказать о них и добить 2-ю железку. В этой и первой статье уже о том, как из 380В сделать 230В AC красивых. По факту аналог EG8010, только функционал можно впихнуть какой душа пожелает.
mwaso
22.02.2018 06:35+2Сколько времени прошло от задумки до воплощения? Причем интересует также время «обмозговывания». Просто за пару часов я бы такую плату «с нуля» не набросал, хотя опыт имеется. Если считать именно время работы в Альтиуме и на спор постараться сделать быстро — тогда да, можно и за час. Но Вы же еще пишете про прорисовку 3d моделей и моделирование в комсоле. Да и схемка оформлена аккуратно, хотя подозреваю что Вы ее для статьи подредактировали?
Чем кормите свой мозг? Как ограничиваете перфекционизм и желание сделать максимально-универсальное решение?NordicEnergy Автор
22.02.2018 09:40+1Именно пару часов. Минут 25 модель для модуля рисовал, а остальное плата. Идея сформировалась в процессе наброски схемы, задача была сделать просто. Аккуратно я всегда делаю, поэтому и редактировать не нужно.
Ем финский шоколад Карл Фазер — советую, видел вроде в магазинах в России. Советую именно обычный шоколад, есть не совсем горький.
Ограничение простое: делать так, чтобы стыдно не было самому за работу. Если заказчика хочет побыстрее и ему не сильно важно качество, то не работаю с такими. Потому что когда все сломается и будут проблемы — во всем обвинят меня же. Главное не тратить время на фигню, а если тратишь, то не считать его рабочим
unalacuna
22.02.2018 08:43Илья, отличная статья, прекрасно оформленная работа.
Поддерживаю mwaso, меня тоже смутила «пара часов» на плату.
Я понимаю, что для инженера, занимающегося по вечерам своим любимым делом, время летит незаметно) Но когда речь заходит о более-менее серьёзном коммерческом проекте, недооценка трудозатрат может сыграть злую шутку. В лучшем случае это приведёт к нулевой прибыли, в худшем — к разрыву контракта и недовольству заказчика.
Как вы учитываете время?NordicEnergy Автор
22.02.2018 09:32Пара часов — это именно 2-2.5 человека-часа. Обычно для подсчётов использую тайм менеджер, который считает сколько времени я проработал в конкретном САПР или IDE. Откидывающейся 10% на кофе и готово. Хотя считать часы — плохой подход, по двум последним компаниям это понял, поэтому и ушел на удаленку. Все таки у меня есть 2 часа в день с КПД 400%)
unalacuna
22.02.2018 10:12считать часы — плохой подход
Как тогда оценить работу?HiMem-74
22.02.2018 10:16Как тогда оценить работу?
Как и в трассировке печатной платы, здесь важна правильная разводка(с)NordicEnergy Автор
22.02.2018 10:26Правильность разводки обычно проверяется сильно позже после сдачи, приемки и завершения проекта. В сложных проектах у нас обычно прилетают баги от заказчика месяца через 3-4, когда он решает заказать большую партию плат или поменял производителя плат или наконец-то его разработчики софта все дописали и поняли, что DDR3 не стартует, например.
dernuss
22.02.2018 10:54Обычно DDR3 проверяют почти сразу после подачи питания;)
Ну по крайней мере мы так делаем. Хотя проблема с DDR3 была всего один раз у меня, когда я сигналы RAS и CAS перепутал.NordicEnergy Автор
22.02.2018 10:55Нормальные люди так и делают, но не все люди нормальные)
Просто был прецедент уже, когда заказчик объявился через пару месяцев и объявил, что они сделали партию большую и DDR не стартанула. Спрашиваем мол проверяли до этого? Нет, программист уволился — решили так запускать. Благо проблема оказалась в заводском браке, люди из поднебесной во время пайки видимо криво выбрали профиль и дороги на внутренних слоях частично порвалоdernuss
22.02.2018 11:01Монтаж очень сложных плат мы заказываем в московских конторах. Ну или в питерских. А то с китайцами как то сложно.
