Синхронный выпрямитель в самодельном компьютерном ИИП

[Cad]

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.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Cad]

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.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[zato4nik]

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

[Реклама]

Организация питания на основе надежных литиевых аккумуляторов EVE и микросхем азиатского производства

Качественное и безопасное устройство, работающее от аккумулятора, должно учитывать его физические и химические свойства, профили заряда и разряда, их изменение во времени и под влиянием различных условий, таких как температура и ток нагрузки. Мы расскажем о литий-ионных аккумуляторных батареях EVE и нескольких решениях от различных китайских компаний, рекомендуемых для разработок приложений с использованием этих АКБ. Представленные в статье китайские аналоги помогут заменить продукцию западных брендов с оптимизацией цены без потери качества. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[BARS_]

1 час назад, Cad сказал:

поэтому решил не связываться с м/сх управления ключевыми транзисторами

А очень зря...

[Реклама]

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Инженеры КОМПЭЛ провели сравнительное тестирование аккумуляторов EVE и Samsung популярного для бытовых и индустриальных применений типоразмера 18650. 

Для теста были выбраны аккумуляторы литий-никельмарганцевой системы: по два образца одного наименования каждого производителя – и протестированы на двух значениях тока разряда: 0,5 А и 2,5 А. Испытания проводились в нормальных условиях на электронной нагрузке EBD-USB от ZKEtech, а зарядка осуществлялась от лабораторного источника питания в режиме CC+CV в соответствии с рекомендациями в даташите на определенную модель. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Lexter]

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 U_д * I. Рассеиваемая на транзисторе (без учёта мощности управления затвором) I² * R_ds.

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.

Изменено 3 июня, 2021 пользователем Lexter

[Реклама]

Литиевые аккумуляторы EVE Energy и решения для управления перезаряжаемыми источниками тока (материалы вебинара)

Опубликованы материалы вебинара Компэл, посвященного литиевым аккумуляторам EVE Energy и решениям для управления перезаряжаемыми источниками тока.

На вебинаре мы представили информацию не только по линейкам аккумуляторной продукции EVE, но и по решениям для управления ею, что поможет рассмотреть эти ХИТ в качестве дополнительной альтернативы для уже выпускающихся изделий. Также рассмотрели нюансы работы с производителем и сервисы, предоставляемые Компэл по данной продукции. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Cad]

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.

[Реклама]

Литиевые батарейки и аккумуляторы от мирового лидера  EVE в Компэл

Компания Компэл, официальный дистрибьютор EVE Energy, бренда №1 по производству химических источников тока (ХИТ) в мире, предлагает продукцию EVE как со склада, так и под заказ. Компания EVE широко известна в странах Европы, Америки и Юго-Восточной Азии уже более 20 лет. Недавно EVE была объявлена поставщиком новых аккумуляторных элементов круглого формата для электрических моделей «нового класса» компании BMW.

Продукция EVE предназначена для самого широкого спектра применений – от бытового до промышленного. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[BARS_]

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...

Изменено 3 июня, 2021 пользователем BARS_

[Cad]

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.

[Cad]

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.

[BARS_]

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.

[Vslz]

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 

Изменено 3 июня, 2021 пользователем Vslz

[zato4nik]

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

[blak566]

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

[Vslz]

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  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.

[Cad]

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 

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.

[zato4nik]

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.

[blak566]

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 

[Vslz]

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.

 

Изменено 3 июня, 2021 пользователем Vslz

[Cad]

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?

[blak566]

18 минут назад, Cad сказал:

 

Можно как-то пояснить что Вы имеете в виду?

Вам это уже многократно сказали выше по постам

[Cad]

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?

[zato4nik]

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.

[Cad]

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.

Изменено 3 июня, 2021 пользователем Cad

[zato4nik]

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

 

[Cad]

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

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.

Изменено 3 июня, 2021 пользователем Cad