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

Конденсатор компенсации наклона, должен быть параллельно к датчику тока подключен, а не через R4...

Сообщение отредактировал andron86 - Mar 12 2012, 07:05

Скорее всего, это просто ощущения, потому что любые 3,5 Вт, отданные плате, в общем случае проблема.

Я почему-то всегда считал, что 1Вт это примерно 1 градус дополнительного нагрева..
По ощущениям там где-то 85 градусов уже через минуту после включения нагрузки и держится примерно так, за счет того, что на нижней стороне большой полигон "земли" и он служит неплохим радиатором. После отключения нагрузки остывает буквально за 4-5 секунд.

"поиграться с синхронным, на PMOS" - не подскажете где посмотреть на эту тему, и насколько этот вариант более эффективен будет здесь вместо диода Шоттки?

Никому нельзя верить (С)
Имхо, лучше смоделировать силовую часть для заданного режима (входное и выходное напряжение, ток, скважность).

Смоделировать в какой среде?

Да в какой удобнее. Я в Micro-Cap моделировал. Отдельно силовую часть, без контроллера, не заводя обратную связь.

Например, одна из топологий называется «"self-driven" synchronous rectifier» — в данном случае, т.е. поскольку затворы уже сфазированы в нужную сторону, они просто соединяются по переменному току (конденсатором), и у ведомого транзистора к затвору ставится ограничитель уровней (пара диодов — один об исток, другой об TVS), фиксирующий постоянную составляющую на этом конденсаторе приблизительно на уровне Uвых.

Минус данной схемы в том, что она логично работает только на непрерывном токе, т.е. когда нагрузки мало, дроссели выходят на прерывный режим, преобразователь становится обратимым и PMOS начинает гонять немного энергии обратно в источник, КПД немного снижается.

Эффективность синхронных выпрямителей в целом определяется применяемыми ключами. В данном случае нужен PMOS с сопротивлением порядка 40 мОм и меньше, но затворы у таких весьма тяжёлые, т.е. КПД не вырастет так, как хотелось бы.

Вообще, если Вам нужен был КПД и защита от выгораний, то имело смысл рассмотреть другие топологии.

Да нет, КПД не регламентирован, главное чтобы радиаторы не пришлось городить - вот единственное требование - естественное охлаждение.

Самое интересное, что при половинной нагрузке не греется вообще ничего, или по крайней мере если и греется, то наощупь не определяется.
Кстати при полной нагрузке напряжение падает с 12В до 11,5-11,7В и соответственно нагревается.. может тут где-то проблема зарыта..

Может просто входит в ограничение по мощности?

А ещё, что при этом с пульсациями? Конденсатор на выходе у Вас сомнительный, "low-esr электролита epcos 33мкХ25В" — это что такое? EPCOS вообще не спец по электролитам. А 5 мкФ керамики вообще не в счёт.

Нужно или порядка 100 мкФ керамики, или два-три полимерных <10 мОм и >50 мкФ — например, наковырять из дохлой материнки.

пять штук по 33 плюс две керамики по 2,2 - итого 169,4мкФ получается
Стоят спецовые танталы Epcos, как они их позиционируют с low-esr

Сообщение отредактировал Xuch - Mar 13 2012, 08:01

Пульсации на выходе где-то около 1В, короткие всплески



Если вместо R4 ставлю перемычку - источник вообще не запускается, на затворе всегда 0В...


Чуть уменьшил сопротивление резистора-датчика тока (запаял в параллель резистор 0,1 Ом) - теперь форма сигнала на датчике тока стала менее треугольной - наклон стал совсем небольшой.. что бы это могло значить?

Коллеги! Кто-нибудь может примерно ответить что такое по ощущениям 5Вт рассеиваемой тепловой энергии на плате без радиатора? Какой ориентировочно будет перегрев прибора, рассеивающего 5Вт тепла?

Вопрос для ТС первый - нафига использовать 270 кГц, если ЛМ-ина может работать до мегагерца, ну подними ты частоту хотя бы до 500кГц.

вопрос второй, нафига использовать индуктивность 12мкГн на 270 кГц, если достаточно уже 5мкГн для неразрывных токов при граничных условиях (9..30 Вольт)
едем далее, на схеме R1 либо выкинуть впечь, либо все емкости (С1 С2) поставить ПОСЛЕ него, т.к микруля твоя имеет в себе драйвер для мосфета, который любит импульсный ток (вкачивать к затвор), поэтому то, что в даташите написано 0,1мкФ по входу - туфта, как минимум 4,7, а то и 10мкФ надо ставить, причем желательно керамику, типа X7R X5R, можно и на 50V , не обязательно 100V, как у тебя.