NordicEnergy Автор
22.02.2018 11:06Мне с нашими наоборот не везет, особенно с Резонитом — вечно через зёпу все сделают, монтаж в смысле. Поэтому сдружились с одним тайваньским заводом и работаем пока только с ними.
dernuss
22.02.2018 11:24Про резонит полностью соглашусь ;)
Cложные платы я имею ввиду примерно такие
NordicEnergy Автор
22.02.2018 11:54Красота!) Кстати 2 вопроса: что за модули в нижнем левом углу от linear? dc/dc каике-то развязанные? И почему такой огромный и страшный генератор?
dernuss
22.02.2018 12:35Используются DC/DC модули LTM8025V и LTM4649Y. Генератор отечественный ГК155. У него характеристики хорошие.
П.С. Картинку можно открыть в новом окне и рассмотреть по ближе.
NordicEnergy Автор
22.02.2018 10:24Если бы я сам знал))
Сейчас экспериментирую — дроблю проект на несколько итераций, которые, во-первых, не длятся больше 1-2 недель. Во-вторых, позволяют увидеть результат, например, трассировка платы или реализация какого-то функционала в коде. В-третьих, меньше соблазна перед: «ой, я сегодня во сне увидел новую фичу, а давай ее добавим?» — «давай, еще одна итерация за Х рублей». Почему-то фраза: «тогда +10 часов» не так пугает гуманитарные умы некоторых заказчиков, а итерация в 25-100 тыс. уже вполне охлаждает пыл.
По каждой итерации проходит мини-приемка, заказчик смотрит что сделано и если нет дополнений, то оплачивает. Такой подход позволяет мне не брать денег с заказчика до момента окончания первой итерации. Если что-то пошло не так, то ко мне никаких финансовых вопросов, т.к. оплата прилетает по факту сделанной работы. А если меня решили кинуть, то потеряет оплату за неделю не так обидно как за пару месяцев.
Пока, что из минусов я вижу только проблему с масштабированием. То есть пока нас 2-3 человека в проекте, то все легко, как только появляется механик, оптик или дизайнер, то стоимость итерации резко возрастает и тут уже надо как-то адаптироваться.unalacuna
22.02.2018 13:45давай, еще одна итерация за Х рублей
Ну вот этот Х, откуда он берется?NordicEnergy Автор
22.02.2018 14:03+1От многих параметров зависит. Например, если у меня на подходе хороший заказ, то мне его не выгодно откладывать за стандартную цену, поэтому любая дороботка, сдвигающая срок стоит дороже. Если у меня наоборот пусто по заказам, то эта Х может быть даже ниже обычной цены.
Самая же исходная «Х» складывается из многих параметров, например, если в процессе работы нужно использовать векторный анализатор, чтобы СВЧ тракт настроить, то он у нас есть и за него накидывается некая сумма. Потому, что у других его нет, а аренда стоит очень дорого. Это касается и климатической камеры и части другого оборудования.
Хотя разумеется примерная оценка в часах все равно происходит, но больше уделяется внимания на «сложность» этого часа. Час можно сидеть и проектировать 2-х слойную плату с какой нибудь ESP, а можно сидеть и ВЧ тракт просчитывать.
HiMem-74
22.02.2018 09:56/* мысли вслух */ Эх, найти бы настолько же проработанный проект БП на 12 В и 100-150 А, от розетки. Чтоб и защиты присутствовали, и эффективность хорошая, и бюджет 20-30 долларов без корпуса… За отсутствием опыта и практики сам неспособен, увы, после универа выбрал другое направление, но руки иногда сильно зудят )))
NordicEnergy Автор
22.02.2018 10:01+120-30$ и 100-150А это слишком даже для опытного китайца)) Такую цену можно получить на серии хотя бы 1000 штук и более, а вот на штучном экземпляре если и можно, то в ущерб качеству видимо.
