Шотки или синхронный выпрямитель ?, что лучше Опции

[Mc_off]

Для флайбека в выходным напряжением 5В и током до 1,5А сейчас применяется диод Шотки (31DQ05) c падением напряжения 0,65В. Получается на нем рассеивается до 0,975Вт, что составляет порядка 20% от полезной мощности !

Собственно вопрос к людям работавшим с синхронными выпрямителями типа STSR3.

Поучится ли на нем меньшая потеря мощности если применять полевик (как исполнительный элемент) с сопротивлением канала порядка 0,05Ом?

Скорость срабатывания у него ниже чем у диода Шотки? Сильно ли это овлияет на КПД?

[rezident]

Электрическая мощность считается по закону Джоуля-Ленца P=U*I=I^2*R=U^2/R. Как видно из формулы выделяемая на диоде мощность прямо пропорциональна сопротивлению и в квадратичной зависимости от напряжения находится. Так что при уменьшении сопротивления выпрямителя КПД конечно же увеличится.
Насчет STSR3. Почему именно эта м/с? Если вы сами разрабатываете ИБП, то лучше заложите дополнительную обмотку и сделайте синхронный выпрямитель на любом подходящем по параметрам полевике.

[Mc_off]

Электрическая мощность считается по закону Джоуля-Ленца P=U*I=I^2*R=U^2/R. Как видно из формулы выделяемая на диоде мощность прямо пропорциональна сопротивлению и в квадратичной зависимости от напряжения находится. Так что при уменьшении сопротивления выпрямителя КПД конечно же увеличится.
Насчет STSR3. Почему именно эта м/с? Если вы сами разрабатываете ИБП, то лучше заложите дополнительную обмотку и сделайте синхронный выпрямитель на любом подходящем по параметрам полевике.

За формулу конечно спасибо

У диода в открытом состоянии потеря мощности пропорциональна не квадрату напряжения, а току, т.к. падение напряжения на диоде практически постоянно.

Интересно другое. Как на потерях скажется время задержки переключения полевика как выпрямителя ?

Кстати, а что просто обмотку подключить к затвору ?

[rezident]

За формулу конечно спасибо smile.gif

У диода в открытом состоянии потеря мощности пропорциональна не квадрату напряжения, а току, т.к. падение напряжения на диоде практически постоянно.

Зачем же благодарить за формулу, если вы ее пропустили? Квадратичная зависимость мощности и от напряжения и от тока. Другое дело, что ток определяется нагрузкой. И падение напряжения на диоде отнюдь не постоянно, а тоже зависит от протекающего через него тока.

Интересно другое. Как на потерях скажется время задержки переключения полевика как выпрямителя ?

А что там с временем-то? Есть полевики с типовым временем включения порядка нескольких наносекунд. В любом случае это не хуже какого-нибудь ulta fast rectifier.

Кстати, а что просто обмотку подключить к затвору ?

Угу. Только посчитайте чтобы напряжение на обмотке было не менее, чем минимальная величина treshhold при максимальном коэффициенте заполнения ШИМ и соответственно не превышало максимально допустимую величину Vgd для конкретного транзистора. Либо примите доп. меры чтобы ограничить это напряжение.

[sup-sup]

IR1167 - контроллер синхронного выпрямителя для обратноходового. КПД синхронника обязательно будет выше, чем на Шоттки. А просто запитать затвор от той же выходной обмотки можно только в прямоходе с активным сбросом в первичке, что самый хороший вариант, по-моему.

Сообщение отредактировал sup-sup - Oct 15 2007, 06:05

[Bludger]

Для флайбека в выходным напряжением 5В и током до 1,5А сейчас применяется диод Шотки (31DQ05) c падением напряжения 0,65В. Получается на нем рассеивается до 0,975Вт, что составляет порядка 20% от полезной мощности !

Собственно вопрос к людям работавшим с синхронными выпрямителями типа STSR3.

Поучится ли на нем меньшая потеря мощности если применять полевик (как исполнительный элемент) с сопротивлением канала порядка 0,05Ом?

Скорость срабатывания у него ниже чем у диода Шотки? Сильно ли это овлияет на КПД?

