Драйвер светодиодов с трансформаторной развязкой на основе Supertex HV9910B Опции

[belkin]

Доброго времени суток всем. Возникла необходимость изготовить драйвер светодиодов с трансформаторной развязкой на основе Supertex HV9910B. Схема работает от сети 220В, на выходе планируется получить 350 мА при напряжении от 4 до 17 В. Изготовил печатную плату. Вместо smd резисторов и конденсаторов пока поставил обычные элементы. В качестве нагрузке использовал два последовательно включенных стабилитрона Д815Г (букву точно не помню сейчас. Напряжение стабилизации каждого 6.5-7.5 В) на отдельных изолированных друг от друга радиаторах. Проблема заключается в том, что импульсы на выходе GATE микросхемы имеют длительность порядка 300 нс. Всё что можно уже проверил, причина по которой так - так и не смог найти. Поэтому обращаюсь за помощью к всему сообществу. По возможности так же прошу объяснить какую функцию выполняет дополнительная обмотка трансформатора. Ниже прикрепляю даташит. За огрехи с оформлением прошу сильно не ругать: это мой первый опыт на форумах. Но как говориться лучше поздно, чем никогда

http://www.supertex.com/pdf/app_notes/DN-H01.pdf

Прикрепленные файлы

 DN_H01.pdf ( 411.86 килобайт ) Кол-во скачиваний: 432

 

[Vjacheslav]

Дополнительная обмотка трансформатора для питания транзистора оптопары. Импульс короткий скорее всего из-за срабатывания защиты - посмотрите форму и величину тока ключевого транзистора на сопротивлении R8.

[belkin]

под рукой осцоллограмы нет к сожалению, в понедельник только смогу выложить. Однако сейчас попытаюсь просто нарисовать что там получается

Максимальная амплитуда импульса порядка 250 мВ. Частота преобразования около 100 кГц. Такой же затухающий сигнал имеем на выходе схемы.

Сообщение отредактировал belkin - Apr 24 2010, 15:29

Прикрепленные файлы

 1.BMP ( 22.69 килобайт ) Кол-во скачиваний: 74

 

[Vjacheslav]

Вы не умеете снимать сигнал в таких схемах - необходимо работать с минимальной длиной земли у щупа осциллографа и т.д.
Но из того о чем можно догадаться глядя на Вашу "осциллограмму" очевидно что срабатывает защита по току ключа Q3: ток ключа ~ 0.5 А причем практически мгновенно и это на 300 Вольтах! при выходной мощности (номинальной) ~ 4 W. Проверяйте стоковую нагрузку ключа Q3: трансформатор, снаббер (полярность диода ....). У Вас что-то непредсказуемое типа: наоборот впаянный ключ, микросхема и т.д., не та обмотка трансформатора ....

[belkin]

Проверил печатку ещё раз. Нашёл ошибку разводки. Вывод Vdd вспомогательной обмотки соединил напрямую с землёй вместо точки соединения 12 и 9 вывода имс с конденсатором С9. Эмиттерный переход транзистора Q1 сгорел. Скорее всего в этом причина неправильной работы. Всем кто откликнулся огромное спасибо за желание помочь! Приношу свои извинения что побеспокоил всех из-за своей невнимательности... Вот что значит сидеть до 4 часов утра и рисовать печатку ПП когда сроки поджимают Однако вопрос о назначении вспомогательной обмотки трансформатора для меня всё-таки остаётся не совсем понятным... Всё что там наворочено как понимаю обычный стабилизатор напряжения необходимый для формирования того или иного уровня напряжения на выводе LD имс (в нормальном режиме работы уровень напряжения на LD менее 250 мВ, в случае срабатывания защиты напряжение на LD порядка 400 мВ). Однако мне не понятно зачем Vdd вспомогательной обмотки соединяется с выводами 9, 12 имс? Помогите сэтим разобраться пожалуйста.

[fragment]

Однако мне не понятно зачем Vdd вспомогательной обмотки соединяется с выводами 9, 12 имс? Помогите сэтим разобраться пожалуйста.

