Синхронный выпрямитель

[Tommy]

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...

Нельзя проводить эксперименты с оглядкой на ущербную дежурку. Наконец-то я ее модернизировал, убрав все элементы самозапита и толкателя. Вместо этого сделал маленькую платку 13х23мм, а на ней степдаун на LNK305, монтируется она непосредственно на основной плате. Конечно, лучше было бы поставить трансформатор вместо дрося для надежности, но он у меня не влазил в такие габариты. Все замечательно работает и теперь нет опасений, что что-то внезапно произойдет с транзистором Q5 при нестационарных процессах. Схему прилагаю из даташита. У меня небольшие изменения в номиналах и типах компонентов.
Ну и фото самой дежурки, может кому интересно будет. Неровность платы (выступ) обусловлена тем, что она монтируется непосредственно на основную, и выступ нужен для штыря подвода питания. В других конструкциях его можно безболезненно обрезать, контактная площадка дублируется. В схему на выход добавлен TVS диод на 20V на случай аварии, например пробоя ключа. При этом сгорит резистор по входу схемы. Он 33 Ома, 0.125W. Надеюсь, сгорит раньше сапрессора .
Еще не до конца разобрался, но похоже на то, что пропала асимметрия, неужели она была из-за ОППВ самозапита?

Добавлено: Пока набирал этот пост, пришел Ваш ответ, уважаемый Tartak!
Немного позже отвечу.

[Tommy]

Здесь ударение было на "вся". Т.е. силовая вторичка, обмотки управления мосфетами, самозапит и т.д. Всё отключено?

Так я ж описАл:

Отключил выпрямитель вместе со схемой стабилизации. Самозапит остался тот же (ОППВ), схема ограничения тока такая же как и была ранее.

Обмотки управления мосфетами висели в воздухе, поскольку транзисторы SR демонтированы еще до установки диодов. Т.е. отключены были только силовые обмотки вторички.

Предыдущая осциллограмма малоинформативна поскольку напряжение на трансформаторе меняет свой знак почти мгновенно. Не видно полочки когда на трансе "0" (дед тайма). Нужна осциллограмма на вторичке когда коэффициент заполнения около 25% и все обмотки кроме первичной висят в воздухе.

Ну, теперь это получится автоматом, самозапита уже нет, слава Богу! Из вторичек остались только силовые обмотки на транзисторы SR и допобмотки управлениями их гейтами. Давайте более детально и лучше по пунктам, чтобы я не наделал ошибок. Что я понял:
1. Измерения делаем относительно общ. провода напряжение на силовые обмотках. Отключаем силовые обмотки и допобмотки управлениями. СТ кроме первички весь в воздухе.
2. Насчет "коэффициент заполнения около 25%". Т.е. мне нужно настолько нагрузить силовые обмотки, чтобы Кзап был 25%, т.е. подобрать такую назрузку? Но там будет такая форма, что мне с моим опытом будет трудно определить эти 25%.

Подгрузить резисторами, или как? Насколько?

Да. Начать можно с нескольких кОм и уменьшать до получения приемлемого результата.

Давайте все по-порядку. Этот шаг сделаем после первого, или наоборот, начнем с этого шага?

[Tartak]

1. Измерения делаем относительно общ. провода напряжение на силовые обмотках. Отключаем силовые обмотки и допобмотки управлениями. СТ кроме первички весь в воздухе.

Да.

2. Насчет "коэффициент заполнения около 25%". Т.е. мне нужно настолько нагрузить силовые обмотки, чтобы Кзап был 25%, т.е. подобрать такую назрузку? Но там будет такая форма, что мне с моим опытом будет трудно определить эти 25%.

Нет. Нужно параллельно К-Е U2 установить резистор и подобрать его номинал так чтобы на 11 или 14 ноге U1 (относительно 12 ноги) был импульс длительностью примерно 25% периода. Никакую нагрузку на силовые обмотки цеплять не надо.

Давайте все по-порядку. Этот шаг сделаем после первого, или наоборот, начнем с этого шага?

После.

[Tommy]

Нет. Нужно параллельно К-Е U2 установить резистор и подобрать его номинал так чтобы на 11 или 14 ноге U1 (относительно 12 ноги) был импульс длительностью примерно 25% периода. Никакую нагрузку на силовые обмотки цеплять не надо.

Измерил. Мин., 25%, Макс.
Резистор в интервале 0 - 20К.

[Tartak]

Измерил. Мин., 25%, Макс.
Резистор в интервале 0 - 20К.

Теперь нужна осциллограмма вторички в этих условиях.

[Tommy]

С нагрузкой или без? Если нагрузка, то какая?

