Маленький КПД Step-Down конвертера на м/с LM5116, DC 21...30В -> 19,5В 10А Опции

[snowboy]

Делаю импульсный понижающий преобразователь напряжения для питания мощного ноутбука с входным напряжением 19,5В 10А от блока аккумуляторов из 7 последовательных Li-Ion банок.

Рассчитал схему в TI Webench: http://webench.ti.com/appinfo/webench/scri...92B339E90902A2E
Сейчас собрал в железе и тестирую на резистивной нагрузке. Получается КПД сильно меньше чем при расчёте: 87% вместо 98,5% (на 7А нагрузке). И соответственно, греется на 20 Вт вместо расчётных 2 Вт.

Вот разводка силовой части:


Подозреваю что проблема в "звоне" при переключении транзисторов. Вот график напряжения на входе дросселя (синий) и на токоизмерительном резисторе (жёлтый):

Пробовал варьировать номиналы компонентов на выводах Comp, Ramp м/с - не влияет особо на "звон" и на КПД.

Пробовал добавлять резисторы в затворы полевых транзисторов по 1-5 Ом, и даже RC-цепочки, нет положительного эффекта.
Пробовал ставить демпфирующую цепочку между входом дросселя и "землёй", при этом "звон" по напряжению сильно уменьшается, но по току почему-то остаётся, и КПД не меняется:

Измерил ток через дроссель: желтый - ток (5А в клетке), синий - напряжение на входе дросселя относительно выходного напряжения


Пробовал вместо штатного дросселя, мотать самодельные дроссели на кольцах из ВЧ феррита и пермаллоя, результат не меняется.

Знающие люди, посоветуйте пожалуйста как заставить правильно работать эту схему.

Сообщение отредактировал snowboy - Mar 13 2016, 10:17

[Herz]

А что именно греется?

[snowboy]

А что именно греется?

Греются транзисторы (чуть сильнее нижний) и дроссель.

[ZVA]

как обычно:
переразвести плату в соответствии с рекомендациями производителя как 4 слойную.
понять что 2 внутренних слоя играют роль теплоотвода,
принять во внимание замечания пункта 2.2 документа,
измерить активное сопротивление дросселя оно должно быть меньше 12мОм.
ЗЫ: не увидел на плате входных конденсаторов да и выходных тоже.

[snowboy]

Спасибо за рекомендации.
Я бы хотел сначала добиться чтобы КПД достигло нужного уровня. Т.е. понятно что и такое огромное кол-во тепла можно отвести, используя 4-х слойную плату, вентилятор и т.п. Но схема с такими характеристиками не подходит, она должна заряд аккумулятора в выходной ток преобразовывать, а не в тепло.
А как добьюсь чтобы на текущей плате всё хорошо работало, даже если придётся всё порезать и перемычками заменить, то переразведу плату.
Понимаю что если сейчас переразведу плату на 4х слойку - скорее всего мало что изменится.

Дроссель такой: IHLP6767GZER100M01 ( https://www.terraelectronica.ru/show_pdf.ph...7gzer100m01.pdf ), сопротивление 11,6 мОм. Пробовал ставить "на проводках" большой (по размеру и сечению провода) дроссель с меньшим сопротивлением - практически без изменений (изменение КПД меньше 1%).

Выделил на рисунке платы красными прямоугольниками конденсаторы:

Входные конденсаторы GRM32ER7YA106KA12 ( http://psearch.en.murata.com/capacitor/pro...A106KA12%23.pdf ), изначально был один, сейчас в схеме стоят 3 параллельно.
Выходные конденсаторы 2 шт. TPSV107K025R0100 ( http://www.compel.ru/infosheet/AVX/TPSV107K025R0100/ ). Конечно не идеальный вариант, но быстро ничего лучше не нашёл. Они не греются.

как обычно:
переразвести плату в соответствии с рекомендациями производителя как 4 слойную.
понять что 2 внутренних слоя играют роль теплоотвода,
принять во внимание замечания пункта 2.2 документа,
измерить активное сопротивление дросселя оно должно быть меньше 12мОм.
ЗЫ: не увидел на плате входных конденсаторов да и выходных тоже.

[Plain]

Рассчитал схему в TI Webench ... Получается КПД сильно меньше чем при расчёте

Исходя из данной фразы, претензии Вам логично было сперва высказывать не здесь, а на ихнем форуме, тем более что по ссылке — никакой схемы для простых смертных, а некая мутная регистрация.

[AlexeyW]

Амплитуда звонов очень велика. Нужно проанализировать путь переключения тока при коммутации ключа, и сделать взаимоиндуктивность этих двух цепей минимальной. Ну, например, ток идет по широкой полосе по одной стороне платы, а переключается на совпадающую широкую полосу по другой стороне.
Четырехслойка помогла бы не только отводить тепло (что немаловажно), но и очень сильно уменьшить паразитные индуктивности, и расширить силовые проводники - не нужно тратить пространство под малосигнальные цепи.
Вообще, может, я отстал от жизни, но 98,5% - это как-то шибко круто даже для понижающего.

Еще важная вещь по осциллограмме - по току при переключении наблюдается сдвиг уровня, что указывает на существенную омическую составляющую. Если оценить грубо - процентов так 7 примерно.

Сообщение отредактировал AlexeyW - Mar 13 2016, 20:15

[wim]

Какие могут быть 20 Вт на такой плате? Там бы транзисторы и дроссель уже бы выпаялись и отвалились.
ПМСМ что-то у автора не то в измерениях.

[snowboy]

Конечно, если оставить схему работать надолго, всё выпаяется и отвалится. Я уже комплектов 7 ключей поменял из-за сгорания. И контроллеров штук 5. Я включаю её секунд на 10, снимаю нужные осциллограммы, измеряю нужные параметры, и выключаю остужаться.
А сколько мощности остаётся на плате, и какой КПД можете посчитать сами. Вот исходные данные:
Uвх=27,8 В, Iвх=5,61 А, Uвых=19,3В, Iвых=7 А.

Исходя из данной фразы, претензии Вам логично было сперва высказывать не здесь, а на ихнем форуме, тем более что по ссылке — никакой схемы для простых смертных, а некая мутная регистрация.

Да я не претензии высказываю, а совета прошу.
Тот форум я смотрел, ничего на интересующую тему не нашёл.
А насчёт связаться с техподдержкой TI - хорошая идея, попробую.

AlexeyW, спасибо большое, очень ценные советы. Буду внимательно изучать топологию на предмет взаимной индуктивности силовых цепей.
Да, КПД хочу сделать максимально высокий. Знаю что такие преобразователи бывают - работал с контроллером солнечных батарей с КПД 99%.
Сдвиг уровня тока может быть из-за сильного "звона"? Оммической составляющей там, на мой беглый взгляд, неоткуда взяться (значительной, во всяком случае) - ключи с низким импедансом (порядка 3 мОм), дроссель 12 мОм.

Сообщение отредактировал Herz - Mar 14 2016, 06:41

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[AlexeyW]

Сдвиг уровня тока может быть из-за сильного "звона"? Оммической составляющей там, на мой беглый взгляд, неоткуда взяться (значительной, во всяком случае) - ключи с низким импедансом (порядка 3 мОм), дроссель 12 мОм.

Нет, от звона сдвига не будет. Поскольку ток через индуктор непрерывен, то сдвиг только от скачка на сопротивлении. Хорошо бы видеть схему силовой части, и как включендатчик тока, по которому дана осциллограмма, и где подключена земля осциллографа.

[snowboy]

Нет, от звона сдвига не будет. Поскольку ток через индуктор непрерывен, то сдвиг только от скачка на сопротивлении. Хорошо бы видеть схему силовой части, и как включендатчик тока, по которому дана осциллограмма, и где подключена земля осциллографа.

Вот схема силовой части:



Ток измерял так: подключил землю осциллографа к положительному выводу C4, C5. Вставил резистор 0,01 Ом в разрыв между L2 и C4. Подключил вход осциллографа к месту соединения вставленного резистора и L2.