Все просто. Вспомогательная обмотка служит для питания микросхемы. Без этой обмотки схема будет питаться от высоковольтного входа HV и, соответственно, рассеивать большую мощность. В таком же применении, температура микросхемы будет практически равна температуре окружающей среды.
А вывод PWM_D, если не используется, должен быть подтянут к Vdd.

[belkin]

И снова здравствуйте) Прошу прощения за долгое молчание: ждал когда детали привезут. Добиться работы схемы на частоте 100 кГц не получилось. На осциллограмме снятой с R8 импульсы почему то идут через один.

Снизил частоту примерно до 80 кГц, импульсы на R8 стали идти последовательно. Однако смущают большие выбросы на фронтах. Кто нибудь знает с чем это может быть связано и чем лечиться? Может ли это быть связано с малым коэффициентом заполнения?

Импульсы на выводе GATE

Непонятные выбросы так же имеются на нагрузке схемы. Хотелось бы разораться в их причине и по возможности устранить. Пробовал ставить вместо обычных керамических кондёров С5, С6 smd керамику X7R. Картина не изменилась.

[belkin]

Возник ещё вопрос: КПД схемы составляет прядка 55%. Мощность, потребляемая схемой из сети, составляет 7,7 Вт, мощность нагрузки составляет 4,23 Вт (средний ток составляет 0,3 А, если исходить из осциллограммы выше, напряжение на нагрузке 14,1 В). Вопрос: куда уходит оставшаяся часть мощности, если ни один из элементов схемы не греется?

[belkin]

Эмм... Я нисколько не сомневаюсь что здесь находятся знающие люди, но просто все будем дружно молчать - никто так ничего не узнает и не научиться... Поэтому по возможности прошу высказываться. Хотя бы просто высказывать свои предположения и догадки)

З.Ы. Заранее извиняюсь перед администрацией сайта за сообщение не относящееся к теме.

[Bludger]

Эмм... Я нисколько не сомневаюсь что здесь находятся знающие люди, но просто все будем дружно молчать - никто так ничего не узнает и не научиться... Поэтому по возможности прошу высказываться. Хотя бы просто высказывать свои предположения и догадки)

З.Ы. Заранее извиняюсь перед администрацией сайта за сообщение не относящееся к теме.

Лучше сразу писать в раздел форума, где про силовую электрнику, паверсаплайщики сюда мало заглядывают.
Вообще, для начала стоило бы подробно разобраться в принципе работы данной топологии, т.е. обратноходового преобразователя, или Flyback.
Трансформатор сделали правильно? Нужный зазор в центральном керне?
Выбросы запросто рождаются при неправильной топологии схемы, а уж при "объемном" монтаже запросто могут приводить к сбою схемы (например, как у Вас). Мереть тоже надо правильно и аккуратно - короткими щупами, и в нужных точках "земли". Да и КПД при желании можно получить какой угодно
Честно скажу, паверсаплаи только выглядят просто, на самом деле там воз и маленькая тележка всяких тонкостей, и, как минимум, не разобравшись досконально что в схеме происходит и для чего нужен каждый элемент - схема хорошо работать не будет...
Про флайбэк и принцип его работы - можно ознакомиться вот здесь: http://bludger.narod.ru/smps/Flyback-R01.pdf

[belkin]

Спасибо Bludger за документацию. Перед тем как создать тему долго сомневался в каком разделе её расположить. Решил расположить здесь, так как все темы относительно драйверов светодиодов встречал именно тут. Но возможно Вы правы и нужно работать сразу на двух фронтах - и там и тут.
Трансформатор изготавливал не я. Сделал знакомый который специализируется на намотке трансов. По его словам, с подобными схемами ему приходилось уже сталкиваться и он изготавливал уже нечто подобное (трансформатор имеется ввиду). На всякий случай сам потом измерил индуктивность. Оказалась чуть больше заявленного в даташите: заявлено 1,1 мГн, намерил где-то 1,3 мГн. Зазор он сделал немного больше, так как использовал сердечник с большей магнитной проницаемостью. Собственно его работе я склонен доверять.
Что касается самой платы - прикрепляю файлик с описанием того что напаял. Единственное что изменено на плате на данный момент: вместо навесных С5, С6 повесил 4 smd конденсатора в параллель на 4.7 мкФ 25 В и убрал огрех с разводкой, из-за которого схема изначально не работала. Если кто-нибудь заметит грубые ошибки в разводке - прошу немедленно указать, буду очень признателен
Так же хотелось узнать как можно поднять КПД схемы хотя бы до 75-80 процентов и побольше о правильной методике измерения. Дипломный руководитель, к сожалению, весьма прохладно относится к моей работе... Так что приходиться набираться опыта на форумах да у знакомых.... Буду признателен за любую информацию)

