Здравствуйте, уважаемые форумчане!
Не могу добиться нормальной работы PFC на NCP1654. Это мой первый опыт работы с ККМ, надеюсь на вашу помощь.

Делаю универсальный вход (85-265VAC) на NCP1654 для БП со входной мощностью 250W. Спаял стандартную схему из мануала
AND8324-D.PDF, немного пересчитал для свой мощности по AND8322-D.PDF и по NCP1654 WORKSHEET.XLS.

В работе макета вижу такие ненормальности : совсем не синусоидальная форма потребляемого тока (Файлы 0-3 во вложении), напряжение Ucontrol все время
завышено (файлы 4-7), модулирующее напряжение Um никак не напоминает выпрямленную синусоиду (файлы 4-15) и никогда не превышает 0,7В.
При этом при малой нагрузке оно пульсирует с частотой сети, что вообще приводит к однополупериодному потреблению тока (файл 1), а в
режиме почти хх просто равно нулю, что, вроде бы, должно обеспечивать максимальную скважность, но в реальности этого не вижу. Вместо
этого имеем что-то вроде "икающего" режима работы ключа (файл 15). Ну, и выходное напряжение не 400В, как я надеялся, а в районе 200В и
зависит от величины входного напряжения. Посмотреть напряжение Ufb (вывод 6) не удается из-за влияния щупа на работу схемы.
Величину резистора R8 (=Rm) менял от 8к до 170к - существенных изменений в работе схемы не было. Макет перепроверил несколько раз.
Возможно, в нем где-то косяк, но из-за недостатка опыта вычислить его не получается.

Схема и осциллограммы в архиве:
 PFC_250W_NCP1654___2016_01_28.rar ( 454.7 килобайт ) Кол-во скачиваний: 89

Информации практически ноль. Требуется разводка и рассказ о создании дросселя.

Дроссель намотал на двух сложенных вместе кольцах KS106-060A
жгутом из двух обмоточных проводов диаметром 0,7мм.
Количество витков 77, измеренная индуктивность 965мкГн
Правда, не уверен - сойдет ли это за рассказ

Разводка: файлы pdf прилагаю
 Bottom_components_placement___view_thru_the_plate.pdf ( 20.09 килобайт ) Кол-во скачиваний: 196

 Top_components_connections___view_on_the_plate.pdf ( 32.65 килобайт ) Кол-во скачиваний: 197


Да, еще: платы соединены жесткими проводниками длиной 10мм - из угловой гребенки контактов PLS.

А между макетом и разделительным трансформатором включена готовая плата сетевого фильтра, кажется, от разобранного принтера.
Не думаю, что это что-то меняет, тем более, что контакт заземления никуда не подключен. На всякий случай - схема фильтра:
 EMI_Filter.pdf ( 21.61 килобайт ) Кол-во скачиваний: 94
Индуктивность фильтра не мерял, намотана она проводом 1,5мм

Что ж, от официальной демоплаты, в исполнении всё того же китайского школьника, видно одно существенное отличие — цепи выв.5 и 6 у Вас подбрасываются ниткой общего провода в гораздо меньшей степени, чем у него. Вам надо было либо в точности повторить это наплевание на все правила, либо семь раз почитать таки пару статей и один раз сделать правильно, уж точно без этого Lego.

Сообщение отредактировал Plain - Jan 29 2016, 18:17

Первое, что сразу бросается в глаза - никакие зазоры для функциональной изоляции цепей ~250В и =400В.

Второе, из-за чего по видимому не работает схема - цепь нижнего плеча делителя обратной связи проходит рядом со стоком силового ключа.
Туда прилетает импульсная помеха и все встает раком.

По схеме там емкость всего 10пик. Это явная залепуха. Я бы поставил на три порядка поболее.

Plain
Подозреваю - статьи о разводке печатных плат. Как раз сейчас мне это актуально. А можно названия этих статей, чтоб я мог их найти?

