13W Flyback + LM3478 = кипятильник Опции

[SergeyDDD]

Ребята!!! Помогите советом!!!
Может чего не учитываю?

Собран такой обратноходовик

Вход - 4,5-5,5V
Выход - 2 х 13V/0,5A
F - 83kHz
Железо - N87, E20/10/6. Зазор 0.5mm. Соответственно Al - 103nH
N(pri) - 4 витка, N(sec1,2) - 13 витков
Контроллер - LM3478
Ключ - IRF7807 I(cont) - 6.6..8.3A, I(pulsed) - 66A
Выпрямители - шоттки SS14

P(out) = (13V * 0.5A) + (13V * 0.5A) = 13W
I(peak) = 5.5 * P(out) / V(min) = 5.5 * 13W / 4.5V = 15.9A
L(pri) = V(in) * T(on) / I(peak) = 4.5V * 5uS / 15.9A = 1415nH
N(pri) = ( L(pri) / Al) ^ (0.5) = (1415nH / 103nH) ^ (0.5) = 3.7витка ~ 3витка
N(pri) по Epcos Design Tools = 4витка

В процессе выходное напряжение ОС-ом снизил до +-10V

Суть проблемы:
При 20% нагрузки (по 100ом на обмотку, соответственно 100мА) температура ключа нормальная
При 60% нагрузки (100ом на одной обмотке и 20ом на другой) температура ключа за 5-10секунд увеличивается до болевого порога
При 100% нагрузки (по 20ом на обмотку) ключ разогревается моментально и начинает готовится к взлету. При этом напряжение проседает до 8,9V.
Трансформатор не греется или не успевает

Заранее благодарен откликнувшимся

Эскизы прикрепленных изображений

 

[asdf]

Может чего не учитываю?
I(peak) = 5.5 * P(out) / V(min) = 5.5 * 13W / 4.5V = 15.9A
Суть проблемы:
При 20% нагрузки (по 100ом на обмотку, соответственно 100мА) температура ключа нормальная
При 60% нагрузки (100ом на одной обмотке и 20ом на другой) температура ключа за 5-10секунд увеличивается до болевого порога
При 100% нагрузки (по 20ом на обмотку) ключ разогревается моментально и начинает готовится к взлету. При этом напряжение проседает до 8,9V.

Одна из проблем - слишком велико сопротивление R129 на затвор. При 50 Омах фронт выключения превышает 200 нсек.
С учетом этого при 15.9А пикового тока только динамические потери на выключение будут больше 1.2Вт, плюс 1.1 Вт статические.
МС может рассеивать только 1.6 Вт при хорошем теплоотводе через дорожки платы, а у Вас больше 2.3 Вт. Насколько хорошо у Вас сделан теплоотвод от микросхемы? При нагреве статические потери будут возрастать раза в полтора, так,что даже если уменьшить динамические потери, все равно будет перегрев.
Кроме того, как мне кажется, С120 нужно ставить параллельно R128, а не датчику тока, но это дело на любителя .

[Burner]

Затворный резисторы великоват, мож. 5-10 ом поставить. Я думал, большое напряжение на канале. Однако на вых. обмотках картина еще круче. При прямом ходе напр. линейно спадает. Похоже, на 1 обмотке падает большое напряжение - транс хреновый. КПД низкий, аппарат тянет большой ток. Посмотрите, чего на истоковом шунте делается. Можно попробовать сделать на ЕЕ25 - я делал 15 Вт на нем, на 150 кГц. Это с запасом, шоб был холодный. Можно и 83к. Первичную обмотку лучше мотать шлейфом из нескольких проводов, чтоб они заняли всю ширину каркаса. Вторичные желательно снизу-сверху первичной. В 2-3 провода.

Сообщение отредактировал Burner - Oct 9 2009, 21:44

[Microwatt]

Трансформатор на эту мощность вроде годится, если правильно намотан.
А ток в первичке очень солидный для SOIC-8.
Форму тока с датчика бы глянуть...
Вообще, если во вторичной цепи стоят компенсационные стабилизаторы, то зачем флай? Автогенератора Ройера хватило бы.

