Коллеги, ну не моя это специализация - источники питания, но начальство требует ИП... Помогите пожалуйста разобраться в чем может быть проблема очень сильно греется полевой транзистор, даже при половинной нагрузке.

Итак,

Vin_min=9V
Vin_max=30V
Vout=12V
Iout=3.5A
Частота: 270кГц (частотозадающий резистор Rfa=62k)
Схема типовая SEPIC из AppNote 1484 "LM3478, LM3488 Designing a SEPIC Converter", fig.5

Расчетами получаем (полный текст расчетов см. во вложенном файле):

Dmax=0.59
IL1_peak=6.04A
IL2_peak=4.2A

L1=L2=12uH

Диод: 12CWQ10FN (включаю параллельно 2 диода); падение на нем 0,95В при токе 10А

Пиковый ток через транзистор:

IQ1_peak=19.243A

Vds_min=42V

Выбрал сначала транзистор IRFR3806, но грелся сильно и я поставил с меньшим Rds_on IRLR3114, но субъективно печка не стала меньше...

Конденсатор SEPIC:
5 параллельно включенных конденсатора 1812 емкостью 2,2мк Х 100В (что было под рукой)

Выходной конденсатор:
5 параллельно соединенных low-esr электролита epcos 33мкХ25В плюс в параллель две керамики 1812 2,2мк Х 100В
Опять же - взял что было под рукой с учетом обеспечения соответствующего ESR
ESR блока выходных конденсаторов получается где-то 24мОм при максимально допустимы расчетных 29мОм

Резистор - датчик тока через транзистор Rsn=0.01Ом (расчетное 0.0127Ом)

Так вот, расчетная рассеиваемая на транзисторе мощность 3,2Вт, но по ощущениям там все 20 рассеиваются...

Привожу осциллограммы. Здесь ch#1 это на затворе транзистора, ch#2 - напряжение на резисторе-датчике тока



Тут ch#1 напряжение на индуктивности Lin, ch#2 - напряжение на индуктивности Lout



А это выходное напряжение 12В:




Помогите пожалуйста кто чем может...

P.S. С индуктивностями отдельная проблема - найти в наличии на складах готовые индуктивности на высокие токи (например, XAL1010-153 и PM2110-470K) я вообще не смог... максимум это 1-2А насыщение, на 6 ничего не удалось найти, кстати если кто знает где можно купить может подскажет?
Пробовал мотать на ферритовом кольце R29.5 Epcos T37, но получается фигня.. я так понимаю, что получается небольшой ток насыщения и нужно кольцо с зазором... Причем по идее если мотать на общем магнитопроводе, то можно уменьшить индуктивность в 2 раза, но видимо все равно в насыщение вываливалась катушка, т.к. на выходе было 7-8 вольт...

Сейчас для экспериментов поставил в качестве Lin катушку коилкрафт снятую с другого ИП, ток насыщения 7,2А индуктивность 6,8мкГн, а в качестве Lout - две последовательно соединенных таких индуктивности. В итоге на выходе 12В, но печка даже при половине нагрузки (автомобильная лампочка OSRAM 12В-21Вт), но при двух лампочках (3,5А нагрузка) получается ну очень хорошая печка.

В общем такие вот проблемы - так и не решена проблема с отсутствием индуктивностей, получается на ETD что ли мотать придется, раз готовые не купить... и плюс вторая проблема сильный нагрев транзистора..

Всем большое спасибо за внимание!!

P.P.S. все измерения при 12В на входе источника питания.

Сообщение отредактировал Xuch - Feb 7 2012, 12:02

Ощущения - вещь незаменимая, но КПД померить не доходили руки? Чтобы как-то в цифры облечь претензии.

Мы не видели Вашего монтажа, но есть подозрение, что он неважнецкий. И снимайте сигнал с датчика тока максимально коротким щупом.

Ну как же не доходили, померял конечно сразу же..

3,37А потребление нагрузки, при этом общее потребление 4,11А, соответственно 740мА падает на SEPIC'е


Во вложении файл со схемой и топологией слоев Top и Bottom. На нижнем слое сплошной Ground Plane, не считая двух дорожек

P.S. На номиналы на схеме не смотрим, читаем первый пост - там расписано что и каких номиналов установлено на данный момент в опытном образце.

