Düşük Duty Cycleda Mosfet Isınması

Başlatan Babu, 05 Nisan 2018, 05:40:26

Babu

Merhaba arkadaşlar.
0-300 Volt sabit akım kaynağı yapmaya çalışıyorum.Ve analog pid devresi ile direnç üzerine düşen gerilim ile akımı sabit tutmaya çalışan bir devre yaptım.

Max 1 amper çekilecek devreden.Ve omik yükde çalışacak. Yük min 300 ohm max 10 Kohm arasında. Ve yük uygulandığı anda 1 saniye içerisinde akımın belirlenen set değerine getirilmiş olması gerekiyor.

Yani ben pid devresine set noktası olarak 50 mV (şönd direnç gerilimi yani akım verisi) verdiysem, çıkış boştayken aniden yük uygulandığında pid devresi direnç üzerine düşen gerilimi 1 saniye içerisinde 50 mV sabitlemesi gerekiyor.

300V dc gerilimi mosfetlerler anahtarlayarak gerilimi kontrol ediyorum.Ve çıkış geriliminin düz bir dc olmasını istiyoruz.ve bunun için çıkışa büyük kondansatör atacak olsam bu sefer çıkışa yüksek dirençli bir yük bağlandığında kondansatörün deşarj süresinin uzayacağından dolayı 1 sn de akım sabitleme işlemini yetiştirememiş oluyoruz.

Bu yüzden PWM frekansını 200 kHerze çıkararak daha düşük kondnsatörle istemiz DC yi elde ettik ve yaklaşık 1 sn de de akım sabitlemeyi yapabildik.

Ama özellikle düşük gerilimler elde etmek istediğimizde mosfetler çok hızlı bir şekilde ısınıyor.güçlü bir soğutucu olmasına rağmen 3-5 sn sonra soğutucuya el değmeyecek seviyeye geliyor.Bu sadece 50 volt altına düşmek istediğimizde yaşanan bir durum.Mosfet gate cundaki pwm i osilaskopla izlediğimde bir anormallik görünmüyor.

Ama bu ısınma tahminimce;
kondansatörler mosfetlerin tetiklendiği anda anlık olarak 300 volt şarj oluyorlar ve biz ortalam olarak 50 volt görmek istediğimiz için kondansatörler ortalama gerilim 50 olabilmesi için neredeyse tamaman deşar oluyorlar.ve mosfet nahtarlandığı anda yine tam şarj oluyorlar.

Mosfet çıkışları diren kondansatör ayaklarına bağlı. Araya direnç atarak belki bir verim alınabilir ama gerilim düşmesine sebep olacağı için kullanmak sitemiyorum.

Mosfet çıkışıyla kondansatör arasına 10 ohm direç atarak yaptığım deneyde ısınma süresi 2-3 kat uzadı ama yinede sorun çözülmemiş oldu.

Isınmanın acaba tahmin ettiğimden farklı bir sebebemi bağlı. Devre çizimi hazırda olmadığı için atmadım.Ama eğer anlatamadıysam, isterseniz ilk fırsattada istediğiniz şema ve çizimleri hazırlayıp yükleyebilirim.

Yardımlarınızı bekliyor, şimdiden teşekkür ediyorum.

OptimusPrime

Sanirim devre semasi uzerinden gidilse daha yararli olacak.

Mehmet Salim GÜLLÜCE

05 Nisan 2018, 15:33:43 #2 Son düzenlenme: 05 Nisan 2018, 15:35:01 Mehmet Salim GÜLLÜCE
Alıntı yapılan: Babu - 05 Nisan 2018, 05:40:26Merhaba arkadaşlar.
0-300 Volt sabit akım kaynağı yapmaya çalışıyorum.Ve analog pid devresi ile direnç üzerine düşen gerilim ile akımı sabit tutmaya çalışan bir devre yaptım.

Max 1 amper çekilecek devreden.Ve omik yükde çalışacak. Yük min 300 ohm max 10 Kohm arasında. Ve yük uygulandığı anda 1 saniye içerisinde akımın belirlenen set değerine getirilmiş olması gerekiyor.

Yani ben pid devresine set noktası olarak 50 mV (şönd direnç gerilimi yani akım verisi) verdiysem, çıkış boştayken aniden yük uygulandığında pid devresi direnç üzerine düşen gerilimi 1 saniye içerisinde 50 mV sabitlemesi gerekiyor.

300V dc gerilimi mosfetlerler anahtarlayarak gerilimi kontrol ediyorum.Ve çıkış geriliminin düz bir dc olmasını istiyoruz.ve bunun için çıkışa büyük kondansatör atacak olsam bu sefer çıkışa yüksek dirençli bir yük bağlandığında kondansatörün deşarj süresinin uzayacağından dolayı 1 sn de akım sabitleme işlemini yetiştirememiş oluyoruz.