impetus
22.02.2018 10:44/* поддержу */ у меня где-то валяется ещё с советских времён трёхфазный Ш-образный трансформатор 220---->12 (точнее 380 звездой, 0 выведен отдельным контактором) — где-то на 150А по каждой фазе по 12-вольтам переменки… Килограмм 50 весит, но аккуратный такой, пропорций электро шкафчика. Причём с параллельных мостов или схемы ларионова — пульсации сразу получаются меньше 5% безо всяких ёмкостей и дросселей… (верхушки синуса огибает)… Стоял когда-то на питании большой ЭВМ, с тех пор хламится…
Вот тоже руки всё зудят светодиодами весь огород увесить, но каждый раз как прикину стоимость этих лент… (Ну и ~полкилоампера провод — это уже серьёзно, пусть и 12 вольт всего, даже не понятно как от КЗ его защищать (и надо ли))
Утолите моё любопытство, а вам зачем, если не секрет 150А 12-вольтовых? (чисто интересно, что люди делают)unalacuna
22.02.2018 13:55руки всё зудят светодиодами весь огород увесить
А зачем светодиоды? При 12 вольтах оно всё равно больше атмосферу будет греть, чем светить.
legustarasov
22.02.2018 10:01Мои мысли на счет того, почему не устанавливают компараторы в кристалл микросхемы.
1. Расстояния на одном кристалле между между силовой частью и аналоговой будут порядка миллиметра. Если располагать компаратор в другой микросхеме, то расстояния порядка сантиметра. Разница в расстояниях на один порядок. А мощность помехи в этом случае падает на три порядка (поправьте если ошибаюсь). Так что не ставить на кристалл компаратор — увеличивает качество слежения за током.
Кроме того, аналоговые цепи требуют отдельного питания. Поэтому если ставить компаратор на кристалл, то надо еще и линейный стабилизатор напряжения ставить, что в конечном итоге увеличивает стоимость микросхемы.
2. В зависимости от приложения, при превышении тока выше определенной величины на выходе микросхемы может приводить к различным сценариям (не все же на этой микросхеме будут делать DC/AC преобразователь): быстрый спад, медленный спад, полное отключение и т.д. Что уж вы хотите реализовать — сами делайте на внешней комплектухе. Заводить сигнал по превышению тока через АЦП контроллера совсем не обязательно даже для этой схемы. Да, чуть больше места на плате, но это не связывает руки в выборе метода управления.
P.S. Не понял зачем повторитель после неинвертирующего усилителя… у АЦП контроллера импеданс и так высокий. На выходе из усилителя импеданс и так низкий. Это лишь лишняя погрешность, вызванная синфазным сигналом… ну и на два операционника можно было было использовать меньше.Misaka10032
22.02.2018 10:51С АЦП в STM32 всё не так уж и просто we.easyelectronics.ru/STM32/demony-v-acp-stm32.html
SergeyMax
22.02.2018 19:20STM32 тут ни при чём, любой АЦП последовательного приближения работает точно так же.
legustarasov
22.02.2018 13:11Круто. Спасибо за статейку. Не попадалась раньше на глаза. Очень полезна. Однако добавление повторителя после неинвертирующего усилителя не улучшит ситуацию (операционик сдвоенный и, соответственно, характеристики каждого операционного усилителя одинаковые).
legustarasov
22.02.2018 13:11Круто. Спасибо за статейку. Не попадалась раньше на глаза. Очень полезна. Однако добавление повторителя после неинвертирующего усилителя не улучшит ситуацию (операционик сдвоенный и, соответственно, характеристики каждого операционного усилителя одинаковые).
alexhott
22.02.2018 19:33Все жду когда в один чип запихают 6 ключей, защиту, шим, ядро и пару килобайт
вот тогда можно будет делать интересные вещи.
Представьте ручную дрель или перфоратор с асинхронником на 300Вт, легче надежнее коллекторника. Мясорубки, холодильники, вентиляторы и т.п.NordicEnergy Автор
22.02.2018 20:48Так уже есть шурики, циркулярки и дрели с BLDC. Никаких кондеров, скользящих контактов и прочего. В начале статьи микросхема как раз для них от ST, для управления BLDC, но хорошо, что ключи внешние.
