Jump to content
Cad

Синхронный выпрямитель в самодельном компьютерном ИИП

Recommended Posts

Здравствуйте, уважаемые!

Хочу собрать безшумный компьютер, по кр. мере бесшумный ИИП для него. Купил плату PicoPSU, сейчас пытаюсь собрать блок питания 12V, 20A с синхронным выпрямлением. Выбор PWM контроллера пал на UC3825. Прекрасная м/сх, шустрая, с быстрой защитой, и к тому же достаточно мощными выходами до 1.5А отлично работающими на GDT. На макетке было все прекрасно, попробовал с диодным выпрямителем, выходной ток дает до 20А , транзисторы ключей (IRF840) чуть теплые. Но диоды! Столько тепла мне не рассеять :(.

С синхронным выпрямлением (SR) на практике ранее не сталкивался, поэтому решил не связываться с м/сх управления ключевыми транзисторами
SR, а сделать с дополнительными обмотками, как мне тогда казалось более простой и надежный. В сети есть множество таких решений.
Один из вариантов с раздельными дополнительными обмотками управления представлен на первых секундах ролика
www.youtube.com/watch?v=309Bj-2MruY. Уж извините, эту картинку в инете не нашел, даю линк на ютубовский ролик. Автор
демонстрирует испытания: у него транзисторы SR стоят без радиаторов и начинают греться только при токе приближающимся до 10А.
Также он заявляет, что запитывал таким выпрямителем свой индуктор током до 40А.
Попробовал на макетке - все вроде работает, сделал на плате. И вот тут возникла проблема: мало того, что транзисторы SR на
радиаторе (плата на фото) начинают ощутимо греться (до 50-60 град) уже при токе 6А, так еще и с осциллограммами непонятная
картина. Точнее наоборот, пологие фронты включения транзисторов SR приводят, как мне кажется, к такому нагреву. Непонятно почему
фронты пологие, ведь транзисторы самого инвертора включаются ровненько и почти не греются, и осциллограммы на гейтах Q1, Q2 по моим
представлениям вполне нормальные. Схему ИИП и осциллограммы привожу, если еще какие данные будут нужны - выложу.
Прошу уважаемое сообщество не оставить без внимания такую интересную тему как SR и помочь разобраться с этой проблемой т.к. собственных знаний недостаточно.

PicoPSU.jpg

Card2 100х82.jpg

PWM_UC3825_SR1.gif

GDT Out-on.jpg

VgsQ2 2mkS 5V-Div.jpg

VdsQ2 2mkS 50V-Div.jpg

SG 10V 2mkS 0.1A.jpg

SD 10V 2mkS 0.1A.jpg

SG 10V 2mkS 9A.jpg

SD 10V 2mkS 9A.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites

Не отобразились названия под вложениями. Я не знаком с этим движком, поэтому не знаю как подредактировать. Понимаю, что неудобно, но попробую пояснить где что по порядку следования вложений:

3 - Схема. Извините, что в таком малочитаемом виде, но вместе с винтом грохнулась рисовалка, а новую еще не освоил.

4 - Сигнал на первичке GDT

5 - Vgs Q2 2mkS  при выходном токе ИИП 0.6А

6 - VdsQ2 2mkS 50V-Div при выходном токе ИИП 0.6А

7 - Vsg 2mkS при выходном токе ИИП 0.1A

8 - Vsd  2mkS 0.1A при выходном токе ИИП 0.1A

9 - Vsg 10V/Div 2mkS при выходном токе ИИП 9A

10 - Vsd 10V/Div 2mkS при выходном токе ИИП 9A

Кажется ничего не перепутал.

