Электронный балласт для металлогалогеновой лампы на 250/400 Вт

DWD: Есть ещё один вариант - наоборот, увеличить входную ёмкость затвора полевика, не меняя проходную ёмкость.
Например, подключением параллельно затвор-исток дополнительного конденсатора.
"Только не это, шеф!!!"(С)
Нельзя так делать, время включения/выключения ещё больше увеличится (добавится к задержке, вызванной эфф. Миллера). Если мне не изменяет склероз, мёртвое время у IR215х всего порядка 0,6 - 0,8 мкс. Сквозные токи будут обеспечены.
В своих экспериментах с IR215х пробовал разные полевики при мощностях до 100 вт. Даже на холостом ходу 830-е грелись гораздо сильнее, чем 720-е. Вообще фирма IR предпочитает не упоминать про входную ёмкость при расчётах, а оперирует зарядом переключения. Казалось бы вещи взаимосвязанные, однако... Если посмотреть аппноты на все их драйвера, то в большинстве схем резистор впослед с затвором 10 - 47 ом независимо от марки полевика и даже IGBT. При таких номиналах резисторов не понятно появление драйверов с токами 3-4 ампера, откуда они возьмутся при питании 15 вольт? Короче, для меня есть кой-какие непонятки

DWD
Простой анализ показывает, что при замене IRF720 на IRF740, сильно увеличиваются потери. Моделирование показывает разницу в 5 раз. Это при всех остальных одинаковых условиях.
Причина - сквозной ток. Если с 720-ми его амплитуда не превышает амплитуду тока нагрузки, то с 740-ми она в 4-5 раз больше.
Виновник - ёмкость Миллера...
Внутреннее сопротивление драйвера оказывается слишком большим, и не может шунтировать затвор закрытого полевика одного плеча, при открывании полевика другого плеча.

При инлуктивном характере нагрузки транзисторы будут открываться при нулевом напряжении на них. Поэтому емкость Миллера тут не действует.

По этому, нужно ставить либо солидные демпферные цепочки, ли бо увеличивать мощность драйвера (заменой на другой или дополнительными транзисторными каскадами)

Мощность драйвера не поможет. Если нет ZVS, то схема все равно пыхнет, из-за большого времени восстановления обратных диодов в полевиках.

К примеру, у 720-го входная 360пФ, а проходная 20пФ. Образуется делитель напряжения в 360/20=18 раз. Значит, при перепаде напряжения на закрытом транзисторе в 300В (при открывании полевика другого плеча), на затворе появится импульс амплитудой 300/18=17В. Естественно, транзистор откроется, хотя драйвер выдаёт ноль на затворе.

Неправильно.

NPI: "Только не это, шеф!!!"(С)

"Что - не хачу?.. Слушяй, сам не хачу!.." (С)

NPI: Нельзя так делать, время включения/выключения ещё больше увеличится (добавится к задержке, вызванной эфф. Миллера). Если мне не изменяет склероз, мёртвое время у IR215х всего порядка 0,6 - 0,8 мкс. Сквозные токи будут обеспечены.

Для драйвера IR2153 - 1,2мкс.
А если серьёзно, то в каждой шутке, как известно, только доля шутки...
Пробовал моделировать IR2153. Самой модели нет, по этому, по известным параметрам вычислил данные резисторов, ограничивающих выход драйвера и поставил их в схему между идеальным источником напряжения и входом полевиков.

В общем, шутки шутками, но установка дополнительной ёмкости параллельно затвору, практически, устраняла сквозняк. Интересно, что он был и с полевиками IRF720 в родной схеме, хотя и явно слабый.
С более мощными полевиками (740-ми), потери, как я уже говорил, увеличиваются в 5 раз.
Установка же довольно большой ёмкости полностью устарняла сквозняк в 720-х и уменьшала его в 740-х. Величина ёмкости довольно критична. Получилось оптимальное значении 4000пФ. С такой ёмкостью потери в 740-х были, всего лишь, в 2 раза больше, чем в 720-х в родной схеме.
Попробуйте промоделируйте, кто нибудь, может, я чего то не так делаю...

NPI: ...в большинстве схем резистор впослед с затвором 10 - 47 ом независимо от марки полевика и даже IGBT. При таких номиналах резисторов не понятно появление драйверов с токами 3-4 ампера...

Есть мнение (на сайте Володина), что сама IR считает вполне достаточным выходные токи драйверов до 2А в тех схемах, для которых они предназначены. По этому и резисторы большие, и рекомендованные полевики...
Для более мощных приложений нужен и соответствующий драйвер, так что в них номиналы будут меньше.

