Conversor de ponte completa do retificador

Estou no processo de construção de um conversor DC / DC isolado de 8kW, topologia de ponte completa.

Estou vendo alguns fenômenos interessantes nos diodos. Quando cada diodo sofre polarização reversa, um pico de tensão aparece através do diodo, antes de se estabelecer a tensão esperada do barramento CC. Estes são diodos rápidos de 1800V (tempo de recuperação especificado de 320nS) e os picos atingem 1800V com apenas 350VDC no secundário, bem abaixo do meu objetivo de tensão de saída. O aumento do tempo morto não ajuda; o chute ainda aparece quando o diodo tem polarização reversa e é tão grande quanto.

Minha suspeita é que o estrangulamento de saída esteja mantendo os diodos enviesados ​​para a frente durante o tempo morto. Então, quando a tensão do transformador começa a aumentar no outro meio-ciclo, o diodo sofre uma polarização reversa instantânea o tempo suficiente para aparecer como um curto no enrolamento do transformador. Então, quando o diodo se recupera, essa corrente é cortada, causando o chute que estou vendo.

Eu tentei algumas coisas. Em um ponto, adicionei um diodo de retorno em paralelo à minha ponte. Usei os mesmos diodos de recuperação rápida que estão na minha ponte. Isso não teve efeito aparente nos picos. Tentei então adicionar uma tampa de 0,01 uF em paralelo à minha ponte.

Isso reduziu os picos para um nível mais gerenciável, mas a impedância refletida desse limite causou problemas significativos no primário. Minhas tampas de amortecedor dobraram de temperatura!

Algumas possibilidades se apresentam:

1) Diagnostiquei o problema incorretamente. Tenho 95% de certeza de que estou vendo o que acho que estou vendo, mas já estive errado antes.

2) Use um retificador síncrono. Eu não deveria ter problemas de recuperação reversa com isso. Infelizmente, não conheço nenhum JFETs de bloqueio reverso nesta faixa de potência e não existe um MOSFET de bloqueio reverso. Os únicos IGBTs de bloqueio reverso que posso encontrar nesta faixa de potência têm perdas piores que os diodos.

Edição: Acabei de perceber que tenho entendido mal a natureza de um retificador síncrono. Não preciso de FETs com bloqueio reverso; os FETs conduzirão a fonte de drenagem.

3) Use diodos de recuperação zero. Mais uma vez, problemas com perdas e custos.

4) Snub os chutes. Parece que consumiria muita energia, da ordem de 20% da minha taxa de transferência geral.

5) Adicione núcleos saturáveis ​​de acordo com os diodos. Dois dos maiores núcleos saturáveis ​​que eu consegui encontrar mal arranharam meus chutes.

6) Use uma topologia ressonante de comutação com corrente zero. Não tenho experiência nessa área, mas parece que se a corrente no primário mudar mais suavemente, a tensão no secundário também deve mudar mais suavemente, dando aos diodos mais tempo para se recuperar.

Alguém já lidou com uma situação semelhante? Se sim, como você resolveu isso? Editar: folha de dados FET do lado primário aqui .

Flagelando os FREDs

Conversores alimentados por tensão com isolamento do transformador exibirão um toque no secundário. O toque é causado por indutâncias e capacitâncias parasitas no circuito, com os elementos dominantes sendo a indutância de vazamento do transformador ( ) e a capacitância de junção ( C j ) dos diodos da ponte. O diodo folha de dados de programas de C j de 32pF. Vou fazer um palpite ingênuo em L Lk de 500nH, mas terá que ser medido para realmente saber. Portanto, um LC de 500nH e 32pF é o que deve ser desprezado.$L_ {\text {Lk}}$$C_j$$C_j$$L_ {\text {Lk}}$

$2 n V_ {\text {in}}$$n$

Existem diferentes tipos de amortecedores de tensão; Fixação, Transferência de energia ressonante e Dissipativo. Os tipos de fixação e ressonância exigem mais peças e algum envolvimento de comutadores ativos, o que acho que os torna impraticáveis ​​para este caso. Portanto, vou cobrir apenas os amortecedores dissipativos porque eles são os mais simples e funcionam bem com comutadores passivos (como diodos ou retificadores síncronos).

A forma de amortecedor dissipativo que abordarei é uma série RC colocada em paralelo com cada diodo de ponte.

Alguns fatos sobre amortecedores de amortecimento RC:

• $R_d$
• Você escolhe o valor da tampa do amortecedor . Isso é importante, pois o valor do limite define a perda de amortecedor ( P Rd ) como$C_d$$P_ {\text {Rd}}$$C_d F V^2$$C_j$

Algumas diretrizes e o que esperar com amortecedores de amortecimento RC:

• Para de 500nH e $L_ {\text {Lk}}$$C_j$$R_d$$C_j$

• $C_d$$3 C_j\leq C_d\leq 10 C_j$$C_d$$3 C_j$$1.5 n V_ {\text {in}}$$C_d$$10 C_j$$1.2 n V_ {\text {in}}$

• O desempenho dissipador do amortecedor não melhorará para $C_d$$10 C_j$

$P_ {\text {Rd}}$

• $C_d$$3 C_j$$P_ {\text {Rd}}$$C_d F V^2$
• $C_d$$10 C_j$$P_ {\text {Rd}}$$C_d F V^2$

$C_d$$10 C_j$

Este é um problema clássico de desprezo. Um diodo não pode instantaneamente passar da condução ao bloqueio; a carga na junção PN precisa ser eliminada, e um amortecedor RC em cada diodo deve ajudar nisso.

Eu costumava projetar soft starters industriais e nas unidades de média tensão tínhamos muito trabalho de design nesse aspecto em particular. Já faz muito tempo desde que eu trabalhei nesse setor em particular, então não me lembro dos valores dos amortecedores, mas provavelmente começaria com 0,1uF e talvez 49 ohms e veria como as coisas começaram a tremer a partir daí.

60A corrente de recuperação reversa! (da folha de dados) Isso tem que ir a algum lugar ...

Como Andrew Kohlsmith, meu primeiro pensamento seria um amortecedor de RC através de CADA diodo, mas estou relutante em fazer uma resposta, a menos que você possa encontrar precedentes em poder semelhante. Andrew parece ter a experiência necessária para fazer esse julgamento; não tendo trabalhado em energia industrial, eu não!

Mas vamos rodar alguns números: como sua corrente direta medirá algo como 25A (8kw, 350V), vamos usar o mesmo valor para Irm - 25A * Trr = 230ns fornece uma carga armazenada de 5,75 uC, que carregaria um capacitor de 0,1uf para um 57V mais gerenciável. Mas 25A * 49R é um pouco alto (!) - esse cálculo bruto sugere 4 ohms (ou até 2) em vez de 49 como ponto de partida para o resistor snubber.

Repito: não trabalhei em energia industrial, então é exatamente isso que os números me dizem. Eu apreciaria o comentário de Andrew, dados esses números.