[Herz]

Вообще, если во вторичной цепи стоят компенсационные стабилизаторы, то зачем флай? Автогенератора Ройера хватило бы.

+1. Вот и я смотрю, пуш-пулл бы тут в самый раз. Если жалко транс в насыщение вгонять, то можно автогенератор с насыщающимся дросселем собрать... Дёшево и сердито.

[SergeyDDD]

Спасибо за замечания!!!

Итак...

Трансформатор намотан следующим образом:
1. Первичка в два провода D-0.7mm один возле другого с таким шагом чтобы обмотка занимала всю ширину каркаса. 4 витка.
2. Вторички намотаны по одному проводу D-0.5mm с таким шагом чтобы обмотка занимала всю ширину каркаса. Каждая обмотка занимает свой слой. 12 витков.

По ходу вопрос. Если обмотки однослойные, можно ли их вторые концы выводить на самом верхнем "технологическом" слое, над всеми обмотками? Так аккуратней выходит.

По Вашим постам:
- Затворное сопротивление заменил на 10ом. Фронты действительно стали лучше. Но это не та проблема (как выяснилось позже).
- 2 asdf: почему такие большие статические потери?
- По поводу тока на шунте. Видимо здесь то и собака зарыта. Судя по осциллограммам через защитный диод транзистора течет очень большой ток. Поставив параллельно еще один шоттки я в этом убедился. Была одна печка, а стало две. Видимо требуется снабер на DRAIN-SOURCE.
Ребята!!! Дайте рекомендации. Пока по решению такой проблемы ничего не нашел.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[тау]

3-я осциллограмма (из первого поста) напряжение на стоке (при 100% нагр) показывает в конце падение сток-исток вольта 1.5-2V
Уможаете на 16 А . Считаете средн. мощность за период. Поннятно почему будет греться. Напряжение на затворе во время прямого хода - с большим "сколом" т.е. падает. Транзистор начинает увеличивать Rds. Падение Ugs связано в том числе с большим током потребления первичкой (16А) и провал исходной напруги передается через питание микрухи в цепь затвора. 47мф в фильтре входном рояли не играют (100 мкф будет получше , а 470 , составленные из нескольких танталов с низким ESR - еще лучше), идет падение еще и на подводящих проводах. Картинки падения Ugs и напряжения на вторичке имеют примерно равную относительную величину скола.
IRF7807 не любит напряжений Ugs менее 3.5 V в открытом состоянии (см графики даташита) , также следует учесть что эти графики снимаются в импульсном режиме, когда кристалл холодный . С ростом температуры ситуация ухудшается.


p/s/
Предыдущий пост - осциллограммы тока свидетельствуют о провале входного напряжения из-за большого тока. Т.е. см выше

Сообщение отредактировал тау - Oct 10 2009, 09:25

[NeonS]

Кроме рекомендаций, которые уже прозвучали, необходимо пересмотреть номиналы снабера. Величину С112 нужно уменьшить примерно до 10нФ, а R123 увеличить до 10-20кОм. Вообще эти величины считают, исходя из измеренной индуктивности рассеяния первичной обмотки Т1, либо подбирают по приемлемой форме спайка на Q3 при его выключении. Питание микросхемы Vin(pin.8) желательно отделять от общей шины простым RC фильтром.

Сообщение отредактировал NeonS - Oct 10 2009, 09:15

[тау]

Трансформатор намотан следующим образом:
1. Первичка в два провода D-0.7mm один возле другого с таким шагом чтобы обмотка занимала всю ширину каркаса. 4 витка.
2. Вторички намотаны по одному проводу D-0.5mm с таким шагом чтобы обмотка занимала всю ширину каркаса. Каждая обмотка занимает свой слой. 12 витков.

намотайте первичку в 3-4 провода 0.5 плоским шлейфом , без зазора между витками.

По ходу вопрос. Если обмотки однослойные, можно ли их вторые концы выводить на самом верхнем "технологическом" слое, над всеми обмотками? Так аккуратней выходит.

Можно.

Величину С112 нужно уменьшить примерно до 10нФ, а R123 увеличить до 10-20кОм.

Это вредный совет, имхо.

[asdf]

- 2 asdf: почему такие большие статические потери?

