Проблема с обратноходом на Topswitch Опции

[Priest_89]

Уважаемые участники форума, возник следующий вопрос. Собрал макет обратноходового преобразователя на TOP244PN, выходы +/-7.5В по 100мА, 15В 500мА, сердечник Epcos EFD20/10/7, схема и намоточные данные из программы PIExpert, собрано на макетной плате. Замеряя ток через первичную обмотку (при помощи нагрузочного резистора 50 Ом) обнаружил, что при открывании ключа возникает короткий скачок тока с возвратом и небольшим переходным процессом, после чего нарастание тока идет линейно, при этом микросхема неслабо греется. Чем вызван такой скачак, нормально ли это и как от этого избавиться? Схема и осциллограмма напряжения на резисторе прилагаются. Заранее спасибо за совет

Эскизы прикрепленных изображений

 

[AlexeyW]

У таких выбросов две причины - разряд какой-либо емкости (обычно трансформатора) или индуктивность датчика тока. Про второе - в данном случае маловероятно, поскольку сопротивление датчика тока велико (нужна его индуктивность порядка 10мкГн, чтобы получить выброс в 100 нс).
Про первое - как намотан трансформатор? Звенит обычно паразитная емкость обмоток с рабочей индуктивностью. Из величины рабочей индуктивности и частоты звона можно посчитать емкость и сравниь с реальностью.

Сообщение отредактировал AlexeyW - Sep 25 2014, 21:22

[Herz]

А что такое нагрузочный резистор 50 Ом? Куда он включен?

[Priest_89]

Трансформатор намотан: первичка 230 витков, изоляция из полиимидной ленты, экран из медной фольги, изоляция, вторички около 10-20 витков, изоляция и обмотка обратной связи (как рекомендуется в PIExpert). Зазор примерно 0.2 мм. Herz, насчет нагрузочного неправильно выразился, резистор С2-33 0,125 ватт 50Ом включен как датчик тока между плюсовой шиной питания и первичной обмоткой трансформатора. Земляной вывод щупа осциллографа подключался к плюсовой шине.

[AlexeyW]

А первичка намотана в несколько слоев или в один? Кстати, а зачем экран, куда он подключен он ли дает избыточную емкость?

[Priest_89]

Первичка в 3 слоя, экран подключен к минусу питания, для снижения уровня пульсаций на выходе.

[sup-sup]

Возможно, режим непрерывного магнитного потока (в самом начале, так как, похоже, ток начинается не с нуля), поэтому и выброс тока. Надо отмотать витков (сразу бросилось в глаза, что многовато). Или вначале немного снять нагрузку для проверки. Потом, почему-то PE дает медленный диод FR106 - не лучше ли UltraFast типа US1x. Также последовательно с диодом резистор Ом на 100 и RC вместо трансила.

Сообщение отредактировал sup-sup - Sep 27 2014, 20:22

[AlexeyW]

Для EFD20 тут, наверное, получится порядка 100 пФ - маловато для такого выброса. А что в минусовой шине?
Кстати, не боитесь подключать землю осциллографа к питанию?

[Plain]

Во-первых, избавиться от непрерывного режима. И причина конечно в ёмкостях — слои надо сократить до одного и выкинуть экран.

P.S. Использовал тему, как повод наконец-то попробовать чудо-программу PI Expert.

В Win XP работать отказалась напрочь. Пришлось ставить в Win 7/64. Дальнейшие полчаса тщетно пытался заставить её выдать хоть что-то, близкое к реальности — например, выпустившая уже многие миллионы, фирма все эти годы продолжает экспертно заявлять, что мировой электронпром не производит магнитопроводов со стандартным рядом зазоров.

[AlexeyW]

Во-первых, избавиться от непрерывного режима. И причина конечно в ёмкостях — слои надо сократить до одного и выкинуть экран.