Прикрепленные файлы

 1.pdf ( 451.19 килобайт ) Кол-во скачиваний: 205

 

[belkin]

Всем доброго времени суток) Мигрирую к вам из темы http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=75570. Надеюсь что здесь помогут искоренить зло из моей схемы Прошу всех желающих помочь перейти по ссылки и ознакомиться с проблемой, благо дело там немного написано. Заранее всем спасибо

Сообщение отредактировал belkin - May 17 2010, 19:54

[rezident]

Сообщение модератора.
Переместил топик в более подходящий для него раздел форума.

[Bludger]

Спасибо Bludger за документацию. Перед тем как создать тему долго сомневался в каком разделе её расположить. Решил расположить здесь, так как все темы относительно драйверов светодиодов встречал именно тут. Но возможно Вы правы и нужно работать сразу на двух фронтах - и там и тут.
Трансформатор изготавливал не я. Сделал знакомый который специализируется на намотке трансов. По его словам, с подобными схемами ему приходилось уже сталкиваться и он изготавливал уже нечто подобное (трансформатор имеется ввиду). На всякий случай сам потом измерил индуктивность. Оказалась чуть больше заявленного в даташите: заявлено 1,1 мГн, намерил где-то 1,3 мГн. Зазор он сделал немного больше, так как использовал сердечник с большей магнитной проницаемостью. Собственно его работе я склонен доверять.
Что касается самой платы - прикрепляю файлик с описанием того что напаял. Единственное что изменено на плате на данный момент: вместо навесных С5, С6 повесил 4 smd конденсатора в параллель на 4.7 мкФ 25 В и убрал огрех с разводкой, из-за которого схема изначально не работала. Если кто-нибудь заметит грубые ошибки в разводке - прошу немедленно указать, буду очень признателен
Так же хотелось узнать как можно поднять КПД схемы хотя бы до 75-80 процентов и побольше о правильной методике измерения. Дипломный руководитель, к сожалению, весьма прохладно относится к моей работе... Так что приходиться набираться опыта на форумах да у знакомых.... Буду признателен за любую информацию)

Ну, главная бяка - это разводка силы на первичке. Большие импульсные токи бегают по цепи С3 T1 Q3 R8 - то есть индуктивность этой цепи должна быть минимальной. В существующей разводки первичная земля, т.е. минус ну очень длинная. По-большому счету С2 и С13 можно вообще выкинуть, С3 поставить ближе к трансу, R8 постараться поставить непосредственно между истоком Q3 и минусом С3, и входную "землю", т.е. минус - как можно более широким проводником.
С12 тоже висит на длинной сопле - а он должен соединять входную и выходную земли минимальным импедансом. И, вообще то, по правилом электробезопасности он должен быть так называемого Class Y1, т.е. быть сертифицированным на использование между "горячей" и "холодной" стороной. То же самое относится и к С4 - только он должен быть Class X2. Если делаете для себя, то и ладно, сами отвечаете, но если делать по уму, то имейте в виду
Вторичка разведена хорошо, здесь основной контур - транс-диод-выходной кондер, по-хорошему не помешало бы сделать дорожки как можно шире.
По измерениям - лучше запитать источник постоянным током (или от лабораторного, или от отдельного выпрямителя с кондером), впаивать датчик тока в виде точного (ну, хотя бы 1%) резюка ом в десять, и мереть ток по падению напряжения на нем. Дело в том, что намеряет непонятно какой измеритель переменного тока в цепи с несинусоидальным током - вопрос непредсказуемый
Еще неплохо убедиться, что касание щупа осциллоскопа в любой точке схемы не приводит к изменению показаний приборов на входных и выходных токах/напряжениях - некоторые приборы неплохо ловят "шпильки", генерируемые источником на свои измерительные провода, и начинают врать...

