РЕЗОНАНСНЫЙ ПОЛУМОСТОВОЙ ИНВЕРТОР

    Высокопроизводительный резонансный контроллер с драйверами высокого напряжения NCP1397A, NCP1397B.
    NCP1397 A / B предлагает все необходимое для создания надежного источника питания в резонансном режиме. Его уникальная архитектура включает в себя генератор с управляемым напряжением до 500 кГц, режим управления которого обеспечивает гибкость, когда требуется функция ИЛИ, например в реализациях с несколькими путями обратной связи. Благодаря запатентованной технологии высокого напряжения, контроллер поддерживает загрузочный драйвер MOSFET для полумостовых инвертов, принимающих напряжения до 600 В. Защита с различным временем реакции, например немедленное отключение или событие по таймеру, отключение, обнаружение неисправности оптопары и т. д. способствуют более безопасной эксплуатации преобразователя, не вызывая дополнительной сложности схемы. Регулируемое мертвое время снижает сквозной ток при увеличении частоты переключения.
        ОСОБЕННОСТИ
      • Высокочастотный режим от 50 кГц до 500 кГц
      • Плавающий высоковольтный драйвер 600 В
      • Регулируемая минимальная частота переключения с точностью ± 3%
      • Регулируемое мертвое время от 100 nS до 2 µS.
      • Последовательность запуска с помощью настраиваемого извне плавного пуска
      • Защита от перебоев в работе для более простой ассоциации PFC
      • Вход с фиксацией для условий серьезной неисправности, например Перегрев или OVP
      • Вход на основе таймера с функцией автоматического восстановления для реакции на отложенное событие
      • Защелка от перегрузки по току
      • Отключение входа для немедленной реакции на событие или простого управления включением / выключением
      • Работа VCC до 20 В
      • Низкий пусковой ток 300 µА
      • Пиковый ток закрытия/открытия силового транзистора 1 А / 0,5 А
      • Подключение оптопары с общим коллектором для упрощения операции OR
      • Дополнительное подключение оптопары с общим эмиттером
      • Отключение внутренней температуры
      • Префикс NCV для автомобильных и других приложений, требующих уникального сайта и требований к изменениям управления. Квалифицированный AEC-Q100 и возможность PPAP
      • Эти устройства не содержат свинца, галогенов / бромсодержащего антипирена и соответствуют требованиям RoHS.

PIN	ИМЯ ВЫВОДА	ФУНКЦИЯ	РАСШИФРОВКА
1	CSS(dis)	Soft−Start Discharge	Вывод конденсатора плавного пуска. От емкости подключенного к этому выводу конденсатора зависит время плавного запуска, т.е. снижение частоты от максимальной до рабочей.
2	Fmax	Maximum frequency clamp	Резистор, устанавливающий максимальную частоту преобразования.
3	Ctime	Timer duration	Устанавливает продолжительность таймера при наличии неисправности. От емкости данного конденсатора зависит через сколько времени контроллер будет производить перезапуск в случае возникновения неисправности.
4	Rt	Minimum frequency clamp	Подключение резистора к этому выводу устанавливает минимальную частоту генератора, достигаемую при VFB = 1 В.
5	BO	Brown−Out	Контроль входного напряжения через резистивный делитель. Старт происходит при напряжении на этом выводе более 1...1,04 вольта. При снижении ниже 0,9 вольта контроллер останавливается. Старт происходит через цикл СОФТСТАРТ.   При поднятии напряжения выше 4-х вольт контроллер останавливается и для запуска необходимо выключить питание.
6	FB	Feedback	Подача тока на этот вывод увеличивает частоту колебаний до Fmax. Реагировать начинает при напряжении 1,1...1,2 вольта. При достижении напряжения 4,9 вольт частота будет максимальной. При достижении 5 вольт управляющие импульсы исчезают и появляются вновь при снижении напряжения 4,9 вольта.   При снижении напряжения до 0,2...0,3 контроллер считает, что возникла неисправность с обратной связью и запускает цикл перезапуска.
7	DT	Deadtime	Резистор регулирует ширину мертвого времени.
8	Skip/ Disable	Skip or Disable input	После выпуска выполняется чистая последовательность запуска, если VFB <0,3 В. Во время пропуска в режиме, когда FB не падает ниже 0,3 В, ИС перезапускается без последовательности плавного пуска.
9	Fault	Fault detection input	При подтверждении внешний таймер начинает обратный отсчет и выключает контроллер по истечении установленного времени. Одновременно с этим активируется выключатель разряда плавного пуска, так что рабочая частота преобразователя повышается для защиты силового каскада приложения. Этот вход также оснащен вторым компаратором неисправностей с более высоким порогом (обычно 1,5 В), который: A) ускоряет ток заряда конденсатора таймера в 8 раз - NCP1397A B) фиксирует ИС постоянно - NCP1397B В обеих версиях второй компаратор неисправностей помогает защитить приложение в случае короткого замыкания на выходе или вторичной обмотке трансформатора.
10	GND	Analog ground	Общий провод, земля.
11	Mlower	Low side output	Управляет нижним MOSFET
12	Vcc	Supplies the controller	Питание контроллера до 20 вольт. Запуск происходит при достижении напряжения 9,7...11,3 вольта, самоблокировка срабатывает при снижении до 8,7...10,3 вольта.
13	NC		Вывод отсутствует для увеличения пробивного напряжения
14	HB	Half−bridge connection	Подключается к выходу полумоста
15	Mupper	High side output	Управляет верхним MOSFET
16	Vboot	Bootstrap pin	Питание плавающего Vсс для верхнего плеча

