Duty cycle de um inversor

filipeg · 18 de fevereiro de 2018

Ola pessoal estou construindo um inversor meia ponte para acionar um forno de indução, para acionar os IGBTs estou usando como gate driver o ci IR2104, e para gerar o pwm o 7500b que é uma copia do TL494 pretendo fazer o controle de potencia deste forno controlando o duty cycle do inversor, vou trocar o IR2104 pelo IR2102 que me permite fazer o acionamento independente de cada IGBT dessa maneira posso controlar o tempo de condução dos igbts a minha duvida é como eu poderia fazer para usar o pwm gerado pelo 7500b para fazer isso. O 7500b gera dois pwms iguais pensei em gerar uma fase entre eles ou algo do tipo mas não sei como fazer.

Estou editando por que não sei se minha duvida ficou clara.

utilizando a logica atual se eu diminuir o dutycycle do pwm de acionamento o que vai acontecer é que um igbt vai passar mais tempo conduzindo do que o outro como por exemplo se um coduzir 30% o outro vai conduzir 70% do ciclo com isso a carga recebe 100%da energia fornecida pela fonte, preciso fazer com que cada um deles conduza 30% dessa maneira somente 60% da energia fornecida pela fonte va para a carga (os percentuais são somente para exemplo).

Agradeço desde ja

.if · 18 de fevereiro de 2018

Acho que ja vi este filme... vulgo to tendo um de ja vu

Publique algum desenho. E principalmente pesquise sobre os princípios do pwm

Só por curiosidade... forno de indução não trabalha com freq (e potencia claro) bem alta? Se sim, seus recursos, técnicas,componentes, e afins contemplam isso? Está se baseando em algum sistema já existente ou está reinventando a roda?

Desculpe, não pesquisei sobre. É só pra reflexão e curiosidade mesmo...

ops.. perdão... acho que confundi a freq do pwm com a freq da indução. Mas mesmo assim mantenho a curiosidade ok?

filipeg · 19 de fevereiro de 2018

2 horas atrás, Isadora Ferraz disse:

Acho que ja vi este filme... vulgo to tendo um de ja vu

Publique algum desenho. E principalmente pesquise sobre os princípios do pwm

Só por curiosidade... forno de indução não trabalha com freq (e potencia claro) bem alta? Se sim, seus recursos, técnicas,componentes, e afins contemplam isso? Está se baseando em algum sistema já existente ou está reinventando a roda?

Desculpe, não pesquisei sobre. É só pra reflexão e curiosidade mesmo...

sim tenho os componentes necessários e estou me baseando no em um projeto que tem na internet do eng Eduardo Moreira, mas ele não faz controle de potencia segue abaixo o link do projeto dele.

http://www.eduardomoreira.eng.br/metalurgia/inducao/inducao.html

albert_emule · 19 de fevereiro de 2018

7 horas atrás, filipeg disse:

Ola pessoal estou construindo um inversor meia ponte para acionar um forno de indução, para acionar os IGBTs estou usando como gate driver o ci IR2104, e para gerar o pwm o 7500b que é uma copia do TL494 pretendo fazer o controle de potencia deste forno controlando o duty cycle do inversor, vou trocar o IR2104 pelo IR2102 que me permite fazer o acionamento independente de cada IGBT dessa maneira posso controlar o tempo de condução dos igbts a minha duvida é como eu poderia fazer para usar o pwm gerado pelo 7500b para fazer isso. O 7500b gera dois pwms iguais pensei em gerar uma fase entre eles ou algo do tipo mas não sei como fazer.

Estou editando por que não sei se minha duvida ficou clara.

utilizando a logica atual se eu diminuir o dutycycle do pwm de acionamento o que vai acontecer é que um igbt vai passar mais tempo conduzindo do que o outro como por exemplo se um coduzir 30% o outro vai conduzir 70% do ciclo com isso a carga recebe 100%da energia fornecida pela fonte, preciso fazer com que cada um deles conduza 30% dessa maneira somente 60% da energia fornecida pela fonte va para a carga (os percentuais são somente para exemplo).

Agradeço desde ja

Este controle a seguir pode te fornecer tanto um controle de duty cycle, como um controle de freqüência.

O trimpot que está identificado como "ajuste de tensão", na verdade ajusta o duty cycle.

Vai de zero até 50% que acredito ser ideal para o seu caso.

Só evite que vá até 50% para os IGBTs não conduzirem ao mesmo tempo.

Coloque um resistor para limitar um pouco.

