Синхронный выпрямитель

[Tartak]

Есть ли смысл дополнительно зашунтировать этот паразитный диод диодом Шоттки? И, примерно, какая часть выходного тока через этот диод будет течь, интегрально? Т.е. нужен ли мощный диод, или достаточно что-то типа SS56?

Я бы установил один диод Шоттки, но не паралельно полевикам, а анодом на землю, катодом - на дроссель. Тогда ток дросселя (когда ключи закрыты) будет замыкаться напрямую, минуя вторичку трансформатора. Диод нужен минимум на полный ток нагрузки.

P.S. В случае когда полевики SR активно управляются микросхемой типа IR1167 и подобными - то требования к шунтирующим их диодам резко снижаются. В такой схеме диоды активно работают очень короткий период времени поэтому средний ток через диод небольшой, а пиковый ток для не очень мощных диодов часто превышает номинальный в 20-30 раз.

[Tartak]

Думаю, 15В вполне хватит, нет смысла поднимать до 20 и усиленно защищаться. Впрочем, могу быть неправ. Как считаете, стабилитроны в этом случае не нужны, или все же лучше поставить? И стоит ли между истоком и затвором поставить резистор на неск. килоОм, а то мне очень не нравится болтанка на второй осциллограмме Uds. Я ее пересниму - очень неудобно было одной рукой держать щуп, другой смартфон, а третьей крутить ручку синхронизации. Не знаю, нужно ли усложнять схему управления зарядом/разрядом затворов в виде разрядных диодов или р-п-р транзисторов при таком ничтожном выходном сопротивлении обмоток транса. Нет опыта.
А как бы Вы вообще сделали такую цепочку в затворах?

Я бы делал по ситуации, если хватает резисторов на затворах - отлично! Если нет - то городить что-то сложнее. Я бы всё же установил на затворы встречно последовательно стабилитроны вольт на 18, ну или 20-25 если позволят полевики, мне так спокойнее.
Про болтанку я уже писал, резистором между истоком и затвором её не исправить. А вот выброс на этой http://www.microsmart.eu/index.php?action=dlattach;topic=304.0;attach=3126 осциллограмме можно убрать подбором резистора в цепи затвора. Но тут палка в двух концах: больше резистор плавнее фронты, красивее осциллограмма (меньше выброс), меньше шума на выходе БП но ниже КПД; меньше резистор лучше КПД но больше шума и т.д.
Скорее всего оптимально здесь будет резистор на включение и резистор с диодом на выключение.

В след. проэкте SR будет на IR11688S, но там тоже свои проблемы, т.к. эта м/сх не совсем вовремя включает и выключает полевики из-за чего они сильнее греются. Народ предлагает их шунтировать диодами Шоттки для снижения нагрева. Правда, сами диоды тоже должны греться, получается замкнутый круг . Интересно было бы сравнить эффективность этих двух схем (с допобмотками и спецконтроллером управления) чтобы выбрать наиболее эффективную.

У вас есть отличная возможность построить обе схемы и сравнить. Тем более что даже полевики SR находятся в одном и том же месте. Максимально правдивый эксперимент получится, на результат будет влиять только эффективность управления.
Если сделаете, обязательно выложите сюда результаты. Думаю, многим здесь будет интересно.

И еще такой вопрос... Транс этот с готового компового ШИМака нормированного на достаточно широкий диапазон входного (сетевого) напряжения. В нормальных городских условиях достаточно ограничится изменением +/-10% напряжения сети. Если уж транс перематывать внедряя туда допобмотки есть ли смысл уменьшить ко-во витков на вторичке с 7 (3+4) до 5? В этом случае, как мы с Вами считали, амплитуда на вторичке будет 3.69 х 5 = 18,45В. Заложимся еще на всякие потери и подрезки верхушек "сетевого синуса", пусть будет еще минус 10%. Это 18,45 - 1,85 = 16.6В. При просадке сетевого останется еще целых 16.6 - 10% = 15В из требуемых 12,5 - 13,5. Что на мой взгляд вполне достаточно.
В этом случае убивается множество всяких мелких и крупных зайцев: Во-первых можно на треть увеличить сечение провода вторички, что уменьшит ее сопротивление, потери и нагрев. Во-вторых можно будет использовать более низковольтные (75 или даже 60В), а следовательно более низкоомные полевики со всеми вытекающими последствиями. В-третьих со снижением потерь в SR снизятся потери и нагрев в силовых ключах. И еще множество всяких мелких брызг в виде уменьшения размера платы, радиаторов, стоимости и прочее.
Как считаете?

Доля истины есть в ваших рассуждениях, но у меня нет однозначного ответа на ваш вопрос.
Если рассуждать про вашу схему без доработок то КПД должен быть лучше.
Если же доработать так как я писАл в предыдущем посте (добавить диод шотки) то уже не всё так однозначно. Да, снизив напряжение вы сможете намотать более толстую обмотку тем самым снизив её сопротивление, но раньше (при более высоком напряжении на вторичке) трансформатор работал с заполнением 2*25% т.е. 50% времени при номинальном токе нагрузки, остальное время ток шел мимо трансформатора через шотку, а сейчас  (при более низком напряжении на вторичке) он будет работать с заполнением 2*40% т.е. 80% времени. И несмотря на то что сопротивление обмотки упадет на 30% примитивный расчёт мне говорит что протери в меди (в трансформаторе) возрастут. Потери в ключах SR тоже возрастут по той же причине (возможно упадут если подобрать хорошие полевики). Более того потери в силовых транзисторах и в первичке тоже возрастут, мы ведь с ними ничего не делали, а теперь им приходится работать больше времени. Но, зато потери в шотке снизятся, ему теперь надо работать не 50% времени а всего 20%. Как-то так...

[Tommy]

Здравствуйте уважаемый Tartak!

Я бы установил один диод Шоттки, но не паралельно полевикам, а анодом на землю, катодом - на дроссель. Тогда ток дросселя (когда ключи закрыты) будет замыкаться напрямую, минуя вторичку трансформатора. Диод нужен минимум на полный ток нагрузки.

Извините, что сразу не ответил, был несколько занят. Сейчас заканчиваю разработку печатной платы. На ней заложил диод Шоттки. Всегда есть вариант непоставить, если результат будет незначительный.

P.S. В случае когда полевики SR активно управляются микросхемой типа IR1167 и подобными - то требования к шунтирующим их диодам резко снижаются. В такой схеме диоды активно работают очень короткий период времени поэтому средний ток через диод небольшой, а пиковый ток для не очень мощных диодов часто превышает номинальный в 20-30 раз.

Когда закончу эту плату SR с допобмотками следующая будет на IR1168. Можно будет снять все осциллограммы и посмотреть что к чему. В каком-то ролике человек показывал осциллограмму на транзисторе под управлением IR1168. Сейчас уже не вспомню, но помню, что была небольшая проблема связанная с временем открывания полевика в результате чего через встроенный диод тек некоторый ток и полевики немного подогревались. Он предлагал шунтировать их доп. диодами Шоттки для еще меньшего нагрева.

[Tommy]

Я бы делал по ситуации, если хватает резисторов на затворах - отлично! Если нет - то городить что-то сложнее. Я бы всё же установил на затворы встречно последовательно стабилитроны вольт на 18, ну или 20-25 если позволят полевики, мне так спокойнее.
Скорее всего оптимально здесь будет резистор на включение и резистор с диодом на выключение.

Ок. Напряжение будет все же 15В, но со встречно последовательными стабилитронами (от пиковых напруг в сети и пр.) и с параллельным резистором с диодом. Очень хотелось поставить р-п-р транзистор, но такой вариант я не пробовал и не рискнул.

У вас есть отличная возможность построить обе схемы и сравнить. Тем более что даже полевики SR находятся в одном и том же месте. Максимально правдивый эксперимент получится, на результат будет влиять только эффективность управления.
Если сделаете, обязательно выложите сюда результаты. Думаю, многим здесь будет интересно.

Очень бы хотелось сравнить эти два варианта. Но могут быть трудности. SR с допобмотками работает с ШИМ, а с IR11688 будет работать резонансник. У одного фильтр начинается с дрося, а у другого с конденсатора. Но думаю с Вашей помощью разберемся.
С уважением.

[Tartak]

Очень бы хотелось сравнить эти два варианта. Но могут быть трудности. SR с допобмотками работает с ШИМ, а с IR11688 будет работать резонансник. У одного фильтр начинается с дрося, а у другого с конденсатора. Но думаю с Вашей помощью разберемся.
С уважением.

Я вам предлагал прикрутить управление на IR11688 на эту, уже существующую, плату. Только тогда условия будут одинаковые для обоих схем управления. В SR с резонансником потери будут меньше поумолчанию.

[Tommy]

Очень бы хотелось сравнить эти два варианта. Но могут быть трудности. SR с допобмотками работает с ШИМ, а с IR11688 будет работать резонансник. У одного фильтр начинается с дрося, а у другого с конденсатора. Но думаю с Вашей помощью разберемся.
С уважением.

Я вам предлагал прикрутить управление на IR11688 на эту, уже существующую, плату. Только тогда условия будут одинаковые для обоих схем управления. В SR с резонансником потери будут меньше по умолчанию.

Возможно, когда будут готовы обе платы попробую скрестить: инвертор с ШИМ и SR от резонансника. SR на плате резонансника я еще не спаял, пока запустил только инвертор. О результатах сообщу обязательно. Кстати, будет ли работать SR с IR11688 на дрось?
Если интересно, могу выложить плату ШИМ с SR на дообмотках. Очень минималистична как для пассивного охлаждения! Даже с простеньким сетевым фильтром 102х80мм на деталях от компьютерных БП.

[Tartak]

Кстати, будет ли работать SR с IR11688 на дрось?

А почему нет?

Если интересно, могу выложить плату ШИМ с SR на дообмотках. Очень минималистична как для пассивного охлаждения! Даже с простеньким сетевым фильтром 102х80мм на деталях от компьютерных БП.

Выкладывайте.

[Tommy]

Выкладывайте.

Ок. В плате есть некоторые отличия от принципиальной схемы обусловленные несовершенством последней, но они не столь существенные, чтоб не разобраться что где.
Сейчас собираю "начисто", на макете все работает.

[Tommy]

Мир вам всем!
Здравствуйте, уважаемый Tartak!
Я никуда не пропал. Делал плату, монтировал поэтапно проверяя и отрабатывая узлы с перерывом на Пасху. В разводке платы выявилась ошибка, впрочем, легко устранимая и даже не влияющая на внешний вид. Конструкция очень компактная, собсно, чего и хотелось. Немного перерисованная схема прилагается. Также намотал трансформаторы: GDT с понижением 26:13:13, теперь М/сх может отдавать ток до 3А. Силовой транс ER36/21/11 расчитывался по программе ExcellentIT, но применительно к реалиям тумбочки. Т.к. я недавно занялся силовой электроникой, то не все нужные материалы имеются в наличии, а купить сейчас в условия "локдауна" стало сложнее.
Долго провозился с запуском, никак UC3825 не хотела стабильно работать. Причина оказалась проста: я не впаял
резистор после диодного моста токового транса (ТТ), думая что потом установлю в процессе подборки тока ограничения.
Но м/сх то вся КМОПовская и болтающихся в воздухе диодов было достаточно, чтобы у нее сорвало крышу и она не
понимала какое же напряжение подано на вход 9. Установил пока 82 Ома и все заработало как часы. Не повторяйте моих ошибок, не оставляйте "висячие" входы.
Итак, Силовой транс (СТ). Первичка (W1) 35 витков литц 12х0.2 Вторичка (W2) 4+4 витка лентой 0.2х24мм. Желательно
было бы 5+5 витков, но никак не влазило . Может потом перемотаю вновь. Допобмотки (W3) 3+3 витка, получилось примерно 13V. Для полного открытия вполне достаточно (как я думаю), а вот для разряда входной емкости потребуется
меньшее время, т.к. энергия пропорциональна квадрату напряжения.
Когда все заработало стал нагружать током: сначала 4А, потом 9 и напоследок заветные 20 А, после чего транзисторы SR благополучно гавкнули, причем почти сразу, даже не успел скопом ткнуться. Тут же вспомнилось изречение: "Вся электроника работает на белом магическом дыме, как только он выходит из детальки или прибора, все перестает
работать". Поставил новые - работает... Пока вижу две причины: 1. Транзисторы не выдержали, хотя ток у них 28А. Дорогие транзисторы сразу ставить жалко было (у меня их всего два), поэтому поставил пока IRF540. 2. Более вероятная - что-то с регулированием ШИМ, видимо уперся в предел, возможно из-за СТ. Осциллограммы при токе 0.1А и 9А прилагаю. На небольшой дребезг на фронтах не обращайте внимания: измерял не щупом, а кабелем с выводами по 10 - 15 см. Отсюда и звон, со щупом его нет. Очень прошу помощи разобраться. Уважаемый Tartak, не бросайте меня на пол-пути! На Вас только надежда, остальные только смотрят (429 Просмотров), но молчат как рыба об лед. Жаль такую красивую платку в мусорку .

[Tartak]

Здравствуйте, Tommy.
Мне трудно судить почему сгорели транзисторы по фотографиям. Возможно из-за "звона" на фронтах, возможно, на затворы прилетело напряжение выше чем транзисторы могут вытерпеть, возможно, у вас вообще поддельные транзисторы, и т.д.
Самая вероятная причина к.м.к. транзисторы вылетели по тепловой перегрузке. 28А это теоретический ток который транзистор должен выдержать при 25 градусах на его фланце (даже не на радиаторе!). Вам известно хоть одно устройство где это выполняется? Более приближенная к жизни величина максимального тока указана при 100 градусах, а это уже 20А. По моим оценкам вы могли превысить и эту температуру т.к. на токе в 20А падение на открытом канале для IRF540 уже может превысить падение на его паразитном диоде. Потери на транзисторах уже большие, а тепло от них отводится слабо. Сильно мешает отводу тепла термопрокладка. Из-за неё транзисторы могут улететь за сотню градусов даже при относительно не горячем радиаторе.
К вашей схеме у меня есть и другие вопросы, но об этом чуть позже.

[Tommy]

Мне трудно судить почему сгорели транзисторы по фотографиям. Возможно из-за "звона" на фронтах, возможно, на затворы прилетело напряжение выше чем транзисторы могут вытерпеть, возможно, у вас вообще поддельные транзисторы, и т.д.

Здравствуйте, Tartak!
IRF540 у меня оригинальные, со старых времен. На затворы больше 19В ничего прилететь не могло, т.к. стоят два встречновключенных стабилитрона 18В.

Самая вероятная причина к.м.к. транзисторы вылетели по тепловой перегрузке. 28А это теоретический ток который транзистор должен выдержать при 25 градусах на его фланце (даже не на радиаторе!). Вам известно хоть одно устройство где это выполняется? Более приближенная к жизни величина максимального тока указана при 100 градусах, а это уже 20А. По моим оценкам вы могли превысить и эту температуру т.к. на токе в 20А падение на открытом канале для IRF540 уже может превысить падение на его паразитном диоде. Потери на транзисторах уже большие, а тепло от них отводится слабо. Сильно мешает отводу тепла термопрокладка. Из-за неё транзисторы могут улететь за сотню градусов даже при относительно не горячем радиаторе.

Без прокладки никак, радиатор общий. Можно эти китайские сопливки заменить на тонкую слюду как в былые времена, благо напряжения небольшие.
Интегрально тепло при 20А распределяется на два (оба) транзистора за период, т.е. по 20х20х0.077/2=15.4Вт на каждом. Тут уж не знаю. Можно, конечно, по профильному образованию посчитать тепловое сопротивление ВСЕХ переходов с их коэфициентами теплопередачи чтобы понять много это или мало. Но все равно это будет неточно. Да и не нужно это. Моя долгая практика говорит о том, что при такой мощности возможно Вы и правы, транзисторы не успели отдать тепло в радиатор, поскольку он даже не нагрелся за эти 3 - 4 секунды. А вот мгновенное напряжение на паразитном диоде точно превысило порог его открывания и составило 20х0.077=1,54В. Как-то я об этом не подумал когда снимал 20А. Мой косяк, сам виноват, "тщательнЕе надо" (с). Ведь при 9А ничего не вылетало, хоть и включал ненадолго. Попробую немного погонять при разных токах внимательно отслеживая температуру фланца.

К вашей схеме у меня есть и другие вопросы, но об этом чуть позже.

Жду с нетерпением Ваших комментариев!

[Tommy]

Да, я забыл выложить расчет СТ. Во вложении программа и данные. Файл с данными надо поместить в папку ExcellentIT.

[Tommy]

Установил транзисторы SR (P53N05 50V 0.025Ом 53A) через тонкие слюдяные прокладки. Снял осциллограмму напряжения на стоке и затворе относительно общего провода (истоков) одного из транзисторов при выходном токе 0.6А

[Tartak]

На затворы больше 19В ничего прилететь не могло, т.к. стоят два встречновключенных стабилитрона 18В.

Здесь не всё так однозначно. Если посмотреть в даташит на стабилитроны то можно увидеть что напряжение стабилизации большинства стабилитронов имеет разброс 5 - 10% и это при номинальном токе. При изменении тока через стабилитрон напряжение стабилизации тоже меняется. Так что один вольт запаса - это на грани фола.
В дополнение к этому, первое замечание к вашей схеме. Чтобы облегчить жизнь стабилитронам, перед ними обычно ставят гасящие резисторы. Дабы ограничить ток через стабилитрон. В вашей схеме их роль могут выполнять затворные резисторы. Но... Только при положительном напряжении на затворах. При отрицательном же они оказываются зашунтированными диодами (это касается всех четырёх полевиков). Поэтому, если на затвор прилетит какая-то бяка отрицательного напряжения - то стабилитрон если и спасет затвор то, скорее всего, ценой своей жизни.

Без прокладки никак, радиатор общий.

Я знаю как минимум несколько путей решения этой проблемы. Предлагаю и вам подумать над этим)

Ещё одно замечание к вашей схеме касается GDT.

Также намотал трансформаторы: GDT с понижением 26:13:13, теперь М/сх может отдавать ток до 3А.

При этом на схеме указано питание ШИМки 15В. Вы его ещё вдвое понижаете. Я не делал расчёт, но мне кажется что 7 вольт на затворах как-то маловато. Возможно нет, но мне лень считать.

P.S. У вас действительно первичка в 14 жил по 0,2 намотана? 
P.P.S. Шотку, про которую я писал раньше, вы так и не устанавливали?

[Tommy]

Здравствуйте, уважаемый Tartak!

Здесь не всё так однозначно. Если посмотреть в даташит на стабилитроны то можно увидеть что напряжение стабилизации большинства стабилитронов имеет разброс 5 - 10% и это при номинальном токе. При изменении тока через стабилитрон напряжение стабилизации тоже меняется. Так что один вольт запаса - это на грани фола.

Прежде чем ставить в плату проверил - таки да, 18В. Поменяю на 16В, сейчас уже есть в наличии.

В дополнение к этому, первое замечание к вашей схеме. Чтобы облегчить жизнь стабилитронам, перед ними обычно ставят гасящие резисторы. Дабы ограничить ток через стабилитрон. В вашей схеме их роль могут выполнять затворные резисторы. Но... Только при положительном напряжении на затворах. При отрицательном же они оказываются зашунтированными диодами (это касается всех четырёх полевиков). Поэтому, если на затвор прилетит какая-то бяка отрицательного напряжения - то стабилитрон если и спасет затвор то, скорее всего, ценой своей жизни.

Да, Вы правы. Врежу еще один SMD резистор перед параллельной цепочкой R/D.

Я знаю как минимум несколько путей решения этой проблемы. Предлагаю и вам подумать над этим)

Я тоже Это вообще не проблема и ее решение зависит от транзисторов, которые будут стоять по итогу и степени их нагрева. Сейчас главная цель - отработать макет так, чтобы режимы работы транзисторов и др. компонентов не вызывали сомнений, и быть уверенным, что все осциллограммы в норме. Т.е. те вещи, в которых я пока плаваю. А конструктив и технология не проблема.

Ещё одно замечание к вашей схеме касается GDT.
При этом на схеме указано питание ШИМки 15В. Вы его ещё вдвое понижаете. Я не делал расчёт, но мне кажется что 7 вольт на затворах как-то маловато. Возможно нет, но мне лень считать.

Помните, я спрашивал про макс. напряжения на затворах когда у меня появились сомнения? Тогда и был сделан этот GDT с понижением, а первоначальный 1:1:1 отправился в тумбочку. Есть по кр. мере 2 варианта:
1. Заменить транс на 1:1:1;
2. Поставить 7818 или даже 7824 если хватит напряжения самозапита.

P.S. У вас действительно первичка в 14 жил по 0,2 намотана? 

Это программа выдала. У меня готовый литц 0.2х12. На вторичке лента.

P.P.S. Шотку, про которую я писал раньше, вы так и не устанавливали?

Стоит. На том же радиаторе, что и транзисторы SR. Но пока не впаяна, т.к. не уверен хватит ли 45-вольтовой, или нужно искать на 60В. Лично я думаю, что хватит вполне, но лучше спросить. Судя по осциллограмме на входе дрося должно хватить. В связи с этим интересен еще один вопрос: подойдут ли в SR 40-вольтовые IRFB7440PBF (Uси: 40 В: Iс(25°C): 120 А: Rси(вкл): 2...3 мОм)? По осциллограмме напряжение С-И у меня 35В, запаса почти нет.
Уважаемый Tartak! Благодарю за Ваши замечания по схеме. Опасался, что там есть более серьезные проблемы, которые на первый взгляд могут быть и не видны. Например как поведет себя транзистор Q5 при длительном КЗ в нагрузке, он ведь без радиатора и рассчитан только на кратковременную работу при запуске. От его пробоя защита есть - TVS D5 и R2, который сработает как предохранитель. Но это все второстепенно, с этим разберусь самостоятельно. Главное - что с осциллограммами? Все нормально, или все таки что-то немного (или много) не так? Например, почему пологие фронты в SR? Это из-за ограничения скорости нарастания тока в дросе? Тогда не работают ли на этом участке транзисторы SR в линейном режиме?