[Ga_ry]

Вы сами что-то различаете на вложенной схеме?
Почему нельзя поставить белый фон, черные чернила и дать нормальное разрешение.
Это сложно?

[snowboy]

Вы сами что-то различаете на вложенной схеме?
Почему нельзя поставить белый фон, черные чернила и дать нормальное разрешение.
Это сложно?

Почему нельзя написать "Не могли бы Вы выложить схему на белом фоне, мне так привычнее"? Это сложно?
Прикладываю схему на белом. Функция "добавить картинку" почему-то безвозвратно уменьшает разрешение, так что, просто прикладываю файл.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_gari]

Делаю импульсный понижающий преобразователь напряжения для питания мощного ноутбука с входным напряжением 19,5В 10А от блока аккумуляторов из 7 последовательных Li-Ion банок.

А не был бы тут эффективнее повышающий преобразователь?
Вот с т.з. выживания ноута, при всяко разных проблемах с БП, это точно лучше.

[Plain]

Почему нельзя написать "Не могли бы Вы выложить схему

Итого, к концу первой страницы темы Вы таки снизошли до придания ей смысла.

Итак:

1) подавляющее большинство требований паспорта нарушены;

2) в частности, его глава 10, а конкретно, Рис.42 — выходной силовой конденсатор оказался мало того, что задохликом танталовым, но и аж в противоположном углу платы;

3) требуемая той же главой разводка AGND попросту отсутствует — удивительно, что схема с ней хоть и недолго, но работает;

4) требование установки керамических конденсаторов в качестве силовых проигнорировано;

5) требование четырёхпроводного подключения датчика тока проигнорировано;

6) критичный компонент C_RAMP рассчитан неверно, хотя с такой AGND это без разницы;

7) VCCX, в нарушение однозначного требования паспорта, никуда не подключён.

8) как апофеоз концепции "было лениво почитать" — синхронный ключ попросту отключён и схема тупо использует его в качестве на редкость тугого диода.

[twix]

Отличный анализ дизайна кстати... Тоже самое удивило почему на выходе стоят танталы и практически в углу платы.
Одно переходное под микросхемой тоже вызывает подозрения...

Сообщение отредактировал twix - Mar 14 2016, 02:52

[Herz]

Почему нельзя написать "Не могли бы Вы выложить схему на белом фоне, мне так привычнее"? Это сложно?

Однако... Это кому вообще нужно? Нам или Вам?

Прикладываю схему на белом. Функция "добавить картинку" почему-то безвозвратно уменьшает разрешение, так что, просто прикладываю файл.

Рекомендую всегда пользоваться функцией "вставить изображение".

[snowboy]

2) в частности, его глава 10, а конкретно, Рис.42 — выходной силовой конденсатор оказался мало того, что задохликом танталовым, но и аж в противоположном углу платы;
3) требуемая той же главой разводка AGND попросту отсутствует — удивительно, что схема с ней хоть и недолго, но работает;
4) требование установки керамических конденсаторов в качестве силовых проигнорировано;
5) требование четырёхпроводного подключения датчика тока проигнорировано;
6) критичный компонент C_RAMP рассчитан неверно, хотя с такой AGND это без разницы;
7) VCCX, в нарушение однозначного требования паспорта, никуда не подключён.
8) как апофеоз концепции "было лениво почитать" — синхронный ключ попросту отключён и схема тупо использует его в качестве на редкость тугого диода.

2. Не в этом дело. Запаял ещё пару керамических по 10 мкФ (таких-же как на входе) - ничего не изменилось. Переместил все выходные конденсаторы вплотную в входным (сверху, объёмным монтажом), и дроссель из горизонтальной позиции в вертикальную - ничего не изменилось.
3. Да, возможно.
4. Не в этом дело, см. п.2
5. Вполне возможно, буду пробовать.
6. Пробовал разные варианты, от 1 нФ до 2 нФ. С резистором подтяжки к Vcc (150к-170к) и без. Номиналы - рассчитанные автогеннератором схем от TI на разных установках оптимизации. Не влияет на звон и КПД. Влияет на стабильность частоты переключения ключей.
7. Подключу Vccx к земле. Автоматический генератор схемы от TI оставил его в воздухе. Хотя в описании и правда рекомендуют землить.

Буду делать новый макет, где будет полное 4-х проводное подключение датчика тока и полностью отделённая аналоговая земля.
Спасибо за советы!

[Ydaloj]

я делал на ней двухфазный понижатель на 12В 25А. Плата двусторонняя, медь 35 микрон. Расчёты были по оригинальному экселевскому файлику.
В общем виде, м/сх не капризная, если разведено по ДШ. В паре уживаются, несмотря на синхронизацию глупым симметричным мультивибратором на 300кГц.

Конденсаторы в кучу соберите, и строго следуйте правилам аналоговой и силовой земли.

Вот у вас вход с одной стороны, а выход - с другой. Корректнее было бы, если схема имела бы всего 3 точки подключения - вход, общий и выход. Рядышком. И конденсаторы входной и выходной также будут стоять, рядышком, минусами друг к другу. А детали располагайте так, чтобы длины силовых контуров были наименьшими. Можно на двух сторонах.

[snowboy]

я делал на ней двухфазный понижатель на 12В 25А. Плата двусторонняя, медь 35 микрон. В общем виде, м/сх не капризная, если разведено по ДШ. В паре уживаются, несмотря на синхронизацию глупым симметричным мультивибратором на 300кГц.
Конденсаторы в кучу соберите, и строго следуйте правилам аналоговой и силовой земли.
Вот у вас вход с одной стороны, а выход - с другой. Корректнее было бы, если схема имела бы всего 3 точки подключения - вход, общий и выход. Рядышком. И конденсаторы входной и выходной также будут стоять, рядышком, минусами друг к другу. А детали располагайте так, чтобы длины силовых контуров были наименьшими. Можно на двух сторонах.

Спасибо!
Уже понял что надо конденсаторы поближе друг к другу, думаю как это с минимальными переделками на макете попробовать...
У меня тоже сделано на 2х слоях, 35 мкм.
А можете выложить картинку вашей разводки силовой части схемы?
Какой КПД удалось получить на ней?

А не был бы тут эффективнее повышающий преобразователь?
Вот с т.з. выживания ноута, при всяко разных проблемах с БП, это точно лучше.

Т.З. такое: обеспечить автономным питанием мощный игровой ноутбук MSI MS-1781 с требованием по питанию 19,5В, 11.8А. На пол-часа в режиме максимальной нагрузки. Блок должен быть лёгким, желательно уложиться в 1 килограмм. Число циклов заряд-разряд желательно не менее 1000.

Выбрал в качестве аккумулятора 7 последовательных банок Boston Power Swing 5300 ( http://www.boston-power.com/sites/default/...%20Rev%2001.pdf ).

Да, про повышающий я тоже думал. И выбрал всё-таки понижающий по следующим причинам:
1. Он умеет полностью отключать нагрузку (это актуально при разряде батареи), а в комплекте с повышающим ещё надо ставить ключ на отключение.
2. По моей практике, понижающие можно сделать с более высоким КПД чем повышающие в тех-же габаритах.
3. Входной ток меньше, провода от аккумуляторов меньше будут греться или можно их меньшего сечения сделать.

Сообщение отредактировал snowboy - Mar 14 2016, 19:06

[AlexeyW]

Ток переключается между вот этими двумя путями. Поэтому именно они должны быть выполнены с минимальной ВЗАИМНОЙ индуктивностью (например, как я написал раньше - транзисторы на разных сторонах друг над другом, дорожки к ним широкие и тоже соответствуют по расположению). Точки земли А и В как можно ближе.

Ток измерял так: подключил землю осциллографа к положительному выводу C4, C5. Вставил резистор 0,01 Ом в разрыв между L2 и C4. Подключил вход осциллографа к месту соединения вставленного резистора и L2.

А C5 оставался подключенным в обход датчика тока, или нет?