[Tommy]

Без нагрузки с отключенной стабилизацией.
1. Вых. м/сх
2. Vsg Q2
3. Средняя точка Q1/Q2
4. Вых вторички W2

[Tartak]

А можно осциллограмму сразу на затворе и стоке Q2 (в два луча)?

[Tommy]

Вот

[Tommy]

Уважаемый Tartak!
Можно ли Вам задать еще вопрос? Вы писали:

Наверное, если бы делал сейчас, делал бы по-другому. Например, так как Вы предлагаете с обмотками на GDT, сам над этим думал. Но ни разу не видел таких схем, наверное, не все там так просто, хотя навскидку должно быть все здорово.

В соседней ветке Livemaker делал подобное.

Но у этого контролера есть серьезный недостаток - слабые выходы, надо клеить драйвера, а это 8! транзисторов. Наверняка уже где-то есть аналогичные с мощными выходами, как у UC3825 или UC384x

Не вижу ничего плохого в этом. Они крохотные и стоят копейки. Если вас смущает их количество, можете установить два сдвоенных драйвера.

Не подскажете в какой именно теме Livemaker делал что-то подобное? Помню, вскользь что-то было, но найти не могу.
Прошерстил интернет а поисках такого контроллера, который обладал бы всеми достоинствами, которые мы обсудили. Таких не нашел. Есть два наиболее подходящих: CM6901 и FAN7688, он же NCP4390. И вроде все... . CM6901 доступнее, к тому же у меня есть серверный APFC+LLC+SR блок питания Dellta на этом контроллере, так что кое-что можно подсмотреть. Развел и сделал плату субмодуля с самим контроллером, его обвязкой и драйверами по схеме из даташита https://datasheetspdf.com/pdf-file/827682/ChampionMicroelectronic/CM6901/1. А вопрос, собственно, вот в чем: стеклотекстолит платы двусторонний, но удалось развести почти все с одной стороны. Стоит ли использовать другую сторону в качестве экрана или лучше стравить? Тем более, что перемычки на плате стоят именно по земле, и фольгу эту можно использовать как землю сделав переходы на другую сторону отрезками провода в виде псевдометаллизации. Или не заморачиваться, а поставить просто перемычки стравив фольгу?
Плату сегодня только вытравил, еще не залуживал и не собирал, жду резисторы 0603. Впрочем, сделана она была больше затем, чтобы выяснить пределы ЛУТ технологии. Результаты обрадовали: около 40 компонентов на плате размером 23х29 мм с толщиной дорожек 0.3 - 0.4 мм удивили даже меня.

[Tartak]

Не подскажете в какой именно теме Livemaker делал что-то подобное? Помню, вскользь что-то было, но найти не могу.

Вот http://www.microsmart.eu/index.php?topic=68.msg5073#msg5073

А вопрос, собственно, вот в чем: стеклотекстолит платы двусторонний, но удалось развести почти все с одной стороны. Стоит ли использовать другую сторону в качестве экрана или лучше стравить? Тем более, что перемычки на плате стоят именно по земле, и фольгу эту можно использовать как землю сделав переходы на другую сторону отрезками провода в виде псевдометаллизации. Или не заморачиваться, а поставить просто перемычки стравив фольгу?

В импульсных БП земли много не бывает. Добавление сплошных земляных полигонов почти всегда сказывается положительно на работе БП.

[Tommy]

Да, вспомнил эту схему, спасибо! Эта тема как роман, читалась взахлеб!
С землей тоже понятно, оставлю фольгу на противоположной стороне.
А что по "нашей" теме? Как Вам сравнение эпюр на затворе и стоке? Почему такие пологие фронты на стоке с временем нарастания 1,3мкс? Ведь на затворе амплитуда прыгает почти мгновенно! Конечная скорость намагничивания Lm?
Что и где еще посмотреть?

[Tartak]

А что по "нашей" теме? Как Вам сравнение эпюр на затворе и стоке? Почему такие пологие фронты на стоке с временем нарастания 1,3мкс? Ведь на затворе амплитуда прыгает почти мгновенно! Конечная скорость намагничивания Lm?

Сегодня удалось выкроить немного времени и собрать "живой" макет. Поэкспериментировал с разными трансформаторами и нагрузкой вторички, я пришел к выводу что скорее всего такой эффект возникает из за индуктивности рассеяния. Чем она больше тем плавнее фронты. Нагрузка резисторами вторички или первички ситуацию сильно улучшает, но не решает полностью. Такой же эффект дает применение RC демпфера.
На GDT фронты получаются крутыми поскольку низкий импеданс драйвера эффективно демпфирует паразитные элементы трансформатора. С силовым трансформатором так не получается поскольку при нормальной роботе БП с ШИМ неизбежно присутствуют моменты когда оба силовых транзистора закрыты, выходные диоды тоже закрыты. В этот момент трансформатор "отправляется в свободное плавание" где и происходят нежелательные нам эффекты. На роботе бп с диодами это никак не сказывается, в нашем же случае ни к чему хорошему это не приведёт.
Ещё раз пересмотрел видео с первого поста и заметил что инвертор в нём всегда работает с заполнением 50%, т.е. всегда открыт один из силовых транзисторов (за исключением минимального мертвого времени). Что обеспечивает всегда низкий импеданс подключённый к трансу и отсутствие затяжных фронтов.
В вашем случае надо что-то менять: или отказаться от стабилизации, или применить другой метод управления SR, ну или минимизировать паразитные параметры транса.