Share this post


Link to post
Share on other sites

На каком сердечнике ТГР, и что за плата на 1 фото?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Оценка точности измерения тока интеллектуальными силовыми ключами PROFET

Интеллектуальные силовые ключи PFOFET производства Infineon могут измерять ток нагрузки с разной точностью, зависящей как от абсолютной величины потребляемого тока, так и от технологии производства конечной продукции, в частности – от наличия или отсутствия этапа калибровки. В статье подробно разбирается расчет коэффициента передачи тока на примере ключа BTS7004-1EPP.
Подробнее

1 час назад, Cad сказал:

поэтому решил не связываться с м/сх управления ключевыми транзисторами

А очень зря...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Приглашаем на практический вебинар «Работа с внешней памятью в STM32H7» (16.09.2021)

Вебинар посвящен особенностям работы высокопроизводительных микроконтроллеров из линеек STM32H7. На вебинаре разберем ключевые особенности линеек STM32H72/3 и проведем практическую работу с оценкой производительности с использованием ускорителей и кэш-буфера при чтении инструкций из внутренней и из зашифрованной внешней памяти. Для отображения результатов будет использоваться программная среда STM32CubeMonitor.

Подробнее

Posted (edited)
3 часа назад, Cad сказал:

И вот тут возникла проблема: мало того, что транзисторы SR на радиаторе (плата на фото) начинают ощутимо греться (до 50-60 град) уже при токе 6А ...

Какие транзисторы вы применили? Что-то не нашёл ничего об этом в ваших сообщениях.

Что касается рассеиваемой мощности при синхронном выпрямлении, то там действуют те же законы. Мощность, рассеиваемая на выпрямительном диоде равна Uд * I. Рассеиваемая на транзисторе (без учёта мощности управления затвором) I2 * Rds.

И преимущество выпрямителя на транзисторах в общем случае не очевидно.

Например на типичном диоде Шоттки MBR2545 при токе 10 А будет рассеиваться 0,5 В * 10 А = 5 Вт.

На MOSFET с сопротивлением открытого канала 50 мОм при токе 10 А будет рассеиваться (10 А)2 * 0,05 Ом = 5 Вт.

Рассеиваемая мощность одинакова.

При токе 20 А будет выигрывать уже диод:  0,7 В * 20 А = 14 Вт против (20 А)2 * 0,05 Ом = 20 Вт на транзисторе.

 

При выпрямлении 12 В с током десятки ампер, в синхронном выпрямителе есть смысл применять только транзисторы со сверхмалым сопротивлением открытого канала (порядка 3 мОм), причём надо применить такую схемотехнику управления затвором, чтобы гарантированно открывать его полностью.

Edited by Lexter

Share this post


Link to post
Share on other sites

Удалось ли сделать резервную копию? Обеспечение бесперебойного питания

Для работы портативных электронных устройств с постоянным или длительным включением необходим резервный источник питания. Микросхемы диспетчеров питания производства Analog Devices LTC4040 или LTC4041 позволяют легко подключить резервное питание в виде Li-Ion-аккумулятора или суперконденсатора соответственно в случае сбоя или потери основного питания. Рассмотрим решения по резервированию питания на основе этих микросхем.
Подробнее

2 часа назад, zato4nik сказал:

На каком сердечнике ТГР, и что за плата на 1 фото?

Первоначально ферритовое кольцо 12х6х3, витков 26:13:13, показалось, что мало напряжение на гейтах (около 8В), да и близок к насыщению уже был, частота 75 КГц. Сейчас сделал новый на бусине 12х12х2, 30х21х21 проводом МГТФ 0.07. Теперь 12В, вполне достаточно. Питание м/сх 18В.

Плата PicoPSU формирующая из 12В все остальные напряжения.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
1 минуту назад, Cad сказал:

Плата PicoPSU формирующая из 12В все остальные напряжения.

А что помешало сформировать их сразу в ИИП? В чем смысл снижать общий КПД системы?

 

1 минуту назад, Cad сказал:

проводом МГТФ 0.07

Очень советую его убрать, т.к. изоляция у него очень ненадежна в плане механики...

Edited by BARS_

Share this post


Link to post
Share on other sites
22 минуты назад, Lexter сказал:

Какие транзисторы вы применили? Что-то не нашёл ничего об этом в ваших сообщениях.

