Высоковольтный выброс., Мост с удвоителем тока на вторичке. Опции

[Artegal]

Здравствуйте, Уважаемые.
Разрабатывая источник питания на 800ватт(53В, 16А), столкнулся с проблемой выбросов на выпрямительных диодах. В момент включения нижнего транзистора в диагонали моста, на выпрямительном диоде происходит бросок напряжения с амплитудой около 600 вольт, и длительностью порядка 10-15-и наносекунд, напряжение на вторичке в нормальном состоянии около 150В. На первичке в этот момент не наблюдается никаких выбросов или колебаний, но есть бросок тока довольно большой амплитуды. Подскажите пожалуйста, откуда берётся этот выброс и как с ним боротся?
На данный момент сделал схему которая срезает этот выброс и передаёт его в нагрузку, но это лишние сущности и неоправданное усложнение устройства.

P.S. ШИМ-контроллер использовал ISL6551 работает с ZVS. Выпрямительные диоды MBR20200. Трансформатор на сердечние E42, индуктивность первички 2милигенри, индуктивность рассеяния менял от 3 до 20-и микрогенри, при этом менялась только частота выброса, а амплитуда оставалась примерно постоянной.

[Vlas]

Здравствуйте, Уважаемые.
В момент включения нижнего транзистора

Только нижнего?

Разрабатывая источник питания на 800ватт(53В, 16А), столкнулся с проблемой выбросов на выпрямительных диодах. В момент включения нижнего транзистора в диагонали моста, на выпрямительном диоде происходит бросок напряжения с амплитудой около 600 вольт, и длительностью порядка 10-15-и наносекунд, напряжение на вторичке в нормальном состоянии около 150В. На первичке в этот момент не наблюдается никаких выбросов или колебаний, но есть бросок тока довольно большой амплитуды. Подскажите пожалуйста, откуда берётся этот выброс и как с ним боротся?

10-15 нс имхо даже для MBR20200 слишком быстро. Обычно такой выброс рождается из-за индуктивности рассеяния, на таких мощностях даже малые её значения могут сказываться. Думаю, не сильно большим RC-демпфером такой короткий импульс можно обрезать, не усложняя схему.
Если бросок тока в первичке имеет длительность, соразмерную с броском напряжения на диоде, то он, возможно, связан с восстановлением диода, во всяком случае, с перезарядом емкости диода.

Сообщение отредактировал Vlas - Aug 12 2008, 05:50

[Artegal]

Только нижнего?
10-15 нс имхо даже для MBR20200 слишком быстро. Обычно такой выброс рождается из-за индуктивности рассеяния, на таких мощностях даже малые её значения могут сказываться. Думаю, не сильно большим RC-демпфером такой короткий импульс можно обрезать, не усложняя схему.
Если бросок тока в первичке имеет длительность, соразмерную с броском напряжения на диоде, то он, возможно, связан с восстановлением диода, во всяком случае, с перезарядом емкости диода.

Верхний в момент включения нижнего транзистора уже включен. Схема в режиме непрерывных токов дросселя, поэтому действительно сказывается обратное восстановление диодов. А RC демпфер сейчас попробую снова, хотя раньше он получался слишком большой, но с тех пор трансформатор перемотал оптимальнее.

[Lonesome Wolf]

Здравствуйте, Уважаемые.
Разрабатывая источник питания на 800ватт(53В, 16А), столкнулся с проблемой выбросов на выпрямительных диодах. В момент включения нижнего транзистора в диагонали моста, на выпрямительном диоде происходит бросок напряжения с амплитудой около 600 вольт, и длительностью порядка 10-15-и наносекунд, напряжение на вторичке в нормальном состоянии около 150В. На первичке в этот момент не наблюдается никаких выбросов или колебаний, но есть бросок тока довольно большой амплитуды. Подскажите пожалуйста, откуда берётся этот выброс и как с ним боротся?
На данный момент сделал схему которая срезает этот выброс и передаёт его в нагрузку, но это лишние сущности и неоправданное усложнение устройства.

P.S. ШИМ-контроллер использовал ISL6551 работает с ZVS. Выпрямительные диоды MBR20200. Трансформатор на сердечние E42, индуктивность первички 2милигенри, индуктивность рассеяния менял от 3 до 20-и микрогенри, при этом менялась только частота выброса, а амплитуда оставалась примерно постоянной.

И диод при этом не пробивается?
Весьма странно, надо сказать - задержка лавинного пробоя весьма мала. Возможно - вопрос в измерениях?

[Artegal]

И диод при этом не пробивается?
Весьма странно, надо сказать - задержка лавинного пробоя весьма мала. Возможно - вопрос в измерениях?

Есть такое ощущение, что эти 10-15 наносекунд и есть время обратного восстановления плюс время лавинного пробоя, дальше напряжение просто ограничивается пробитым диодом. А измерения вроде бы и ни при чём, так как цепочка из диода и ёмкости полностью убирает этот импульс, и если ёмкость разряжать средним током гдето в 20мА то выброс ограничивается 170В. Без цепочки гашения диоды быстро умирают, а с ней работает часами.