[belkin]

Ну, главная бяка - это разводка силы на первичке. Большие импульсные токи бегают по цепи С3 T1 Q3 R8 - то есть индуктивность этой цепи должна быть минимальной. В существующей разводки первичная земля, т.е. минус ну очень длинная. По-большому счету С2 и С13 можно вообще выкинуть, С3 поставить ближе к трансу, R8 постараться поставить непосредственно между истоком Q3 и минусом С3, и входную "землю", т.е. минус - как можно более широким проводником.

Вы правы) скорее всего здесь и кроется причина очень смазанных фронтов. Попробовал повесить резистор R8 непосредственно на исток Q3 и "землю" на конденсаторах С2, С3, С13. Осциллографу это очень не понравилось, затрещал прямо-таки, а на экране пошла сплошная рябь. Вернул резистор на место, но с намеренно напаянной на ногу длинной проволочкой - результат такой же: всё фонит и трещит. Отпаял проволочку и впаял резистор как было раньше - получил привычную осциллограмму. убедился, так сказать, на практике как несколько сантиметров проводника портят работу всей схемы(
Буду переразводить ПП. Конденсатор С13 выкину: пробовал без него, схема работает также. Готовый рисунок выложу сначала тут на критику, а потом буду реализовывать на практике) Ещё раз спасибо Bludger за своевременные и развёрнутые ответы

[belkin]

Переразвёл схему. Жду критику Питание на вывод Vin микросхемы пришлось сделать через перемычку... Как ни крутил по другому не придумал. Надеюсь это не скажется на работе схемы. Вывод 5 трансформатора решил соединить с "землёй" через незадействованные вывод 2 транса (ножку оттуда естественно удалю). Хотел так же уточнить насчёт конденсатора С12: какую функцию он выполняет и возможно ли заменить его на более компактный бумажный БМ-2 1000 пФ, 300 В без ухудшения качества работы схемы?

Сообщение отредактировал belkin - May 19 2010, 20:28

Прикрепленные файлы

 plata.pdf ( 31.89 килобайт ) Кол-во скачиваний: 156

 

[Bludger]

Переразвёл схему. Жду критику Питание на вывод Vin микросхемы пришлось сделать через перемычку... Как ни крутил по другому не придумал. Надеюсь это не скажется на работе схемы. Вывод 5 трансформатора решил соединить с "землёй" через незадействованные вывод 2 транса (ножку оттуда естественно удалю). Хотел так же уточнить насчёт конденсатора С12: какую функцию он выполняет и возможно ли заменить его на более компактный бумажный БМ-2 1000 пФ, 300 В без ухудшения качества работы схемы?

Уже все гораздо лучше! Но я бы все таки транс не стал бы разворачивать, так он как то не по-человечески стоит..
Еще навскидку не вижу - но обратите внимание что бы кондер по питанию чипака стоял прям рядом с чипаком. Именно этот кондер является источником тока для питания драйвера полевика, т.е. путь кондер питания чипака - драйвер внутри чипака - исток полевика - затвор полевика тоже должен быть низкоипидансным!
Про С12. Его можно заменить ТОЛЬКО на конденсатор Class Y1. Это требование электробезопасности. В чипе-дипе они так и называются - конденсаторы подавления ЭМП: http://www.chipdip.ru/catalog/1879.aspx?mo...103=&sklad=
Функция его - замыкать через себя паразитный импульсный ток через межобмоточную емкость трансформатора.
Проблем в том, что стоит он между "горячей" и "холодной" стороной, т.е. должен соответствовать требованиям стандартов электробезопасности на двойную/усиленную изоляцию. Этим требованиям отвечают только конденсаторы Class Y1. Такой кондер всегда можно выдрать из нерабочего писишного питателя.. И еще одно требование стандартов на изоляцию вход-выход от розетки: путь утечки (т.е. по любой поверхности) не должен быть меньше 6мм. Если хотите все делать по-уму, то обратите на это внимание при конструировании транса и разводки ПП...