При выпрямлении 12 В с током десятки ампер, в синхронном выпрямителе есть смысл применять только транзисторы со сверхмалым сопротивлением открытого канала (порядка 3 мОм), причём надо применить такую схемотехнику управления затвором, чтобы гарантированно открывать его полностью.

Для испытания работоспособности ставил разные, сейчас стоят IRFB7440PbF (40V 2mΩ 120A) поскольку в моем варианте Vds  на ключах SR, как видно из осциллограммы, около 30В.

Возможно сейчас я бы уже не связывался с допобмотками и поставил драйвер IR11688, они уже есть. Правда, там есть свои проблемы. На тех схемах что я видел фильтр начинается с конденсатора, да и в даташите на IR16888 написано: "Secondary-side high speed synchronous rectification controller for resonant half bridge converters" и на схеме фильтр начинается с конденсатора, а у нас с дросселя. К тому же плата уже готова и хотелось бы разобраться до конца: имеет ли право на жизнь такая схемотехника, или придется эту плату в мусор и делать что-то другое, на драйверах.

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 минут назад, BARS_ сказал:

А что помешало сформировать их сразу в ИИП? В чем смысл снижать общий КПД системы?

Тогда можно просто поставить готовый комповый ИИП и не заморачиваться. Но они все вентиляторные.

Это относительно новый тренд в компютерных БП, поскольку на питание 12В приходится до 90% потребления, а все остальные напряжения уже по сути являются вспомогательными. Хороший степдаун с 12/5В имеет до 90-95% КПД, а схемотехника проще, и токи небольшие. Если принять во внимание все аспекты КПД системы, то оно не снижается. Впрочем, здесь это оффтоп.

Цитата

Очень советую его убрать, т.к. изоляция у него очень ненадежна в плане механики...

Фторопласт - один из самых лучших изоляторов, к тому же имеющий предельно низкую диэлектрическую проницаемость, что тоже очень важно для GDT. А механически дергать его в процессе эксплуатации никто не будет. К тому же можно при желании его пропитать.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Только что, Cad сказал:

Хороший степдаун с 12/5В имеет до 90-95% КПД

Только в мечтах.

 

1 минуту назад, Cad сказал:

на питание 12В приходится до 90% потребления,

Вот только все USB и прочие 5В порты питаются именно от линии 5В. А тот же USB3.0 спокойно может давать 1А. Не синхронный же DC/DC даст 3А и загнется.

 

37 минут назад, Cad сказал:

Фторопласт - один из самых лучших изоляторов,

Был когда-то. Его уже давно не используют из-за высокой текучести. Особенно, если мотать на кольцо с острыми гранями. Давно придумали спец ленту для трансов (та самая желтая) да и лакированный провод.

 

38 минут назад, Cad сказал:

можно просто поставить готовый комповый ИИП

Или же сделать свой по человечески. А ставить готовый - неспортивно.

 

39 минут назад, Cad сказал:

они все вентиляторные.

Кому надо, тот легко переделывает их на пассивное охлаждение.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
6 часов назад, Cad сказал:

начинают ощутимо греться (до 50-60 град) уже при токе 6А

это не SR в чистом виде. Ключи проводят в условно-синхронном режиме, пока проводят ключи полумоста. Остальное время сигналы управления на затворах нулевые, ключи проводят ток уже по-диодному. Дроссель-интегратор работает (должен работать) в режиме неразрывного тока. Его ток греет мосфеты в паузах. 

Как эта штука будет работать в условиях пропадания питания (когда заряжен выходной электролит) и переходных режимах - хз. Оно как-то подозрительно напоминает автогенератор Роэра :yes:

Edited by Vslz

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вроде замыкающий диод нарисован D11 , какого свойства не подписано, но туда тоже просится синхроключ так как при увеличении паузы будет  нагрев диода.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Интерестная темка

А вот хде мона инфу более понятную почитать и какие есть альтернативы DK5V45R10?