Вообще, похоже, что осциллограф не полностью отвязан гальванически, и по земле щупа тоже шел ток, от него и сдвиг. А поставить датчик в разрыв земли С4 и С5 возможно?

Сообщение отредактировал AlexeyW - Mar 14 2016, 21:04

Эскизы прикрепленных изображений

 

[snowboy]

Ток переключается между вот этими двумя путями. Поэтому именно они должны быть выполнены с минимальной ВЗАИМНОЙ индуктивностью (например, как я написал раньше - транзисторы на разных сторонах друг над другом, дорожки к ним широкие и тоже соответствуют по расположению). Точки земли А и В как можно ближе.

А C5 оставался подключенным в обход датчика тока, или нет?

Вообще, похоже, что осциллограф не полностью отвязан гальванически, и по земле щупа тоже шел ток, от него и сдвиг. А поставить датчик в разрыв земли С4 и С5 возможно?

Спасибо за рекомендации. Думаю как их выполнить на макете без заказа новой платы...

При измерении тока, гальваническая связь устройства была только с щупом осциллографа: питание шло от аккумулятора, нагрузка - лампочки.
Датчик тока стоял последовательно с дросселем, на одном конце дроссель, на другом - все конденсаторы и нагрузка.
В разрыв земли С4 и С5 очень сложно - экран на пол-платы надо распилить.

Сейчас исследовал физику "звона". Похоже что в момент открытия верхнего транзистора, идёт наводка на затвор нижнего, он открывается, просаживает напряжение на дросселе вниз, и начинается колебательный процесс с открытием-закрытием нижнего транзистора.
Вот как выглядит график напряжения на дросселе (жёлтый) и на затворе нижнего транзистора (синий): см. файл.
Пытаюсь понять как же он может наводиться. Вырезал дорожку на плате, прокинул сигнал управления затвором отдельным кабелем. Поставил нижний транзистор "боком", чтобы затвор был высоко над платой. Изменений в "звоне" никаких. Транзисторы специально выбирал с минимально существующим параметром "Reverse Transfer Capacitance", около 20 пФ.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[arhiv6]

Поставьте резисторы в цепях затворов, Ом по 5. Если звон уменьшится - замените их на RD цепочки.

[AlexeyW]

Поставьте резисторы в цепях затворов, Ом по 5. Если звон уменьшится - замените их на RD цепочки.

Вот я дятел, извиняюсь - слона и не приметил. А и действительно, без резисторов нельзя.

Пытаюсь понять как же он может наводиться. Вырезал дорожку на плате, прокинул сигнал управления затвором отдельным кабелем. Поставил нижний транзистор "боком", чтобы затвор был высоко над платой. Изменений в "звоне" никаких. Транзисторы специально выбирал с минимально существующим параметром "Reverse Transfer Capacitance", около 20 пФ.

Все емкости на плате исчезающе малы в сравнении с внутренними транзисторов, перекладка мало что изменит - разве что индуктивность проводников, и то в большую сторону.

[wim]

Пытаюсь понять как же он может наводиться.

Вероятнее всего - через емкость сток-затвор. Обычно достаточно включить резистор между затвором и истоком, но иногда делают небольшое отрицательное смещение (здесь).
Собс-но, с этого надо было начинать - при небольшом токе нагрузки проверить, нет ли сквозных токов.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Plain]

Нет нужды это проверять — повторю, выпрямителем в схеме сейчас работает стандартный диод.

[arhiv6]

Plain, а почему? Вроде бы по схеме и ПП - затвор подключён...

[snowboy]

Поставьте резисторы в цепях затворов, Ом по 5. Если звон уменьшится - замените их на RD цепочки.

Попробовал ставить в затвор нижнего транзистора резисторы 1, 2.2, 4.7 Ом. Без изменений. Потом ещё добавил к резистору 4.7, конденсаторы: сначала 270 пФ, потом 1 нФ. На звон не повлияло. Только на фронты на нормальном штатном открытии-закрытии. Больше номиналы вижу что нельзя, сейчас нижний транзистор закрывается только к моменту открытия верхнего.
Ещё интересный момент: при добавлении резистора, звон на затворе не уменьшается, но уменьшается на другом конце резистора (на м/с), т.е. помеха идёт со стороны ключа.

[wim]

Подключение DEMB к земле через резистор позволяет контроллеру принудительно переходить в режим разрывных токов при малой нагрузке. При большой нагрузке это неактуально.

[snowboy]

Подключение DEMB к земле через резистор позволяет контроллеру принудительно переходить в режим разрывных токов при малой нагрузке. При большой нагрузке это неактуально.

Да, пробовал подключить вывод DEMB через резистор 10к - никак не повлияло.
Подключил токоизмерительный резистор к дифференциальному входу м/с (CS, CSG) отдельными проводами. Тоже не повлияло на работу.

[arhiv6]

Поставьте резистор в цепь затвора обоих транзисторов. Сейчас у Вас верхний транзистор по-прежнему открывается быстро, из-за чего может паразитно открываться нижний. Почему - см тут.

[snowboy]

Поставьте резистор в цепь затвора обоих транзисторов. Сейчас у Вас верхний транзистор по-прежнему открывается быстро, из-за чего может паразитно открываться нижний. Почему - см тут.

Поставил по 10 Ом в затворы обоих транзисторов.
Плюс к этому, демпфирующую цепочку из резистора 4.7 Ом и конденсатора 1 нФ параллельно нижнему транзистору.

Результаты такие: КПД ещё уменьшился, стал 83%
Звоны остались, но изменились. Вот как выглядит график на затворе (синий) и стоке (жёлтый) нижнего транзистора:


При этом, одна и та-же цепь, идущая к дросселю в районе верхнего транзистора (синий график) и нижнего (жёлтый график):


Ещё попробовал на половинной нагрузке (3.58 А), КПД уже 90%, и звон пропадает. Вот как выглядит график на затворе (синий) и стоке (жёлтый) нижнего транзистора:


Есть идеи что ещё попробовать?
Чувствую пора уже новую плату разводить, этой ничто не помогает...

[SmartRed]

Есть идеи что ещё попробовать?
Чувствую пора уже новую плату разводить, этой ничто не помогает...

Поставьте диоды шоттки паралельно затворным резисторам чтобы ключи закрывалить быстрей чем открывались.

[MikeSchir]

Есть идеи что ещё попробовать?
Чувствую пора уже новую плату разводить, этой ничто не помогает...

Разделяю Ваши чувства Добавлю, что на осциллограмме в первом посте хорошо видны потери в сердечнике дросселя, как будто он намотан на гвозде

[Ydaloj]

А можете выложить картинку вашей разводки силовой части схемы?
Какой КПД удалось получить на ней?

держите source
КПД 95-97%, нагрузочные характеристики внутри
фотографии от предыдущего варианта схемы, без синфазных дросселей по входу и выходу


на затворах творилось это

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 5116_2ph.zip ( 305.89 килобайт ) Кол-во скачиваний: 54

 

[MikeSchir]

на затворах творилось это

Интересно... Один ещё не закрылся, а другой уже открыт? Или оба P-канальные? Жаль не могу посмотреть схему. Что скажут профессионалы?

[snowboy]

Поставьте диоды шоттки паралельно затворным резисторам чтобы ключи закрывалить быстрей чем открывались.

Поставил диоды Шоттки параллельно резисторам в затворах.
КПД немного подрос: Изначально был 87%, при добавлении резисторов в затворы уменьшился до 83%, при добавлении диодов вернулся к 87%.
Вот осциллограммы, жёлтая на дросселе, синяя на затворе нижнего транзистора:


Слишком долго измерял, транзисторы (и возможно контроллер) перегрелись и сгорели с дымом :-(.

держите source
КПД 95-97%, нагрузочные характеристики внутри
фотографии от предыдущего варианта схемы, без синфазных дросселей по входу и выходу

Спасибо огромное! Буду проектировать новую плату, пример правильной разводки мне очень поможет!

[mcheb]

Интересно... Один ещё не закрылся, а другой уже открыт? Или оба P-канальные? Жаль не могу посмотреть схему. Что скажут профессионалы?