   

    Регулируемое мертвое время: благодаря единственному резистору, подключенному к земле, пользователь имеет возможность включить некоторое мертвое время, помогая бороться с перекрестной проводимостью между верхним и нижним транзисторами.

    Регулируемый плавный пуск: Каждый раз, когда контроллер начинает работать (при включении питания), частота переключения повышается до запрограммированного начального значения внешними компонентами (RFmin // RFstart) и медленно понижается до минимальной частоты, пока не замкнется контур обратной связи. Вход плавного пуска для зарядки (SS (dis)) разряжает конденсатор плавного пуска перед любым перезапуском ИС, за исключением перезапуска после снятия блокировки И напряжение FB выше 0,3 В. Переключатель разряда плавного пуска также активируется в случае неисправности. вход определяет условия перегрузки.
    Регулируемое отклонение минимальной и максимальной частоты: В резонансных приложениях важно держаться подальше от резонирующего пика, чтобы преобразователь продолжал работать в правильной области. Благодаря единственному внешнему резистору разработчик может запрограммировать точку самой низкой частоты, полученную при отсутствии напряжения обратной связи (во время последовательности запуска или в условиях короткого замыкания). Конденсаторы с внутренней подстройкой обеспечивают точность выбора минимальной частоты коммутации ±3%. Регулируемый верхний упор менее точен до ±12%.
    Низкий пусковой ток: при прямом питании от высоковольтной шины постоянного тока устройству для запуска требуется всего 300 µА.
    Обнаружение перебоев в работе: Чтобы избежать работы при низком входном напряжении, необходимо предотвратить переключение контроллера NCP1397, если шина высокого напряжения выходит за допустимые пределы. Кроме того, при объединении со схемой внешнего интерфейса PFC обнаружение обесточивания может гарантировать чистую последовательность запуска с плавным запуском, гарантируя, что PFC стабилизируется перед подачей питания на резонансный резервуар. Вход BO имеет гистерезисный ток 28 µА для минимального потребления.
    Регулируемая продолжительность таймера неисправности: при обнаружении неисправности на входе неисправности или при разрыве цепи FB вывод таймера начинает заряжать внешний конденсатор. Если неисправность устранена, таймер открывает путь зарядки и ничего не происходит. Когда таймер достигает выбранной длительности (через конденсатор на выводе 3), все импульсы прекращаются. Теперь контроллер ожидает разрядки через внешний резистор на выводе 3, чтобы выдать новую чистую последовательность запуска через мягкий запуск.
    Кумулятивные события неисправности: В NCP1397A / B конденсатор таймера не сбрасывается, когда неисправность исчезает. Фактически он объединяет информацию и накапливает события. Резистор, установленный параллельно конденсатору, предлагает простой способ регулировки скорости разряда и, следовательно, скорости повторных попыток автоматического восстановления.
    Обнаружение перегрузки по току с использованием входа неисправности: вход неисправности специально разработан для защиты приложения LLC в случае короткого замыкания или перегрузки. Если напряжение на этом входе превышает первое пороговое значение, активируется источник тока Itimer и конденсатор таймера неисправности начинает заряжаться. Одновременно с этим активируется разрядный выключатель плавного пуска для увеличения рабочей частоты преобразователя. ИС прекращает работу по истечении таймера неисправности. Вход неисправности включает также второй компаратор неисправностей, который:
        - Ускоряет зарядку конденсатора таймера неисправности за счет увеличения тока Itimer1 до Itimer2 - NCP1397A
        - Защелкивается устройство - NCP1397B
    Таким образом, второй компаратор неисправностей помогает защитить силовой каскад в случае сильного перегрузки (например, короткого замыкания обмотки трансформатора и т. д.).
    Возможность пропуска цикла: Отсутствие плавного пуска на входе пропуска / отключения (в случае VFB> 0,3 В) предлагает простой способ реализации пропуска цикла, когда необходимы функции энергосбережения. Может быть реализован простой резистивный делитель от вывода обратной связи до входа пропуска / отключения и пропуска.
    Обнаружение разрыва цепи обратной связи: при запуске или в любой момент во время работы, если сигнал FB отсутствует, таймер начинает заряжать конденсатор таймера. Если цикл действительно разорван, уровень FB не увеличивается до того, как таймер закончит зарядку. Затем контроллер останавливает все импульсы и ждет, пока напряжение на выводе таймера не упадет до 1 В, как правило, перед новой попыткой перезапуска через мягкий старт. Если оптопара полностью сломана, происходит сбой.
    Варианты подключения оптопары с общим коллектором или общим эмиттером: NCP1397 позволяет разработчику выбирать два варианта конфигураций оптопары.
    Осциллятор, управляемый напряжением: Секция VCO имеет высокоскоростную схему, позволяющую работать от 100 кГц до 1 МГц. Однако, поскольку деление на два внутри создает два выхода Q и / Q, последний эффективный сигнал на выходе Mlower и Mupper переключаются между 50 кГц и 500 кГц. ГУН настроен таким образом, что при повышении напряжения на выводе обратной связи повышается и частота коммутации.     Разработчику необходимо запрограммировать максимальную частоту переключения и минимальную частоту переключения. В конфигурациях LLC для схем, работающих выше резонансной частоты, требуется высокая точность при минимальном частота, с
ледовательно, спецификация 3%. Эта минимальная частота переключения фактически достигается, когда обратная связь не замыкает контур. Это может произойти во время последовательности запуска, сильной переходной нагрузки на выходе или в состоянии короткого замыкания. Установив резистор между выводом 4 и заземлением, устанавливается минимальная частота. Используя ту же философию, подключение резистора от контакта 2 к GND установит максимальное отклонение частоты. Чтобы улучшить функции защиты цепи, мы специально создали мертвую зону, в которой контур обратной связи не действует. Обычно оно ниже 1,1 В. На рисунке 26 подробно показано устройство, при котором внутреннее напряжение (которое управляет ГУН) изменяется от 0 до 2,3 В. Однако для создания этого колебания потребуется вывод обратной связи (к которому подключается эмиттер оптопары). обычно колеблется между 1,1 В и 5,3 В.