SmartRed
Спасибо за замечания. Про зазоры 250VAC-400VDC думаю, что 0,6мм хватит чтобы не прошило по поверхности платы, потому что у этих цепей общая земля. Но увеличить их стоит чтобы труднее было посадить случайную соплю.
А какие у Вас причины увеличивать эти зазоры, и какой зазор будет приемлемым?
Про цепь делителя - спасибо, я не заметил. А эта помеха действительно изрядно сидит на 5й ножке NCP1654, так что для снятия осциллограммы пришлось круто усреднить сигнал чтобы просто увидеть его - файлы 6 и 7 в сегодняшнем архиве. Завтра перенесу резисторы R1 R2 на маленькую плату - порежу там дорожки.
10 пик: если Вы о С10 - его емкость 100пик, но все равно не 10нан. Завтра попробую увеличить.

Сегодня днем обнаружилась связь "икающего" режима с фактом подключения осциллографа. По этому поводу пробовал подключать землю осциллографа и источника 14В в разные точки. Остановился на варианте, когда они обе подключены на минусовый вывод емкости C4. А затем стал свидетелем эффекта, о котором только слышал, но не сталкивался столь наглядно. До сих пор выходное напряжение было в районе 200В, и нестабильным. Я разомкнул земляную перемычку на маленькой плате NCP1654, и соединил "земляные" выводы C6, R8, C7 и R11 прямым проводом с минусовым выводом емкости C4. В результате выходное напряжение подскочило до 360В и на холостом ходу (резистор 3к3 подключен постоянно) стало примерно стабильным. Под нагрузкой (2 лампы по 75Вт последовательно) напряжение сильно проседает. Осциллограммы стали ближе к ожидаемым, хотя по-прежнему Ucontrol > 3В, а Um < 0.6В. Осциллограммы прикрепил в архиве:
 2016_01_29.rar ( 69.08 килобайт ) Кол-во скачиваний: 51

Думаю, "икающий" режим и прочие чудеса порождались протеканием по сигнальной земле контроллера NCP1654 токов утечек источника 14В, осциллографа и развязывающего трансформатора макета. С другой стороны, нормальной работы все равно нет. Мне кажется, это связано с неудачной разводкой макета, в первую очередь с разводкой общего проводника. Сейчас думаю над тем, как ее изменить.
Буду признателен за любые советы опытных людей.

https://www.google.ru/search?q=ccm+pfc+%22l...&gws_rd=ssl

Т.е. в любой бумаге, где есть соответствующая глава. Просто ONS, повторю про демоплату, спец по ширпотребу и демпингу, им не до подобных подробностей.

В двух словах — разводка общего должна быть "звездой" в центре на ноге контроллера, и все проводники, по которым идут импульсные токи, должны быть максимально широкими и максимально короткими площадками. Соответственно идут и приоритеты. Желаете этажерку — можете задвинуть на чердак выпрямитель, фильтр и соединители, но никак не основную схему.

По поводу зазоров и путей утечки курите соответствующие стандарты, например ГОСТ IEC 60950-1 - оборудование информационных технологий,
ГОСТ Р МЭК 60601-1 - медицинская техника.

По конторскому стандарту в лучшем случае зазор/путь утечки - 1.5/1.5 мм.

На схеме в вашей аппликухе нарисована С10 - 10пик.
В 1000 раз ее можно поднимать, ибо цепь обратной связи по выходному напряжению должна быть медленной чтобы не испортить форму потребляемого тока.
Пульсации 100 Гц на выходе ККМ должны определяться только выходной емкостью и нагрузкой. Цепь обратной связи не должна давить эти пульсации.

SmartRed
Про ГОСТы - понял, спасибо. Эх, курить их - не перекурить!
На схеме только сейчас увидел - действительно - 10пик. А в перечне там же - 100пик. Точно что - аппликуха!
Честно говоря - надеялся, что, переместить R1 R2 и, может быть, увеличить C10, - будет достаточно. Но нет, надо менять что-то еще.

Plain
Спасибо! Очень непривычно центром звезды ставить ножку контроллера, а не какого-нибудь кондера. Пороюсь в ссылках, почитаю. Это займет какое-то время.

Сегодня начал с того, что переместил R1 и R2. И напряжение на выходе перестало подниматься выше 240В. Увеличил C10 до 10нФ, а потом добавил в качестве эксперимента еще 10нФ между соединением R1 и R2 - и землей. На выходе получилось 410В, которые без нагрузки стабильно держатся при изменении входного напряжения от 220 до 124VAC, ниже - начинают падать. Нагрузка 75+75Вт сразу садит выходное напряжение до уровня выпрямленного мостом (если при отключенной PFC). Сейчас не успеваю оформить осциллограммы, и хоть как-то осмыслить результаты, сделаю это позже.
Вообще начинаю думать, что дело не столько в ошибках макета или в режимах работы контроллера, сколько разводку надо переработать.