Bu yüzden PWM frekansını 200 kHerze çıkararak daha düşük kondnsatörle istemiz DC yi elde ettik ve yaklaşık 1 sn de de akım sabitlemeyi yapabildik.

Ama özellikle düşük gerilimler elde etmek istediğimizde mosfetler çok hızlı bir şekilde ısınıyor.güçlü bir soğutucu olmasına rağmen 3-5 sn sonra soğutucuya el değmeyecek seviyeye geliyor.Bu sadece 50 volt altına düşmek istediğimizde yaşanan bir durum.Mosfet gate cundaki pwm i osilaskopla izlediğimde bir anormallik görünmüyor.

Ama bu ısınma tahminimce;
kondansatörler mosfetlerin tetiklendiği anda anlık olarak 300 volt şarj oluyorlar ve biz ortalam olarak 50 volt görmek istediğimiz için kondansatörler ortalama gerilim 50 olabilmesi için neredeyse tamaman deşar oluyorlar.ve mosfet nahtarlandığı anda yine tam şarj oluyorlar.

Mosfet çıkışları diren kondansatör ayaklarına bağlı. Araya direnç atarak belki bir verim alınabilir ama gerilim düşmesine sebep olacağı için kullanmak sitemiyorum.

Mosfet çıkışıyla kondansatör arasına 10 ohm direç atarak yaptığım deneyde ısınma süresi 2-3 kat uzadı ama yinede sorun çözülmemiş oldu.

Isınmanın acaba tahmin ettiğimden farklı bir sebebemi bağlı. Devre çizimi hazırda olmadığı için atmadım.Ama eğer anlatamadıysam, isterseniz ilk fırsattada istediğiniz şema ve çizimleri hazırlayıp yükleyebilirim.

Yardımlarınızı bekliyor, şimdiden teşekkür ediyorum.
Kısacası kondansatörü Mos ile anahtarlamayı düşünüyorsan bobinden geçirmeni tavsiye ederim. Kullandığın anahtarlama frekansı ve akıma uygun olması gerekir. Aşırı yüksek frekans kullanıyorsan anahtarlama kayıpları çok olacağından ısıya dönüşme dahada artar. 
@OptimusPrime ın dediği gibi devre üzerinden tartışmak daha faydalı olacaktır.

mehmet

Bunu bir kaç kademede yapmak daha
mantıklı olur.
Zira 1V istediğinizi düşünün;
(300V - 1V) * 1A = 299W mos üzerinde
harcanacak.
nothing

Mehmet Salim GÜLLÜCE

Alıntı yapılan: mehmet - 05 Nisan 2018, 16:07:42Bunu bir kaç kademede yapmak daha
mantıklı olur.
Zira 1V istediğinizi düşünün;
(300V - 1V) * 1A = 299W mos üzerinde
harcanacak.
Eğer Switch mode Mantığıyla yaparsa öyle olmuyor dostum :)

Mehmet Salim GÜLLÜCE

05 Nisan 2018, 16:17:19 #5 Son düzenlenme: 05 Nisan 2018, 16:21:15 Mehmet Salim GÜLLÜCE
Şuradaki durumu bi gözden geçir.
Anahtar kayıpları için sana örnek oluşturur sanırım.

http://www.firatdeveci.com/wp-content/uploads/2017/02/switching-loss.png

Babu

08 Nisan 2018, 11:04:14 #6 Son düzenlenme: 08 Nisan 2018, 11:23:45 Babu Sebep: Birim yanlışlığı
Dün mosfet çıkışları ile kondansatör arasına 1A 200mH seri bobin ekledim.Ve gayet güzel oldu.50V üzeri gerilimlerdeki düşük ısınma seviyesi bile daha düşük seviyelere indi.Düşük gerilimlere inmek istediğimdeki ısınma sorunuda kaltı ve gerilime lineere yakın bir ısınma sergiliyor. Cevap yazan tüm arkadaşlara teşşekürler.
Herkese hayırlı çalışmalar diliyorum.

yuarıda birim hatası yapmışım arkadaşlar.200uH bobin kullandım bilginiz olsun.

Babu

08 Nisan 2018, 11:10:25 #7 Son düzenlenme: 08 Nisan 2018, 11:11:36 Babu
Alıntı yapılan: Mehmet Salim GÜLLÜCE - 05 Nisan 2018, 16:17:19Şuradaki durumu bi gözden geçir.
Anahtar kayıpları için sana örnek oluşturur sanırım.

http://www.firatdeveci.com/wp-content/uploads/2017/02/switching-loss.png
@Mehmet Salim GÜLLÜCE ilk önce ısınmanın sizinde attığınız görselde göründüğü gibi mosfetler tam açılmadan kapatmaya çalıştığım için olduğunu düşünüyor ve daha yüksek hızlardaki mosfet veya transistörlerle çalışmam gerektiğini düşünüyordum.Ama aslında mosfetlerin tam kapanmadan tekrar kesime gitmiş olması ekstra bir ısı artışı değil aksine daha az ısınmasına sebep olmalı olduğunu fark ettim.
Çünkü 1 saykılda daha yüksek görev süresinde ara bölgede mosfet daha uzun süre kalırken, görev süresi kısaltılıp mosfet tam iletime geçmeden tekrar kesime gönderilmesi 1 saykılda mosfetin ara bölgede kaldığı süre kısaldığı için daha az ısınmalı diye düşündüm.Ve ısınmanın kondansatör şarj akımıyla alakalı olabileceğini fark ettim.