SergeyMax
В STM32 у некоторых таймеров есть входы BKIN для мгновенного отключения выхода.
NordicEnergy Автор
Хотелось бы вообще не привлекать STM к реализации защиты. Такие узлы в идеале должны быть полностью аппаратными и в идеале на куске кремния с драйверами. Хотя предложение с BKIN хорошее.
SergeyMax
Ну это всяко лучше, чем
NordicEnergy Автор
А чем лучше то? STM повис и бабах в обоих случаях, что через прерывание, что через BKIN.
SergeyMax
Нет, не так. Если core процессора виснет, таймер (и его вход BKIN) вполне продолжают себе работать.
NordicEnergy Автор
Это да, но я имею ввиду не столько софтверные проблемы, их можно избежать, сколько аппаратные. Прерывание работает так же стабильно. Ну и как плюшка — можно реализовать режим ограничения тока, а не просто погасить преобразователь, это правда уже касательно лишь моей отладки.
SergeyMax
Хорошо, пусть будет так :-)
NordicEnergy Автор
Из-за вас я теперь захотел проверить оба варианта)) Надо будет подцепиться и протестировать, как минимум полезно будет сравнить оба варианта и народу может пригодится.
sim2q
А может расскажите пару слов как правильно гасить?
а то нарисовал тут защиту на 74hc для полумоста инвертора синус-ups, а потом вычитал что нелья вот просто так взять и отключить если что. Мол надо потихонечку лавируя между сгорит от тока/напряжения
NordicEnergy Автор
В идеале использовать драйвера с входом SD/EN или аналогичным. Выключать просто на ходу можно, пока Вы будете лавировать — все уже будет полыхать. Через логику 74-ю тоже можно, я где тут уже писал про буфер, может даже в статье)
sim2q
спасибо, а то с экспериментами не очень — то деталей жду, то денег на них :)
syrompe
В некоторых топологиях (Boost если не ошибаюсь) если резко выключить ШИМ, то будет резкий всплеск напряжения с дросселя со всеми вытекающими.
Плюс с конденсаторах у вас что-то накоплено.
Неплохое решение в случае аварии сперва парой дополнительных транзисторов замкнуть выходы вашего источника через банк мощных сопротивлений, а потом только вырубить ШИМ.
sim2q
читал об этом в статье про мощные частотники, может там свои особенности, у меня же вот такая штука:
при включении большой ёмкостной нагрузки(знаю, так нельзя, но бывает), улетают VT2,3, в описании на устройсто сказано, что есть защита от перегрузки и от КЗ. Схемы нет, разреверсить четырёхслойку полностью тоже не могу, так что хочу прикруть свою защиту в обход.
Будет обрубать(укорачивать!) ШИМ на каждый транзистор, если спутся 8 тактов ничего не поменяется — гасим на всегда.
NordicEnergy Автор
Для включения емкостной нагрузки применяю цепи на термисторах или резистор+реле. Посмотрите схему любого частотника — для первичного включения и заряда больших электролитов, их включают через резистор в пару Ом, а затем шунтируют его с помощью реле. На небольших мощностях просто ставят термистор.
Про мощные частотники так и не понял… Там нагрузка индуктивная в виде двигателя, а не емкостная. На выходной мост там ничего кроме пусковых токов не воздействует, а на них запас всегда закладывается, либо используют софт-старт, если это позволительно.
sim2q
Термисторы не спасают если горячие, да и всё равно хорошо бы по нормальному сделать, там на выходе дроссель ШИМ на распылёнке, он конечно китайский, (сэкономили), но надежда, что его может хватить до наступления насыщения для отработки защиты.