По разводке все несколько сложнее.
Надо разделять землю силовых цепей и землю управляющей электроники.
И соединяться эти земли должны так, чтобы сквозь землю управляющей электроники не протекал ток силовых цепей.
Плюс к этому, измерительные цепи надо разносить с силовыми.
В силовой части в особенности надо минимизировать контура по которым замыкается переменная составляющая.


А меньшую нагрузку схема держит?
Лампочками затариться то не проблема...

Я когда занимался подобными задачами сваял себе нагрузку из 10 лампочек по 200 Вт подвешенных под потолок.
2 последовательно с коммутацией от 1 до 5 параллельно.

В IPC-2221a (легко ищется) в разделе 6 - Electrical Properties указано сколько мм на какие напряжения.


Получается земля контроллера будет плавать вместе с землей всей остальной схемы и отсчитывать уровни сигналов контроллер будет от этой плавающей земли? Делить земли на силовую и сигнальную, как пишет SmartRed, не надо?

Сообщение отредактировал Dima92 - Jan 31 2016, 13:37

После курения ГОСТов и исследования considerated layout`ов переразвел макет и уперся в отсутствие материалов для нового макета. А пока они возникают, решил пристальнее посмотреть на печатную плату неисправного компьютерного БП с активной PFC. И был немало удивлен сочетанием изрядного пренебрежения священными правилами разводки ККМ с тем, что эти БП все-таки нормально работают! После некоторого чухания лба сделал следующее:

- восстановил исходный вариант разводки земли макета;
- прервал землю между ножкой С8 и истоком VT1;
- соединил напрямую ножки C8 и C4
(т.е. сделал минусовой вывод C4 центром "земляной звезды")
- убрал экспериментальные 10нФ между соединением R1 и R2 - и землей.

В результате ККМ заработал на малой мощности: с нагрузкой 3,3кОм в полном диапазоне входных напряжений держит стабильно 395VDC выходного. Кстати, резистор 3,3кОм изрядно греется, и оказалось, что то, что до сих пор я считал холостым ходом - на самом деле при номинальном выходном напряжении 47W мощности в нагрузке.

Осциллограммы при нагрузке 3,3к - файлы 0-3.

В файле 4 - осциллограммы при большой нагрузке (лампы 75W + 75W + R=3.3k). Видно, что Ucontrol выше 3,6В, контроллер вышел из режима стабилизации напряжения (Uвых=352В). Не мог понять - почему при сниженном модулирующем напряжении Um скважность не максимальная? Насколько я понял - тут срабатывает сразу две блокировки:

- Dynamic Responce Enhancer - возможно, включается примерно через 1мс после нуля сетевого напряжения, и выключается за 1мс до следующего. Из-за чего резко возрастает Ucontrol. А поскольку его величина при генерировании модулирующего тока Im находится в знаменателе дроби (см. eq.8 стр. 14 датащита), то мы и видим плоскую вершину вместо горба выпрямленной синусоиды на осциллограмме Um.

- Over-Power Limitation - срабатывает в каждом цикле ШИМ, ограничивая скважность небольшой величиной. Думаю, именно благодаря OPL я был в тупике все это время, а макет все еще жив

В файле 5 - та же ситуация, но на быстрой развертке. Примерно посередине плоской вершины Um напряжение на резисторе R6 достигает где-то -0,3В, что соответствует пиковому току 3А. Явно занижен порог ограничения мощности. Недолго думая, припаял еще 0,1Ω параллельно R6. При этом возрос в 2 раза и порог срабатывания защиты по току Over-Current Protection. По расчету (eq.20 стр.19 датащита) его величина была 6,6А, стала 13,2А, что для VT1 SPP20N60 вполне приемлемо. Остался невыясненным вопрос - не войдет ли в насыщение сердечник дросселя L1? Каюсь, на него просто махнул рукой, а надо бы выяснить, прежде чем нагружать на номинальную нагрузку. А пока что выяснилось, что с уменьшенным шунтом ККМ согласился работать на "большую" нагрузку. Лампы 75W + 75W потребляют 0,293А; R=3.3k потребляет 0,12А, итого 116+47=163W.
В файле 6 - та же ситуация, но R6 уменьшен, выходное напряжение в норме, и макс. ток катушки уже ампер 5.

