Stepdown DCDC 60A Опции

[Sh@dow]

Хочу собрать сабж на основе контроллера LTC3861.
Схему взял из даташита. Вот она:



Проблема с MOSFET транзисторами. Достать их я не могу и поэтому хочу заменить на аналог.
В схеме верхний транзистор выбран на 58A а нижний на 100 A. Почему разные максимальные токи стока не понимаю?

Остановился на PSMN1R2-25YLC транзисторе как заменитель BSC010NE2LS.
И на транзисторе CSD16323Q3 как заменитель BSC050NE2LS

Подобрал по току стока и по заряду затвора. До конца не уверен что только эти параметры играют роль.
Не понятно как правильно сравнить заряды затвора для обоих транзисторов.

Пример:

CSD16323Q3 : Заряд :8.4nC при VDS = 12.5V, ID = 24A Vgs = 4.5V
BSC050NE2LS: 10.4nC при VDS=12 V, ID=30 A, VGS=0 to 10V

Емкости замеряны при немного разных условиях.

[kovigor]

Хочу собрать сабж на основе контроллера LTC3861.

Примерно такие же токи и напряжения на системных платах получают посредством трехфазных конвертеров. Двухфазные мне пока не попадались.

P.S . Вот, почитайте, как выбирать MOSFETы для таких конвертеров. И вообще, попробуйте поискать аналогичные материалы от других производителей, если этого будет мало:
http://www.ti.com/lit/ds/slus660h/slus660h.pdf

[Егоров]

Проблема с MOSFET транзисторами. Достать их я не могу и поэтому хочу заменить на аналог.
В схеме верхний транзистор выбран на 58A а нижний на 100 A. Почему разные максимальные токи стока не понимаю?

Потому что большую часть времени включен нижний транзистор. На нем и потери основные.
Выбирать нужно не на "А" а на "мОм" каналы.

[Sh@dow]

Потому что большую часть времени включен нижний транзистор. На нем и потери основные.
Выбирать нужно не на "А" а на "мОм" каналы.

Если нагрузка такая что больше 60A не пропускает то как через транзистор может идти ток больше 60A?
Не очень понятно
Сравнил сопротивления во включенном состоянии.
Для нижнего:
Оригинальный:1.1mOhm Аналог 1.35mOhm
Для верхнего:
Оригинальный:5.7mOhm Аналог 4.4mOhm

Сообщение отредактировал Sh@dow - Nov 1 2013, 08:04

[Herz]

Если нагрузка такая что больше 60A не пропускает то как через транзистор может идти ток больше 60A?
Не очень понятно
Сравнил сопротивления во включенном состоянии.
Для нижнего:
Оригинальный:1.1mOhm Аналог 1.35mOhm
Для верхнего:
Оригинальный:5.7mOhm Аналог 4.4mOhm

Во-первых, через нагрузку течёт средний ток. Амплитуда же тока через ключ может существенно превышать это значение.
Во-вторых, Вам дали понять, что максимальный ток стока из даташита - не главный параметр, на который следует ориентироваться, подбирая замену.
А сопротивления и ёмкости Вы что, самостоятельно измеряете?

[Sh@dow]

Во-первых, через нагрузку течёт средний ток. Амплитуда же тока через ключ может существенно превышать это значение.
Во-вторых, Вам дали понять, что максимальный ток стока из даташита - не главный параметр, на который следует ориентироваться, подбирая замену.
А сопротивления и ёмкости Вы что, самостоятельно измеряете?

Спротивление и емкости взяты из даташита на аналоги.
Про максимальный ток рассуждаю так: В момент когда амплитуда через ключ существенно превышает среднее значение такой-же ток идет через нагрузку. Нагрузка и ключ соединены последовательно.
Не пойму пока где ошибаюсь в рассуждениях?

[Herz]

Про максимальный ток рассуждаю так: В момент когда амплитуда через ключ существенно превышает среднее значение такой-же ток идет через нагрузку. Нагрузка и ключ соединены последовательно.
Не пойму пока где ошибаюсь в рассуждениях?

Между нагрузкой и ключом ещё находится LC-фильтр. В индуктивности интегрируется ток, а на ёмкости - напряжение. Вам бы полистать картинки из книжки по импульсным преобразователем. Вы увидите, что формы тока в индуктивности и в нагрузке не совпадают. Хоть, формально, они и включены последовательно.
Ещё хорошо бы научиться моделировать эти схемы - будет очень полезно для понимания. И наглядно.

[Sh@dow]

Собрал вышеупомянутый источник.
Тестирую на токе 1A. рещультат положительный.
Проблема в том что не совподает частота PWM.
По теории должна быть 320KHz в реальности 270KHz.
Частоту задал резистором 1%. Сопротивление проверил.
Замеряю частоту так:
Смотрю сигнал на затворе нижнего плеча.



В чем может быть проблема?

Сообщение отредактировал Sh@dow - Dec 28 2013, 17:10

[maksimp]

По теории должна быть 320KHz в реальности 270KHz.
Частоту задал резистором 1%. Сопротивление проверил.
В чем может быть проблема?