    Этот метод позволяет нам обнаруживать неисправность преобразователя в случае, если на выводе FB не может подняться напряжение выше 0,3 В (чтобы фактически замкнуть контур) менее чем за время, установленное программируемым таймером. Пожалуйста, обратитесь к разделу неисправностей для получения подробной информации о работе этого режима. Как показано на рисунке 26, внутренняя динамика управляющего напряжения ГУН будет ограничена между 0,5 В и 2,3 В, тогда как контур обратной связи будет управлять выводом 6 (FB) в диапазоне от 1,1 В до 5,3 В. Если мы возьмем ход по умолчанию для вывода FB. чисел, 1,1 В = 50 кГц, 5,3 В = 500 кГц, то максимальный наклон ГУН будет:

    На рисунках 27 и 28 показано изменение частоты в зависимости от уровня напряжения на выводе обратной связи при различных комбинациях фиксаторов частоты.

    Обратите внимание, что предыдущая крутизна ГУН для слабого сигнала теперь была уменьшена до 300 кГц / 4,1 = 71 кГц / В на выходах Mupper и Mlower. Это дает возможность увеличить отклонение обратной связи в системах, в которых диапазон нагрузки не вызывает большого отклонения частоты переключения. Благодаря этой опции мы увидим, как становится возможным наблюдать за уровнем обратной связи и реализовывать цикл пропуска при малых нагрузках. Важно отметить, что изменение частоты не имеет реальной линейной зависимости от напряжения обратной связи. Это связано с наличием мертвого времени, которое остается постоянным при изменении периода переключения.