Мне показалось, что линейное продолжение сигнала с датчика тока дает что-то очень близкое к нулю, в пределах погрешности, нет?
Про экран тоже примерно так думаю - нам обычно удавалось решать пробемы проходной емкости без экрана. Но тогда емкость пойдет на вторичку, т.е. емкость останется. Можно просто, убрав экран, сделать изоляцию на суммарную толщину - емкость уменьшится раза в три. Мощность и ток маленькие, индуктивность рассеяния можно увеличивать безнаказанно.

P.S. Использовал тему, как повод наконец-то попробовать чудо-программу PI Expert.
В Win XP работать отказалась напрочь. Пришлось ставить в Win 7/64. Дальнейшие полчаса тщетно пытался заставить её выдать хоть что-то, близкое к реальности — например, выпустившая уже многие миллионы, фирма все эти годы продолжает экспертно заявлять, что мировой электронпром не производит магнитопроводов со стандартным рядом зазоров.

Вот! В продолжение замечательной темы В общем, очень здорово все считать самому.

[wim]

причина конечно в ёмкостях

А каким образом паразитная емкость может при замыкании ключа разрядиться через резистор в плюсовой шине?
ПМСМ, больше всего это похоже на борьбу ключа с незакрытым диодом. Однако, для диодов Шоттки этот выброс великоват. Я думаю, надо подождать, пока автор найдет ошибку в макете или озвучит "10 отличий" реального макета от схемы из даташита.

[AlexeyW]

А каким образом паразитная емкость может при замыкании ключа разрядиться через резистор в плюсовой шине?

Шины, транзистор и емкость обмотки включены последовательно. Поэтому импульс тока имеет место быть в обеих шинах. Он может быть в них неодинаков только по той причине, что емкость верхнего и нижнего края обмотки на остальные части различна. Другими словами, в трехслойной обмотке это зависит от того, какой слой к чему подключен. Хотя, практически всегда он будет больше в шине, на которой сидит транзистор.

ПМСМ, больше всего это похоже на борьбу ключа с незакрытым диодом. Однако, для диодов Шоттки этот выброс великоват.

Мне показалось, что там все же прерывистый режим тока, и диод закрыт. Кроме того, звон указывает на иное происхождение.

Сообщение отредактировал AlexeyW - Sep 29 2014, 20:55

[sup-sup]

Трансформатор намотан: первичка 230 витков, изоляция из полиимидной ленты, экран из медной фольги, изоляция, вторички около 10-20 витков, изоляция и обмотка обратной связи (как рекомендуется в PIExpert). Зазор примерно 0.2 мм. Herz, насчет нагрузочного неправильно выразился, резистор С2-33 0,125 ватт 50Ом включен как датчик тока между плюсовой шиной питания и первичной обмоткой трансформатора. Земляной вывод щупа осциллографа подключался к плюсовой шине.

По простым прикидкам нужно 60-100 витков в первичке и 15% от первички витков для 15V источника. Для мощности 7W хватит и TOP242 (максимальный ток в схеме 350мА), а если брать TOP244, то нужно принимать во внимание, что в динамике ток может быть до 1A, отсюда и трансформатор должен его держать по насыщению феррита (это ~60 витков - для TOP242 витков больше раза вполтора, но не 230).
Просчитайте (проверочно) 'вручную' по потокосцеплению для пиковых значений в конце прямого хода: LI=UT=BSN (Индуктивность*ток=Напряжение*длительность=Индукция*Сечение*Витки - все в СИ)

[Ydaloj]

я один вижу, что первичка намотана в один заход, то есть не разделена на 2 половины?
Вот вам и ёмкость, которая каждый раз перезаряжается

[AlexeyW]

я один вижу, что первичка намотана в один заход, то есть не разделена на 2 половины?
Вот вам и ёмкость, которая каждый раз перезаряжается

При этом ключ ставится между обмотками? Но такая схема вряд ли применима к многослойной обмотке.

Сообщение отредактировал AlexeyW - Sep 30 2014, 08:15

[Ydaloj]

AlexeyW, не понял вас

я разве неясно выразился?