Просто в даташнике обратноход и нифига не понял где можно ещё такое применять, для лентяев как я такие решения весьма заманчивы

Share this post


Link to post
Share on other sites
17 минут назад, zato4nik сказал:

замыкающий диод нарисован D11

да, нарисован, но он как раз и говорит о том, что в паузах будет отдуваться либо он, либо боди-диоды. В самом безобразном тепловыделяющем режиме :D Паузы не маленькие - в АТХ на полумостах, паузы обычно составляют 50% периода. Поэтому, выигрыша от усложнения не будет. На скриншотах паузы мизерные. Не понятно почему. То-ли без ООС, то-ли без запаса по Кзап.

Share this post


Link to post
Share on other sites
51 минуту назад, Vslz сказал:

это не SR в чистом виде. Ключи проводят в условно-синхронном режиме, пока проводят ключи полумоста. Остальное время сигналы управления на затворах нулевые, ключи проводят ток уже по-диодному. Дроссель-интегратор работает (должен работать) в режиме неразрывного тока. Его ток греет мосфеты в паузах. 

Как эта штука будет работать в условиях пропадания питания (когда заряжен выходной электролит) и переходных режимах - хз. Оно как-то подозрительно напоминает автогенератор Роэра :yes:

Спасибо, интересные мысли! Надо обдумать. Но в этой схеме паразитные диоды ключей SR смещены в обратном направлении и работать не должны, чем эта схема изначально и понравилась в отличии от такой http://www.cqham.ru/ibppt1.htm

Цитата

Паузы не маленькие - в АТХ на полумостах, паузы обычно составляют 50% периода. Поэтому, выигрыша от усложнения не будет. На скриншотах паузы мизерные. Не понятно почему. То-ли без ООС, то-ли без запаса по Кзап.

Да, пауз почти нет при больших токах. Сам не понимаю почему. И почему пологие фронты при малых токах?

blak566, DK5V45R10 у меня есть, хотелось бы попробовать и на них, можно ли их параллелить. Еще смущает то, что в "даташите" они тоже работают на емкость, как и ключи с драйвером IR11688, а у меня дрось.

36 минут назад, zato4nik сказал:

Вроде замыкающий диод нарисован D11 , какого свойства не подписано, но туда тоже просится синхроключ так как при увеличении паузы будет  нагрев диода.

D11 - мощный Шоттки, 45 Вольт. При его подключении и отключении ничего не происходит, осциллограммы не изменяются.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Надо чтоб на замыкающие шоттки падало меньше чем на двух последовательных боди, тогда они в паузе не откроются и ток дросселя замкнется шотткой. Это можно в ДШ сравнить по графикам. По осциллкам - кажется не все надписи соответствуют картинкам.

Share this post


Link to post
Share on other sites
46 минут назад, Cad сказал:

 

blak566, DK5V45R10 у меня есть, хотелось бы попробовать и на них, можно ли их параллелить. Еще смущает то, что в "даташите" они тоже работают на емкость, как и ключи с драйвером IR11688, а у меня дрось.

Мну интересуют какие то более высоковольтные  хз как они называются))конденсатор-возможно питание от него? короче ничего не понятно

А в вашем случае если тока прямой ход на полевики ,а отратный всё равно диоды-выигрыш не такой и великий , если делать то полноценный полнопериодный 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
1 час назад, Cad сказал:

Но в этой схеме паразитные диоды ключей SR смещены в обратном направлении и работать не должны

они смещены в обратную сторону ровно до того момента, пока ключ не проводит ток. Иначе ключ не возможно будет закрыть. Направление проводимости боди-диода и внешнего шоттки и самого канала - совпадают. Не стоит в этой схеме искать какие-либо преимущества - их нет, она просто некорректная. @zato4nik правильно пишет - надо еще один ключ как минимум для шунтирования внешнего Шоттки. Но по-хорошему, ту же самую операцию должен выполнить просто драйвер SR при помощи управления моментами запирания SR. И не надо никаких Шоттки и прочего. Управление моментом открывания каждого ключа должно быть по факту прямого смещения его боди-диода, а это не то же самое, что интервал проводимости, задаваемый контроллером. На примере пары компараторов, анализирующих переход через 0, это легко делается для сетевого выпрямителя. Но там частота низкая. А в Вашем случае нужен быстродействущий компаратор и драйвер. Все это уже должно быть в драйвере SR.