Здесь два канала впараллель

[MikeSchir]

Здесь два канала впараллель

Ну, да, а транзисторов тогда четыре
Обращу внимание ТС, что Ydaloj при бОльших токах использует транзисторы с бОльшим Rdson, за то с меньшими емкостями.
Может быть, просто, других не было?

[Ydaloj]

MikeSchir, это тот случай, когда живёшь вроде и не на отшибе, но и не в центре электронной промышленности.
ставил что было.

[_Sergey_]

ДШ на LM5116 не обещает КПД выше 95%.

ИМХО:
Плохая трассировка.
Плохое подключение земли к управляющей микросхеме, короткозамкнутым кольцом.
Цепь затвора нижнего транзистора ловит наводки по магнитному полю и приоткрывает транзистор.

Выкладывайте новую плату, покритикуем.

[snowboy]

Посмотрите новый вариант разводки. Есть шанс что нормально заработает?
Хочу делать на стеклотекстолите с толщиной фольги 70 мкм.

Транзисторы такие: CSD18501Q5A ( http://www.ti.com/lit/ds/symlink/csd18501q5a.pdf ) - верхний,
CSD18531Q5A ( http://www.ti.com/lit/ds/symlink/csd18531q5a.pdf ) - нижний

Дроссель IHLP6767GZER ( http://www.vishay.com/docs/34000/lp67gz01.pdf )

Конденсаторы входные 5x GRM32ER7YA106KA12L ( http://psearch.en.murata.com/capacitor/pro...A106KA12%23.pdf )

Конденсаторы выходные: GRM32ER71E226ME15L ( http://psearch.en.murata.com/capacitor/pro...E226ME15%23.pdf ) +
+ 2x TPSD107K020R0085 ( http://z.compel.ru/item-pdf/f814c113a6d3fe.../ps/avx~tps.pdf )

Прикрепленные файлы

 PowerBank2.pdf ( 67.3 килобайт ) Кол-во скачиваний: 13
 PowerBank2.pcb ( 503.64 килобайт ) Кол-во скачиваний: 7
 PowerBank2.sch ( 325.02 килобайт ) Кол-во скачиваний: 5

 

[AleksBak]

Зачем большинство дорожек к площадкам м/с уже чем ширина самих площадок м/с?? Я бы повернул по часовой стрелке на 90° м/с со всей ее обвязкой и расположил над дросселем по рисунку платы. Так она еще ближе будет к ключам и короче будут дорожки от нее к ним. Площадки C30 - C32 можно было бы и не делать с термокомпенсацией.

[snowboy]

Зачем большинство дорожек к площадкам м/с уже чем ширина самих площадок м/с?? Я бы повернул по часовой стрелке на 90° м/с со всей ее обвязкой и расположил над дросселем по рисунку платы. Так она еще ближе будет к ключам и короче будут дорожки от нее к ним. Площадки C30 - C32 можно было бы и не делать с термокомпенсацией.

Дорожки можно совсем чуть-чуть сделать потолще: сейчас они 0,3мм, можно увеличить до 0,35. При толщине фольги 70 мкм, минимальный зазор 0,3мм, так что, при шаге м/с 0,65мм, можно сделать дорожки 0,35мм. Мне показалось непринципиальным какие их делать, 0,3 или 0,35.
Понятно что лучше сделать плату шире и поставить м/с выше, но габариты платы не позволяют, поэтому так извращаюсь. Ширина платы может быть только 19мм, уже корпус под неё изготовлен.
Высота может быть не более 16 мм, поэтому все конденсаторы низкопрофильные, нет электролитов "бочонков".
Всю термокомпенсацию уберу.

[AleksBak]

Плохо, что шире плату нельзя делать. Тогда там где транзисторы для конденсаторов C30-C32 можно побольше площадки сделать (под корпус 2220 или какой у Вас там следующий после них). Это если конечно у Вас не будет авт. смд-монтаж (а вручную запаяете) (1). В дальнейшем может пригодится для отладки с др. конденсаторами. На силовых дорожках сделайте доп. площадки-дорожки для пропайки сверху припоем чтоб их утолщить. Дорожки не сужайте ни где тут (именно тут в таких платах питания!), а старайтесь по-максимумуму везде их утолшать наоборот (в пределах разумного). Если (1) верно, то я бы еще добавил сквозные метализированные отверстия под самой м/с и дросселем и еще может где-то на плате где стоит. Дорожки можно делать и плавнее, а не под углом. Красивая плата - всегда красиво работает. Хотя и говорят - какая тут разница, но это так.

[_Sergey_]

Схема не соответствует плате.

Я бы сделал так:




Переходное около R26 не нужно.
С 20 вывода м/с в верхнем слое среднюю точку транзисторов - так будет минимальная индуктивность петли управления VT1, плюс эти проводники пойдут над тихой землей.
Медь на дросселе слева (около R26) подрезать до минимума и сверху и снизу, тогда можно будет добавить земли в этом районе.
Раньше на схеме были токоизмерительные резисторы.. В принципе, ничего не мешает их вернуть без переделки. Соответственно, проводник с R27 и R28 в верхнем слое и около истока через переходное вниз.

Ну и для полной красоты немного сдвинуть L2 вниз, немного поднять C22 и C28 - тогда можно защитную земляную дорожку провести между токоизмерительной цепью и горячим выводом дросселя. Теоретически снизит емкостные наводки.

Разумеется, сугубое ИМХО.

[Plain]

Всё ж таки каждый раз подтверждается, что в искусстве разводки дюже хорошо помогает детсадовский опыт игры в пятнашки — из анализа схемы ясно же видно, что наиболее выгодно задвинуть в край дроссель, затем ключи, затем силовые конденсаторы, после чего на плате не остаётся импульсных токов и крупногабаритных компонентов и управление разводится без каких-либо выкрутасов.

[snowboy]

Всем спасибо большое за рекомендации!
Вот что получается:

Такой вариант ближе к "правильному"? Голубым цветом на нижнем рисунке показано вскрытие маски для лужения.
Токоизмерительные резисторы не стал ставить, т.к. у Ydaloj сделано без них и всё хорошо работает. Да и зачем лишнюю энергию и место на плате тратить, если микросхема умеет мерить ток по падению на транзисторе?
Конденсаторы не стал менять на 2220 т.к. в Компэле (где я буду недостающий пассив покупать) таких нет. А если в ходе отладки окажется необходимым - и так запаяю (на вскрытие маски для охлаждения).

Ещё вопрос к знатокам: лучше плату брать потолще или потоньше? Выбираю между 1мм и 1,5мм.

Прикрепленные файлы

 PowerBank2.pcb ( 481.86 килобайт ) Кол-во скачиваний: 9

 

[_Sergey_]

Всё ж таки каждый раз подтверждается, что в искусстве разводки дюже хорошо помогает детсадовский опыт игры в пятнашки — из анализа схемы ясно же видно, что наиболее выгодно задвинуть в край дроссель, затем ключи, затем силовые конденсаторы, после чего на плате не остаётся импульсных токов и крупногабаритных компонентов и управление разводится без каких-либо выкрутасов.

А мне казалось знание физики важнее..

[AlexeyW]

А мне казалось знание физики важнее..

Тут скорее психология. Почему-то, как правило, тот, кто хорошо понимает физику и частности процесса, одновременно и работает аккуратно

[Ydaloj]

А мне казалось знание физики важнее..

не физика придумала людей, а люди физику. а все люди были когда-то маленькими и играли в пятнашки.

[Herz]

snowboy, используйте для вложения иллюстраций не опцию "Добавить картинку в сообщение", предполагающую загрузку изображения с файлообменника, а иконку "вставить изображение". Тогда размер иллюстрации будет заведомо подогнан под возможность экрана. Сейчас изображение не на всех мониторах помещается в "окно". Это неудобно.