Um exemplo:

Esta limitação das imagens acima é suficiente pros IGBTs não conduzirem ao mesmo tempo.

Se for usar frequências tão altas quanto estes 100Khz, não use IGBTs. Use mosfets.

Veja um exemplo de mosfet:

http://www.timfine.com/DownloadFile/UP_2013614211644922.pdf

adicionado 6 minutos depois

Este controle é tão bom que ainda tem partida suave no pino 8 e detecção de curto-circuito no pino 10, que atualmente está aterrado.

Tem o pino 7 que faz aquele limitador para não chegar a 50% que falei. Mas atualmente está direto sem a função.

filipeg · 19 de fevereiro de 2018

Muito obrigado sem palavras mesmo, vou usar os IGBTs por que ja tenho eles ganhei de um professor, uso so o SG3525 par acionar ou coloco um gate driver junto ? pois com o ir2102 consigo acionar de maneira independente cada igbt

albert_emule · 19 de fevereiro de 2018

14 minutos atrás, filipeg disse:

Muito obrigado sem palavras mesmo, vou usar os IGBTs por que ja tenho eles ganhei de um professor, uso so o SG3525 par acionar ou coloco um gate driver junto ? pois com o ir2102 consigo acionar de maneira independente cada igbt

Só tome cuidado com a freqüência.

Para IGBTs não use mais que 50Khz.

Sérgio Lembo · 19 de fevereiro de 2018

Curiosidades:

- tensão da fonte

- corrente de trabalho

- frequência

- se importa em postar o circuito disso aí? Nos circuitos autoressonantes a bobina fica permanentemente alimentada por corrente AC, a entrada e saida do transistor é feita em ZVS. Admito não conhecer esses circuitos com frequência imposta.

albert_emule · 19 de fevereiro de 2018

49 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

Curiosidades:

- tensão da fonte

- corrente de trabalho

- frequência

- se importa em postar o circuito disso aí? Nos circuitos autoressonantes a bobina fica permanentemente alimentada por corrente AC, a entrada e saida do transistor é feita em ZVS. Admito não conhecer esses circuitos com frequência imposta.

Tudo leva a crer que o cara ache a freqüência de ressonância manualmente. Daí fica igual ao circuito ZVS.

Até tem um aparato lá no tanque de saída com dois leds.

Se um acende com mais brilho que o outro, está um pouco fora de sintonia.

Olhando qual led está com brilho maior, o cara sabe para que lado deve ajustar a freqüência, se para cima ou se para baixo.

adicionado 3 minutos depois

Alguns experimentos de um gringo:
http://danyk.cz/induk_en.html

http://danyk.cz/induk2_en.html

http://danyk.cz/induk3_en.html

Sérgio Lembo · 20 de fevereiro de 2018

Ajuste com brilho de lâmpadas (ou leds, tanto faz) vai ser algo bem grosseiro, mas na falta de tu vai com tu mesmo. O brilho é linear, concordo, mas a percepção humana de luz é exponencial.

adicionado 51 minutos depois

@albert_emule

Pedi ao autor para postar o circuito por uma simples razão: olhando para o gráfico de tensão, vai ficar parecendo um motor de 4 tempos com 2 cilindros. Nos 2 tempos mortos, pra onde vai a corrente desse indutor? No autoressonante o LC faz isso sozinho, a transição AC se faz de forma natural e troca sozinha de mosfet. Que tipo de onda a corrente faz nesse de frequência forçada? Qual o destino da corrente do indutor a cada fim de comutação? Nos circuitos dos links postados vemos os capacitores de ressonancia no esquema e nas fotos (teve um em que foram mergulhados na água).

Não consegui entender aquele controle de frequência por potenciometro no drive de gate, mas confio na boa fé do autor e vou queimar a cachola para entender como um gate driver se transforma em controle. Na pagina afirma conseguir uma regulagem de 100kHz~200kHz.De qualquer forma, nos links vemos a frequencia sendo feita pelo LC e provocando o ZVS e senoide de corrente desejados. Nos posts daqui entendi que essa frequência será feita por um SG ou coisa parecida, driver de inversor simples.

Vi o circuito onde tem led em paralelo a bobina. É apenas 1 led, o outro diodo é simples, proteção de tensão reversa.