Небольшой выигрышь можно получить, но все равно эктра-КПД получить не удастся. ИМХО, если есть возможность, лучше не трахаться, а подобрать диодик получше, с меньшим падением. Как показывает практика, это возможно - помнится, у меня лучшие результаты были на MBRS240 в корпусе SMA.
Если уж ставить синхронник, то лучше поставить че-нить гораздо более низкоомное, в районе десятка миллиом.
Вообще, не обязательно использовать этот чипак, вполне все реализуется на индуктивном датчике тока (впрочем, один чорт получается примерно, так что как нравится). А вот селф-драйв использовать сомнительно - пульсации тока в трансе всегда будут одинаковыми (т.е. даже на холостом ходу все равно будет везде гоняться тот же ток, что и при максимальной нагрузке), и всегда будет гарантированный континус со всеми вытекающими неприятными последствиями. В результате, выигрыша КПД вообще скорее всего не будет, или будет совершенно незначительный, а гимора - завались...

[sup-sup]

Небольшой выигрышь можно получить, но все равно эктра-КПД получить не удастся.

Тут у меня моделька случайно попалась. Сравнение Шоттки с Синхронником. Выигрыш с 85 до 90% - в полтора раза уменьшились потери. По-моему, хорошо. Можно еще поработать.

Сообщение отредактировал sup-sup - Oct 15 2007, 07:45

Эскизы прикрепленных изображений

 

[LVV]

IR1167 - контроллер синхронного выпрямителя для обратноходового. КПД синхронника обязательно будет выше, чем на Шоттки. А просто запитать затвор от той же выходной обмотки можно только в прямоходе с активным сбросом в первичке, что самый хороший вариант, по-моему.

А задержки кто будет формировать?

Интересно другое. Как на потерях скажется время задержки переключения полевика как выпрямителя ?

Диод Шоттки надо оставлять.
Транзистор чуть позже включится (включается) и раньше вЫключается ( должен).
Т.е не всё так просто. Особенно в регулируемых пуш-пулах и прямоходах...

Сообщение отредактировал LVV - Oct 15 2007, 08:44

[Bludger]

А задержки кто будет формировать?

А на низких напругах полевик перключается очень быстро, и коротыши в десяток-другой нан никому не мешают, поскольку пожираются паразитными индуктивностями. В прямоходе селф-драйв работает великолепно, но во флае селф-драйв очень гимороен по другим причинам...

Выигрыш с 85 до 90% - в полтора раза уменьшились потери.

Почему то по жизни не удается получить такой хороший результат, смотрел на модуль 24V->5V, 1A - с хорошей шотткой и резистивным датчиком тока на первичке КПД 85,5, с синхронником и ТТ на первичке не удалось выжать больше 89...
Там надо тщательно разбираться, может, еще какой фактор не учтен.
В модельке - ИМХО, забыт провод от "плюсового" коллектора эмиттерного повторителя на выходной плюс
И еще - по жизни там еще диодик маленький нужен, иначе при некоторых переходных процессах эта схема впадает в клинч...

[Mc_off]

Я смотрю, мнения разделились

во флае селф-драйв очень гимороен по другим причинам...

Если не сложно расскажите или дайте где почитать.

[Bludger]

Я смотрю, мнения разделились

во флае селф-драйв очень гимороен по другим причинам...

Если не сложно расскажите или дайте где почитать.

Ну, например вот здесь: http://focus.ti.com/lit/ml/slup204/slup204.pdf

[sup-sup]

А на низких напругах полевик перключается очень быстро, и коротыши в десяток-другой нан никому не мешают, поскольку пожираются паразитными индуктивностями. В прямоходе селф-драйв работает великолепно, но во флае селф-драйв очень гимороен по другим причинам...
Почему то по жизни не удается получить такой хороший результат, смотрел на модуль 24V->5V, 1A - с хорошей шотткой и резистивным датчиком тока на первичке КПД 85,5, с синхронником и ТТ на первичке не удалось выжать больше 89...
Там надо тщательно разбираться, может, еще какой фактор не учтен.
В модельке - ИМХО, забыт провод от "плюсового" коллектора эмиттерного повторителя на выходной плюс
И еще - по жизни там еще диодик маленький нужен, иначе при некоторых переходных процессах эта схема впадает в клинч...