[snowboy]

Изготовил новую плату. Работает так-же плохо: КПД 80%.
Ведёт себя очень странно: вместо ШИМ-модулирования, даёт такты с 92% заполнением (и при этом постоянно растёт ток в дросселе), а потом даёт целый такт с включенным нижним ключом, и ток уменьшается до нуля и потом течёт в обратном направлении, и при этом идёт всплеск напряжения на входном конденсаторе.
Прикладываю осциллограмму напряжения на входном конденсаторе (синий) и на входе дросселя (жёлтый).
Также прикладываю текущую схему со всеми текущими номиналами (после подбора), и фото получившейся платы сверху и снизу.
Если кто-то пользуется TI Webench, то вот ссылка на дизайн, который был взят за основу: http://webench.ti.com/appinfo/webench/scri...FB21EB4DB182C28

Я сначала подумал что слишком высокие шумы в цепи датчика тока и он не может работать. Прокинул отдельным проводом сигнал с корпуса транзистора VT2 на R26. Не помогло.
Думал может низкая чувствительность датчика тока: Подбирал резисторы R26, R27, уменьшил с изначальных 300 Ом до 24 Ом. Нет эффекта.
Думал что неправильно выбрана цепь коррекции C6, C7, R10: пробовал самые разные значения, три дня подбирал. Ставил 220 пФ || (2.2нФ + 51кОм), много разных других вариантов пробовал, ставил переменный резистор последовательно с конденсаторами 1нФ, 2.2нФ, 4 нФ, 10 нФ, и крутил в больших пределах. Сейчас понял что не удаётся сделать цепочку с которой стабильно работает. Поставил рассчитанную WeBench (с приведением к моим номиналам делителя): 270 пФ || (20 кОм + 4 нФ). Во всех случаях работает нестабильно, как на приложенной осциллограмме.
Даже думал что м/с LM5116 сгорела - заменил, нет эффекта.
Стабильно работает только на минимальном входном напряжении 22 В, когда входное напряжение приближается к выходному.

Есть ли у кого-нибудь идеи, почему контроллер может так странно работать? И что ещё попробовать сделать?

Сообщение отредактировал snowboy - Apr 3 2016, 22:59

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_Sergey_]

Мда, неудобняк..

А чего на 8 ноге творится? На затворах?

[ZVA]

17 нога на земле. почему?

[AleksBak]

А если добавить емкостей по входу? Это просто смешно на такой ток 2 х 20мкф максимум (судя по картинкам).

[_Sergey_]

7.4.1 Soft-Start and Diode Emulation

[Herz]

Ведёт себя очень странно: вместо ШИМ-модулирования, даёт такты с 92% заполнением (и при этом постоянно растёт ток в дросселе), а потом даёт целый такт с включенным нижним ключом, и ток уменьшается до нуля и потом течёт в обратном направлении, и при этом идёт всплеск напряжения на входном конденсаторе.

То есть как это? С выхода (где напряжение меньше) ток начинает течь ко входу (где оно выше) и ещё увеличивать входное? Выходит, Вы пытаетесь питать нагрузку, а упрямый ток сопротивляется и возвращается обратно в источник?

[snowboy]

А чего на 8 ноге творится? На затворах?

Вот осциллограмма на 8 ноге (жёлтый) и на нижнем затворе (синий). Всё выглядит вполне правильно.

То есть как это? С выхода (где напряжение меньше) ток начинает течь ко входу (где оно выше) и ещё увеличивать входное? Выходит, Вы пытаетесь питать нагрузку, а упрямый ток сопротивляется и возвращается обратно в источник?

Похоже контроллер за счёт этих странных циклов, когда весь цикл включен нижний ключ, меняет (на время) направление тока в дросселе. И когда нижний ключ выключается, ток втекает во входной конденсатор. Ток туда-сюда гоняется между входным и выходным конденсаторами, и сильно греется дроссель.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_Sergey_]

Земля щупа у осцилла - проводочком




или лезвием?

[AlexeyW]

или лезвием?

Надо же А я всегда проволочкой крутил

[MikeSchir]

А если добавить емкостей по входу? Это просто смешно на такой ток 2 х 20мкф максимум (судя по картинкам).

На схеме их 4х10мкФ! Но дело не в этом. Это же - керамика, и хорошо если от них на 28-ми вольтах осталось 2х8мкФ, а судя по картинке на входе, так оно и есть. Пульсация напряжения больше 3-х вольт.

И ещё нужно хорошенько изучить раздел 7.3.6 Ramp Generator в ДШ, не забывая, что LM5116 - это "current mode" со всеми сопутствующими нюансами. Например конденсатор С11=1000пФ - это, наверное, слишком много.

То есть как это? С выхода (где напряжение меньше) ток начинает течь ко входу (где оно выше) и ещё увеличивать входное? Выходит, Вы пытаетесь питать нагрузку, а упрямый ток сопротивляется и возвращается обратно в источник?

А что такого? Ведь открыт нижний транзистор, а ему всё равно куда проводить (это же не диод ) , и когда ток падает до нуля ток начинает "течь" из выходного конденсатора, т.е. в обратном направлении, а во входной конденсатор ток "потечёт", когда откроется верхний транзистор.

Сообщение отредактировал MikeSchir - Apr 4 2016, 08:48

[Herz]

А что такого? Ведь открыт нижний транзистор, а ему всё равно куда проводить (это же не диод ) , и когда ток падает до нуля ток начинает "течь" из выходного конденсатора, т.е. в обратном направлении, а во входной конденсатор ток "потечёт", когда откроется верхний транзистор.

Наверное, имелось в виду, когда нижний таки закроется?

[Ydaloj]

что-то мне думается, что в расчётах косяк
не сходятся номиналы по пиле, токосъёмным резисторам и индуктивности дросселя

может, стоит пересчитать?

[MikeSchir]

Наверное, имелось в виду, когда нижний таки закроется?

Да.

[Plain]

Ведёт себя очень странно: вместо ШИМ-модулирования, даёт такты с 92% заполнением (и при этом постоянно растёт ток в дросселе), а потом даёт целый такт с включенным нижним ключом

Так и должно быть, согласно структурной схеме — выход усилителя не является функцией выходного тока. Поставьте C8=100 мкФ и посмотрите процесс в замедленном темпе.

[MikeSchir]

Так и должно быть, согласно структурной схеме — выход усилителя не является функцией выходного тока. Поставьте C8=100 мкФ и посмотрите процесс в замедленном темпе.

Можно вообще закоротить C8, а резистор R10 сделать переменным и покрутить. А чего добиваться то собираетесь?

[NeonS]

Может проще было бы получить EVM и на нем отработать конструкцию?
Кроме того, на сайте есть калькулятор в Excel форме, ну и разумеется внимательно перечитать datasheets.
Я использовал в своей время LM5116 в качестве negative rail synchronous boost - работала отлично. Кстати, в current mode использовать сопротивление MOSFET вроде бы заманчиво, но всегда проблематично - лучше пользоваться нормальными "сенсовыми" резисторами.

[snowboy]

17 нога на земле. почему?

Потому что у меня в схеме нет подходящего напряжения для питания внутренних схем контроллера. А в описании сказано что если внешнее питание не используется, её надо подключить к земле.

А если добавить емкостей по входу? Это просто смешно на такой ток 2 х 20мкф максимум (судя по картинкам).

Там сейчас стоит 5 конденсаторов по 10 мкФ по входу.
Это много, автоматически посчитанная на сайте TI схема имеет только 3 конденсатора по 4.7 мкФ: http://webench.ti.com/appinfo/webench/scri...2A36D18D27429D2
см. приложенную картинку оттуда. А я, на всякий случай, сделал большой запас. Вот думаю, может такой запас и мешает. Попробую помоделирую с большими входными конденсаторами...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[snowboy]

7.4.1 Soft-Start and Diode Emulation

Да, уже много раз прочитал этот раздел. Пробовал ставить разный резистор на DEMB:(0...10к), не начинает нормально ШИМить. Есть идеи что конкретно попробовать?

Земля щупа у осцилла - проводочком или лезвием?