Схема SR сетевого выпрямителя. Дроссель, конечно, здоровый, но не в этом суть - на ВЧ он будет мелкий. Дело в том, что моменты коммутации определяются по факту обратного смещения канала, при помощи компаратора. Интервалы проводимости ключей накладываются друг на друга, ток дросселя замыкается через каналы. С наличием дросселя, на этой схеме достаточно будет 5 конденсаторов в параллель для получения 150мВ п-п пульсаций.

 

2021-06-03_231046.png

Edited by Vslz

Share this post


Link to post
Share on other sites
28 минут назад, zato4nik сказал:

Надо чтоб на замыкающие шоттки падало меньше чем на двух последовательных боди, тогда они в паузе не откроются и ток дросселя замкнется шотткой. Это можно в ДШ сравнить по графикам. По осциллкам - кажется не все надписи соответствуют картинкам.

Ок, давайте Вы скажете в какой точке снять осциллограмму и я сделаю новые картинки, по пунктам. Таким образом внесем ясность, может я чего и напутал, поскольку осциллограммы делались в разное время.

13 минут назад, blak566 сказал:

Мну интересуют какие то более высоковольтные  хз как они называются))конденсатор-возможно питание от него? короче ничего не понятно

А в вашем случае если тока прямой ход на полевики ,а отратный всё равно диоды-выигрыш не такой и великий , если делать то полноценный полнопериодный 

Более высоковольтных DK5V45R10 я не встречал.

У мну проблемы с пониманием написанного:

Цитата

конденсатор-возможно питание от него? 

полноценный полнопериодный 

Можно как-то пояснить что Вы имеете в виду?

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 минут назад, Cad сказал:

 

Можно как-то пояснить что Вы имеете в виду?

Вам это уже многократно сказали выше по постам

Share this post


Link to post
Share on other sites
30 минут назад, Vslz сказал:

Схема SR сетевого выпрямителя. Дроссель, конечно, здоровый, но не в этом суть - на ВЧ он будет мелкий. Дело в том, что моменты коммутации определяются по факту обратного смещения канала, при помощи компаратора. Интервалы проводимости ключей накладываются друг на друга, ток дросселя замыкается через каналы.

Схема красивая, и что самое главное :) для меня понятная. Макетировалась в железе?

Я так понял, что дело идет к тому, что надо все переделывать поскольку SR с допобмотками работать толком не будет? Я правильно Вас понял? А что тогда относительно этой схемы http://www.cqham.ru/ibppt1.htm? Та же история? Если так, то получается плату в мусорку, а чел с ютубовского ролика из стартпоста несколько "приукрасил" положение вещей :(. И все же, если на моих картинках пологие фронты, то часть периода ключи SR работают в линейном режиме, от того и греются. Т.е. может дело в самом инвертере и с него надо начать и подправить? Какие для этого нужны данные, замеры?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Сделайте на затворах сихровыпрямителей и на первичке ТГР при разной нагрузке ИИП. 

ЗЫ: с последовательным падением на бодиках напутал, это в случае моста , тут обмотки параллелятся и боди-диоды тоже, т.е ток делится пополам. Сравните прямое падение шоттки и боди-диоды при половине тока.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
8 минут назад, zato4nik сказал:

Сделайте на затворах сихровыпрямителей и на первичке ТГР при разной нагрузке ИИП. 

Ок, это легко, но уже завтра.

Цитата

Сравните прямое падение шоттки и боди-диоды при половине тока.