Для частотника из статьи рассматривались варианты кз на 50м кабеле где всё успевалось, на кабеле в 1м и на клемнике, последние два были фатальны. Это случай при КЗ во время когда транзисторы открыты. Ну это немного не мой случай, т.к. на картинке выше у меня дроссель. И вот это и хотел выяснить, не будет ли при кз и резком выключении с него что то прилетать? Мне интересно разобраться конечно, но тут у нас меняют проводку во всём доме на живую и как то не до вдумчивых стало изысканий:)
NordicEnergy Автор
Велосипед не изобретайте только. При отключение ключа будет выброс ЭДС, на этом собственно и построена работа dc/dc конвертера — дроссель начнет отдавать энергию. Вот только этот выброс опасен лишь при отсутствии нагрузки, а в качестве нагрузки у нас всегда есть конденсатор, поэтому никаких проблем с выключением ключа нет.
Посмотрите любой референс дизайн на PFC контроллер, никаких костылей с дополнительными ключами нет. Пока вы будете «бороться с ЭДС», ваш преобразователь превратится в пепел за это время.
syrompe
FYI
У вас аварийная ситуация. Что сломалось мы не знаем. В случае с инверторами в 90% случаев горит что-то внутри инвертора.
При этом у нас запасено немалое количество энергии в индуктивностях и емкостях вполне разумно как можно скорее эту энергию рассеять.
И жахнуть киловольтом по конденсатору на котором 400V написано.
«Аварийные» транзисторы управляются той же EN линией и в плане задержек ничего не стоят. Да и сами транзисторы для таких целей не сильно дорогие нужны.
NordicEnergy Автор
Эм… выбросы в киловольт длятся микросекунды, их гасит TVS-диод или по колхозному RCD-снабберами. Хотя можно и не гасить, пленке и даже нормальному электролиту это никакого вреда не принесет. Остатки энергии уже в конденсатор. Надеюсь мне не надо рассказывать ТОЭ за 1й курс, о том, что индуктивность стремится поддержать ток и рисовать ВАХ?
LampTester
Подтверждаю: механизм аварийного отключения выхода таймера работает совершенно независимо от ядра. Что бы там где ни повисло, защита сработает — именно для этого она предназначена. Чтобы она не сработала, должен случиться какой-то совсем капитальный сбой — скажем, сам контроллер должен выгореть целиком, или вроде того.
When a break occurs (selected level on the break input):
• The MOE bit [это бит, разрешающий таймеру управлять выходными линиями] is cleared asynchronously, putting the outputs in inactive state, idle state or in reset state (selected by the OSSI bit). This feature functions even if the MCU oscillator is off.
— Reference Manual, стр. 291.
И далее:
The break inputs is acting on level. Thus, the MOE cannot be set while the break input is active (neither automatically nor by software). In the meantime, the status flag BIF cannot be cleared.
То есть, напортить не получится и watchdog не помешает. Более того, изменение конфигурации защиты может быть заблокировано:
In addition to the break input and the output management, a write protection has been implemented inside the break circuit to safeguard the application. It allows you to freeze the configuration of several parameters (dead-time duration, OCx/OCxN polarities and state when disabled, OCxM configurations, break enable and polarity). You can choose from 3 levels of protection selected by the LOCK bits in the TIMx_BDTR register. Refer to Section 14.4.18: TIM1 break and dead-time register (TIMx_BDTR)
. The LOCK bits can be written only once after an MCU reset.
К слову, этот блок очень гибко настраивается. Например, на его основе можно сделать аналог MC34063. :)
Уровень, который будет подан на выходы в аварийном случае, естесственно, настраивается. Уровень, по которому будет срабатывать защита, естесственно, тоже.
• Each output channel is driven with the level programmed in the OISx bit in the TIMx_CR2 register as soon as MOE=0. If OSSI=0 then the timer releases the enable
output else the enable output remains high.
• When complementary outputs are used:
– The outputs are first put in reset state inactive state (depending on the polarity).
This is done asynchronously so that it works even if no clock is provided to the
timer.