[нищеброд]

Чем вызван такой скачак, нормально ли это и как от этого избавиться? Схема и осциллограмма напряжения на резисторе прилагаются.

Возможно, это вызвано одновременно и ёмкостью трансформатора, и индуктивностью измерительного резистора.

[AlexeyW]

AlexeyW, не понял вас
я разве неясно выразился?

Я просто не понял, что именно Вы имели в виду под разделением первички на половины. Как они мотаются и как подключаются?

Возможно, это вызвано одновременно и ёмкостью трансформатора, и индуктивностью измерительного резистора.

Выброс длительностью порядка 150нс. У резистора можно предположить индуктивность, ну, порядка 1 мкГн (если проволочный), обычный - на порядок меньше. Постоянная времени L/R порядка 20нс и меньше.

[нищеброд]

Выброс длительностью порядка 150нс. У резистора можно предположить индуктивность, ну, порядка 1 мкГн (если проволочный), обычный - на порядок меньше. Постоянная времени L/R порядка 20нс и меньше.

Значит длительность выброса определяется длительностью открытия транзистора.

[AlexeyW]

Значит длительность выброса определяется длительностью открытия транзистора.

В принципе да, это возможно. Но какой же была бы его амплитуда при мгновенном открывании? Но обычно время открывания (длительность процесса нарастания тока от нуля до максимума) не выходит за 50 нс, типично же 20-30. Вы поставили в затвор 100 Ом, а это много - даже для маломощных полевиков в SO-8 это обычно 10-20 Ом и менее, тем более что без демпфера.


Кстати, интеграл пика дает примерно 40 нКл, что при напряжении около 300 В означает емкость порядка 120-150 пФ, очень реально.

Сообщение отредактировал AlexeyW - Oct 1 2014, 19:43

[Priest_89]

Переделал макет, вместо Topswitch поставил UC2844 c внешним ключом IRFRC20, пересчитал трансформатор, теперь в первичке 160 витков (2 слоя), преобразователь работает в режиме прерывистых токов с запасом. Выброс тем не менее остался (звона меньше), мерял на резисторе-датчике тока smd 1206 5Ом, включенном между истоком и минусом питания. Его индуктивностью, я полагаю, можно пренебречь. По всей видимости, проблема действительно в межвитковой емкости первичной обмотки. В будни выложу осциллограммы.
P.S. Здесь предлагали разделить первичку. Насколько я знаю, эта мера для уменьшения индуктивности рассеяния, а уменьшится ли при этом паразитная емкость?

Сообщение отредактировал Priest_89 - Oct 4 2014, 05:34

[Plain]

Основной совет был избавиться от многослойности — межвитковая ёмкость-то одна и та же, но энергия в конденсаторе зависит от напряжения на нём, причём, в квадрате.

[AlexeyW]

Переделал макет, вместо Topswitch поставил UC2844 c внешним ключом IRFRC20, пересчитал трансформатор, теперь в первичке 160 витков (2 слоя), преобразователь работает в режиме прерывистых токов с запасом. Выброс тем не менее остался (звона меньше), мерял на резисторе-датчике тока smd 1206 5Ом, включенном между истоком и минусом питания. Его индуктивностью, я полагаю, можно пренебречь. По всей видимости, проблема действительно в межвитковой емкости первичной обмотки. В будни выложу осциллограммы.
P.S. Здесь предлагали разделить первичку. Насколько я знаю, эта мера для уменьшения индуктивности рассеяния, а уменьшится ли при этом паразитная емкость?

К сожалению, тот, кто советовал - так пока и не объяснил, как именно. Есть ведь разные способы.
Чтобы уменьшить емкость, Вы можете увеличить толщину изоляции, пожертвовав индуктивностью рассеяния. И то, и другое вносит потери - минимум будет, когда они примерно равны.
По Вашей первой осциллограмме - сравнив площадь выброса с площадью токового треугольника - можно предположить небольшие потери от емкости, ну типа 5%. Ну а выброс сам по себе не очень страшен - его обычно фильтруют перед входом контроллера.

