Полумост на UC3825

Полумостовой инвертор управляется ШИМ-контроллером UC3825. Эта микросхема часто применяется в сварочных инверторах и предназначена для преобразовательной техники. У контроллера есть два хороших свойства: наличие драйверов на выходе (до 1.5А в пике); быстродействующая защита по току. Полумост испытан на контуре индукционного нагревателя (до 500 Вт) и на активной нагрузке в 1кВт (утюги). Всё устройство состоит из блока управления и силового блока.

Рисунок 1 - Схема блока управления

В блок управления входят ШИМ-контроллер UC3825(далее генератор) и трансформатор управления затворами (GDT). Генератор вырабатывает два сигнала, управляющих транзисторами VT3/VT4 (IRF530), которые в свою очередь управляют затворами силовых транзисторов через GDT - TV2. Трансформатор выполняет функцию развязки верхнего и нижнего ключей полумоста и имеет 4 обмотки по 30 витков провода МГТФ 0,12мм на феррите М2000НМ1 К28-16-9. Вторичные цепи GDT по схеме перед силовыми ключами ускоряют разряд затворов через транзисторы VT1/VT2 (BC327). Кроме того эти цепи подавляют эффект, при котором затвор может быть заряжен во время закрывания транзистора через паразитную емкость коллектор-затвор (C_cg) из-за быстрого нарастания напряжения на коллекторе при закрытии. В зависимости от нужд применения инвертора, элементы частотозадающей цепи R9/C4 могут быть заменены на другие. С номиналами, указанными на схеме, частоту можно регулировать в пределах 25-75 кГц. Резистором R6 регулируется скважность, но, во время работы в резонансных режимах этого делать не следует, т.к. в малой степени изменяется и частота (в пределах ~1%).
Защита по току работает следующим образом. Сигнал от трансформатора тока выпрямляется мостом VD9..VD12, далее через делитель R10/R13 подается на вход I_LIM. Когда на 9 ноге напряжение достигает 1,0 В - начинает накладываться ограничение тока (ШИМ), а когда амплитуда достигает 1,4 В - управляющие импульсы блокируются. Регулировка уставки осуществляется подстройкой R13.
Данный блок давал фронты около 200нс на нагрузке 10нФ (вместо затворов). Его можно доработать для управления мостом, добавив две вторичные обмотки в GDT и цепи разряда затворов.

Рисунок 2 - Схема силового блока

В состав данного блока входят выпрямитель, инвертор и трансформатор тока. Полумост построен на распространенных IGBT транзисторах IRG4PC50U на длительный ток до 27A. Диоды VD5/VD6 образуют путь прохождения тока в фазе закрытия ключей (dead time) при работе на нагрузку с индуктивной составляющей. Диоды VD3/VD4 задумывались для блокировки прохождения тока через медленные диоды (в MOSFETах), но с данными транзисторами они необязательны. Стабилитроны VD1/VD2 предохраняют затворы от перенапряжения. Трансформатор тока TA1 содержит обмотку в 50 витков и намотан на феррите М2000НМ1.

По сравнению с полным мостом полумостовая схема имеет следующие недостатки:

• амплитуда выходного напряжения равна половине напряжения питания инвертора;
• в 2 раза выше ток, протекающий через транзисторы, при одинаковой величине потребляемой мощности и напряжении питания;
• отклонение формы выходного напряжения от прямоугольной, проявляющееся тем больше, чем больше мощность нагрузки, меньше рабочая частота, меньше емкость конденсаторов (C1-C6).

Последнее свойство объясняется тем, что во время очередного импульса конденсатор в отдельном плече полумоста поддерживает ток только пока заряжается и по мере накопления заряда этот ток снижается. При большой мощности нагрузки эти конденсаторы заряжаются быстро, поэтому в течение импульса ток спадает быстро (равно, как и при малой их емкости). Кроме мощности нагрузки на форму влияет и частота, т.к. при низкой частоте и большой длительности импульсов конденсаторы успевают заряжаться в большей степени до наступления окончания импульса. Ниже приведены осциллограммы модели полумоста на частоте 80 кГц с конденсаторами по 990нФ в плечах полумоста (как на рис.2) при активной нагрузке от 10 Вт до 10кВт.

Рисунок 3 - Зависимость формы выходного напряжения полумоста от величины нагрузки

UC3825
IRG4PC50U
HFA25TB60
60CPQ150

	Между затворами. Uдел = 5В, tдел = 2мкс
	Форма тока перед LC-контуром, в резонансе.
	Форма напряжения на LC-контуре, в резонансе.
	Форма напряжения на выходе инвертора. Нагрузка - LC-контур, в резонансе.

Добавление комментария
Имя:
E-mail:
Сообщение: