Синхронный выпрямитель

[Tartak]

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.

Должно хватить.

... 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.

Если брать во внимание данные с вашего расчета, то нет. Могу порекомендовать IRF3205, IRF3206 они дешевые и их должно быть вполне достаточно.

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.

Сгорит. Ну, может, R2 сдохнет раньше...

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?

У меня нет ответа. Возможно, спад затянут из-за отсутствия шоттки.

[Tommy]

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.

Должно хватить.

Ок, тогда ставим. Сегодня уже пробовал подключать и отключать эту Шоттку. По осциллограмме Vds SR никаких изменений не заметил при токе 9А, может повлияет на нагрев. Или не то и не там смотрю. Но это исследование проведу уже когда будут стоять нормальные транзисторы. Сейчас стоят, как я уже писал, P53N05 (50V 0.025Ом 53A). С ними уже можно снять 20А, но недолго. По кр.мере ничего не горит. На осциллограмме хорошо видно, что при 9А падение напряжения Vds(on) значительно меньше, чем на паразитном диоде. Но радиатор греется: через 20мин температура уже 50-60 град. Нужны более низкоомные.

Могу порекомендовать IRF3205, IRF3206 они дешевые и их должно быть вполне достаточно.

Вероятно, вы имели в виду IRFB3206GPbF (60V 2.4mΩ 210A) ($2.5)? Ни тех ни других в наличии нет, надо либо заказывать, либо те магазины сегодня закрыты. Зато  в тумбочке сегодня появились STP75NF75 (75V 0.0095Ω 80A TO-220) и есть пара оригинальных (вроде бы) IRFB4110PbF (100V 3.7mΩ 120A). Последние должны пройти со свистом.

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.

Сгорит. Ну, может, R2 сдохнет раньше...

Не сгорит, кто ж ему даст? Надо еще раз хорошо просчитать номинал и мощность R2, чтобы он сработаk как предохранитель. Может даже и опробовать. Резистор обязательно пленочный углеродистый, они легче горят. Этот узел я привел просто как пример того, что в любой схеме могут быть свои подводные камни.

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?

У меня нет ответа. Возможно, спад затянут из-за отсутствия шоттки.

А то, что при половинном от максимального токе на выходе (9А) уже почти меандр это ничего?

[Tommy]

Всем привет!
Накануне выходных случился небольшой бада-бум. Таки гавкнул транзистор Q5 от перегрева. Рановато я снял с него радиатор, думал заняться оптимизацией резистора коллектора позже, когда разберусь с SR. Но он предательски о себе напомнил в самый неподходящий момент: во время прогона БП на токе 10А и тепловых испытаний прервав сей процесс. Последствия не то чтоб катастрофические, но неприятные своими нюансами. Итак, вышли из строя:
1. Сам Q5 с коллекторным резистором естественно;
2. Диоды D3, D6;
3. Конденсатор С3;
4. Диоды D1 и D5 - ZPD12 и P6KE18 (должен был выжить);
5. Резистор последовательно с диодом D4 33 Ома (на схеме не показан);
6. Диоды Шоттки с выходов м/сх, два из 4-х (на схеме не показаны);
7. Сама м/сх UC3825, что самое обидное, поскольку на выходных все закрыто, а она у меня оставалась одна и вышла задержка.
Кажется все перечислил. Проанализировав ситуацию пришел к выводу, что бада-бум вероятнее всего случился из-за замыкания в конденсаторе С3 по выходу стабилизатора 7815 (осталась целая). Стояла кетайская керамика СМД 22,0х25В (новая, покупал как-то на Али), ее и замкнуло. Соответственно вышел из строя резистор последовательно с диодом D4 33 Ома и пропал самозапит. Ну а далее по цепочке: перегрелся Q5 и потянул за собой все остальное. Не было бы GDT, полетели бы и ключи. А так все 4 ключа живы. На выходных все заменил, сегодня купил м/сх и все заработало снова.
Уважаемый Tartak, те изменения в схеме о которых мы говорили сделаны: врезаны доп. резисторы по 4,7 Ома в гейты, вместо 7815 сейчас стоит 7818. Давайте разбираться с осциллограммами, если Вы от меня не устали.

ЗЫ. Я вот тут делаю, пишу, выкладываю, но такое впечатление что тема SR никому неинтересна! Спасибо что хоть Tartak обратил внимание. Все делают выпрямители на диодах и ставят вентиляторы? Конечно, так намного проще и надежнее, но имеет свои последствия... На форуме https://forum.cxem.net/ один чел хвастался, что сделал какой-то БП с SR и током 140А. При этом все у него холодное!  . Явно заливает, тут при 10А уже все достаточно теплое через десяток минут + саморазогрев полевиков! Эх, чувствую, не избежать при 20А температурной защиты от перегрева.
Если никому неинтересно пойду на другой форум.

[Tartak]

Здравствуйте, Tommy.

Давайте разбираться с осциллограммами,

Давайте.

На форуме https://forum.cxem.net/ один чел хвастался, что сделал какой-то БП с SR и током 140А. При этом все у него холодное!  . Явно заливает, тут при 10А уже все достаточно теплое через десяток минут + саморазогрев полевиков! Эх, чувствую, не избежать при 20А температурной защиты от перегрева.

А ссылку можно?
Теоретически, такое возможно. Чтобы делать какие-то выводы слишком мало информации. Возможно, у человека гигантский радиатор, или сильный обдув, или 100 градусов для него холодно и т.д. Если набрать полевиков на 1мОм то выделяемая на них мощность будет менее 20Вт. Сдуть их даже с небольшого радиатора не проблема. А если ещё вдвое увеличить количество полевиков чтобы получить 0,5мОм так вообще 10Вт распределенных на 8 - 10 кристаллов отвести легко. Но на таких токах греются не только транзисторы, а даже дорожки на платах. В мощной силовой электронике температура компонентов 80 градусов считается нормой.

ЗЫ. Я вот тут делаю, пишу, выкладываю, но такое впечатление что тема SR никому неинтересна!
...
Если никому неинтересно пойду на другой форум.

Как видите, здесь в основном читатели, а не писатели

P.S. Tommy, не могли бы вы перерисовать нормально схему? Как показали ваши предыдущие сообщения она не соответствует действительности, и, похоже, единственный верный вариант находится у вас в голове. К тому-же на приведённой вами схеме дублируются позиционные обозначения. Всё это сильно усложняет понимание ваших слов и того что в схеме происходит. Я вам уже писал, что с установкой оркада на 10ку никаких проблем нету. Кроме того, существует великое множество и других КАД-ов. А так как вы рисуете платы в лайауте то можно для построения схем использовать sPlan, он очень простой и вполне достаточен для построения схем.

[Tommy]

Давайте.

Здравствуйте, уважаемый Tartak!
Поскольку всё принципиально уже работает, то заменю транзисторы SR на самые низкоомные и проведу тепловые испытания. Но смысл это имеет делать УЖЕ ПОСЛЕ причесывания схемы и оптимизации режимом и номиналов компонентов. Проблема в том, что на такой компактной плате (а именно это была цель!) греется всё, и всё греет друг друга. Например, зверски греется резистор снаббера параллельно первичке СТ подогревая сам СТ и радиатор транзисторов SR. Можно ли увеличить его номинал хотя бы раза в два-три? Или уменьшить емкость последовательно с ним? Эта цепочка с такими номиналами (51 Ом + 1нФ) стоит практически во всех компьютерных БП и такое впечатление, что кЕтайские производители БП не слишком заморачиваются оптимизацией, проще увеличить производительность вентилятора. И так во всем.

А ссылку можно?
Теоретически, такое возможно. Чтобы делать какие-то выводы слишком мало информации. Возможно, у человека гигантский радиатор, или сильный обдув, или 100 градусов для него холодно и т.д. Если набрать полевиков на 1мОм то выделяемая на них мощность будет менее 20Вт. Сдуть их даже с небольшого радиатора не проблема. А если ещё вдвое увеличить количество полевиков чтобы получить 0,5мОм так вообще 10Вт распределенных на 8 - 10 кристаллов отвести легко. Но на таких токах греются не только транзисторы, а даже дорожки на платах. В мощной силовой электронике температура компонентов 80 градусов считается нормой.

Ога! Теоретически возможно все! И полевиков можно налепить с Rds(on) меньше 1мОм (правда, недешевы) и вентиляторы сейчас есть практически любой производительности. Но фишка как раз в том чтобы сделать 20А БЕЗ принудительного охлаждения, иначе мне неинтересно, почему и затеялся с SR. А на диодах все прекрасно работает, только с вентилятором. Nem problem.

P.S. Tommy, не могли бы вы перерисовать нормально схему? Как показали ваши предыдущие сообщения она не соответствует действительности, и, похоже, единственный верный вариант находится у вас в голове. К тому-же на приведённой вами схеме дублируются позиционные обозначения. Всё это сильно усложняет понимание ваших слов и того что в схеме происходит. Я вам уже писал, что с установкой оркада на 10ку никаких проблем нету. Кроме того, существует великое множество и других КАД-ов. А так как вы рисуете платы в лайауте то можно для построения схем использовать sPlan, он очень простой и вполне достаточен для построения схем.

Оркад у меня 20-ти летний 9.1 (с краком) и он не ставится никак! К тому же все свои библиотеки я потерял вместе с винтом. Я - частное лицо и электроника уже не мой бизнес, поэтому позволить себе что-то серьезное не могу. Можно нарисовать в МайкроКапе, куски которого уже в схему встроены, но понимая что Вам неудобно читать такую схему прошу и Вас меня понять, что вникать в новые программы тратя кучу времени нет никакого желания из-за одной - двух разработок. Неизвестно, буду ли я этим заниматься в будущем, возраст уже не тот. Да и схема там элементарная и я ее снова отредактирую.

[Tommy]

Подправил схему, ввел сквозную нумерацию. Если нужно еще что-то изменить - скажите.
Итак, как я думаю и уже писал, начать было бы желательно с режимов и подборов номиналов самого конвертера чтобы быть уверенным, что все работает нормально. Что для этого мне надо сделать? В каких точках снять осциллограммы? Например, мне непонятно 1. Почему при токе 10А на выходе уже почти меандр, т.е. Кзап уже максимальный? Так и должно быть? 2. Как уменьшить нагрев снаббера? Ключи пока сейчас IRF840, но когда все будет отлажено можно будет поставить STW45NM50 (550V 0.08Ω 45A, оригинал) для уменьшения нагрева, есть в наличии. В общем-то для 250Вт хватает и 840, но меньше тепла лучше.
Ключи SR можно пока оставить те же http://www.microsmart.eu/index.php?topic=304.msg8058#msg8058 (P53N05 50V 0.025Ом 53A)?, или необходимо сразу ставить более низкоомные STB75NF75 (75V 9.5mΩ 80A, не уверен, что оригинал) или (IRFB4110PbF 100V 3.7mΩ 120A) или IRFB7440PbF (40V 2mΩ 120A), хотя последние маловаты по напряжению. Но можно уменьшить напряжение питания до 180 - 190 VAC на время испытаний. Я понимаю, что так будет правильнее, но вдруг что - жалко. Да и дорожки боюсь что скоро поотваливаются от частой перепайки.

[Tartak]

Здравствуйте, Tommy.

Например, зверски греется резистор снаббера параллельно первичке СТ подогревая сам СТ и радиатор транзисторов SR. Можно ли увеличить его номинал хотя бы раза в два-три? Или уменьшить емкость последовательно с ним? Эта цепочка с такими номиналами (51 Ом + 1нФ) стоит практически во всех компьютерных БП и такое впечатление, что кЕтайские производители БП не слишком заморачиваются оптимизацией, проще увеличить производительность вентилятора. И так во всем.

Так большинство комповых БП работают на частотах 30-35 кГц, а ваш на 80. Нагрев снаббера и красота осциллограммы почти всегда компромисс. Попробуйте подобрать другие номиналы.

А ссылку можно?

Ога!

Так где?


Эта осциллограмма сделана до установки шоттки? Что поменяется если её установить?

Например, мне непонятно 1. Почему при токе 10А на выходе уже почти меандр, т.е. Кзап уже максимальный? Так и должно быть?

Вчера провел 5 часов в симуляторе. Он тоже выдает не радужную картину. Пока не разобрался или это недостаток используемых моделей или он учитывает то чего я не знаю.
Короче, думал победить проблему с затяжным фронтом такой схемой:

Она отлично работает когда управляющее напряжение резко падает, но, также, если фронт управляющего сигнала затянут - схема его повторяет.

Сейчас нам нужно разобраться почему напряжение на обмотках транса спадает медленно. Если не разберёмся, схему придётся сильно усложнять. Или забить...

[Tommy]

Здравствуйте, уважаемый Tartak!

Так большинство комповых БП работают на частотах 30-35 кГц, а ваш на 80. Нагрев снаббера и красота осциллограммы почти всегда компромисс. Попробуйте подобрать другие номиналы.

Что вчера и сделал. Начал с увеличения резистора с 51 Ома до 100. Затем добрался до уменьшения емкости с 1нФ до 300 пик. Особых негативных изменений не заметил. Незначительно подрос дребезг в момент переключения, но существенно выросла крутизна фронтов и в разы уменьшился нагрев резистора. Сейчас по ощущениям тепла не более 0.5 - 1 Вт, что уже вполне приемлемо. Впрочем, можно и нам упасть по частоте раза в полтора и посмотреть как это отразиться на работе. Правда, не уверен, что мой GDT потянет на НЧ - колечко небольшое, хотя должен:
https://tqfp.org/calculatoria/gdt/
https://bsvi.ru/raschet-i-primenenie-gdt/
Сейчас форма сигнала прекрасная, примерно такая как во вложении.

А ссылку можно?

Так я ж писал: "На форуме https://forum.cxem.net/ один чел хвастался". Просто промелькнуло в одном из тысячи сообщений в этой теме https://forum.cxem.net/index.php?/topic/153830-%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D0%B8-%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D0%B8%D0%B8%D0%BF/. Конечно, никаких линков не дано, сам бы сходил посмотреть.

Эта осциллограмма сделана до установки шоттки? Что поменяется если её установить?

Как раз вчера вечером поменял таки транзисторы SR на самые низкоомные IRFB7440PbF (40V 2mΩ 120A), осциллограмма во вложении, и поэкспериментировал с диодом Шоттки. Подключал и отключал при работающей схеме (10А). Не заметил абсолютно никаких изменений. Т.е. с таким транзистором и при таком токе диод еще не работает.

Вчера провел 5 часов в симуляторе. Он тоже выдает не радужную картину. Пока не разобрался или это недостаток используемых моделей или он учитывает то чего я не знаю.
Короче, думал победить проблему с затяжным фронтом такой схемой:

Она отлично работает когда управляющее напряжение резко падает, но, также, если фронт управляющего сигнала затянут - схема его повторяет.
Сейчас нам нужно разобраться почему напряжение на обмотках транса спадает медленно. Если не разберёмся, схему придётся сильно усложнять. Или забить...

Может из-за того что вых. фильтр начинается с дросселя, а не с емкости? Строго говоря пологие фронта мы имеем только при малых токах. При рабочих (5 - 15А) фронта себе вполне. Но это с точки зрения дилетанта.
Если придется сильно усложнять схему, то проще будет поставить контроллер SR. Но в этом случае еще предстоит разобраться с вых. фильтром. В даташите на IR16888 написано: "Secondary-side high speed synchronous rectification controller for resonant half bridge converters" и на схеме фильтр, как и положено для этой топологии, начинается с конденсатора, а у нас с дрося.

[Tommy]

А ссылку можно?

Так где?

Вот этот чел https://forum.cxem.net/index.php?/profile/53565-motoandrey14/ писал

[Tartak]

Здравствуйте, Tommy. Как ваши успехи? Вы где пропали?

[Tommy]

Здравствуйте, Tommy. Как ваши успехи? Вы где пропали?

Здравствуйте, уважаемый Tartak!
Я никуда не пропал, все время здесь, все жду может кто-нибудь что-нибудь подскажет, т.к. своих знаний не хватает и похоже уперся в предел понимания работы схемы. От безнадеги пока занялся "оптимизацией" работы самого инвертора, в частности мне непонятно отчего греется м\сх UC3825. Сейчас ток потребления по цепи самозапита (равно как и от внешнего БП) составляет 60мА, что при напряжении питания 18В соответствует 1W, что уже предел. Хотя этот 1W приходится не только на саму м/сх, но и на GDT, который тоже теплый и после часа работы его температура по пальцометру около 50 град. Сама м/сх горячее - около 60 - 65 град. Впрочем, может так и должно быть, но хотелось бы выяснить, греет GDT сама м/сх своим теплом, или он нагревается от тока из-за скин-эффекта, поскольку на первичке провод 0,56, а частота все-таки 70-80 КГц. Внимательно посмотрел осциллограммы, и по сравнению с тем, что я видел "у людей" у меня все идеально. Осциллограммы с отключенным и подключенным к м/сх GDT прилагаю.
Также достаточно сильно греется 7818 (стоит без радиатора) градусов до 70 - 80, хотя при мощности на ней 8Vх0,06А=0,48W такого нагрева быть не должно. Обвешал вокруг дополнительной керамикой, посмотрим. Жаль, что в начале пути повелся на "интернетовские" схемы самозапита с всевозможными "толкателями". Надо было сразу делать нормальное питание на простеньком флайбаке как в комповых БП из всех проверенных деталей которые уже есть в наличии. Но это существенное увеличение габаритов, что противоречило первоначальному замыслу. Или степдаун, например, на LNK305, но тогда я не знал, что есть уже и такие мульки. Сейчас сделал бы на LNK305 и забыл бы про эти "дополнительные службы".