[belkin]

Уже все гораздо лучше! Но я бы все таки транс не стал бы разворачивать, так он как то не по-человечески стоит..
Еще навскидку не вижу - но обратите внимание что бы кондер по питанию чипака стоял прям рядом с чипаком. Именно этот кондер является источником тока для питания драйвера полевика, т.е. путь кондер питания чипака - драйвер внутри чипака - исток полевика - затвор полевика тоже должен быть низкоипидансным!
Про С12. Его можно заменить ТОЛЬКО на конденсатор Class Y1. Это требование электробезопасности. В чипе-дипе они так и называются - конденсаторы подавления ЭМП: http://www.chipdip.ru/catalog/1879.aspx?mo...103=&sklad=
Функция его - замыкать через себя паразитный импульсный ток через межобмоточную емкость трансформатора.
Проблем в том, что стоит он между "горячей" и "холодной" стороной, т.е. должен соответствовать требованиям стандартов электробезопасности на двойную/усиленную изоляцию. Этим требованиям отвечают только конденсаторы Class Y1. Такой кондер всегда можно выдрать из нерабочего писишного питателя.. И еще одно требование стандартов на изоляцию вход-выход от розетки: путь утечки (т.е. по любой поверхности) не должен быть меньше 6мм. Если хотите все делать по-уму, то обратите на это внимание при конструировании транса и разводки ПП...

Прошу прощения за возможо глупый вопрос (ещё не совсем разбираюсь в сленге), но под словом "чипак" подразумевается микросхема драйвера? Насколько понимаю, питающий микросхему кондёр - это С9, он как раз рядом с МС. Или Вы всё таки имеете ввиду конденсатор С3? поясните вот это момент пожалуйста
А насчёт "такой кондер всегда можно выдрать из нерабочего писишного питателя" - 6 штук блоков разобрал уже... Фильтров в наших магазинах их к сожалению нет даже под заказ. В чип-дип заказать не успею просто - три недели осталось до сдачи, а с доставкой внаш регион у них видимо проблемы, очень долго посылка идёт (недель пять). Фильтры ЭМП, к сожалению, встретишь не в каждом БП (экономят видимо производители). Минимальный номинал того что есть 0,01 мкФ. Есть также в таблеточном корпусе (голубенькие такие). Номиналы 332М и 222М - что значит не смог найти( Возможно ли заменить С12 на какой-либо из перечисленных?
По поводу разворота транса - самого коробит такое расположение, но по другому много пересечений получается, перемычки придётся паять (на ноги 1 и 5 в частности). А перемыка - очень сильно фонит (как я думаю по крайней мере - если не прав, поправьте).

[Bludger]

Прошу прощения за возможо глупый вопрос (ещё не совсем разбираюсь в сленге), но под словом "чипак" подразумевается микросхема драйвера? Насколько понимаю, питающий микросхему кондёр - это С9, он как раз рядом с МС. Или Вы всё таки имеете ввиду конденсатор С3? поясните вот это момент пожалуйста
А насчёт "такой кондер всегда можно выдрать из нерабочего писишного питателя" - 6 штук блоков разобрал уже... Фильтров в наших магазинах их к сожалению нет даже под заказ. В чип-дип заказать не успею просто - три недели осталось до сдачи, а с доставкой внаш регион у них видимо проблемы, очень долго посылка идёт (недель пять). Фильтры ЭМП, к сожалению, встретишь не в каждом БП (экономят видимо производители). Минимальный номинал того что есть 0,01 мкФ. Есть также в таблеточном корпусе (голубенькие такие). Номиналы 332М и 222М - что значит не смог найти( Возможно ли заменить С12 на какой-либо из перечисленных?
По поводу разворота транса - самого коробит такое расположение, но по другому много пересечений получается, перемычки придётся паять (на ноги 1 и 5 в частности). А перемыка - очень сильно фонит (как я думаю по крайней мере - если не прав, поправьте).