[Burner]

Было когда-то ..
Насколько я помню, режим ZVS - это когда одна пара транзисторов(скажем, верхняя) работает меандром, вторая - ЩИМом. Причем фронт на трансе формируется при закрывании верхнего транзистора. За счет напряжения самоиндукции Ls напр. на верхнем транзисторе растет, на нижнем, соотв. падает, до нуля. И только теперь нижний транзистор открывается. Выброс тока при этом не идет, поскольку все емкости только что зарядились током Ls. Когда импульс должен закончиться, нижний транзистор закрывается, ток переходит в обратный диод верхнего. Похоже, у тебя просто нет режима ZVS. Мож., мертвое время слишком большое. Оно должно быть меньше, чем время разряда Ls при мин. рабочем токе. Индуктивность рассеяния слишком маленькая. Для транса это хорошо - греется меньше. А для ZVS желательно добавить специальный дроссель. Чем меньше ток рабочий ток первички, тем быстрее разряжается ее Ls. Обычно достаточно паразитной емкости транзисторов.
Для минимального тока при холостом ходу можно уменьшить индуктивность намагничивания транса. Поставить прокладку потолще. Ток полевиков увеличится, но за все надо платить.
Допустим, ты можешь обеспечить мертвое время 0,2 мкс (чем меньше, тем лучше, но труднее гарантировать отсутствие сквозных токов). Напр. питания - 300 В. Пусть рабочий ток первички 4 А, а пик тока намагничивания - 2 А, частота - 50 кГц, рассчетный Кзап - 0,6. Посмотрим, что получится для ХХ. За мертвое время 0,2 мкс при 300 В ток намагничивания 2 А падает до нуля. Тогда мин. Ls должна быть 0,2*300/2=30 мкГн. Индуктивность намагничивания 300В*10 мкс(период ШИМ)*0,6(Кзап)/(2*2А)=450 мкГн. Если Кзап будет меньше, или напр. питания выше - режима ZVS не будет. Переходный процесс на большой Ls, конечно, отнимает Кзап, Ктр приходится уменьшать, и пиковый ток транзистора растет. Выбросы появляются при переходных процессах, когда нет ZVS - напр., при низком напр. в нагрузке, когда Кзап мал. На этот случай можно поставить супрессоры. А при ZVS даже снабберы диодам, по идее, не нужны.

[Artegal]

А при ZVS даже снабберы диодам, по идее, не нужны.

Именно что ZVS есть, и в момент включения нижнего транзистора(верхние действительно меандром) происходит бросок тока и выброс на вторичке, хотя напряжение при котором транзистор включается равно нулю. Я просто не понимаю, что происходит, так как паразитные элементы в момент включения уже разряжены... Предполагаю, что из за того что ток в выходном дросселе непрерывный, есть момент когда оба диода ещё открыты, и закорачивают вторичку на время обратного восстановления, что даёт бросок тока в первичке, и заряжает индуктивность рассеяния, которая в свою очередь вызывает бросок напряжения на диодах когда они таки закрываются. Дроссель последовательно с первичкой пробовал, но результаты намного хуже, чем просто увеличить рассеяние трансформатора. В принципе хватает 12микрогенри, чтобы ZVS реализовывался от 5А до 16А тока нагрузки. При этом потери вполне терпимые.

[Burner]

Почему результаты намного хуже? Рассеяние греет транс, а дроссель нет. У тебя ведь вторичная обмотка одна, а не со средней точкой. В чем разница у тебя получилась?
Что касается ZVS, то после закрывания верхнего транзистора ток дросселей(во вторичной цепи) должен перезарядить диоды. То есть один закрыть, второй открыть. Так это все происходит в выпрямителе со средней точкой. Там полуобмотки хорошо связаны. А если у тебя в удвоителе тока дросселя отдельные, так очень похоже, что перезарядки не происходит. Похоже на то, что дроссель надо делать со связанными обмотками. Или просто обмотку со средней точкой.

[Artegal]

Почему результаты намного хуже? Рассеяние греет транс, а дроссель нет. У тебя ведь вторичная обмотка одна, а не со средней точкой. В чем разница у тебя получилась?

Дроссель разумных габаритов греется до 110-и градусов в точке между первичкой и дросселем пояляются колебания, чтобы их погасить приходится ставить диоды, которые тоже греются. А трансформатору лишние пару ватт не помешают, всёравно он выше 60-и градусов не нагревается. В общем у меня сложилось такое мнение, что если ZVS не удаётся достигнусть на индуктисности рассеяния и место ограничено, то уж лучше без ZVS чем с дросселем.

Вот про связанные дроссели, чтото не подумал, завтра проверю, может заодно и их температура снизится. Как оказалось порошковое железо не такое уж и счастье, потери слишком велики

Сообщение отредактировал Artegal - Aug 13 2008, 16:34

[Burner]

Похоже, я ошибся, и эти дросселя связывать нельзя. Что с ZVS - ХЗ.

Сообщение отредактировал Burner - Aug 14 2008, 16:33

[Artegal]

Похоже, я ошибся, и эти дросселя связывать нельзя. Что с ZVS - ХЗ.

Ну напрямую их точно нельзя связывать, но зато их можно мотать на боковых кернах Ш-образного феррита, в теории. На днях проверю.
А проблему выброса решил сделав трансформатор с ещё меньшим рассеянием, и переразведя плату, для уменьшения паразитных индуктивностей на вторичке, после этого выброс удалось зарезать обычным RCD снаббером. Заодно получилось достичь ZVS с помощью небольшого внешнего дросселя. В сумме индуктивность получилась окого 8мкГн. В результате КПД вырос на 1.5%.