Sérgio Lembo · 20 de fevereiro de 2018

Sobre o mosfet, que tal esse da Infineon. No ML tá por R$ 6,50

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/396095/INFINEON/IPA60R190C6.html

albert_emule · 20 de fevereiro de 2018

1 hora atrás, Sérgio Lembo disse:

Ajuste com brilho de lâmpadas (ou leds, tanto faz) vai ser algo bem grosseiro, mas na falta de tu vai com tu mesmo. O brilho é linear, concordo, mas a percepção humana de luz é exponencial.

adicionado 51 minutos depois

@albert_emule

Pedi ao autor para postar o circuito por uma simples razão: olhando para o gráfico de tensão, vai ficar parecendo um motor de 4 tempos com 2 cilindros. Nos 2 tempos mortos, pra onde vai a corrente desse indutor? No autoressonante o LC faz isso sozinho, a transição AC se faz de forma natural e troca sozinha de mosfet. Que tipo de onda a corrente faz nesse de frequência forçada? Qual o destino da corrente do indutor a cada fim de comutação? Nos circuitos dos links postados vemos os capacitores de ressonancia no esquema e nas fotos (teve um em que foram mergulhados na água).

Não consegui entender aquele controle de frequência por potenciometro no drive de gate, mas confio na boa fé do autor e vou queimar a cachola para entender como um gate driver se transforma em controle. Na pagina afirma conseguir uma regulagem de 100kHz~200kHz.De qualquer forma, nos links vemos a frequencia sendo feita pelo LC e provocando o ZVS e senoide de corrente desejados. Nos posts daqui entendi que essa frequência será feita por um SG ou coisa parecida, driver de inversor simples.

Vi o circuito onde tem led em paralelo a bobina. É apenas 1 led, o outro diodo é simples, proteção de tensão reversa.

Na verdade eu olhei rapidamente e não dei muita atenção.

Já andei simulando um circuitos destes. Vou tentar achar aqui

albert_emule · 20 de fevereiro de 2018

11 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Sobre o mosfet, que tal esse da Infineon. No ML tá por R$ 6,50

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/396095/INFINEON/IPA60R190C6.html

Olhei o circuito com mais calma.

Realmente é um pouco confuso.

Eu pensei em outro circuito. Até simulei.

No circuito em ponte H, não teríamos problema com a energia do indutor.

O circuito ponte H forma uma ponte retificadora de onda completa que sempre envia a energia do indutor de volta para o capacitor de entrada lá na fonte.

Aqui na simulação acredito que teríamos outro problema.

Fora da sintonia, acredito que a corrente nos chaveadores fique muito alta.

Eu ainda não simulei o circuito fora da sintonia. Daqui a pouco tenho que fazer uns serviços aqui. Estou no horário de trabalho e não tenho tempo. Mas acredito que fora de sintonia a corrente fique muito alta.

Veja a corrente no circuito tanque.

Nos chaveadores a corrente fica em torno de uns 40 amperes pico.

Nesta simulação em que a corrente nos chaveadores ficam em 40 amperes, estou levando em conta uma carga de 8Kw.

É um resistor em paralelo lá no circuito tanque, simulando um material ferroso extraindo energia do tanque.

Mas veja que apesar dos chaveadores estarem com apenas 40 amperes, o tanque manda até 300 pico amperes em tensão de 450 voltes pico.

Para resolver a alta corrente nos chaveadores por falta de sintonia do circuito, eu pensei numa solução:

Um amperímetro ou algo do tipo.

Um resistor de grande potência ficaria na saída da ponte H em série com o circuito tanque.

O resistor teria um valor específico que fizesse a corrente nos mosfets ficarem perto do limite quando fora da sintonia, mais ainda longe de regiões perigosas.

Então o operador do circuito iria iniciar a sintonia do circuito.

Quando a corrente a vazio ficasse a menor possível, uma contatora fecharia em paralelo com o resistor, para poder fazer o By-pass.

adicionado 1 minuto depois

Veja a corrente que fica quando o circuito está operando a vazio, sem aquele resistor de 10R simulando o material ferroso.

Essa corrente é na fonte de alimentação.

O circuito tanque continua com os mesmos 300 amperes.

Ressonância é um negócio incrível.

adicionado 3 minutos depois

Detalhes do circuito:

adicionado 9 minutos depois

O capacitor de 1.25uF trata-se de muitos capacitores em paralelo para chegar a este valor.

E todos eles juntos tem que suportar correntes de 300 amperes.

Dicamos que cada capacitor suporte 5 amperes.

Então você teria que calcular 60 capacitores em paralelo, de forma que o valor total ficasse em 1,25uF

adicionado 14 minutos depois

Com este arranjo que fiz nas saídas do trafo de pulsos que faz papel de transformador driver dos mosfets, os gates dos mosfets carregam devagar e descarregam muito rápido.