Сообщение отредактировал AlexeyW - Oct 4 2014, 19:10

[Priest_89]

Вот на прикрепленном изображении осциллограмма на резисторе - датчике тока в истоке ключа в новой схеме. Номинал резистора 5 Ом, т.е. амплитуда тока при открывании ключа около 1.5 А. Именно при открывании ключа возникает основная помеха на выходе, по амплитуде раза в 3 больше чем при закрывании (на второй осциллограмме), чем ее можно задавить?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_gari]

1.5А - ток заряда затвора, по всей видимости

смотрите сигнал в стоке или в +питания, чтобы не получать сумму токов
и почему-то во всех случаях транзисторы плохо закрываются



Сообщение отредактировал _gari - Oct 7 2014, 11:44

[AlexeyW]

Чтобы сильно придавить помеху, попробуйте медленно открывать транзистор (схема с несимметричным включением и выключением). Внесенные потери не будут большими. Время открывания должно быть в несколько раз больше длительности выброса.
Пролезание емкостное, причем видно, что лезет не только выброс, но и колебательный процесс после него. А пробовали увеличить толщину изоляции между первичкой и вторичкой?

Сообщение отредактировал AlexeyW - Oct 7 2014, 18:37

[Priest_89]

Спасибо за советы. Намотка первички в один слой существенно помогла, теперь бросок тока значительно меньше. Для замедления открывания транзистора поставил резистор 1 кОм в затворе параллельно с диодом (чтобы закрывался быстро). В снаббере заменил на классический RCD, при этом помеха при закрывании ключа снизилась в 2 раза. Еще такой вопрос - стоит ли плату под данный преобразователь залить с двух сторон полигонами, соединенными с землей вторички, или лучше земляную цепь каждого из выходом развести по отдельности и соединить в одной точке?

[AlexeyW]

Скорее второй вариант. Вообще, если не вдаваться в детали (хотя они бывают существенны) лучше делать каждую часть над полигонои своего общего - хотя бы потому, что общий другой цепи уже не является экранирующим, а, наоборот, может дать помехи.

[Priest_89]

Вообще общий один для всех выходов (гальванической развязки между выходами нет), он соединяется с одним выводом трансформатора, на который распаяны земляные выводы всех вторичных обмоток, и с одним контактом выходного разъема. Меня интересуют только пути обратных токов через конденсаторы фильтров каждого из выхода - нужно ли эти земли на плате отделять и соединять звездой или лучше наоборот залить одним полигоном сверху и снизу и соединить из переходными отверстиями?

[AlexeyW]

Ну вроде как звездой правильнее, но вряд ли заметите большую разницу. Вопрос в том, что именно сейчас Вас беспокоит - помеха на выходе, происходящая в момент выброса?

[Егоров]

Э..эээ а диоды выпрямителей на вторичке - Шоттки, как нарисовано? Или иногда рисуем одно, а ставим другое?
Странно, с такой блохой в 9 ватт и тоже проблемы. Это для фирмы PI характерно, но тут не в ней, похоже дело.
Обычно такой выброс при открывании - или емкость первички велика, или непрерывный ток, или дохлые (по скорости) диоды в выпрямителе.
Демпферный диод тоже надо бы посмотреть. Там слишком быстрые даже вредно, но FR106 может быть и слишком медленный. Обычно, UF4007 проблем не вызывает, оптимум.
Витки, витки... а индуктивность какая первички?
Из той же конторы PI что-то вроде TNY267, TNY275 неплохо до 10-12ватт работают. Они не так критичны к разводке и имеют минимум обвеса.
С ТОПами у меня тоже что-то дружба не сложилась. NCP1014, ICE2A0565 можно смотреть. Серия ICE2, ICE3 от Инфинеона - вообще великолепна. Глядя на нее все ТОПы и Viperы могут прятаться в будку и не греметь цепью
Делать же такой маломощный источник на россыпи, с отдельным ключом, уже не в ногу со временем.