На самом деле еще не учтены все потери в трансформаторе, так что КПД ниже будет немного.
Провод от 'Плюса' я не забыл - конденсатор заряжается через прямой переход база-коллектор в несколько циклов. Питания внешнего не надо поэтому. Но моделька упрощенная.
При большей мощности выигрыш будет больше, но там уже нужен прямоход. А, значит, можно будет применить активный сброс и управление синхронником упрощается, хотя для точного формирования импульсов управления нужны датчики тока каждого ключа синхронника (постепенно складывается такое мнение).
Вывод - из-за 500 мВт выигрыша не стоит наворачивать сложнее Шоттки.
Вывод2 - надо все равно, стараться сделать прямоход с активным сбросом и синхронником.
За ссылку спасибо.

Сообщение отредактировал sup-sup - Oct 15 2007, 10:21

[Bludger]

хотя для точного формирования импульсов управления нужны датчики тока каждого ключа синхронника (постепенно складывается такое мнение).

А попдробнее можно? Нафига за током следить? Другое дело - задержки правильные вводить... Но гимора море, а выиграть можно только какие то крохи.

С выводом согласен на все сто

[sup-sup]

А попдробнее можно? Нафига за током следить? Другое дело - задержки правильные вводить... Но гимора море, а выиграть можно только какие то крохи.

Я имел ввиду активный сброс и синхронник. Ток обоих выходных ключей имеет трапециидальную форму и нарастание зависит от рассеяния трансформатора. Если управлять напряжениями со вторичной обмотки, то в начале и в конце импульса полевик выключен и ток протекает черех обратный диод, значит в это время мы несем ненужные потери.
Можно сделать фиксированные задержки под конкретную схему, но в этом, видимо, тоже заключается гимор.
Третий вариант - мы берем ток самого ключа, превращаем его в напряжение управления с помощью трансформатора тока, и в области максимальных токов получаем нормальные импульсы управления, что и сделано в моей модельке. Еще одно преимущество - это двухполюсник, то есть можем реплэйсить диод в любом месте. Узел самодостаточен в некоторой области токов и длительностей импульсов. При малых токах схема работает как диод, но нас это устраивает. То есть, мы получаем от применения датчика тока автоматически нужные задержки.

Сообщение отредактировал sup-sup - Oct 15 2007, 11:29

[Mc_off]

Вывод - из-за 500 мВт выигрыша не стоит наворачивать сложнее Шоттки.
Вывод2 - надо все равно, стараться сделать прямоход с активным сбросом и синхронником.
За ссылку спасибо.

500 мВт - это 10% от КПД ! - это раз.

Второе.
Напряжение на входе может меняться от 90В до 400В, т.е. в 4,5 раза. Мощность в нагрузке можкт меняться в 10 раз. Т.е. нужно 45 кратное перекрытие.
Мне почемуто всегда казалось, что с таким перекрытием лучше делать обратноходовик.

Если не сложно, на пальцах, чем прямоход будет лучше ?

[Bludger]

Я имел ввиду активный сброс и синхронник. Ток обоих выходных ключей имеет трапециидальную форму и нарастание зависит от рассеяния трансформатора. Если управлять напряжениями со вторичной обмотки, то в начале и в конце импульса полевик выключен и ток протекает черех обратный диод, значит в это время мы несем ненужные потери.
Можно сделать фиксированные задержки под конкретную схему, но в этом, видимо, тоже заключается гимор.
Третий вариант - мы берем ток самого ключа, превращаем его в напряжение управления с помощью трансформатора тока, и в области максимальных токов получаем нормальные импульсы управления, что и сделано в моей модельке. Еще одно преимущество - это двухполюсник, то есть можем реплэйсить диод в любом месте. Узел самодостаточен в некоторой области токов и длительностей импульсов. При малых токах схема работает как диод, но нас это устраивает.