Cemre.

Merhaba, yapmaya çalıştığınız şey daha önce defalarca yapılmış :)
Constant Current Buck Converter anahtar kelimeleri ile aratabilirsiniz.

Hatta bu akım seviyeleri için hazır IC çözümler bile mevcut.

Ax2_Bx_C

300W'lık bir devre hiç de zor değil.
Senkron buck mı yapıyorsunuz yoksa mosfet diyotlu mu? Mosfeti çok hızlı açıp kapayabiliyor musunuz? Diyodunuz schotkey mi? Bunlara bakmanız gerekiyor gibi.
Ben Yalnızca Bir Matematik Fonksiyonuyum

Babu

Alıntı yapılan: Cemre. - 08 Nisan 2018, 13:53:52Merhaba, yapmaya çalıştığınız şey daha önce defalarca yapılmış :)
Constant Current Buck Converter anahtar kelimeleri ile aratabilirsiniz.

Hatta bu akım seviyeleri için hazır IC çözümler bile mevcut.
Hem bu forum hemde ulaşabildiğim tüm kaynaklardan (tükçe : () konu hakkında 2-3 aydır çalışıyorum. Ve yukarıda da gödüğünüz gibi bu seviyeye getirmekte baya zorlandım.Tabi bunda benim analog konusundaki acemiliğim ve ingilizcemin olmayışının büyük etkisi var.
Şu anda hala devreyi daha da stabilleştirmek için uğraşıyorum. Devre 300W 300V Max 1A sabit akım kaynağı. Ve şu anki durumda şönt direnç üzerine düşen gerilimle akım verisini elde edip PWM görev süresini kontrol ederek akımı sabit tutmaya çalışan analog bir devre.

Özellikle akımı daha az hata payıyla sabitlemeye çalışıyorum.Şu anda devre 12 volttan 300 volta 2mA hata yapıyor. Ve max 1sn içerisinde sabitlemeyi tamamlayabilmeli.

Önerebileceğiniz devre yapıları ve en önemlisi hazır entegre çözümler benim için çok değerli olacak. Yardımlarınızı bekliyorum.

Mehmet Salim GÜLLÜCE

Alıntı yapılan: Babu - 08 Nisan 2018, 11:04:14Dün mosfet çıkışları ile kondansatör arasına 1A 200mH seri bobin ekledim.Ve gayet güzel oldu.50V üzeri gerilimlerdeki düşük ısınma seviyesi bile daha düşük seviyelere indi.Düşük gerilimlere inmek istediğimdeki ısınma sorunuda kaltı ve gerilime lineere yakın bir ısınma sergiliyor. Cevap yazan tüm arkadaşlara teşşekürler.
Herkese hayırlı çalışmalar diliyorum.

yuarıda birim hatası yapmışım arkadaşlar.200uH bobin kullandım bilginiz olsun.
Alıntı yapılan: Mehmet Salim GÜLLÜCE - 05 Nisan 2018, 15:33:43Kısacası kondansatörü Mos ile anahtarlamayı düşünüyorsan bobinden geçirmeni tavsiye ederim. Kullandığın anahtarlama frekansı ve akıma uygun olması gerekir. Aşırı yüksek frekans kullanıyorsan anahtarlama kayıpları çok olacağından ısıya dönüşme dahada artar. 
@OptimusPrime ın dediği gibi devre üzerinden tartışmak daha faydalı olacaktır.
İlk tavsiyem di. :)

muhendisbey

09 Nisan 2018, 23:01:42 #12 Son düzenlenme: 09 Nisan 2018, 23:07:15 muhendisbey
Duty cycle belli değerler arasında kalmalıdır, aksi takdirde anahtarlamalı regülatörlerin verimleri düşer. Çok yüksek olması da çok düşük olması da problemdir. Burada kaybolan verim doğal olarak ısıya dönüşür. Bunun için farklı teknikler vardır. Örneğin PWM frekansının da duty cycle beraberinde düşürülmesi veya artırılması.

Bu kaynağı inceleyebilirsin:
https://vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/27019/Disseration_JianLi_revision_new.pdf;sequence=1
Zulmü alkışlayamam, zalimi asla sevemem; Gelenin keyfi için geçmişe kalkıp sövemem.