((15.9)^2*0.025)/3/2~1.05 Вт
/3 - интеграл пилы по мощности
/2 - по относительной длительности включенного состояния
При нагреве сопротивление растет и соответственно растет выделяемая мощность, при температуре кристалаа 140 С, статическое тепловыделение возрастет в 1.5 раза, т.е. ~до 1.6 Вт + динамика.
Это может усугубляться провалом затворного напряжения, о котором говорил tay.
Кроме того не совсем понятна природа токового выброса обратного направления с величиной пропорциональной прямому и амплитудой 30А (при 100% мощности) на токовом шунте.

Сообщение отредактировал asdf - Oct 10 2009, 10:17

[Microwatt]

Да, похоже, скол по напряжению на затворе портит дело заметно. Хотя пороговое напряжение этого ключа около 1вольта, но для малого сопротивления канала напряжение на затворе не должно падать.
При таких токах резисторный датчик тока уже плохо. Вы посчитайте сколько на нем теряется при 5 вольтах входного. Трансформатор тока уже бы пригодился.
Что касаемо емкости в клампере (С112), то она, конечно, может сильно варьироваться от схемы к схеме. Но тут не тот случай, когда маслом каши не испортить. На конденсаторе этом должны быть заметные пульсации, процентов 30-40. Резистор там тоже нужно выбрать по напряжению при полной нагрузке.
Слишком маленький приведет просто к увеличению потребления. Он будет сеять не только энергию индуктивности рассеивания, но и воровать дополнительно, как еще один канал потребления.
Вообще, флай- девушка с характером. При низких входных напряжениях, больших токах, КПД у нее стремится к паровозному.
Если не поздно, посмотрите другие топологии.
Вам нужно экономичным, простым способом повысить напряжение. Нерегулируемый двухтактник на 10-12 колечке без всяких слоеных обмоток, датчиков тока и зазоров в сердечнике. Дальше уже легче будет. Ведь компенсационные стабилизаторы от к.з защищены?

[SergeyDDD]

((15.9)^2*0.025)/3/2~1.05 Вт
/3 - интеграл пилы по мощности
/2 - по относительной длительности включенного состояния
При нагреве сопротивление растет и соответственно растет выделяемая мощность, при температуре кристалаа 140 С, статическое тепловаделение возрастет в 1.5 раза, т.е. ~до 1.6 Вт+ динамика.
Это может усугубляться провалом затворного напряжения, о которов говорил tay.

А разве в формулу берется пиковое значение тока? Разве не RMS?
RMS в худшем варианте выходит 4А и при идеальных для меня условиях потери получаются в 0.4W

К своему сожалению вынужден согласиться с уважаемым tay
При таком падении напряжения на D-S (по осциллограмме 1,2В в наихудшем случае) и соответственно на затворе. Отсюда Rds видимо далеко не 0,025ом. А судя по всему увеличивается до 1,2В/16А = 0.075ома что в три и более раза выше необходимого

2 asdf вот в этом случае действительно потери выходят 4А ^ 2 * 0.075ом = 1,2W

Входное напряжение поднять не могу
Какой здесь может быть выход?
Или стоит задаться вопросом подходит ли флай для такого ТЗ?

И еще...
Нормальное ли присутствие отрицательных пиков на шунте? Это говорит о том что через защитный диод транзистора течет большой ток. Судя по тому как греется дополнительно включенный параллельно транзистору диод как раз здесь идет львиная доля потерь. А греются и транзистор и диод одинаково

[asdf]

А разве в формулу берется пиковое значение тока? Разве не RMS?
RMS в худшем варианте выходит 4А и при идеальных для меня условиях потери получаются в 0.4W

Изменение тока на пиле i=(i0/tп)*t, где i0 - мах амплитуда тока, tп - длительность пилы
Энергия за время включенного состояния
dE=W*dt=i^2*R*dt=(i0/tп)^2*R*t^2*dt
откуда
E=((i0/tп)^2*R*tп^3)/3
Средняя мощность включенного состояния Wср=E/tп=i0^2*R/3, цифры уже были выше.
По поводу увеличения сопротивления я уже писал, при 140 С Rds>37 мОм.