Извините, силовой электроникой я занялся совсем недавно и не всегда понимаю специфику и приемы. Каким образом сделать такое сравнение? При половине какого тока, максимального? Сейчас защита инвертора настроена на 15А. Извините если туплю.

Edited by Cad

Share this post


Link to post
Share on other sites

К примеру падение S-D ключа 7440, у шоттки есть такой же график прямого падения в зависимости от тока и температуры. Если у диода падение больше, то он не откроется в паузе и значит ток дросселя замкнут обмотками и боди-диодами  SR.

Скрытый текст

Screenshot_20210603-215631.thumb.png.b16b79c2fadb98e37d9b13d835dae5f5.png

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
20 минут назад, zato4nik сказал:

К примеру падение S-D ключа 7440, у шоттки есть такой же график прямого падения в зависимости от тока и температуры. Если у диода падение больше, то он не откроется в паузе и значит ток дросселя замкнут обмотками и боди-диодами  SR.

  Показать содержимое

Screenshot_20210603-215631.thumb.png.b16b79c2fadb98e37d9b13d835dae5f5.png

Аааа, ну так это понятно! А то я подумал, что Вы предложили мне измерить в работающей схеме и сравнить. Вот я и подумал - как? :) Кстати, на этой осциллограмме Vds Q3, Q4 SR при вых. токе 10A видна разница в падении напряжений на паразите и открытом канале IRFB7440PbF.

Vds 10A Rds-2mOhm.jpg

Edited by Cad

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...

  • Сообщения

    • @Karlson904 , что нам даёт изучение выходов с каналов без  отсутствии схемотехники? Посмотрели на переходной процесс и разговоры, кто кого и куда перетягивает. Единственное, что можно оценить из того, что вы показали, это амплитуду выброса тока на шунте, да и то без знания значения сопротивления шунта толку от этого также никакого... Поэтому смысла нет ломать копья. Да и спрашивающий особо  не участвует в диалоге. @hura73 , транзистор тот, который указан у автора. Расскажите, какой минимальный и максимальный ток в режиме ограничения тока вы намеряли. Если хотите идти методом проб и ошибок, то пробуйте изменить цепь ос в ограничении тока.
    • "step up flashlight driver" в гугле выдает нужные если что.
    • Что-то да. По этой схеме только на основном резисторе подогрева выделится 35 ватт, что для него перебор даже с обдувом. Может быть, оба резистора последовательно включены? А параллельно одному из них остальные цепи?
    • Ну, тут такое... Не может и не обязан каждый гражданин поголовно быть техническим специалистом, чтобы сходу распознать обман в "суперприборе". Так же, как и не может быть специалистом в области финансов, чтобы распознавать финансовые пирамиды и кабальные кредитные договоры. Не может быть профессором медицыны, чтобы отличить фуфломицин в аптеке от нормального лекарства. И так далее. Это должно быть заботой государственных надзорных органов, которые, между прочим, существуют за счёт этого гражданина. А им пофиг.
    • Как бы там ни было, руководству магазина, конечно, большой минус за то, что допустили явно нездорового человека к контактной работе с клиентами. А не прогнали домой или хоть куда - нибудь в подсобку, подальше от людей.
    • Есть хорошая фраза: "Чем лучше знаете химию и физику - тем меньше волшебного имагического творится вокруг." Все эти разводы - это просто налог на отсутствие знаний школьной программы. И вообще, если к описанию ЛЮБОЙ продукции добавить "без кандибобриков", то цену смело можно увеличить втрое - купят охотно. А если написать "с кандибобриками" - то и в пять раз можно увеличить.
    • Проблема в том, что если даже кто-то из пострадавших окажется достаточно упорным, проведёт техническую экспертизу устройства, докажет факт мошенничества в суде и вернёт свои деньги, то завтра эти же люди будут продавать то же самое фуфло в соседнем офисе под другой вывеской. Большинству проще махнуть рукой и смириться с потерей денег. На том этот бизнес и держится.
×
×
  • Create New...