Вопрос по созданию БП 220В->20кВ

[ingeniring]

Добрый день!
Некоторое время назад я занялся созданием блока питания для озонатора.
Немного опишу что я изготовил и с какой проблемой обращаюсь к общественности за помощью.
Итак, топология - косой полумост.
Мощность - примерно 1кВт
Описание к схеме:
J5 - вход 220В
J4 - вход 15В
J3 - разьем внутрисхемного программирования
U5, U3 - КРЕН на 5В - на питание вентилятора(PR2) и на питание логической части
PR1 - сюда при тестовом запуске подключаю лампочку для уменьшения тока
J2 - разъем подключения нагрузки (первичная обмотка трансформатора)

Как все должно работать: Задающим генератором служит процессор PIC12F683 со встроенным PWM. Частота 29 кГц. Сигнал с процессора поступает на драйвер IR2110, который в свою очередь выдает управляющие сигналы на ключи. При включении питания скважность =0 и начинает плавно увеличиваться до 50%(програмно реализовал на PWM процессора). Если при увеличении скважности с микросхемы IR2570 приходит сигнал о превышении тока (примерно 5А) через ключ, то драйвер IR2110 отключается и поступает сигнал на процессор. Скважность падает в 0 и опять повышается. Процесс повторяется.
Историю со скважностями я затеял для того,чтобы как то понять, что первичная катушка находится в насыщении и чтобы ничего не сгорело из за превышения тока, который будет расти при уменьшении индуктивности катушки, вызванного насыщением сердечника.
Если я подключаю в качестве нагрузки чайник на 1,5кВт, то все хорошо работает - показания осцилографа это подтверждают... При подключении индуктивной нагрузки у меня на плате перегреваются дорожки силового контура (прям от начала до конденсатора и далее до выхода)
Ясно, что это связано с индуктивностью нагрузки, сердечник переходит в насыщении, индуктивность падает и ток растет. И даже самой минимальной скважности хватает,чтобы перегреть дорожки.
Т.е. я так понимаю проходит импульс на 1% скважности, IR2570 видит превышение тока, говорит об этом процессору, тот опять начинает скважность с 0 и при следующем импульсе все повторяется... и так 29 тысяч рас в секунду... или еще хуже - некоторые пустые идут и в результате мы получаем уменьшение частоты в 4 раза, во столько же раз и падение сопростивления индуктивности с таким же ростом тока...
Вопрос:
Подскажите, что можно в данном случае использовать в качестве обратной связи- что будет давать информацию о насыщении индуктивности первичной обмотки без передачи в нее дополнительной энергии. Или может есть какое то другое, более простое решение? Я уже всю голову себе сломал...
Заранее огромное спасибо за критику, советы...
ЗЫ: расчеты трансформатора выполнял по книжкам, перепроверял 100раз. Расчетная индуктивность первичной обмотки совпала с измеренной и тд и тп

[ForcePoint]

C9 и C10 выглядят сомнительно. По крайней мере - номиналами...

[Yuri222]

Вы моделировали эту схему? Конденсаторы С9/С10 0,22 мкФ - совместно с индуктивностью трансформатора (кстати - об этом у Вас ни слова - что за он - конструкция, его параметры?) образуют колебательный контур - т.е. переключение мягкого старта запросто может оказываться в то время, когда открыты диоды (кстати, D4 нарисован в неудачном месте - надо бы его на схеме переместить поближе к силовым ключам, а то он незаметен при просмотре схемы) - т.е. лишние потери. Да и сердечник, предполагаю, при таком подходе может оказаться неразмагниченным.
Ключи - применили на 1200В со встроенными диодами - специально или из того, что было? ИМХО лучше поставить 600-вольтные - у них потерь будет меньше в открытом состоянии.

[ingeniring]

Yuri222
Трансформатор выполнен на UI сердечнике 126/91/20 N87. Зазор 0.2мм
Первичная обмотка 116 витков(1мм), вторичная 10420витков (0,125мм)
Индуктивность первичной обмотки 0,03H
Саму схему не моделировал - сразу в "бой".
Про ключи, честно признаться: я уже сбился со счета )))) Сейчас стоят GP4062D (IGBT) Рабочая частота позволяет применять их. Первоначально были со строенными диодами - действительно исходил из того что было, потом "понеслось". По поводу диодов: Сейчас стоят КРКЗ1560 (35нс). По идее должны успевать закрываться. Да и перегрев дорожек идет только по цепи от входя питания до выхода на трансформатор. Дорожки от диодов - все целые. В случае, если бы они не успевали закрыться, то перегрев был бы к ним и после них. Я склоняюсь что это перенасыщение сердечника, защита по току срабатывает, но сам сигнал, даже минимальной скважености проходит и вызывает нагрев и резкий скачек тока... вот если бы была возможность определелить насыщение сердечника и проверять этот факт процессором, то это было бы здорово... но городить схему для измерения петли гестерезиса и "изучать" ее процессором тоже не хочется ))))

C9 и C10 выглядят сомнительно. По крайней мере - номиналами...