–If the timer clock is still present, then the dead-time generator is reactivated in order to drive the outputs with the level programmed in the OISx and OISxN bits after a dead-time. Even in this case, OCx and OCxN cannot be driven to their active level together. Note that because of the resynchronization on MOE, the dead-time duration is a bit longer than usual (around 2 ck_tim clock cycles).
– If OSSI=0 then the timer releases the enable outputs else the enable outputs remain or become high as soon as one of the CCxE or CCxNE bits is high.
В общем, там все серьезно.
NordicEnergy Автор
Я вроде русскими буквами писал, что не рассматривается софтверные баги, а аппаратные. Не поверите, но эта защита загибается и сходит с ума, как только рядом стартует насос на 100-450 кВт и если в этот момент произойдет КЗ (то есть 60% случаев поломок), то защита через МК не отработает. Посмотрите реализацию любого нормального частотника, например, у Шнайдера киловатт на 100 хотя бы.
Эта защита спасет, если мы какой нибудь гироскутер и прочие хипстерские коптеры делаем, где напряжения поменьше, софт-старт есть и токи явно скромнее. Но тут уже что угодно спасает)
LampTester
Спорить не буду, т.к. многокиловаттными установками на практике не занимался; даже совсем наоборот, в плане аналога я тут все наноамперы с микровольтами вылавливаю, да выжимаю последние десятые джоуля из ионисторов. Силовой электроникой просто интересуюсь.
Но вообще, конечно, мне сложно представить, что на плате штатно могут быть ТАКИЕ наводки, от которых котроллеру станет настолько плохо, чтобы в нем заглючило ВСЕ, вплоть до совершенно асинхронных блоков.
NordicEnergy Автор
Могут)) Силовая электроника после определенного порога мощности такая же магия как выжимание наноампер. Работал с MSP430FR и выжимать в моем случае микроамперы казалось какой-то дикой задачей, тут кто к чему привык видимо)
LampTester
Это да, кто чем занимается… Как-то по проектам сложилось так, что от меня больше требуется либо портативное оборудование, которое будет работать долго, либо прецизионное оборудование (лабораторные измерения), либо прецизионное портативное оборудование. :D
Силовая электроника меня, правда, тоже интересует. Давно хочу собрать для духовного развития диммируемый источник питания для восьмидесятиваттного светодиода (входное напряжение — 10.5… 15 В). После всего прочитанного надумал применить прямоходовый преобразователь, потому что расчетные пиковые токи для обратноходового получились у меня совершенно дикие. Кроме того, я так подозреваю, что ОС прямоходового преобразователя легче компенсировать.
Из минусов прямоходового преобразователя, как я понимаю, тут можно отметить то, что в трансформаторе мотать больше витков — ведь выходная часть это по сути step-down (причем в плане стабилизации тока светодиода это как раз таки привлекательно), причем коэффициент заполнения не может быть больше 50%. Так что, как я понимаю, при минимальном входном напряжении трансформатор должен обеспечивать минимум 80 В (падение на светодиоде — порядка 36 В). То есть соотношение витков — минимум 1:8.
Для обратноходового в DCM, как я уже говорил, у меня получились дичайшие токи, а в случае CCM не хочется возиться с компенсацией знаменитого right-half plane zero.
Вообще, я находил информацию, что обратноходовая топология имеет смысл до мощностей порядка 50 Вт.
Естесственно, брать готовые драйвера «подключи по даташиту и все будет хорошо» не хочется, ибо цель — образовательная. Скорее всего буду делать на чем-то типа UC3842.
Правда, все никак не соберусь что-то реально сделать в этом направлении.
Приветствуются ваши комментарии к вышенаписанному. :)
NordicEnergy Автор
Советую Вам посмотреть именно на контроллеры драйверов для LED, например, такое. Данную микросхему пару раз использовал в домашних светильниках 12В 60Вт — очень понравилась. Еще можете посмотреть решения у ST, TI. Смысла контролировать ток во вторичке я особо не вижу, хотя пару раз CC/CV контроль делал — мои глаза разницы не ощутили.