Проводочком. И честно говоря, осциллограф у меня не качественный (Hantek): когда подключен к работающему DC-DC и щуп подключаю к его-же (щупа) земле, видны сильные выбросы в моменты переключений. Так что, выбросы в моменты переключений на осциллограммах реально не факт что есть. Понятно только как выглядит более-менее низкочастотная составляющая сигнала.

[snowboy]

И ещё нужно хорошенько изучить раздел 7.3.6 Ramp Generator в ДШ, не забывая, что LM5116 - это "current mode" со всеми сопутствующими нюансами. Например конденсатор С11=1000пФ - это, наверное, слишком много.

Точно, оказалось что велик C11 (Cramp), уменьшил для пробы с 1 нФ до 680 пФ - такты "пропусков" прекратились. И соответственно, всплески входного напряжения ушли. Сейчас ещё поподбираю оптимальное значение.
Спасибо за идею!
Странно, по моим расчётам Сramp = Gm * L / (A * Rs) = 5 uA/V * 10 uH/(9,76 V/V * 4 mOhm) = 1,28 nF с понижением до 1,024 nF при увеличении сопротивления транзистора с 4 до 5 mOhm (при нагреве).
И в авторасчёте TI Webench он 1,2 нФ.

Подобрал Сramp=470 пФ.
Теперь все осциллограммы выглядят вполне красиво, см. файл: синий - напряжение на входе дросселя, жёлтый - на Cramp (5 нога).
Но при этом, КПД по-прежнему 82% и жутко греется дроссель. Странно...
Буду собирать схему измерения тока в дросселе, может что-то прояснит.

Вот снял график тока через дроссель, 2А в клетке (шунт 0,01 Ом).
Схема сейчас греется на 30 Вт. Входная мощность 29В * 5,6А= 162 Вт. Выходная 19,3В * 6,86А = 132 Вт.
По ощущениям, 2/3 этой мощности, т.е. 20 Вт выделяется на дросселе.
Хотя я рассчитывал что будет порядка 7А*7А*0,012Ом=0,59Вт.
Есть идеи почему он так греется и как уменьшить разогрев дросселя?

Сообщение отредактировал snowboy - Apr 4 2016, 23:37

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Ydaloj]

у вас в дросселе, помимо меди, ещё сердечник есть. вы не думаете, что он тоже работает, а, значит, в нём тоже есть потери?

для обычных ферритов потери в сердечнике примерно 1Вт в куб.см на 100кГц и 0,3Тл
у вас распылённый материал, другие частоты и индукция, но всё равно надо иметь представление о том, что нужно ожидать.

на потери в сердечнике влияет размах индукции. У вас ток пульсаций дросселя, по моим расчётам, 70% с лишним. Пересчитайте это в индукцию, может, удивитесь результатам.

далее. я писал про расхождение номиналов. NeonS подсказал, что у производителя есть простой и понятный эксель-расчёт. Я в нём рассчиывал и свою железку, и вашу прикинул. по нему у меня получаются совсем не те номиналы, что у вас стоят.

[_Sergey_]

http://www.vishay.com/inductors/calculator/calculator/

Покажите фронты на затворах, только с лезвием.

Добавлено:
У вас на плате дроссель неплохо связан по тепловому потоку с мосфетами и кто из них больше греется непонятно.

Сообщение отредактировал _Sergey_ - Apr 5 2016, 08:12

[snowboy]

далее. я писал про расхождение номиналов. NeonS подсказал, что у производителя есть простой и понятный эксель-расчёт. Я в нём рассчиывал и свою железку, и вашу прикинул. по нему у меня получаются совсем не те номиналы, что у вас стоят.

Нашёл этот калькулятор, спасибо за наводку! Не знал о его существовании, всё время TI Webrnch расчитывл.
Попробую пересчитать с ним и поменять номиналы на те что получатся.

у вас в дросселе, помимо меди, ещё сердечник есть. вы не думаете, что он тоже работает, а, значит, в нём тоже есть потери?

По моим прикидкам, этот дроссель должен мои токи и частоты с огромным запасом тянуть.
У меня вот такой стоит: http://www.compel.ru/infosheet/VISHAY/IHLP6767GZER100M01/
У него максимальная рекомендованная частота 2 МГц при моей рабочей 163 кГц.
Ток насыщения 22 А при моём текущем пиковом 11 А. Ток перегрева 16.5А (нагрев на 40 Градусов), при моём среднем 9 А.
Хотя сейчас попробую посчитать поподробнее на сколько он должен греться...

http://www.vishay.com/inductors/calculator/calculator/
Покажите фронты на затворах, только с лезвием.
У вас на плате дроссель неплохо связан по тепловому потоку с мосфетами и кто из них больше греется непонятно.

Спасибо за ссылку, попробую посчитать с её помощью.
Лезвия нет сейчас, пошёл искать, к вечеру что-то сооружу и померю.
Да, они специально сильно связаны по теплу. Я планировал что дроссель будет выполнять роль большого радиатора для мосфетов. Для того чтобы понять кто как греется, поднимал дроссель над платой на толстых проводах. При этом, по моим ощущениям, 2/3 тепла от дросселя, 1/3 от мосфетов.

[MikeSchir]

...при увеличении сопротивления транзистора с 4 до 5 mOhm (при нагреве).

Ну 5мОм - это при температуре на кристалле =50градС. Не поверю, что он так слабо греется. Да, а что так пожадничали? Отдали предпочтение низкому rdson и нарвались на повышенные динамические потери. Нужно искать компромисс.

Подобрал Сramp=470 пФ.
Теперь все осциллограммы выглядят вполне красиво, см. файл: синий - напряжение на входе дросселя, жёлтый - на Cramp (5 нога).

Можно подобрать ещё меньше. Всё ещё видны колебания длительности, и может вернуться прежний несимметричный режим. Может быть это связано с длинным (и не скрученным) проводом от источника питания? Да, потери в нём, случайно, не вошли в расчёт КПД?

...Но при этом, КПД по-прежнему 82% и жутко греется дроссель. Странно...
...Вот снял график тока через дроссель, 2А в клетке (шунт 0,01 Ом).
Есть идеи почему он так греется и как уменьшить разогрев дросселя?

Вот тут мне до слёз обидно, что Вы не заметили мой пост #34
На картинке тока видна ступенька при переключении - это говорит о потерях в сердечнике дросселя. Здесь, похоже, Вы опять пожадничали - выбрали дроссель с малым сопротивлением постоянному току и нарвались на большую переменную составляющую магнитной индукции в сердечнике, которая и греет дроссель. Опять нужен компромисс. Почему не взять 22 мкГн или даже 33, или размер побольше? Да, статические потери будут больше, но динамические снизятся почти на порядок а то и больше.
И ещё о жадности Изготовители не рекомендуют использовать танталы (у Вас по выходу стоят) под завязку по напряжению. Фирма AVX например рекомендует снижать рабочее напряжение на танталах в 1,5 - 2 раза по отношению к номинальному.

[_Sergey_]

На счет 20Вт на дросселе.
11.5 єC/W - тепловое сопротивление дросселя по данным Vishay.
11.5*20 + 25 = 255 єC, температура плавления припоя.

Можно воспользоваться обратным методом и получить рассеиваемые ватты.

Сообщение отредактировал _Sergey_ - Apr 5 2016, 11:42

[snowboy]

Ну 5мОм - это при температуре на кристалле =50градС. Не поверю, что он так слабо греется. Да, а что так пожадничали? Отдали предпочтение низкому rdson и нарвались на повышенные динамические потери. Нужно искать компромисс.

Я надеюсь что при КПД 98%, который я всё ещё надеюсь получить, он будет греться до 50 Градусов.
А транзисторы я выбрал и с низким сопротивлением, и с низкими динамическими потерями: у верхнего при моём рабочем напряжении, заряд затвора всего 25 нКл.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/csd18501q5a.pdf
А какие бы Вы транзисторы сюда рекомендовали?

Можно подобрать ещё меньше. Всё ещё видны колебания длительности, и может вернуться прежний несимметричный режим. Может быть это связано с длинным (и не скрученным) проводом от источника питания? Да, потери в нём, случайно, не вошли в расчёт КПД?

