MECCANICA e DINTORNI

Salve a tutti!
Ho una rogna di quelle simpatiche... già da diverse settimane giace nel mio laboratorio un convertitore CC-CC di un cliente, vittima di non si sa quale maledizione che gli ha fumato in un colpo solo una quindicina di alimentatori, guarda caso tutti a valle o a monte di questo convertitore.
Questo convertitore è alimentato a 150 Vcc e fornisce 110 Vcc per alimentare i rack di gestione di una serie di interruttori di MT.
La quindicina di alimentatori fumati li ho riparati tutti, questo convertitore mi fa impazzire.
Il convertitore ha una configurazione step-down non isolata, 60 A nominali. L'elemento di controllo è un IGBT, sostituito perchè il vecchio era in corto e mi trasferiva la 150 V diretta sull'uscita. La logica di pilotaggio, basata su UC3843, è alimentata da un alimentatore switching che dalla 150 Vcc ricava un po' di tensioni canoniche (+12V, -12V +24V) per alimentare la scheda di controllo.
questo alimentatore sembrava ok a vuoto, ma provando il convertitore al completo rilevavo una notevole instabilità di funzionamento. In pratica sembrava che stentasse a partire e si rispengesse subito dopo. Ho notato che le tensioni di alimentazione dell'alimentatore ausiliario non erano stabili (e calavano provocando lo spengimento di tutto il convertitore, come da caratteristiche dell'UC3843).
Non avendo voglia di chiedermi più di tanto perchè questo alimentatore ausiliario desse questi problemi (ha una configurazione progettata probabilmente da un cane drogato...) mi sono fatto dare dal cliente altri due alimentatori ausiliari uguali (che fortunatamente aveva a magazzino) e questi si sono rivelati funzionanti.

Montato uno di questi il convertitore ha cominciato a funzionicchiare, ma presenta fenomeni di instabilità abbastanza pronunciati, con una oscillazione a frequenza relativamente bassa (pochi hz).
Piazzato l'oscilloscopio e sondati i vari punti del circuito, ho notato con stupore che piazzando la sonda dell'oscilloscopio sul pin 1 o sul pin 2 dell'UC3843... l'oscillazione sparisce!!! Il convertitore inizia a funzioare perfettamente! Provo a piazzare condensatori su questi pin, tra i due, tra questi e massa... niente! Solo con la sonda dell'oscilloscopio l'oscillazione sparisce! Anche a fare i precisi, e prelarare una sonda equivalente (1Mohm in parallelo a 30 pF) verso massa non risolvo nulla.... Arg! Ma solo con la sonda del mio oscilloscopio questa scheda decide di funzionare?
Ah, preciso! Funziona anche solo con la sonda attaccata, ma scollegata dall'oscilloscopio....

Aiuto!!!!

non potrebbe essere un problema di contatti o saldature ?

al massimo è la spina....

Tralasciando guasti classici come saldature...cattivi isolamenti...componenti difettosi...masse ecc... Prova a sostituire il condensatore di compensazione, quello da pochi pF tra il pin 1 e il 2 (se é un dip8), con uno in polipropilene o policarbonato et similia, tipo mks o mkp . Comunque anche con un mkt, se di qualitá, dovresti risolvere.
Il tipo di dielettrico su questo genere di applicazioni fa la differenza.
Controlla anche il condensatore dell'oscillatore, a paritá di capacitá, con dielettrico diverso hanno funzionamenti diversi.

Un problema di saldature lo escludo... l'oscillazione è abbastanza regolare, e sparisce completamente al momento in cui collego la sonda in quei punti, anche stuzzicando il circuito.

Tra i pin 1 e 2 dell'UC3843 è montato un poliestere da 100 nF, che ho provato a aumentare (otenendo solo una diminuzione della frequenza di oscillazione) e a sostituire. Posso provare con un ceramico...
Controllerò anche il comportamento dell'oscillatore, sia con il problema che senza...

Hai provato con due C Y verso terra ? La sonda filtra di modo comune mentre un condensatore tra i due pins filtra solo in differenziale....

Ho provato con uno solo verso massa (non verso terra)... posso provare con 2. E' vero che quando è attaccata all'osclloscopio la sonda filtra anche verso terra, ma il beneficio si nota anche senza sonda collegata all'oscilloscopio.

Provato con 2 ceramici da 22 pF verso massa, su entrambi i pin 1 e 2... niente di fatto... il regolatore continua a essere instabile.
La solita sonda sul pin 1, o sul 2, stabilizza il regolatore, anche se ovviamente c'è poco margine. Aumentanto anche di poco il carico (1A o poco più) il sistema ritorna ad essere nuovamente instabile, con oscillazione di periodo pari a 80-100 ms. In pratica il regolatore vede che la tensione di uscita è troppo bassa, dà un burst di impulsi di una decina di ms, poi si rinviene che la tensione è diventata maggiore del set e si spenge per il resto del periodo. E' ovvio che il periodo dipende dal carico, che influisce sul perioso di scarica dei condensatori.

L'oscillatore sembra abbastanza regolare, sia con il circuito così com'è che inserendo la solita sonda sul pin 1 (anzi, in quest'ultimo caso sembra un pochino più incerto).