Да, я про С9
В писишных блоках такие кондеры стоят между первичкой и вторичкой, действительно, синие и плоские, как правило, на них написано Y1. Могут также стоять от первички на корпус, это как правило класса Y2 (тоже должно быть написано), но таких надо ставить две штуки последовательно... На крайняк, если за несоблюдение стандартов бить не будут, можно поставить че-нить типа К15-5 на 1,6кВ...
Маркировка - это стандартное обозначение, первые две цифры номинал в пикофарадах, а третья - количество нулей. Т.е. 332 = 3300пФ, 222 = 2200пф, все просто
У транса можно попробовать все ноги попарно поменять Что бы сохранилась фазировка, и было удобно разводить

[belkin]

Кажется нашёл замену С12. Это то что надо?

[V.V.T.]

Да, этот подойдёт.
Но, честно говоря, не очень понятно почему нужно делать такое именно на HV9910B. Это же обычный трансформаторный БП со стабилизацией тока и есть куча более подходящих микросхем для этого.

[belkin]

А надо делать это потому, что - это задание на диплом. А зав. кафедрой достаточно трудно спорить. Как пошёл бум на эти микросхемы, так до сих пор от него не отойдут по видимому ещё. Несколько человек рекомендовали заменить HV9910B на IRS2540/IRS2541, однако убедить руководителя не вышло.... Так что имеем что имеем
Кстати вопрос вдогонку по конденсатору С12: когда выпаивал его, на ножке была ферритовая бусинка. Хотелось бы узнать о её функции и нужно ли мне её ставить в мою схему?

Сообщение отредактировал belkin - May 21 2010, 05:09

[belkin]

Вот что получилось) Завтра тестить будем. Самому нравится в принципе Вскрытие покажет пошла работа даром или нет.

[belkin]

Итак, результаты измерений на новой плате. Vjacheslav и Bludger были правы насчёт того что длина щупа осциллографа, для измерений на R8 должна быть минимальной. Последовал их совету и картина сильно изменилась в лучшую сторону) Спасибо им большое за советы

Так было раньше на R8:

Так стало теперь:

Так было раньше на нагрузке (при этом надо было касаться нагрузки рукой, иначе на осцилле была очень широкая кривая):

Так стало теперь (ничего касаться уже не нужно):

На старой плате на частоте порядка 100 кГц импульсы шли через один почему то:

Новая плата работает нормально на частоте 95-96 кГц:

Однако у схемы всё ещё низкий КПД. Очень сильно греется резистор R3 (только когда перепаивал схему заметил какой он почерневший стал). Как можно устранить этот недостаток? Какой номинал резистора взять?

Сообщение отредактировал belkin - May 22 2010, 13:13

[Herz]

Однако у схемы всё ещё низкий КПД. Очень сильно греется резистор R3 (только когда перепаивал схему заметил какой он почерневший стал). Как можно устранить этот недостаток? Какой номинал резистора взять?

Похоже, что витков у дополнительной обмотки многовато. Померяйте на нём напряжение. Если транзистор Q1 не греется, рассчитайте номинал резистора так, чтобы ток через него не превышал 5 мА. Если и в этом случае продолжит сильно греться, придётся перемотать транс. Или хотя бы поставить последовательно с диодом D4 резистор. Кстати, фазировка обмоток не напутана?

[belkin]

Извиняюсь за затяжной ответ: находился в больнице на обследовании. Теперь собственно по теме. Замерил напряжение на резисторе R3, составило примерно 26 В, то есть через резистор протекал ток около 26 мА. Заменил резистор R3 на 4.3 кОм. Это должно обеспечить ток через резистора 6-7 мА, что должно быть достаточно для надёжного срабатывания стабилитрона D7, минимальный ток стабилизации которого равен 5 мА. R3 перестал греться. Мощность потребляемая схемой снизилась с 7,7 Вт до 7 Вт. КПД схемы при этом повысился и теперь составляет около 70% (до замены R3 КПД составлял 55%). Думаю что при использовании двухсторонней разводки и SMD компонентов этот показатель можно было бы поднять до 85-90%. Однако в целом доволен проделанной работой Ещё раз хочу сказать всем кто помогал разобраться огромное спасибо!) Жили бы все в одном городе - непременно проставился бы пивом или соком (я лично за сок!!). Вы очень помогли мне с данной работой, рад что в своё время набрёл на этот сайт) На этом, думаю, можно и закрывать тему.
Ещё раз всем ОГРОМНОЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ СПАСИБО!!!