В эктив клэмпе задержка возникает только перед открыванием основного ключа, и то только на части задержки первички - пока напруга на силовом ключе не достигнет напряжения питания. Но это и хорошо - есть время закрыться синхронному ключу дабы избежать сквозняка. Да и длительность этой задержки мизерна. В конце концов можно зашунтировать синхронники шотточками, можно маленькими - но по жизни выигрыша от них не заметно.
В-принципе, синхронник форварда очень похож на синхронный бак - но там задержки вводятся принудительно контроллером. И теоретически некоторое время ток течет через боди-диод нижнего ключа, и рекомендуется его шунтировать шотточкой. Но по жизни - влияние шоттки становится мало-мальски заметным только при совсем низких выходных напряжениях - где то ниже 2,5В.
И последний аргумент - что будет больше - потери в дополнительном датчике тока или от протекания тока через боди-диод?
А во флае мы просто вынуждены смотреть на ток - иначе не понять когда пора выключать синхронник. В форварде с синхронником мы тоже работаем всегда в континусе, но там ток гоняется только по вторичке, и практически не мешает на малых нагрузках, а во флае это дело очень и очень неприятно - ток начинает бегать по всей схеме...

[Mc_off]

А во флае мы просто вынуждены смотреть на ток - иначе не понять когда пора выключать синхронник. В форварде с синхронником мы тоже работаем всегда в континусе, но там ток гоняется только по вторичке, и практически не мешает на малых нагрузках, а во флае это дело очень и очень неприятно - ток начинает бегать по всей схеме...

Во вложении схема из приведенного документа..... не вижу ни одного датчика тока.
Или так всетаки нельзя применять ? Хотя у них дальше пример практической схемы с таким же решением.

Ток не может бегать по всей схеме у него ног нет.

Если даже и использовать датчик тока (STSR3), то потери на его питение не более 100мВт, т.е. выигрыш есть порядка 400мВт, т.е. около 8% от полезной мощности.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Bludger]

Во вложении схема из приведенного документа..... не вижу ни одного датчика тока.
Или так всетаки нельзя применять ? Хотя у них дальше пример практической схемы с таким же решением.

Ток не может бегать по всей схеме у него ног нет.

Если даже и использовать датчик тока (STSR3), то потери на его питение не более 100мВт, т.е. выигрыш есть порядка 400мВт, т.е. около 8% от полезной мощности.

Приведенная схема - так называемый Self-Drive, т.е. когда синхронник управляется непосредственно от обмотки транса. Во флае это работает, но хреново - пульсации тока в транса всегда одинаковые, что при максимальной нагрузке, что на ХХ. Проблема в том, что для получения режима разрывных токов нам надо знать момент, когда ток во вторичке стал равен нулю, и в этот момент выключить синхронный ключ. Но по напряжению на трансе этого не видно, и синхронник выключится только в начале следующего цикла, а до этого будет продолжать гнать ток уже в отрицательную область.
Поэтому нужен элемент, "видящий" ток - или трансформатор тока, или этот самый чипак.
Вопрос лишь в том, согласны ли Вы ради несчастного полуватта платить деньги и тратить место - может, проще будет ту же самую мощность выиграть на трансе увеличив его размеры?

[Mc_off]

... когда ток во вторичке стал равен нулю, и в этот момент выключить синхронный ключ. Но по напряжению на трансе этого не видно, и синхронник выключится только в начале следующего цикла, а до этого будет продолжать гнать ток уже в отрицательную область.

Как открытый ключ может гнать ток? Но не является источником тока.
Первичная обмотка отключена. Энергия запасенная в трансе уже рассосалась в нагрузку. Напряжение на вторичке при этом начинает спадать до 0. Вот тут и закроется ключ.

Кроме того если применять квазирезонансный режим, то почти сразу после начала спада напряжения во вторичке, опять откроется силовой ключ в первичной обмотке и напряжение во вторичке вообще станет отрицательным.

А вообще спасибо за полемику. В споре рождается истина... или хотябы проверяется позиция.

[Bludger]

Как открытый ключ может гнать ток? Но не является источником тока.
Первичная обмотка отключена. Энергия запасенная в трансе уже рассосалась в нагрузку. Напряжение на вторичке при этом начинает спадать до 0. Вот тут и закроется ключ.