Еще несколько смутила цепь компенсатора, C3 C4 R3, как то из личного опыта подмечено, что если есть такая вот цепочка, то С3 и С4 как правило отличаются на порядок ну и резистор мелковат все-таки. я бы поставил номиналы R3 от 4 до 10к, С4 взял бы порядка 1000...10000 пик, а С3 в 10 раз меньше выбранного С4, т.е. от 100 до 1000 нФ, Например 4,64к, 4,7нФ, 470пФ.

Соответственно частоту бы поднял до 400-500кГц, и индуктивности поставил бы например из диапазона 3-5мкГн на ток насыщения 6-8Ампер. Обязательно на одном сердечнике, т.е. так называемая Coupled Inductor, например от койлкрафта типа MSD1260 Series или похожую от кого другого, сумида, копербуссман, бёрнс и тп.

Ключ выбирал бы такой, чтобы емкость затвора не превышала 20 нанокулон, при этом сопротивление канала по сути может быть любым, в пределах разумного, например до 100 мОм в корпусе TO220, при этом Емкость затвора является главной! последнее время соскочил с ключей IRF на Вишей и файрчайлд.


Кондей С6, который сепик, я бы поставил в районе 10мкФ, хотя наверно можно оставить и 4,7мкФ. опять же ТОЛЬКО керамика, ибо он импульсный.

Выходной диод у тебя выбран конечно солидный , оставляй его, 3-5 ампер для него - нормально.


вот как то так.

Гы, только сейчас заметил R1 у ТС :-)

Всем большое спасибо за помощь! Сейчас буду пробовать все предложенное.

Единственное сразу что могу сказать - нет возможности использовать сдвоенную индкутивность на одном сердечнике, т.к. я просто не смог нигде у дистрибьюторов найти такие индуктивности с реальными сроками поставки, поэтому очень хотелось бы обойтись раздельными индуктивностями.

По поводу транзистора - может быть лучше в корпусе D2PAK - мне кажется он лучше плате будет отдавать тепло, чем ТО-220, а внешний радиатор у меня не планируется. Транзистор надо смотреть, может и этот устроит...

По поводу R1 - так было в Workbench'e и референсной схеме...поэтому и поставил. Если я его убираю, то получается не один конденсатор 0,1мк керамика, а два. Второй - С1 тантал 4,7мк, но собстевнно могу поставить керамику 10мкХ50В, это не проблема..

Сообщение отредактировал Xuch - Mar 14 2012, 06:24

Вот тогда с этого и надо было начинать! Без такой индуктивности толку от сепика ровно процентов на 70-80 а то и хуже, а с такой индуктивностью можно и 90-95 кпд выжать, если постараться.

По поводу транзистора - глянул сейчас даташит твоего irfr3806 - в принципе неплохая коняка, я бы его оставил, параметры у него нормальные для частот до мегагерца в принципе. так что он греться особо не может, даже в худшем случае на нем будет сеяться где то в районе полватта, это не та мощность, которая сильно греет компонент в таком корпусе. его греет что то другое скорее всего это твоя индуктивность раздельная.

Для тестов можешь R1 закоротить, или поставь ПОСЛЕ него максимально близко к ноге Vin микросхемы, емкости что нить типа твоего тантала (можно и электролит обычный) только я бы взял на 10-20мкФ плюс к нему керамику дополнительно на 0,1...1мкФ

Да, чуть не забыл, и не забывай, что это емкость скажем так для самой микрули, а еще по входу у тебя должна емкость стоять уже как бы для самого конвертора, максимально близко к первой половинке катушки, я бы поставил алюм. на 40-100мкФ и керамику на 1-4,7мкФ

ОФФ
К слову, делал сепик на микросхеме LT3756, катушка сдвоенная LPD5030 от койлкрафта. частота работы 600кГц, катушка в районе 6,8мкГн, ток на выходе 1А, напряжение на выходе 28В, входное напряжение 12-35В, так вот всё это добро перегревается на макс.нагрузке всего на 25-30 градусов, т.е. до 50 градусов температура компонентов становится при комнатной. плата 25мм х 25мм.
До этого делал тоже самое, только на раздельных катушках, с дуру... перегрев бы под 50 градусов уже на половинной нагрузке.
Я уж не говорю о том, что раздельные катушки не хило так "фонят", и если делать тесты по ЭМС - то на таком девайсе сразу можно ставить крест.

Автор! Давайте-ка по русски, без "катух", "микрулей" и прочих "ща" и "гы". Уважайте Правила Форума. И, по возможности, хорошего тона - здесь принято обращение к собеседнику на "Вы".

Сообщение отредактировал Herz - Mar 14 2012, 14:41