Сообщение отредактировал Xuch - Feb 14 2012, 10:06

Если это по 12В входного и выходного, то КПД>80%. Уже не так страшен черт. А разводка - так себе, ИМХО. Мне, например, совсем не нравится, как у Вас расположен выходной конденсатор С7 (особенно относительно L2). Между "земляными" выводами - обширные контура больших токов, охватывающие всю плату. И линия ОС излишне длинная. Вот и "звенит" всё.

Не знаю как черт, но транзистор греется самым страшным образом.. Через 10 секунд после старта уже 80 градусов. Получается что работа нормальна и тут просто нужно городить радиатор? Или все-таки продолжать копать причины перегрева?

С7 подвину поближе к L2, не проблема, а вот с ОС что-то ума не приложу как ее сделать кардинально короче...

Нет, побороться ещё стоит. Уверен, что где-то вдвое потери можно снизить. А линию ОС нужно провести так, чтобы ни на одном её участке до самого конденсатора фильтра не было больших токов. То есть, можно оставить её на месте, если конденсатор правильно передвинуть.

Hertz, спасибо большое! Конденсатор сейчас подвину и попробую что получится..
А бороться с тепловыделением в каком направлении, не подскажете?

Чтобы определить направление, необходимо найти причину. Похоже, она связана с динамическими потерями. Пробовали ли Вы увеличивать индуктивности? Уменьшать частоту?

Удалось локализовать место нагрева - это оказался выпрямительный диод, а не транзистор...
Там стоит 12CWQ10FN (сдвоенный диод), два диода соединены параллельно..

Согласно аппликейшену на диод обратное напряжение > Uвх + Uвых (то есть >32вольт) и на средний ток равный току нагрузки >3.5А. Я бы на вашем месте попробовал использовать что нибудь типа SB560 - может оказаться, что греться он будет заметно меньше.
Но корень проблем все таки не в диоде - как мне кажется надо все-таки посчитать аккуратней дроссель и развязывающую емкость. Нагрев диода скорее связан с тем, что из-за хреновости расчета реактивностей ваш диод остается открыт часть активной фазы транзистора. ИМХО.

Спасибо за участие.. но что значит посчитать аккуратней? Формула есть формула, подставил - получил результат..

Сообщение отредактировал Xuch - Mar 12 2012, 03:17

да, только почему-то DSIoffe в своей статье ставит дроссели 68мкГн при частоте 750кГц, а Вы 12мкГн при частоте 270кГц, при этом в нагрузку он отдает только 0,2А, а Вы хотите 3,5А

​Считаете 12, а ставите 7.... при пульсациях тока 40%

Да не 7, уже стоит 3 параллельно по 47мкГн в качестве L1 и одна 47мкГн в качестве L2
Индуктивности на 47мкГн с током насыщения 5,7А

По расчетам - даже не знаю чему больше верить - статье уважаемого Дмитрия Иоффе или Workbench'у и официальной методике расчета в AppNote для LM3478?

Сообщение отредактировал Xuch - Mar 12 2012, 05:44

Почему бы не собственным глазам, 3+1 по 47 мкГн — это почти нормально (L2 немного перегрет, паспортная дельта 25°С для 3,4 А среднего, а на нём 3,5 А плюс порядка 0,3 Вт потерь переключения).

Проблем с теплом, насколько теперь видно, не осталось, кроме 3,5 Вт на выпрямителе. Здесь можно поиграться с синхронным, на PMOS.

Проблема-то есть.. на выпрямителе намного больше 3,5Вт рассеивается..
Кроме того, если убрать драйвер затвора транзистора, то еще ватт 10 на нем начинает рассеиваться. Хотел избавиться от драйвера и удешевить конструкцию - не получилось((

Плюс ко всему меня очень напрягает эпюра напряжения на резисторе-датчике тока - никак не могу улучшить с этим ситуацию и не понимаю откуда такие всплески, конденсатор и диод отодвинул подальше, да собственно над дорожкой с датчика тока и нет ничего особо шумящего - сверху полигон GND, снизу вокруг дорожки - тоже...