Preferirei affrontare il discorso stabilizzazione intervenendo suilla rete di reazione, piuttosto che piazzare condensatori qua e là.....

100nF sulla compensazione mi sembrano tanti...comunque io proverei a sostituire quel condensatore con uno piú piccolo. Se vedi che l'oscillazione aumenta di frequenza ritocca quella capacitá.

Hai provato a cambiare ll controllore?

Si, ho già provato a cambiare il controllore...
Ora provo a fare esperimenti con la capacità di compensazione, vi faccio sapere tra poco...

Mmm... strani effetti... ecco le prime prove:
Ho provato con 2 valori di capacità, e 2 valori di carico sul convertitore (carico base 100 W, carico aggiuntivo altri 150 W).
L'oscillazione sull'uscita è sempre quasi a dente di sega, con salita molto ripida e discesa lenta.
100 nF, carico 100 W: periodo oscillazione 160 ms
100 nF, carico 250 W: periodo oscillazione 50 ms
47 nF, carico 100 W: periodo oscillazione 230 ms
47 nF, carico 250 W: periodo oscillazione 40 ms
22 nF, carico 100 W: periodo oscillazione 300 ms
22 nF, carico 250 W: periodo oscillazione 35 ms
Con periodi i oscillazione minori diminuisce anche l'ampiezza della stessa...

Forse il carico minimo è ancora troppo basso e rende instabile il convertitore? L'altro convertitore gemello, inserito sull'impianto, funziona bene, e anche questa andava bene prima del botto...

Mmm... ho provato ad aumentare ancora il carico, ma mi si siede troppo l'alimentatore a 150 V che ho improvvisato. Vedrò di provarlo con la rete 150 Vcc del cliente....
In linea di massima sembra che con il carico si stabilizzi un pochino. Sul convertitore era previsto un carico fisso di circa 150 W, a senso sarebbe dovuto essere sufficiente per garantire un funzionamento stabile anche in assenza di altri carichi... o forse contavano sul carico della rete? Il convertitore ha l'aria molto artigianale, accrocchiato con schede già disponibili e modificate all'occorrenza...

In effetti, aumentando il carico aumenta il duty cycle (come deve essere, fino a quando siamo in modalità discontinua). A conti fatti, con una frequenza di lavoro di 40 KHz, una tensione di ingresso di 150 V, di uscita di 110 V, e un'induttanza di 130 uH, si ha un ripple di corrente nell'induttanza di circa 5,6 A a regime. Il passaggio da modalità discontinua a continua si dovrebbe quindi avere per una corrente di carico di circa 2,8 A, è corretto?
E' possibile che prima di tale passaggio la regolazione si instabile?

Una cosa che soffrono gli switching a tensioni un pó elevate sono la perdita di isolamento delle resistenze.
Prova a sostituire le resistenze del partitore che controlla il feedback/compensazione della tensione di uscita.
Di norma si usano resistenze di wattaggio superiore non tanto per la dissipazione ma per l'isolamento.

Un deciso passo avanti!
Stamani sono riuscito a provarlo con un carico più generoso (circa 6A), per verificarne il funzionamento in modalità continua! Sorpresona, non mi andava in modalità continua nemmeno con questo carico. Non riuscendo a spiegarmi come il convertitore potesse lavorare con un duty-cycle così basso nonostante il carico ho controllato la corrente nell'induttanza... raggiungeva picchi di 60A!!! Un rapido calcolo ha determinato il suo effettivo valore: 12 uH invece di 130. Svolto l'avvolgimento ho trovato ovviamente diverse spire in corto, e l'avvolgimento cotto. Rifatto provvisoriamente con un pezzetto di filo, rispettando il numero di spire, il convertitore ha funzionato subito decentemente. Ripple di corrente circa 5 A (quindi secondo i calcoli), duty-cycle circa 75%, tensione di uscita stabile. La regolazione non sembra troppo perfetta, un paio di volte mi ha iniziato a fare un po' di casino, forse imputabile ai collegamenti provvisori un po' lunghi e alle sonde dell'oscilloscopio attaccate al regolatore. Ripulito il cablaggio, e collegate le sonde solo sulla parte di potenza, dopo una regolatina alla tensione di uscita il tutto sembra abbastanza regolare. Il convertitore frigge e fischia un pochino, ma data la potenza credo possa essere normale.
Con il carico minimo originale si ha comunque un funzionamento a brust di impulsi, anche se molto rapidi, e quindi poco influenti sulla tensione di uscita. Aumentanto il carico a un paio di A si passa ad un funzionamento regolare.

Dovrei riavvolgere l'induttanza, ma stranamente, nel rocchetto, il numero di spire del filo adatto a portare 60 A (ovviamente suddiviso in fili più piccoli), non ci sta, e di molto. Io ho fatto i conti ricordandomi il valore di 2A/mmq usato per i trasformatori... è corretto? Nell'avvolgimento originale avranno usato si e no una sezione totale di 10 mmq, con 60A ci credo che si è bruciato.
Proverò a cercare induttanze già pronte di quel valore, con corrente nominale 60A, tanto spazio per montarla ne ho...