[Tommy]

Таким образом на сегодняшний день, как мне кажется, есть две проблемы.
1. Это работа самого SR с непонятно почему пологими фронтами ключей при малых токах, и чрезмерным нагревом ключей. При токе 6А температура радиаторов достигает 50 - 60 град уже при 30 - 40 мин работы. Что для радиатора такой площади (фото платы я выкладывал) и для такой мощности ненормально. Считаем статические потери для IRFB7440PbF (40V 2mΩ 120A). Р = 6А х 6А х 0.004/2 = ....  Специально взял Rds(on) в 2 раза больше с учетом нагрева.
2. Работа самого инвертора, у которого коэф. зап. по мере нарастания вых. тока практически сразу достигает максимума. Тогда за счет чего происходит регулирование, если на выходе начиная с 10 - 15% расчетного тока уже практически меандр. Или так и должно быть по некоторым соображениям?

Параллельно занимаюсь LLC, на выходе которого будет стоять SR на IR11688 чтобы сравнить эффективность их работы. Можно, конечно, скрестить между собой две платы, но это потребует нескольких очередных групповых перепаек и печать шимака на самодельной плате может пострадать.

[Tommy]

Таким образом на сегодняшний день, как мне кажется, есть две проблемы.

Похоже на то, что проблема свелась к одной, и именно там порылась эта злополучная собака.
Отремонтировал щуп осциллографа 1:10 (правда, занижает вольтаж примерно на 10%, но это не беда), теперь можно лезть в высоковольтную часть. И таки полез... Привожу осциллограммы на гейте и дрейне нижнего ключа Q2 при выходном токе ИИП 0.6А. Получается, что в пологости фронта виноваты не транзисторы SR. Первая "мысль" - Неужели 8 вольт не хватает для открытия Q2 - IRF840? Ну не может такого быть при таких мизерных токах стока и таком мощном драйвере! По графику из даташита он при 6 вольтах уже почти полностью открыт, а при 8-ми уже начинается загиб. Все транзисторы у меня оригинал, не подделка однозначно. Хотя при большем выходном токе фронты уже достаточно круты.
Что Вы думает по этому поводу, уважаемый Tartak? Жду Вашего ответа....

[Tartak]

Здравствуйте, Tommy.

Привожу осциллограммы на гейте и дрейне нижнего ключа Q2

Так где они?

[Tartak]

... в частности мне непонятно отчего греется м\сх UC3825. Сейчас ток потребления по цепи самозапита (равно как и от внешнего БП) составляет 60мА, что при напряжении питания 18В соответствует 1W, что уже предел.

От того и греется. Где-то же потребляемая мощность должна выделятся. Частично микросхему можно разгрузить по теплу установкой внешнего драйвера или транзисторов которые будут разряжать затворы.

... Хотя этот 1W приходится не только на саму м/сх, но и на GDT, который тоже теплый и после часа работы его температура по пальцометру около 50 град. Сама м/сх горячее - около 60 - 65 град. Впрочем, может так и должно быть, но хотелось бы выяснить, греет GDT сама м/сх своим теплом, или он нагревается от тока из-за скин-эффекта, поскольку на первичке провод 0,56, а частота все-таки 70-80 КГц.

Провод греет не частота а ток текущий по нему. А вот магнитопровод ТГР-а греет комбинация частота*индукцию. Из какого материала выполнен сердечник GDT?
Также возможно что вы ошиблись при расчёте GDT и он входит в насыщение, что приводит к росту тока и нагреву GDT и драйвера.

Осциллограммы с отключенным и подключенным к м/сх GDT прилагаю.

Что значит "с отключенным и подключенным к м/сх GDT"? Если GDT отключён, то какие на нём могут быть осциллограммы? Или же это нагрузка в виде ПТ отключена от трансформатора?

Также достаточно сильно греется 7818 (стоит без радиатора) градусов до 70 - 80, хотя при мощности на ней 8Vх0,06А=0,48W такого нагрева быть не должно.

Не знаю насколько точен ваш "пальцометр", при таких данных температура 78хх должна быть в пределах 50-55 градусов.