Итак, что реально изменило ситуацию:
- Для уменьшения наводок на вывод Ufb: перенесены R1 и R2, и увеличен С10 до 10нФ - спасибо SmartRed;
- С подачи Plain огранизовал "земляную звезду" с центром на минусе C4;
- Вдвое уменьшил номинал шунтового резистора R6.

Теперь макет работает беззвучно. Только при малых входных напряжениях разделительный транс трещит На нагрузке 163Вт при уменьшении входного напряжения имеем стабильные 395В, (файлы 7,8,9) которые начинают проседать при 125В и ниже (файл 10).

Было любопытно увидеть воочию осциллограммы потребляемого тока с ККМ (файлы 11-14) и без него (файлы 15 и 16): без питания 14В имеем мост, кондер и активную нагрузку на нем.

Естественно, окончательная схема будет разведена по-другому. Но работает же некошерно разведенный каскад PFC в компьютерном БП - почему бы и моему макету не заработать? Тем более, что кое-что уже получилось.

Остались вопросы:
- проверить порог насыщения сердечника дросселя - чтоб гарантированно не насыщался. Буду читать Прессмана; есть Эпкосовская программка Magnetic Design Tools, которую пока не освоил. Может, с нею это можно просто вычислить?
- уменьшил шунт - что еще надо изменить в схеме для корректной работы с полной нагрузкой во всем диапазоне входных напряжений?
- не знаю, стоит ли применить выводные резисторы в нижних плечах делителей R9-R13-R11 и R1-R2-R3? Чтоб не плыло выходное напряжение с температурой, или еще что... в общем, не доверяю SMD-резисторам.
- и по-прежнему с интересом жду мнение форумчан.

 2016_02_04___half_loaded_working.rar ( 1 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 53




Да, 3,3кОм все время нагружает выход; и при 395В это 47Вт. Я как-то не обратил на это внимания с самого начала

В первом варианте макета ток силовых цепей вроде бы не протекал. Но текли токи импульсов на затвор VT1. И на ножке истока было разветвление тока: ток драйвера через проводник между платами возвращался на минус C8, а ток истока по своему печатному проводнику на большой плате возвращался на минус C4.
Теперь же токи затвора и истока текут вместе по участку печатному проводнику между истоком VT1 и минусом C4, и лишь потом ток затвора прямым навесным проводом возвращается на минус C8. Чего-то тут я недопонял. Разве что в прежнем варианте падение напряжения на печатном проводнике между истоком VT1 и минусом C4 (импульсы тока стока) добавлялись к каждому напряжению, которое контроллер мерил отн. своей земли = отн. потенциала ножки стока VT1?

А с минимизации площадей контуров я начинал разводку

Подскажите, плиз: в ГОСТ Р МЭК 60601-1-2010 в Таблице 11 указаны минимальные ПУТИ УТЕЧКИ и ВОЗДУШНЫЕ ЗАЗОРЫ между частями противоположной полярности в СЕТЕВОЙ ЧАСТИ. Если сетевая часть включает в себя каскад PFC по схеме моего макета - к каким цепям относятся эти зазоры? Ну, понятно, что это будут 2 проводника переменного тока на вход моста VD10. А какие еще? Там указано, что до 17В путь утечки должен быть не менее 0,8мм. Не может быть, чтобы это относилось, например, к цепям противоположной полярности 14В - питание каскада PFC! Не уверен - надо ли с таким зазором (а для 400В это уже 3,2мм) разводить цепи +VD10-L1-VD1+С4 и -VD10-R6-(-C4) ?
Или же про эти пути утечки можно забыть для цепей после сетевого фильтра, включающего защиту от импульсных перенапряжений? (И разводить исходя из прочности изоляции на плате между двумя проводниками). Но тогда, мне кажется, это должно быть где-то указано...





Нашел, спасибо. Но рядом там же упоминался IPC-9592B "For power conversion circuits ", и по евонной формуле зазоры получаются больше чем для uncoated external conductors в IPC-2221a. Так что для меня полной ясности все еще нет.

Сообщение отредактировал Dmitry__ - Feb 5 2016, 17:51