[тау]

Кроме того не совсем понятна природа токового выброса обратного направления с величиной пропорциональной прямому и амплитудой 30А (при 100% мощности) на токовом шунте.

Нормальное ли присутствие отрицательных пиков на шунте? Это говорит о том что через защитный диод транзистора течет большой ток. Судя по тому как греется дополнительно включенный параллельно транзистору диод как раз здесь идет львиная доля потерь. А греются и транзистор и диод одинаково

Это явление скорее всего обманка, наводка на оплетку осциллографического щупа при выключении полевика. Когда индуктивность рассеяния разрядится в клэмпер , она не может уже приобрести столько энергии чтобы дать обратный выброс , нагревающий боди диод IRF7807 или внешний диод Шоттки. А греется внешний диод скорее всего из-за теплового контакта с близко расположенным ключом. Лавинного пробоя судя по осциллограммам на истоке - нету (напряжение вольт 15 ).

Стоит прислушаться к советам по уходу от флая. Потеря в КПд на компенсационных стабилизаторах после пушпула ( к примеру) мажет оказаться меньше чем всякие нехорошие потери на низковольтном флае.

[asdf]

Это явление скорее всего обманка, наводка на оплетку осциллографического щупа при выключении полевика.

Я тоже склоняюсь к этому мнению.
Кстати, довольно легко проверить так ли это.
Предлагаю Сергею напаять сверху еще один такой же транзистор, все выводы параллельно первому, ножки верхнего соика можно слегка подогнуть.
Если дело только в сопротивлении, то нагрев должен уменьшиться.

[тау]

еще проще посмотреть напряжение "земли" от той-же земли, где смотрелось напряжение на шунте. Предполагаю что "выброс" вниз будет таким-же

[Burner]

Ну раз не хватает напряжения затвора, можно приделать вольтодобавку к питанию м/с. Прямо на 8 ноге - 0,1 мк конденсатор на 5,4 ноги. Со входа напряжение на 8 ногу подается через шотку. можно проще - с выхода +12 В через диод подать напряжение на 8 ногу. Можно просадить до +10 делителем, про всякий случай.
Сложнее - напр. со стока полевика напряжение выпрямляется 4148 диодом, сглаживается 0,1 мк конденсатором, стабилизируется вольт до 10(стабилитрон-транзистор) и тож. через диод подается на 8 ногу м/с.

[SergeyDDD]

Ребята!!!
Спасибо всем!!!
Я думаю что здесь нужно или отказываться от этой схемы, или рассматривать возможность поднятия входного напряжения (что довольно проблематично).
Думаю что пока тему можно закрыть.

З.Ы.
Может кто подскажет альтернативу с достойным внимания контроллером (в плане цены тоже)
с гальваникой и стабилизацией
ну и 5В входа

[Огурцов]

Имхо, у вас ключ слабоват. Выше уже посоветовали включить второй (третий-четвертый) в параллель. Или посмотрите лучше 7822.

[Herz]

Может кто подскажет альтернативу с достойным внимания контроллером (в плане цены тоже)
с гальваникой и стабилизацией
ну и 5В входа

Так подсказали уже. Тут и контроллер не нужен. Автогенераторный пуш-пулл и линейные стабилизаторы на выходе. Просто, надёжно, недорого и КПД вменяемый получить можно. Чего же боле?

[тау]

если хочется контроллер , можете попробовать на MAX253 слепить с умощняющими полевиками
по схеме примерно как в ссылке http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/674

[SergeyDDD]

Так подсказали уже. Тут и контроллер не нужен. Автогенераторный пуш-пулл и линейные стабилизаторы на выходе. Просто, надёжно, недорого и КПД вменяемый получить можно. Чего же боле?

и все же...

меня интересует стабилизированный источник
нужен ShDown
и с линейниками не хотелось бы связываться

предоставленная схема это макет, и линейники ставились туда на всяк случай с перемычками в параллель (кроме слаботочных 5-ти вольтовых)

[тау]

меня интересует стабилизированный источник
нужен ShDown
и с линейниками не хотелось бы связываться

http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1683fc.pdf
работает вроде от 3 вольт начиная.