Да нет же! Когда синхронник включен, выходная обмотка транса через его канал (фактически накоротко) подсоединена к выходному кондеру. Ток во вторичке линейно спадает, доходит до нуля - но полевик все равно открыт, поскольку он же сам и коротит обомтку транса на потенциал выходного кондера. Поэтому ток продолжает течь в том же направлении, но уже разряжая кондер и намагничивая транс уже в область отрицательной индукции. Что бы вывести систему из этого состояния надо убодать этот ток внешним воздействием, т.е. открыв ключ на первичке.

[sup-sup]

500 мВт - это 10% от КПД ! - это раз.

Второе.
Напряжение на входе может меняться от 90В до 400В, т.е. в 4,5 раза. Мощность в нагрузке можкт меняться в 10 раз. Т.е. нужно 45 кратное перекрытие.
Мне почемуто всегда казалось, что с таким перекрытием лучше делать обратноходовик.

Если не сложно, на пальцах, чем прямоход будет лучше ?

Простой прямоход лучше только тем, что кпд побольше будет из-за лучшего трансформатора.
А 'примочка' в виде Active Clamp к прямоходу позволяет не только 'убрать' потери в первичке, но и применить коэффициент заполнения больше 0.5, что увеличивает диапазон вниз, а также применить простое управление двумя полевиками синхронника. Можно попробовать. Давно пора производителям делать Active Clamp с интегрированными ключами для маломощных применений (типа TOP-LNK).

Можете дать ссылку на практический пример схемы с управлением от доп. обмотки, пожалуйста?
Все контролеры для управления полевиком в обратноходовом, как я пока понял, измеряют падение на открытом полевике с некоторым гистерезисом. Можно назвать это током.

Сообщение отредактировал sup-sup - Oct 15 2007, 13:50

[Stanislav]

...А во флае мы просто вынуждены смотреть на ток - иначе не понять когда пора выключать синхронник. В форварде с синхронником мы тоже работаем всегда в континусе, но там ток гоняется только по вторичке, и практически не мешает на малых нагрузках, а во флае это дело очень и очень неприятно - ток начинает бегать по всей схеме...

Я в качестве датчика тока использовал... сопротивление открытого канала ПТ. Ведь нам не нужно точно знать величину тока в каждый момент времени, достаточно определять его полярность.
Точка смены полярности тока определялась при помощи быстродействующего компаратора.
Надо сказать, что данный способ весьма гемороен в том смысле, что измерение нужно делать аккуратно: по плате помехи импульсные бегают - будь здоров, а сигнал весьма слаб.

[Bludger]

Я в качестве датчика тока использовал... сопротивление открытого канала ПТ. Ведь нам не нужно точно знать величину тока в каждый момент времени, достаточно определять его полярность.
Точка смены полярности тока определялась при помощи быстродействующего компаратора.
Надо сказать, что данный способ весьма гемороен в том смысле, что измерение нужно делать аккуратно: по плате помехи импульсные бегают - будь здоров, а сигнал весьма слаб.

Дык этот самый чипак именно так и поступает Только он хитро делает - компарирует некоторый уровень, не помню уже сколько именно, и через некоторое время выключает полевик, считая, что за это самое время задержки ток как раз и успеет достич нуля

[Stanislav]

Дык этот самый чипак именно так и поступает Только он хитро делает - компарирует некоторый уровень, не помню уже сколько именно, и через некоторое время выключает полевик, считая, что за это самое время задержки ток как раз и успеет достич нуля

В принципе, ошибка определения этой точки не так уж и важна - "недолёт" и "перелёт" особого влияния на КПД не окажут, т.к. ток в этот промежуток времени минимален... Я вообще никаких специальных задержек не вводил - они и так существуют в системе полевик - драйвер его затвора. Порог срабатывания компаратора при этом устанавливался выше 0 на несколько милливольт.

[Mc_off]

Можете дать ссылку на практический пример схемы с управлением от доп. обмотки, пожалуйста?

Выше по теме Bludger http://electronix.ru/forum/index.php?showt...37852&st=0# привел документ. Там в конце пример схемы с расчетами.

Что бы вывести систему из этого состояния надо убодать этот ток внешним воздействием, т.е. открыв ключ на первичке .

Как раз - квазирезонансный режим

С прямоходовым придется еще разбираться а времени как всегда мало (собственно это пока и останавливает). Но я обязательно попробую.