Если не хочется флайбек, то можно глянуть косой мост (есть контроллеры для LED именно) или полумост, хотя в нем смысла до 150-200 Вт не вижу.
gears
У полумоста есть одно преимущество, ключи можно менее высоковольтные использовать, соответственно при прочих равных нагрев меньше будет. Иногда бывает полезен и на небольших мощностях. Но ценник будет выше.
LampTester
Интересно, спасибо.
gears
Исходя из практики fly back реально можно до 100Вт делать, дальше уже все, больше тепла чем толка.
На прямоходовом можно и более 50% коэффициент заполнения делать, но есть нюансы… А так да, мотать действительно больше.
LampTester
К сожалению, сейчас не вспомню источник, но где-то я читал, что в силу соотношения токов в обмотках сетевые обратноходовые преобразователи получаются эффективнее, чем в случае низковольтного входа. Соответственно, в сетевых источниках эта топология целесообразна до более значительных мощностей. Видимо поэтому информация разнится (50/100 Вт).
borisxm
Вот вы пишите, что «защита загибается и сходит с ума», но не пишите почему. А причин не так уж много: помехи, проникающие по питающим и сигнальным цепям — если это происходит, то просто указывает на слабую подготовку разработчика схемы и/или разводчика платы. Если кристалл процессора свихается от наводимых помех, то это опять-же недоработка проектировщика, который не смог учесть эту составляющую и грамотно применить экранирование.
NordicEnergy Автор
Ага, неграмотный конструктор… Можно увидеть экран конструкции, который на 100% закрывает цифровой модуль? Или может его в отдельную коробку, а управляющие сигналы на проволочках вывести? Ну чтобы совсем хорошо салютовало. Частичное экранирование не спасет вообще. Причина? Видимо огромный выброс ЭДС как по плате, так и по воздуху
borisxm
Видел такое, и не раз, фото, к сожалению, не осталось. Особенно в этом плане педантичны японцы, у них многому можно научиться: почти каждый привод — маленький шедевр. Правда, и стоимость тоже, под стать.
NordicEnergy Автор
Ага, именно поэтому, некогда работая на станции очистки питьевой воды, где все насосы были с частотниками и двигателями Митсубиси, я так и не увидел ни одного экрана и проводов… Все сидело прямо на платах на модулях IGBT. При чем частотники были и 80-х и 90-х годов, ну и последние были года 2011-2012.
Это действительно хорошая техника, ни о каких экранах там и говорить не приходилось. А вру — кварцы и генераторы для DSP были все таки экранированы. Кстати частотники 80-х тоже были на DSP TMS320C10, а не на дискретной логике.
Leerooooy
Проверено лично на частотном преобразователе, BKIN не спасает если вокруг много помех и STM сходит с ума. STM32F7 использовали и при старте двигателя на этапе отладки просто жгли модули. Поставили драйвера HCPL-316J с контролем насыщения и больше ничего не сгорало.
SergeyMax
Ну я на частотном преобразователе не проверял, но часто наблюдаю, как проц уходит в HardFault от прикосновения к ногам, при этом таймер молотит, и на BKIN вполне отзывается. Понятно, что любую вещь можно сломать, но ядро имхо гораздо более чувствительно к помехам, нежели конкретно вот эта периферия.
Leerooooy
Интересно однако. Руками особо не лапал работающий МК, поэтому таких проблем не видел в своей практике, дальше тоже не буду лапать :D Ну и нельзя не согласиться — ядро сломать конечно легче. Если бы я делал аналогичное устройство, то завел выход компаратора и на прерывание и на BKIN через нулевой резистор.
SergeyMax
Хочу дополнительно отметить, что BKIN это не только торчащий наружу пин. На него зацеплены ряд внутренних диагностик проца:
Clock Security System
Cortex M4 lockup
PVD Output
SRAM Parity error signal
Flash ECC error
Часть из них наверное смаппятся в NMI или HardFault, но всё равно спится спокойнее.