Попробую поподбираю, спасибо за совет.
КПД считал, замеряя напряжение непосредственно на вводе проводов в плату.
Может и провода влияют на стабильность. Но провода такие и в конечном изделии будут, не знаю как их сделать меньше и скрученнее: они идут к разным концам длинной батареи из 7 аккумуляторов. Разве что сделать чуть потолще, 1,5 квадрата вместо 0,75.

Вот тут мне до слёз обидно, что Вы не заметили мой пост #34

MikeSchir, конечно я видел Ваш пост №34. Долго медитировал на образ гвоздя. К сожалению, не понял, что именно сделать с дросселем, чтобы он был меньше похож на гвоздь. Попробую поставить большую индуктивность и поэкспериментировать на половинной нагрузке. Но, к сожалению, нет в продаже дросселей с большей индуктивностью и нужным для этой схемы рабочим током.

И ещё о жадности Изготовители не рекомендуют использовать танталы (у Вас по выходу стоят) под завязку по напряжению. Фирма AVX например рекомендует снижать рабочее напряжение на танталах в 1,5 - 2 раза по отношению к номинальному.

Да, в этом устройстве взял напряжение конденсаторов без запаса. Реально проверял их ради эксперимента на 30 Вольт: нормально работают. Конкретно эта серия конденсаторов хорошо работает на номинальном напряжении. У AVX в старых сериях (не Low ESR) помню были проблемы с работой на напряжениях близких к номинальному, взрывались часто, ставил запас раза в 2. В прошлой плате (первом варианте этого устройства) стояли конденсаторы с напряжением 25В, но у них сопротивление больше: 100 мОм вместо 85 мОм у этих, соответственно больше греются. А в этом решил попробовать поставить 20В - работают пока хорошо.

А насчёт жадности - это точно, хочу сделать устройство с минимальными массо-габаритными параметрами, т.к. его будут носить с собой всё время. Поэтому транзисторы в компактных корпусах с низким сопротивлением, дроссель небольшой, нет конденсаторов "бочонков", нет запаса по напряжению конденсаторов и т.п. Только что-то устройство не хочет...

На счет 20Вт на дросселе.
11.5 єC/W - тепловое сопротивление дросселя по данным Vishay.
11.5*20 + 25 = 255 єC, температура плавления припоя.
Можно воспользоваться обратным методом и получить рассеиваемые ватты.

Тогда мне надо оставить его в рабочем состоянии надолго чтобы температура стабилизировалась. А тогда он расплавится.
Я включаю схему на минуту и смотрю насколько быстро какой компонент начинает нагреваться. Не довожу до устоявшегося режима.

Может проще было бы получить EVM и на нем отработать конструкцию?

Если начинать "с нуля" можно было бы и EVM. А сейчас уже поздно, 2 платы уже успел сделать. Понятно что можно посмотреть как EVM хорошо работает. А потом всё равно к своим платам переходить.
Да, это вариант с сенсорными резисторами, если не получится подбором номиналов решить - попробую распилить экран и воткнуть резисторы. Хотя на прошлой плате они были, работало так-же плохо.
Сейчас посчитал в этом калькуляторе - близкие всё значения к текущим, подкорректирую стабилизирующую цепочку обратной связи по ним немного, а в остальном всё примерно и есть как посчитано.
Кстати, как выбирать параметр Fc (п.13)?

Покажите фронты на затворах, только с лезвием.

Снял осциллограммы на нижнем и верхнем транзисторах, с лезвием.
И правда, с такой пружинкой все помехи уходят. Интересный приём, буду знать.
Сигналы выглядят просто идеальными.

Сообщение отредактировал Herz - Apr 6 2016, 07:59

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_Sergey_]

Я имел ввиду именно фронты,тогда можно посмотреть реальное время включения/выключения мосфетов и, соответственно, прикинуть реальные потери переключения.

На ваше усмотрение.

[Ydaloj]

Кстати, как выбирать параметр Fc (п.13)?

там же подсказка сбоку есть - в 10 раз ниже тактовой. Меньше Fc - медленнее реакция петли ОС, дольше переходные процессы. Выше чем Fsw/10 нельзя.

[snowboy]

Я имел ввиду именно фронты,тогда можно посмотреть реальное время включения/выключения мосфетов и, соответственно, прикинуть реальные потери переключения.

Вот осцилограммы всех 4х фронтов (на каждом транзисторе вверх и вниз)

И вот ещё на каждом транзисторе снял вместе с напряжением на затворе, напряжение сток-исток(синий график).

Все осциллограммы снимал с "лезвиями" непосредственно на выводах транзисторов.
Смущают дёрганья вверх-вниз (колебательный процесс). Имеет ли смысл пробовать с ними бороться всякими резисторами, диодами, RC-цепочками?

там же подсказка сбоку есть - в 10 раз ниже тактовой. Меньше Fc - медленнее реакция петли ОС, дольше переходные процессы. Выше чем Fsw/10 нельзя.

Там подсказка что не более чем в 10 раз ниже тактовой. Я имею в виду, какое (по практике) лучше значение выбрать в этом диапазоне 0...16 кГц. Попробовал 2 варианта: 9.7 кГц и 7.3 кГц. Оба варианта нестабильно работают: то ровно идёт частота, то начинает "дрожать" длительность импульсов.

Сообщение отредактировал snowboy - Apr 6 2016, 06:19

Эскизы прикрепленных изображений

 

[NeonS]

Я бы настоятельно рекомендовал использование EVM http://www.ti.com/tool/lm5116-12eval с переносом туда всех выбранных Вами компонентов.
Таким образом Вы отсечете "химеру" плохого печатного монтажа и сможете точно понять, что же Вам мешает получить хорошие результаты.
Фирма TI высылает EVM со скоростью звука, так что в течение недели Вы уже сможете нормально работать и, наконец, определиться.

[_Sergey_]

Выброс напряжения на 60в - это на верхнем, 40-вольтовом мосфете?

Кроме этого, у меня других соображений нет.

[snowboy]

Я бы настоятельно рекомендовал использование EVM http://www.ti.com/tool/lm5116-12eval с переносом туда всех выбранных Вами компонентов.
Таким образом Вы отсечете "химеру" плохого печатного монтажа и сможете точно понять, что же Вам мешает получить хорошие результаты.
Фирма TI высылает EVM со скоростью звука, так что в течение недели Вы уже сможете нормально работать и, наконец, определиться.

Спасибо за совет. Плата в пути, будет у меня через 2-3 недели.

Выброс напряжения на 60в - это на верхнем, 40-вольтовом мосфете?

Это на нижнем 60-Вольтовом.
Он там и стоит с бОльшим напряжением чем нижний, чтобы эти выбросы вверх выдерживать.

Сообщение отредактировал snowboy - Apr 6 2016, 18:49

[_Sergey_]

Т.е. 60в выброс в момент включения верхнего мосфета? Это выключение диода нижнего полевика получается..

Может замедлить включение верхнего мосфета?

In some applications it may be desirable to slow down the high-side MOSFET turnon time in order to control
switching spikes. This may be accomplished by adding a resistor is series with the HO output to the high-side
gate. Values greater than 10 Ω should be avoided so as not to interfere with the adaptive gate drive. Use of an
HB resistor for this function should be carefully evaluated so as not cause potentially harmful negative voltage to
the high-side driver, and is generally limited to 2.2-Ω maximum.

Да и сам верхний транзистор побыстрее.

Сообщение отредактировал _Sergey_ - Apr 6 2016, 14:29

[wim]

Это выключение диода нижнего полевика получается..

А я думаю, что это действие высокодобротного колебательного контура, образованного керамическими конденсаторами на входе и индуктивностью длинных проводов. Поэтому в этот контур умышленно вносят потери, подключая электролитический конденсатор параллельно керамике. Однако автор, похоже, действует по принципу - если непонятно, зачем нужна какая-то деталь, значит она лишняя.

[Огурцов]

подскажите, какая форма (длительность) напряжения на затворе нижнего ключа относительно верхнего ?