Частота определяется не только вашим резистором но и элементами внутри микросхемы. У них погрешность больше. Так что отклонение на 15% вполне нормально.
Проблемы это не составляет.

[Sh@dow]

Частота определяется не только вашим резистором но и элементами внутри микросхемы. У них погрешность больше. Так что отклонение на 15% вполне нормально.
Проблемы это не составляет.

Понял спасибо.
Обнаружил такой эффект. При работающем DCDC если к котроллеру поднести палец то из катушек идет шум.
Так-же щумит если увеличить ток потребления.
Наводки на обратную связь? Прозвонил контакт есть.

PS: Заметил что если выход GND DCDC подрубить к земде осцилла то при поднесении пальца к контроллеру шума нет.
Пока непонятно :D

PPS: Тестирую при тока 20A. Работает но приэтом шумят катушки. Через какоето время произвольно вырубается. На выходе 0. Шум пропаает. Как бы отладить? Какой сигнал проверить?

Сообщение отредактировал Sh@dow - Jan 6 2014, 20:42

[Sh@dow]

Вобщем локализовал проблему.
При включении dcdc с нагрузкой (ток 20A). DCDC начинает работать. Заметил что транзисторы верхней индуктивности L1 нагреваются сильнее чем нижние транзисторы. По мере нагрева усиливается шум под конец шумит очень громко через минуту dcdc отрубается. На выходе ноль вольт.

[Integrator1983]

Заметил что транзисторы верхней индуктивности L1 нагреваются сильнее чем нижние транзисторы. По мере нагрева усиливается шум под конец шумит очень громко через минуту dcdc отрубается.

Возможно, пилу ШИМ болтает.

PS: Заметил что если выход GND DCDC подрубить к земде осцилла то при поднесении пальца к контроллеру шума нет.
Пока непонятно :D

Обнаружил такой эффект. При работающем DCDC если к котроллеру поднести палец то из катушек идет шум.

Гуглите common-mode noise. Кстати, и вопрос 1 может отпасть.

[Sh@dow]

Возможно, пилу ШИМ болтает.
Гуглите common-mode noise. Кстати, и вопрос 1 может отпасть.

У меня фиксированная омическая нагрузка. В таком случае ШИМ должен быть постоянный. При запуске источника вижу что ШИМ болтается.
Из за этого очевидно перегревается транзисторы.
Вот причина не понятна. Возможно наводки в цепи обратной связи и контроллер не можеть выставить PWM.

Про common-mode noise вычитал что возниает по двум причинам. Ground loop и незаземленные участки.
Допустим что плату я развел криво и имеет место быть такая штука.
Реально чтоб из за шума в обратной связи раскачивало PWM?

[Ariel]

судя по Вашей осциллограмме, происходит возбуд на высокой частоте. Это может быть по причине неправильной разводки. Вы бы выложили рисунок платы.

[Sh@dow]

Перешел на меньший ток (нагрузка).

Решил замерить напряжение на входе камперетора (обратная связь).
Вот осциллограма (делитель 1:10)



Мерял между входами компаратора VSNSP1 и VSNSN1.
Присутствуют шумы с амплитудой 0.4 V а сигнал 0.6 V.

Замерил так-же PWM на выходе контроллера. Поставил infine persist.
Вот с разных фаз:




В другой фазе ШИМ сильно дергается. Возможно это из за шумов в обратной связи?

судя по Вашей осциллограмме, происходит возбуд на высокой частоте. Это может быть по причине неправильной разводки. Вы бы выложили рисунок платы.

Подозреваю что что-то с разводкой а понять не могу.

Вот выложил рисунок. Плата двухсторонняя.

Верх:



Слева разьем. С него идут полигоны +12 V (на транзы и через индуктивности на полигон справа (выход).
Чип окружен землянным полигоном. И такой-же снизу. Слева направа удут два полигона питания для драйверов MOSFET.

Низ:



Тут одни землянный полигоны. Все сходятся в одну точку у разьема питания.

[krux]

каким образом вы сделали "фиксированную омическую нагрузку" на 20А?
если это не специальный безиндуктивный резистор-шунт то у вас не "фиксированная омическая нагрузка".

референс-дизайн платы смотрели?
www.linear.com/docs/42331

сходу по вашему PCB можно предположить что у вас слишком индуктивная "земля" от разъема питания до нижних ключей.

и ещё одна ошибка: количество переходных отверстий для обеспечения перехода тока с одного слоя на другой.
посмотрите любой калькулятор. если уж совсем грубо, то одна переходная вытягивает 1 ампер.
т.е. для 60-амперного дизайна у вас их объективно мало. причем особенно сильно это будет сказываться, опять-таки, на нижних ключах.

[Sh@dow]

Спасибо за критику.
Для тока 20ампер брал провод короткий. Сейчас использую два последовательных резистора 0,1 ома каждый. Ток 6A.
Если есть индуктивность то по идее после насыщения она не должна мешать нагрузке.

Референс платы смотрел. Там используются не транзисторы а микросхема все в одном. Чесно говоря не обращал внимания на форму земли. Смотрел как разведена дифференциальная пара для токового датчика. Считал что земли должно быть много видио не достаточно в моем случае.
Думаю взять LC метр и замерить между точками земли.