DWD: Внутреннее сопротивление драйвера оказывается слишком большим, и не может шунтировать затвор закрытого полевика одного плеча, при открывании полевика другого плеча.
Sergey_G.:При инлуктивном характере нагрузки транзисторы будут открываться при нулевом напряжении на них. Поэтому емкость Миллера тут не действует.

Опасность ёмкости Миллера не в том, что она действует при открывании ключа, а в том, что она заставляет открыться уже закрывшийся транзистор в момент, когда начинает открывается ключ другого плеча.
То есть, принудительно открывает транзистор, который должен быть закрытым. В результате - сквозняк.

Sergey_G.: Мощность драйвера не поможет.

Для защиты от эффекта Миллера - поможет.

Sergey_G.: Неправильно.

Что именно, и как будет "правильно"?

DWD

она заставляет открыться уже закрывшийся транзистор в момент, когда начинает открывается ключ другого плеча.
Каким образом?

Мощность драйвера не поможет.
Для защиты от эффекта Миллера - поможет.

От эффекта Миллера - поможет, но этот эффект не проявляется. Потери на обратное восстановление диода в транзисторе - не уменшит, а скорее даже увеличит. Следвтаельно, пользы от мощного драйвера нуль.

Что именно, и как будет "правильно"?
Неправильно то, что не учитывается время перезарядки емкости Миллера. От этого будет зависеть создаваемый емкостью Миллера ток. Например для IRF740 с емкостью 27 пф, при времени переключения 100 нс и напряжении 300В этот ток составит 80 ма. Даже без учета, что часть этого тока уйдет во входную емкость транзистора, это мало. А при наличии снаббера можно время переключения растягивать вплоть до 1 мкс (ограничение - deadtime драйвера), ток будет еще меньше.

DWD: ...она заставляет открыться уже закрывшийся транзистор в момент, когда начинает открывается ключ другого плеча.
Sergey_G.: Каким образом?

При открывании транзистора одного плеча, появляется напряжение на транзисторе другого плеча, закрытом в данный момент. Это напряжение, перезаряжая проходную ёмкость транзистора вызывает появление открывающего напряжения на затворе закрытого транзистора.Чем больше скорость переключения и чем выше внутреннее сопротивление драйвера (слабее драйвер) - тем больше амплитуда импульса на затворе. Если она превысит пороговое значение для полевика (2-4В), то он откроется, вызывая протекание сквозного тока через оба транзистора.
После перезаряда проходной ёмкости, транзистор снова закроется, и сквозняк пропадает.

При небольшой длительности "сквозняка" транзисторы выживают, но при этом им приходится рассеивать довольно значительную мощность, а это нагрев, который ни как не связан с мощностью нагрузки.

Sergey_G.: От эффекта Миллера - поможет, но этот эффект не проявляется.

Эффект Миллера проявляется всегда. Его суть - в перезаряде проходной ёмкости полевика (ёмкости Миллера). По этому, он проявляется при любом перепаде напряжения на транзисторе.
Другое дело - когда внутреннее сопротивление драйвера мало и в состоянии эффективно подавить выброс напряжения на затворе (путём его шунтирования), не позволяя импульсу превысить пороговое значение напряжения затвора, открыть транзистор и создать условия для протекания сквозного тока.

По этому, понятие "всегда" или "не всегда" относиться не к самому эффекту Миллера, а к его деструктивному действию - возникновению сквозного тока, мгновенному перегреву транзисторов и выходу их из строя.

Sergey_G.: Потери на обратное восстановление диода в транзисторе - не уменшит, а скорее даже увеличит. Следвтаельно, пользы от мощного драйвера нуль.

Естественно, не уменьшит. Но проблема встроенного в полевик диода, это проблема транзистора, а не драйвера.
Просто, приходится идти на компромисс - для увеличения скорости переключения ключей нужны большие импульсные токи, которые могут обеспечить только мощные драйверы, а при этом, сдерживающим фактором становится время обратного восстановления встроенного диода, который, наоборот, требует уменьшения скорости переключения. Да и эффект Миллера только и "ждёт" этого момента (увеличения скорости)...
То есть, для того, что бы проблема встроенного диода не проявлялась, нужно брать долее слабый драйвер или уменьшать его мощность, установкой затворного резистора. То есть - снижать скорость. Дополнительно - снижается проявления эффекта Миллера.

Возможно, по этому распространённые драйверы от IR имеют токи максимум до 2А. Этого достаточно, что бы эффективно управлять существующими полевиками, при этом, особо не заморачиваясь проблемой встроенного диода и опасностью эффекта Миллера. Возможно, это и есть компромиссное решение всех проблем на уровне ширпотреба...