[Огурцов]

в общем-то всё как надо, спасибо

[_Sergey_]

А я думаю, что это действие высокодобротного колебательного контура, образованного керамическими конденсаторами на входе и индуктивностью длинных проводов. Поэтому в этот контур умышленно вносят потери, подключая электролитический конденсатор параллельно керамике. Однако автор, похоже, действует по принципу - если непонятно, зачем нужна какая-то деталь, значит она лишняя.

А вы резонансную частоту прикинули?
Посмотрите на осциллограмму тока, при переключении снизу-вверх начинается колбасня. Даже с учетом наводок видно разницу..
Т.е. диод нижнего мосфета еще открыт и достаточно резко включается верхний транзистор. Классика..

По сравнению с EVM у ТС мосфеты полегче и уровни у них логические..

ИМХО, убрать бы колбасню и можно будет считать, что выжали все..

[snowboy]

А я думаю, что это действие высокодобротного колебательного контура, образованного керамическими конденсаторами на входе и индуктивностью длинных проводов. Поэтому в этот контур умышленно вносят потери, подключая электролитический конденсатор параллельно керамике. Однако автор, похоже, действует по принципу - если непонятно, зачем нужна какая-то деталь, значит она лишняя.

Спасибо за рекомендацию, попробую поставить (для эксперимента) электролит по входу.
Дело не в непонятных лишних деталях. Я очень хотел поставить по входу электролит. И по выходу тоже. Они дешёвые и ёмкие. Пересмотрел все доступные подходящие серии: Hitano ESX, EXR; Yageo SJ и SY и т.п. Ничего подходящего по максимальному току пульсаций и ESR, по высоте не влезло в мой корпус, он довольно компактный. Поэтому танталы + керамика. Но сейчас, для эксперимента впихну конечно.

[wim]

для эксперимента

С этого и следовало начинать - сделать макет с конкретными "бочонками" на входе и выходе, с большим дросселем, потренироваться на нем. ПМСМ, Вы вообще взялись сразу за слишком сложную задачу не имея опыта. Вот Вы, например, пишите, что осциллограммы красиво выглядят, а я вижу, что преобразователь работает неустойчиво, хотя теоретически этого не должно быть.

[_Sergey_]

Последнее имхо на сегодня..
Во время Dead-Time (визуально 180нс) нижний мосфет рассеивает около 8..10 Вт каждый цикл.

[snowboy]

Может замедлить включение верхнего мосфета?

Замедлил, поставил ему в затвор 4,7 Ом.
См. осциллограмму: жёлтый - напряжение на затворе, синий сток-исток.
Фронт затянулся, но выброс остался. КПД такой-же. Нестабильность скважности такая-же.
Поэкспериментировал, и убрал этот резистор.

А я думаю, что это действие высокодобротного колебательного контура, образованного керамическими конденсаторами на входе и индуктивностью длинных проводов.

Да, очень похоже на правду. Снял осциллограмму входного тока на самом входе схемы шунтом 3.3 мОм, щупом с "лезвием", см. файл "INP_current.gif". Похоже, во время включения верхнего транзистора ток туда-сюда сильно колеблется.

Потом снял осциллограмму напряжения на "+24В" - "GND" ближе всего к силовым транзисторам, см. файл "IND_and_Vin.gif". Здесь синий график - цепь "+24В" на верхнем транзисторе относительно "GND" на нижнем. Жёлтый - напряжение на входе дросселя относительно "GND" на нижнем транзисторе. Похоже, во время включения верхнего транзистора, начинается "звон" в цепи "+24В", который и приводит к плохой работе схемы.

Поставил в цепь "+24В" (наиболее близко к силовым транзисторам) два тантала 100 мкФ 0,1 Ом. Картина практически не поменялась. Завтра ещё достану большой электролит и туда воткну для пробы.
Есть идеи как ещё этот "звон" побороть?

Во время Dead-Time (визуально 180нс) нижний мосфет рассеивает около 8..10 Вт каждый цикл.

Насколько я понял, Deat-Time эта микросхема выбирает сама и на него нельзя повлиять. Или есть способы?

Сообщение отредактировал snowboy - Apr 6 2016, 21:31

Эскизы прикрепленных изображений

 

[NeonS]

Кстати, а какова ситуация под небольшой нагрузкой в 1-3A?
Может при большой нагрузке лабораторный источник "проседает", входит в ограничение тока? Чем или как Вы измеряете входной и выходной токи?
Даже при отличном кпд на этой небольшой плате нужно рассеять порядка 10Вт, что без теплоотвода проблематично.

[_Sergey_]

Ток с частотой около 30МГц и амплитудой около 10А разогревает ваш дроссель.
Домены с такой частотой поворачиваться не могут, поэтому переводят всё в тепло.

[snowboy]

Кстати, а какова ситуация под небольшой нагрузкой в 1-3A?

Только что попробовал на маленькой нагрузке - проблем практически нет.
Поставил половину лампочек от прошлых экспериментов:
Uвх = 23,5; Iвх=3,14; Uвых=19,3; Iвых=3,59.
КПД=94%. Остаётся в схеме 4,5 Вт. Нагрев элементов ощущается слабо.
Реальный КПД ещё выше, т.к. я все измерения делаю одним мультиметром последовательно от точки к точке. И когда я подключаю амперметр последовательно с нагрузкой, он добавляет своё сопротивление (лампочки светятся чуть тусклее) и измеренный ток, соответственно чуть меньше чем без амперметра. При приближении КПД к 100% это уже существенная погрешность. Вечером принесу совсем короткие толстые щупы и ещё уточню эти цифры.
Пульсаций входного напряжения в районе силовых транзисторов практически не видно.

Может при большой нагрузке лабораторный источник "проседает", входит в ограничение тока? Чем или как Вы измеряете входной и выходной токи?
Даже при отличном кпд на этой небольшой плате нужно рассеять порядка 10Вт, что без теплоотвода проблематично.

Я подключаю в качестве источника тока штатную аккумуляторную батарею (чтобы не было проблем с гальванической связью с осциллографом).
Это 7 банок с внутренним сопротивлением 16 мОм. Вот таких:
http://www.boston-power.com/sites/default/...%20Rev%2001.pdf
Вместе с проводами сопротивление источника должно быть порядка 150 мОм.

Я рассчитывал на КПД 98%, и соответственно выделение всего 4,5 Вт на плате. Как запасной вариант (если не получится получить нужный КПД, и он будет на 1-2% хуже), думал ещё приклеить на транзисторы такой радиатор: http://www.smd.ru/katalog/prochee/keramicheskij/

Сообщение отредактировал snowboy - Apr 7 2016, 07:07

[_Sergey_]

Посмотрите сигналы на небольшой нагрузке, будет видно в чем разница.

Интересует нижний мосфет - открытие/закрытие, затвор и сток.

Ток через дроссель.

Сообщение отредактировал _Sergey_ - Apr 7 2016, 08:32

[snowboy]

Посмотрите сигналы на небольшой нагрузке, будет видно в чем разница.

Вот основные сигналы на половинной нагрузке:
"IND_and_Vin.gif" - напряжение на входе дросселя и на цепи +24В верхнего транзистора.
"IND_and_Vin_front.gif" - то-же, фронт подробно.
"TOP_Gate.gif" - затвор верхнего транзистора.
Похоже основное отличие в более стабильном +24В, к вечеру найду большой электролит с Low ESR, включу в эту цепь и посмотрю что получится.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wim]

Насколько я понял, Deat-Time эта микросхема выбирает сама и на него нельзя повлиять.

Посмотрите импульсы тока на ныне отсутствующих в схеме токовых резисторах - если сквозного тока через ключи нет, про dead-time на некоторое время можно забыть.

[Огурцов]

Посмотрите импульсы тока на ныне отсутствующих в схеме токовых резисторах

а как посмотреть/усилить отрицательные импульсы тока на шунтах по вторичке ?

[_Sergey_]

ИМХО, ТС вытянул всё что можно с этих деталей..