По воводу переходных отверстий не монятно как првильно сделать? У нижнего транзистора исток это три вывода. Выходит только поставить три переходных большего размера? Так чтоб по калькулятору 60 A тянуло?
Или сделать вокруг истока площадку и расствить больше переходных на ней?

Сообщение отредактировал Herz - Jan 8 2014, 08:47

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[Sh@dow]

При разводке стараются избежать больших контуров с током. У меня на вернем слое подводится ток и на нижнем идет обратка с верху и с низу. Тоесть в середине платы поле должно отсутствовать.
Прикинул тут индуктивность земли расчетом примерным. 3-15 nH. Не понимаю как она может влиять на работу схемы.

Переходных отверстий не достаточно. Тоесть имеем добавочное сопротивление в цепи истока мосфета. Значит со стороны затвора сопротивление выше. Возможно транзистор дольше переключается и греется сильнее.

Не пойму как связать это с нарастающем шумом катушки и выключением контроллера.

Если включить с двумя резисторами по 0.1 вольт (ток 6A). Источник работает. Напряжение фиксированно. Небольшой шум.
Если включить с куском провода (стараюсь нескручивать) Ток 20A ожидается. То источник не запускается при подаче +12.
Достаточно поднести палец к контроллеру и он запускается. Работает минуту. Напряжение держит. По мере работы шум усиливается и в конечный момент отключение. Защиты от перегрева нет. Да и контроллер не нагревается. Сильно греются транзисторы одной фазы (и верхний и нижний). На другой фазе тоже горячие но не так.

Шум может быть если в катушке наводятся колебания близкие к резонансу катушки. Правильно? А это 100MHz для моей индуктивности. Откуда такие колебания в контуре с омическим сопротивлением?

Не могу связать воедино все что вижу.

Сообщение отредактировал Sh@dow - Jan 8 2014, 14:17

[Sh@dow]

Удалось кое в чем разобраться.
Просмотрел путь обратного тока драйвера мосфета и заметил что путь проходит по очень длинной земле. Запоял перемычку.
Источник стал стабильно запускаться всегда и работает постоянно не отключаясь.
Никакие прикосновения не выводят его из строя.

Затем обратил внимание что шум снижается если к земле источника присоединить землю осцилла. Значит что-то с заземлением.
Я +12 вольт для импульсника беру от компового источника питания. Указалось что у него минус питания не заземлен.
Корпус покрыт лаком и нет контакта с внутренней платой. Зачистил запоял.

Теперь при работе шума нет совсем.

Осталась одна проблема. У одной фазы транзы греются сильнее чем у другой. Я понимаю что переходные отверстия у меня малы. Хочу понять как это влияет на разогрев.
Предполагаю вот что:
Из за сопротивления в переходных отверстий(они в истоке) у мосфета входное сопротивление по затвору выше, соответственно ток от драйвера ниже и больше времени требуется на закачку заряда и время открытия больше. Соответственно греется сильнее.
Правильно рассуждаю?

[Integrator1983]

Просмотрел путь обратного тока драйвера мосфета и заметил что путь проходит по очень длинной земле. Запоял перемычку.
Источник стал стабильно запускаться всегда и работает постоянно не отключаясь.
Никакие прикосновения не выводят его из строя.

Затем обратил внимание что шум снижается если к земле источника присоединить землю осцилла. Значит что-то с заземлением.
Я +12 вольт для импульсника беру от компового источника питания. Указалось что у него минус питания не заземлен.
Корпус покрыт лаком и нет контакта с внутренней платой. Зачистил запоял.

Т.е., задавили common-mode noise. Поздравляю!

Из за сопротивления в переходных отверстий(они в истоке) у мосфета входное сопротивление по затвору выше, соответственно ток от драйвера ниже и больше времени требуется на закачку заряда и время открытия больше. Соответственно греется сильнее.

Теоретически возможно, но вряд ли. Легко проверяется - продублировать затворные цепи проводом, или, еще проще - посмотреть осциллографом сигналы на затворах ключей. Но скорее всего - где-то звенит нескомпенсированная индуктивность гнилой земли, грея ключ по диоду или затвору (или и там и там). Гуглите "Effect of common source inductance". Лечится методом "Запоял перемычку" из толстой медной фольги (можно и из провода, но фольга - лучше ).

[Sh@dow]

Заменил переходные отверстия на целый полигон а его соединил с нижним (землей) при помощи нескольких перемычек.
Теперь транзисторы в обоих плечах прогреваются примерно одинаково.

Заметил что на верхнем транзисторе при переключении слишком сильный звон.
Вот осциллограма напряжение между истоком и стоком для верхнего транзистора.



Выборос под 30 вольт когда питание 12V. Это при том что максимально допустимое напряжение на стоке 25V.
Причем звон при закрытии происходит.
Не могу понять в какой цепи резонирует? Заметил что амплитуда выброса растет с увеличением потребляемого тока.
Значит цепь нагрузки тоже является частью LCR контура?