Но если на первый план выходит скорость переключения, то и драйвер нужен мощный. А проблемы диода и Миллера решать другим путём.

Sergey_G.: Неправильно то, что не учитывается время перезарядки емкости Миллера. От этого будет зависеть создаваемый емкостью Миллера ток.

Время выходит на второй план. Если амлитуда тока перезарядки окажется не достаточной для появления открывающего напряжения на затворе, то о нём можно и не говорить.
При любом перезаряде ёмкостей, ток будет определяться только скоростью изменения напряжения. А так как делитель ёмкостной, то напряжение, появляющееся на затворе, зависит только от соотношения величин этих ёмкостей.

Sergey_G.: Например для IRF740 с емкостью 27 пф...

Проходная ёмкость IRF740 по даташиту - 120пФ.

Sergey_G.: ...при наличии снаббера можно время переключения растягивать...

Можно, конечно... При перепаде напряжения на транзисторе, ёмкость снаббера будет забирать на себя большую часть энергии, опережая перезаряд проходной ёмкости, и не позволяя появиться импульсу на затворе закрытого транзистора. Однако, при этом, происходит простое перераспределение энергии потерь - если раньше она рассеивалась транзистором, то теперь - либо этим же транзистором, но в другое время, и без опасности его пробоя (простой снаббер), либо резистором самого снаббера (снаббер с диодом).

Всё это позволяет использовать слабый драйвер для управления мощным полевиком.
Но установка дополнительной ёмкости в цепи затвора полевика позволяет, в некоторой степени, устранить саму причину. При оптимальном выборе ёмкости снаббер оказывается не нужен, так как скорость переключения полевика оказывается оптимальной для всех - перепад напряжения на затворе закрытого ключа мал, и не достаточен для открывания закрытого ключа, устраняя опасность эффекта Милера, встроенный диод успевает восстановиться, скорость переключения хорошая... и всё это при прежнем, слабом драйвере...
И без потерь в снаббере.

DWD
При открывании транзистора одного плеча, появляется напряжение на транзисторе другого плеча, закрытом в данный момент.

Если нагрузка имеет индуктивный характер, то этого не происходит. А происходит следующее: при закрывании транзистора ток через индуктивность продолжает идти и перезаряжает выходную емкость полевика + емкость снаббера до питающего напряжения. После этого открывается обратный диод другого полевика и ток из индуктивности начинает сливаться в источник питания. Спустя некоторое время этот транзистор открывается. Но так как напряжение на нем уже равно нулю (ток идет через его диод), то эффект Миллера не возникает. Динамические потери полностью отсутствуют. В этом суть ZVS.
Если от выхода инвертера отключить нагрузку, то ZVS исчезнет и начнется указанная тобой бяка. Поэтому не следует гонять инвертер вхолостую.

Sergey_G.: Если нагрузка имеет индуктивный характер...

Действительно... Что то меня переклинило...

При моделировании допустил маленькую ошибку - перепутал первичную и вторичную обмотки трансформатора в схеме инвертора для зажигания натриевой лампы.
Получилось, что индуктивность ограничительного дросселя очень мала и инвертор работает в жёстком режиме.
Естественно, появился Миллер, и я за него зацепился...
В общем, делая одно, а думая о другом я тут наговорил лишнего.
Прошу прощения.

"Играться" пока нет времени, по этому просто прикинул параметры.
У меня получилось следующее.
Дроссель для лампы ДНат-250 нужен с индуктивностью 120мГн.
Драйвер IR2153, полевики IRF740, демпферная цепочка - резистор 8Ом, конденсатор 8200пФ.

При выходной мощности 258Вт потребляемая мощность 300Вт.
На полевиках потери 14Вт на каждом и плюс 6Вт на каждом снаббере.
В результате, КПД силовой части инвертора 258/300=0,86.

14Вт на полевике - это довольно сильный нагрев. Так что, с учётом эмпирической формулы для расчёта радиатора 15-20 см^2/Вт, нужен радиатор площадью 15...20*14Вт=210...280см^2 на каждый транзистор.

Так что, сильный нагрев полевиков с драйвером IR2153 - нормальное явление...

DWD
Что-то потерь много вышло. Посчитай ка саббер 3 Ом + 4.7 нФ (общий), может меньше станет. Вообще не понятно. Ток на транзисторах будет средний 2.5 А, среднеквардатический от силы 4 А. Получается 8 Вт на 2 транзисторах.

А динамические потери в момент переключения?