Ну тут исходил из того, что пленочного было у меня в наличии. Думаете, что в них причина может быть такого поведения устройства?

[Yuri222]

ingeniring,

вторичная 10420витков

при стольких витках это - колебательный контур.
Надо бы определить емкость вторичной обмотки, пеерсчитать ее в первичную и посмотреть, какие процессы происходят.
По диодам - я про нарисовку схемы (т.к. вначале проглядел один из этих диодов - он далеко от силовой части нарисован и не сразу виден).
В цепь питания - вероятно, неплохо бы зашунтировать сетевой электролит (300В питание) пленкой - если электролит не высокочастотный.

[ingeniring]

ingeniring,

при стольких витках это - колебательный контур.
Надо бы определить емкость вторичной обмотки, пеерсчитать ее в первичную и посмотреть, какие процессы происходят.
По диодам - я про нарисовку схемы (т.к. вначале проглядел один из этих диодов - он далеко от силовой части нарисован и не сразу виден).
В цепь питания - вероятно, неплохо бы зашунтировать сетевой электролит (300В питание) пленкой - если электролит не высокочастотный.

Да, про диоды понял, спасибо за замечание!
Электрлит не высокочастоный, но и блок питания тоже не особо высокочастотный - 29кГц всего. Но тоже учтую спасибо!

Вот про "колебательный" контур - можно поподробнее? Ссылку, или где про это можно почитать. Я понимаю,что индуктивность содержит в себе паразитный элемент "конденсатор" а вот дальше не понятно - что входит в состав этого колебательного контура и как он может влиять на работу устройства? говорит ли это о том, что в определенный момент времени может сложится ситуация при которой, предположим, ключи открываются - а там напряжение на индуктивности противоположное по фазе со всеми вытекающимипоследствиями в виде увеличенного тока.
И еще вопрос - вы полагаете, что импульсами со скважностью 1% 29кГц нельзя ввести сердечник в насыщение? за 15сек к примеру... (примерно через это время все выгорело ) Т.е. моя версия не верна?

[zoog]

Во-первых, Вы чемпион: 45МП - столько ещё никто не вылаживал, уж думал - браузер у меня сломался.
Во-вторых, поясните за нагрузку: чайник - это куда? вместо первички или параллельно?
А индуктивная нагрузка? какая и опять же - куда, или это и есть первичка?

В цепь питания - вероятно, неплохо бы зашунтировать сетевой электролит (300В питание) пленкой - если электролит не высокочастотный.

На 400В низкоиндуктивных (со многими подпайками к ленте) или даже lowESR не бывает афаик.

[ingeniring]

Во-первых, Вы чемпион: 45МП - столько ещё никто не вылаживал, уж думал - браузер у меня сломался.
Во-вторых, поясните за нагрузку: чайник - это куда? вместо первички или параллельно?
А индуктивная нагрузка? какая и опять же - куда, или это и есть первичка?

На 400В низкоиндуктивных (со многими подпайками к ленте) или даже lowESR не бывает афаик.

45МП это вы про что?
Чайник вместо трансформатора ))))) я начал подключать на выход устроства различные потребители (из мощного сначало был паяльник на 300Вт и потом в ход пошел чайник)
Т.е. чайник вместо нагрузки. Т.е. запитал его 320В импульсного постояного тока 29кГц
Чайник и паяльник исправно работают при этих условиях. А вот при включении трансформатора (без нагрузки!) через 15сек примерно сгорели силовые дорожки на плате (нагрелись и вздулись - прям от входа до выхода через ключи..) Ключи выдержали, они на радиаторе с охлаждением.

[Yuri222]

ingeniring, десяок тысяч витков вторичной обмотки имеют большую емкость, кроме того - конденсаторы 0,22мкФ тоже немаленькие.
Вполне может оказаться так, что размагничивания сердечника не происходит (хотя присутствует зазор), или размагничивается не полностью.
Вы уверены, что только 1% заполнения, и сразу отключается?
Можно попробовать установить 1% заполнения и посмотреть осциллографом, что на самом деле происходит, и датчик тока добавить последовательно в цепь первичной обмотки трансформатора - тоже посмотреть.
Ну и разводка платы тоже может иметь значение при такой мощности.

[zoog]

А какой дедтайм в программе и задержки вкл-выключения у текущих ИГБТ?

десяок тысяч витков вторичной обмотки имеют большую емкость, кроме того - конденсаторы 0,22мкФ тоже немаленькие.

А если намотка несекционированная или плохо намотана - то и пробой по десяткам КВ обеспечен.
Делать 30КВ напрямую, без умножителя - очень, очень смело.