Кстати (хоть и не по теме), подскажите где почитать про критерии применения разных топологий, чтоб не на собственных ошибках, а на чужем бесплатном опыте

[sup-sup]

Выше по теме Bludger http://electronix.ru/forum/index.php?showt...37852&st=0# привел документ. Там в конце пример схемы с расчетами.

Нашел. Действительно, работает в непрерывном режиме.
Про прямоходы полно всего, даже не знаю какую ссылку дать. Вот здесь много всего: http://www.rompower.com/ и патенты есть
И в производителях, особенно в Unitrode (TI)

[sup-sup]

Еще про историю прямоходовых.

Прикрепленные файлы

 HISTORY_OF_THE_FORWARD_CONVERTER.pdf ( 150.05 килобайт ) Кол-во скачиваний: 192

 

[Mc_off]

Еще про историю прямоходовых.

... спасибо за ссылку, интересно...

Мне бы по сравнению топологий. У меня через несколько месяцев будут еще задачи с другими условиями, возможно придется применять что-то еще (мост например). Хотелось бы узнать где какая топология применяется, а главное ПОЧЕМУ, т.е. обоснованно, а не так типа "зуб даю"
Я не сторонник религиозных предпочтений в схемотехнике...

[sup-sup]

... спасибо за ссылку, интересно...

Мне бы по сравнению топологий. У меня через несколько месяцев будут еще задачи с другими условиями, возможно придется применять что-то еще (мост например). Хотелось бы узнать где какая топология применяется, а главное ПОЧЕМУ, т.е. обоснованно, а не так типа "зуб даю"
Я не сторонник религиозных предпочтений в схемотехнике...

Интересно, что Вы сами думаете про это.
Как я думаю, так все эти топологии - понятие довольно условное. Разработанные топологии - это когда есть устоявшаяся методика расчета и устойчивые серийные продукты.
Но если начинать разработку с 'нуля', нужно исходить всего лишь из того, что есть 2 компонента для накопления энергии. Это емкость и индуктивность. Их качество и определяет КПД. И второе - есть диоды и полевики. К диодам отношу также и IGBT. Это когда P-N переход есть. У полевиков - канал, сопротивление которого стремится к 'нулю'. Очевидный вывод напрашивается сам собой - полный отказ от p-n переходов, то есть от диодов и от IGBT. Это компоненты 'временные' и были введены на то время, пока полевики не научились делать хорошими. Интересно бы получить универсальную формулу определения качества полевиков. Я, например, квадрат напряжения делю на сопротивление канала и полный заряд затвора. И по этим подсчетам IPB60R099 - самый лучший полевик в мире на сегодня. На полевиках можно получить почти 100% КПД. На диодах и IGBT нельзя. Утрирую, но тенденция к расширению мощности источников на полевиках есть. И, естественно, уменьшение габаритов за счет повышения частоты.
Двухтактный лучше прямохода и, тем более обраноходового. Потому. что требуется меньше феррита и провода. Если, конечно, разрулить по управлению и насыщению феррита (например, 'дырка Гиратора').
Исходя из такого поверхностного анализа мне болше всего нравится в первую очередь, синхронный выпрямитель, и еще active clamp reset, так как они при одновременном применении закрывают все дырки по потерям.
Но кроме энергетических соображений есть еще и ЭМС, электробезопасность, ... и цена.

Сообщение отредактировал sup-sup - Oct 18 2007, 20:21

[Mc_off]

Интересно, что Вы сами думаете про это...

Я сам... ?

Про уход от диодов к полевикам - согласен.
Про накопление энергии, тоже ничего нового не придумаю... (хотя мало ли...)


На счет утверждения про "двухтактный лучше...". Вот тут и хочется обоснований...

Открываю новую тему для обсуждения проблемы выбора топологии. http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=38064

[LVV]

Дык этот самый чипак именно так и поступает Только он хитро делает - компарирует некоторый уровень, не помню уже сколько именно, и через некоторое время выключает полевик, считая, что за это самое время задержки ток как раз и успеет достич нуля

Выключается он не по времени, а по снижению до второго уровня.
Кстати, вопрос всем. Использовал ли кто практически эту мсх (IR1167)?