[Tommy]

Сегодня удалось выкроить немного времени и собрать "живой" макет.

Теперь понятно, почему Вы не сразу отвечаете . Огромное Вам спасибо, благодаря Вам я уже начинаю кое-что понимать. На форуме уже писали обращенные к Вам слова благодарности, всецело к ним присоединяюсь. Бескорыстие и стремление помочь - очень ценное качество, и у Вас оно есть.

Поэкспериментировал с разными трансформаторами и нагрузкой вторички, я пришел к выводу что скорее всего такой эффект возникает из за индуктивности рассеяния. Чем она больше тем плавнее фронты. Нагрузка резисторами вторички или первички ситуацию сильно улучшает, но не решает полностью. Такой же эффект дает применение RC демпфера.

Исходя из конструкции моего СТ вряд ли у него индуктивности рассеяния велика. Но видимо при этой топологии она сильно сказывается. Попробую прикрутить другие СТ от комповых БП чтобы окончательно прояснить ситуацию. С новой дежуркой теперь это просто, не надо самозапита: цепляешь первички и смотришь . Можно еще вместо 3-х секционного транса (I-II-I) сделать 5-ти секционный (I-II-I-II-I). При этом индуктивности рассеяния уменьшится почти в 3 раза. Правда, если не принимать особых мер межобмоточная емкость вырастет вдвое. Но меры принять можно, ведь обмоток теперь 3, а не 6!
Но судя по Вашим экспериментам как-то интуитивно чувствую, что идею с допобмотками придется похоронить и ставить контроллер на IR11688, который хоть как-то будет следить за вторичкой. Наверное поэтому такая схема управления не применяется в серьезных конструкциях. Слава Богу такая переделка не сильно коснется печатной платы, поскольку по кр.мере. ключи SR остаются на месте, ничего не надо резать, только к гейтам подключить выходы контроллера, а его спаять на микросубмодуле и разместить в удобном месте.

В вашем случае надо что-то менять: или отказаться от стабилизации, или применить другой метод управления SR, ну или минимизировать паразитные параметры транса.

И еще, по мере вникания заметил, что схема стабилизации у меня без резистора параллельно светодиоду оптрона. Возможно, его установка должна помочь и схема станет корректнее работать, поскольку в тот момент, когда ток через светодиод не течет, TL431 "отрывается" от питания.

[Tommy]

Подключил другой СТ от компа, L=4,7mH. картина та же, фронты пологие. Немного нагрузил - фронты стали круче.
Теперь, как мне кажется, для меня картина стала понятной. С управлением ключами SR допобмотками от СТ и со стабилизацией корректная работа  не получится, т.к. в зависимости от нагрузки часть п/периода ключи SR будут работать в линейном режиме, поскольку управляющие импульсы имеют пологие фронты. Уважаемый Tartak, Вы правы: такая топология SR применима только в нагруженном ИИП и без стабилизации. Управлять надо по другому, либо с GDT, либо контроллером. Причем если контроллер стоит по вторичной цепи и отслеживает напряжение на ключах SR, то такая схема менее предпочтительна, чем управление от GDT, поскольку контроллер будет открывать ключи SR с некоторой задержкой и часть времени вых. ток будет течь через бодидиоды подогревая транзисторы.
В случае управления от GDT ключи SR будут открываться синхронно с ключами инвертора (теоретически), т.е. тогда, когда надо. Или применять контроллер с управлением одновременно и ключами инвертора, и ключами SR, как это реализовано в CM6901 и FAN7688 (NCP4390).
В связи с этим считаю, что в проблеме мы разобрались, если я правильно все понял (а главное изложил ). И как-то расхотелось экспериментировать с IR11688 - это полумеры для небольших токов. Вероятнее всего то, что я решусь-таки на изготовление такого GDT, если мне удастся корректно воткнуть его в плату. Но как всегда проблема: провода вторички будут хоть и не очень длинными (60 - 70 мм), но проходить в непосредственной близости от СТ. Не будут ли критичными наводки? Я конечно понимаю, что навести помеху на провод в 7см амплитудой более 3В практически нереально, но на всякий случай спрошу...