Isso evita que os mosfets de braços diferentes conduzam ao mesmo tempo.

adicionado 48 minutos depois

Lembrando que na montagem real do transformador de pulsos, a indutância de dispersão do transformador te causará problemas.

Por isso andei estudando soluções para resolver.

Este trafo driver permite acionar dois braços por vez.

Para acionar os 4 braços, terá que usar dois trafos drivers.

Só que fica excelente e até mais confiável que CI. Pois este tipo de driver não é sensível como os frágeis semi-condutores.

Eles são mais resistentes a erros de projeto.

Vi vídeo de teste:

https://www.youtube.com/watch?v=dvnU-nkes0o

albert_emule · 20 de fevereiro de 2018

@Sérgio Lembo

Veja um projeto mais detalhado:

http://inductionheatertutorial.com/inductionheater/induction6.html

Veja se as formas de onda tem alguma semelhança com minhas simulações.

Eu estive simulando chavear fora da sintonia. Qualquer falta de sintonia faz com que a corrente nos mosfets suba acima de 150 amperes. Isso para um desvio bem leve na freqüência.

Uma vez que fica sintonizado, funciona em comutação suave.

Meu método que consiste em primeiramente sintonizar com resistor em série, pode funcionar.

Posso fazer até melhor: Usar aqueles métodos de mensurar corrente pelo RDS-ON dos mosfets e fazer os mosfets desligarem sempre que a corrente for perigosa. Desligamento por semi-ciclo.

Na prática, isso faria o tanque não alcançar a potência total, caso estivesse fora de sintonia.

Eu já tenho experiência com proteção através de medição de RDS-on.

Tenho aplicado isso nos meus inversores.

adicionado 18 minutos depois

Sérgio Lembo · 20 de fevereiro de 2018

@albert_emule , vamos ver a coisa de forma prática: os circuitos ressonantes se autosintonizam. Com o comando de gate externo, vai ter que encontrar a sintonia natural deles para poder jogar potência. A troco de que vai dormir com o inimigo se a amante da autoressonância é mais doce? Se sintonizado tem o mesmo resultado da autoressonância. Se fora da sintonia tem uma tampa de mosfet arremessada na face. Que vantagem Maria leva? E para complicar mais um pouco, com a entrada da carga a indutância muda, atingindo o ponto de Curie volta a mudar. Controle de frequência é interessante para se ter aquecimento mais superficial ou mais homogênio. Para isso sugiro chaves mecânicas de comutação no banco de capacitores. Para controle de potência aplicada, acredito que uma fonte variável de entrada, quem sabe um PFC + LLC seja o mais adequado.

adicionado 15 minutos depois

Ou um transformador trifásico com vários tapes.

Off topic: Por falar de retificação trifásica, já trabalhei com um de 12 pontas (duplo secundário invertido) + bobina de interfase para maximização do semiciclo (dá mais que os 60º naturais de um trifásico duplo). A aplicação era de alta corrente DC. Show de bola.

albert_emule · 1 de março de 2018

Um esquema de fogão de indução:

http://openschemes.com/2010/12/09/circuit-analysis-of-the-1-8kw-induction-hotplate/

adicionado 0 minutos depois

Algumas formas de onda:

http://openschemes.com/2010/11/11/1800w-induction-cooktop-teardown/5/

adicionado 1 minuto depois

Neste site tem até o arquivo de simulação do tal fogão no LTspice.

Eu andei simulando aqui.

É bem legal

adicionado 3 minutos depois

Corrente na bobina de indução.

A tensão chega a ultrapassar 1000V.

adicionado 3 minutos depois

adicionado 5 minutos depois

São 307 voltes RMS em corrente de 67 amperes.

Mas o pico da tensão atinge mais de 1000V.

Deve ser pelo fato de ser chaveado em modo Flyback

filipeg · 11 de março de 2018

@Sérgio Lembo Ola desculpe a demora para responder vou deixar abaixo algumas imagens do circuito, estou com um problema com a corrente do circuito que chega aos kilo amperes e não sei o por que. Estou utilizando como modelo este site http://www.eduardomoreira.eng.br/metalurgia/inducao/inducao.html. A primeira imagem mostra uma simulação com o inversor conduzindo de modo complementar, ja na segunda imagem o inversor tem um duty de 50% meu primeiro palpite é que os capacitores que completam o circuito do inversor (os de 5 mF) estivessem errados mas ja variei o valor da capacitância e isso praticamente não gera alteração na corrente

Sérgio Lembo · 11 de março de 2018

O amperímetro Ic está errado. Coloque entre Lc e Cc para ver a corrente de ressonância.