    Возможность ORing и конфигурации подключения оптопары. Если по какой-либо конкретной причине существует необходимость в изменении частоты, связанном с возникновением события (вместо внезапной остановки импульсов), то вывод FB очень хорошо подходит для добавления других циклов качания. Можно легко использовать несколько диодов для выполнения работы в случае реакции на событие неисправности или для регулирования выходного тока (режим CC). На рисунке 33 показано, как это сделать

    Рекомендуемые площадки на печатной плате приведены на следующем рисунке

    Более подробная информация изложена в сборке техдокументации на NCP1397 ЗДЕСЬ. Документ частично переведен на русский язык.
    Рассчет некоторых параметров NCP1397 добавлен в универсальный КАЛЬКУЛЯТОР и позволяет расчитать номиналы резисторов делителя контроля входного напряжения, резистора мертвого времени и используя параметры силовых транзисторов выяснить возможна ли работа NCP1397 с этими транзисторами. Результатом расчета является отсутствие сквозного тока при использовании расчетного дедтайма и параметров силовых транзисторов.
    Несколько слов как этим калькулятором пользоваться:
    Микросхема имеет вход контроля входного напряжения (вывод 5), а поскольку резонансный преобразователь НЕ ДОЛЖЕН опускаться на частоту резонанса, то при достижении минимального напряжения сети контроллер необходимо блокировать. Данный вход имеет петлю гистерезиса, организованную на генераторе тока, который в рабочем режиме добавляет на вход 28мкА. В даташнике на NCP1397 приведена методика расчета номиналов резисторов делителя, подключаемому к этому входу и даже приведен пример расчета. Однако пример приведен для варианта инвертора с ККМ, следовательно диапазон напряжений указывается в вольтах ПОСТОЯННОГО напряжения. В подавляющем большинстве любительских инверторов ККМ не используется, следовательно расчет удобней вести не по выпрямленному первичному напряжению, а исходя из напряжения сети. Собственно в калькуляторе расчет и происходит из значений сетевого ПЕРЕМЕННОГО напряжения.

    НАПОМИНАЛКА:
    Редактировать можно только желтые ячейки. В белых ячейках уже приведены результаты расчетов, там находяться формулы и изменив содержимое белых ячеек вручную Вы утратите калькулятор.

    Кроме этого есть наброски нескольких схем инверторов на базе этой микросхемы. Осталось собрать и протестировать.
   
    Если кто то прямо сейчас решил бросится на сборку инвертора на базе NCP1397, ну или какого либо другого резонансного инвертора, то сразу предупреждаю:
    - необходим измеритель индуктивности;
    - необходим измеритель емкости и ESR;
    - необходим осциллограф до 10 МГц, желательно двухканальный.
    ЧТО НЕ ТАК? По факту многое НЕ ТАК...
   
    Первый запотык с результатами расчетов. Программа Старичка (Денисенко) считает трансформаторы для резонансных инверторов, только результаты расчетов отличаются в зависимости от версии программы.
    Разумеется самым компетентным в этом калькуляторе является автор калькулятора. Диалог получился кратким и весьма емким. ЧИТАТЬ.
    Я особо не удивился, поскольку даже в рекомендация по сборке инвертора в главе по сборке трансформатора написано следующее:
    Расчет первичной и вторичной магнитной проводимости и расчет полного паразитного потока трансформатора - непростая задача для трансформатора с разделенной катушкой. Необходимо использовать численные методы конечных элементов (МКЭ) с точно подготовленной моделью. Часто при проектировании прототипа трансформатора используется метод «пробовать и пробовать».
    По факту - трансформатор мотается исходя из первичных расчетов, а дальше вступает МЕТОД ТЫКА. Кудаж без него? Ну а посокольку МЕТОД ТЫКА рулит, то для начала следует опробовать все возможности контроллера в традиционном включении, а потом заняться извращениями. Именно по этой причине первым инвертором будет инвертор с резонансным дросселем, а уж потом, когда будут получены оптимальные параметры, будет изготавливаться трансформатор из AND8460.

    Основа извращений заключается во внешнем виде силового трансформатора данного инвертора есть конструктивная особенность, которая довольно сильно напоминает еще один трансформатор:

    Не смотря на габаритную мощность железа около двух сотен ватт трансформаторы данного типа отдают в нагрузку порядка 800 Вт при работе на индуктивность.