Note no último gráfico que a frequência de oscilação independe da frequência de chaveamento. O auto-ressonante simplesmente manda. Note tb que está mandando energia direto ao circuito. pense num PWM.

Faça o seguinte teste: nesse oscilador que montou nos gates, dentro da mesma frequência, num dead-time variável entre a entrada do braço superior e inferior. Da forma que está a alimentação da bobina está contínua, pois quando o braço superior para de energizar entra o inferior. Será como um dimmer de triac que se usa em lâmpadas incandescentes.

albert_emule · 12 de março de 2018

Assim que eu puder, farei um teste com o circuito a seguir:

Foi o mais simples e funcional que encontrei.

O único problema é que precisa de IGBTs que suportem mais de 1000V.

Sérgio Lembo · 12 de março de 2018

Ainda sobre o controle dos IGBTs: segue abaixo o início do circuito de controle.

O primeiro timer faz a frequência base. O segundo irá fazer o T_on de cada IGBT (será um monoestável). Com um circuito lógico simples, combinando as saídas do primeiro e do segundo timer terás as saidas alternadas para os gates com controle de T_on idêntico para ambos. Coloquei uma frequência base de 1500Hz, talvez seja necessário alterar. No cálculo do T_on máx do monoestável, calcule um valor para que o duty fique baixo, como já sabemos 100% resulta em elevadas correntes.

O primeiro gráfico é a saída do primeiro timer, o segundo o trigger do segundo. O resistor de 10K no trigger está lá para se ver o pulso negativo, retirar.

adicionado 6 minutos depois

Os capacitores do ctl são de 10nf, corrigir.

filipeg · 13 de março de 2018

@Sérgio Lembo no segundo eu uso o pwm de maneira descontinua isso que gera aquela forma de onda da tensão no igbt não sei se entendi direito sua consideração desculpe, obrigado pela dica do amperímetro Ic fa todo o sentido pois a resistência é so um modelo, qual é o capacitor ctl ?

Sérgio Lembo · 13 de março de 2018

É o capacitor que se coloca entre o pino ctl do 555 e o GND. 10nF é o valor correto. No desenho eu errei e deixei 10uF.

Sobre o circuito: falemos do circuito principal primeiro, a forma de controlar vem depois.

- Trata-se de um circuito autoressonante, isto é, havendo energia acumulada no LC este funciona sozinho.

- Quanto mais energia for fornecida, maior a potência na bobina de trabalho.

- No modelo que escolheu a alimentação tem que ser alternada, caso contrário o capacitor que tem do outro lado do LC fica com toda a tensão Vcc e não teremos mais como alimentar o LC. Deve ter notado pelos formas de onda que postou que a frequência de oscilação do LC nada tem a ver com a frequência da alimentação que injetamos, até porquê o indutor de choque barra isso.

- Escolhi de início uma frequência baixa, 1500kHz. Isso significa que cada semiciclo dessa onda quadrada terá 333us. Polarize o monoestável com potenciômetro para fornecer entre quase 0 e 100us. Na simulação, verifique se a corrente Ic fica razoavelmente constante ou se varia demais com a entrada e saída do monoestável. Vai ver a corrente Ic oscilando como se fossem vários losangos unidos pelas arestas. Se estiver variando demais, aumente a frequência e diminua o tempo máximo do monoestável. Vai subindo aos poucos essa frequência. Vai notar que quanto maior mais estável fica a corrente sobre o LC. Será um exercício interessante.

- Por quê não jogamos uma frequência alta logo de cara? Simples: o IGBT não é muito chegado a frequências elevadas, assim sendo usaremos a menor frequência possível que nos dê alguma estabilidade. No datasheet do IGBT costuma ter um gráfico com a potência dissipada por chaveamento. É um valor em mj (milijoules). Quando multiplicado pela frequência dá muitos watts de calor, fora o calor dissipado pelo V_sat x corrente.

- Complete o circuito que iniciei, poste os resultados como fez a pouco.

- Dica: tem uma porta lógica com uma salada de nands e inversores. Cai como uma luva para a lógica de disparo. Se usar um desses drives de IGBT com ENABLE, basta colocar a saída do astável num dos braços, inverter com um transistor para entrada no outro braço e colocar a saída do monoestável no ENABLE, supondo que este seja ativado por nivel 1.