[AlexandrY]

Применяем похожую схему вполне успешно.



Но тактируем от 1 МГц.
Транзистор применяем тоже посовременней с лучшим теплототводом но применяли и SO-8. Разницы особой нет.
Также тактировали и от 2 МГц и от 500 КГц. Тоже разницы существенной не было.
C LM3478 тоже игрались, результат был хуже.

Пробовали применять разные транзисторы, и вот тут отличия кардинальные. Очень трудно подобрать транзистор чтоб минимально грелся.
Бывало из одной партии одни транзисторы грелись меньше чем другие.
Вообщем надо усиливать драйверы IC

[Огурцов]

Кстати, таки да. Ваша картинка мне не понятна. Я вижу только ~2W. При заданных параметрах пиковое напряжение на истоке будет (должно быть) 13W/4.5V/50%/0.5/1R/4 ~ 2.9V. На затворе, в идеале - 4.5V-2.9V ~ 1.6V, а практически, наверно, еще на вольт ниже. Очевидно, что ключ будет в линейном режиме. Т.е. либо, как сказали - ставить ТТ, либо _существенно_ уменьшать резистор в истоке и ставить операционник.

Сообщение отредактировал Огурцов - Oct 10 2009, 18:38

[wim]

Применяем похожую схему вполне успешно.

Так это SEPIC, а у автора - flyback. А если делать SEPIC с гальванической развязкой, вылезут те же проблемы, что и с флаем.

[Огурцов]

У автора далеко не те же проблемы. Однако, мысль правильная. А "те же", имхо, можно точно так же устранить, убрав с112/r123, и завернув диод на вторичку. Развязки же все равно нет.

[Microwatt]

Посмотрел материалы внимательнее...
Трансформатор по коэффициенту вроде правильно выбран. Не знаю, что там за индуктивность первички вроде около 3 мкГн оптимально... Форма напряжения на стоке тоже неплохая, немного большой выброс.
Выходные диодики, конечно шуточные. Минимально теоретически в первичной цепи амплитуда тока не менее 12 ампер. Во вторичке , соответственно, около 2х. Амперным диодом это плохо выпрямляется.
Идем далее. В такой схеме каждая десятая вольта на счету. А у Вас на транзисторе падает, да на датчике тока чуть не половина напряжения. Помимо прямых потерь, это вызывает необходимость в еще большей амплитуде тока, ведь восполнить это в выходной мощности более нечем. Потери же растут КВАДРАТИЧНО от тока.
Посему, этот хилый ключ в SOIC-8 вообще имеет право испариться при включении. Ему на теплоотводящих дорожках половину мощности не вытянуть. Впору три-четыре таких ставить.
По осциллограмме тока трудно судить, размер небольшой, но есть подозрение, что в схеме кто-то сдерживает рост тока. Пила больше на логарифм похожа. Или дорожки тонковаты, или конденсаторы на входе малы. Или такое падение на ключе и датчике, что это соизмеримо со входным напряжением. Вы попробуйте промерять напряжение на стоке при открытом ключе внимательнее. Я на осциллограмме земли не вижу от которой это смотреть нужно.
В итоге, если даже схема заработает, это будет сковородка.
Если уж флай - самоцель, то включите в цепь токового датчика трансформатор тока хотя бы.
Я как-то делал с 9 вольт похожего калибра схему. Так там в прямоходе ТТ 1:25 включить пришлось из-за КПД. И 13-миллиомный ключ очень хорошо греется. А Вы - на флае разогнались с 5 вольт.

[ZVA]

Добрый день, All!
Хотя автор топика просил закончить обсуждение, вслед за Microwatt-ом, продолжу.
Зашел вчера на сайт NS, посмотреть на LM3478, ну а мне предлагают в on-line спроектировать
блок питания. Не удержался..., грешен. Задал Uin = 4...5В, Uout = 12V, Iout = 1A. Webench сделал проект,
пообещал КПД 93%, токовый шунт 0,025 Ом, ну а самое интересное из двух десятков транзисторов
для ключа предложил только один от IR, остальные в основном Infineon. IRLR3110Z у которого
Id = 63A !!!, Ud =100V!!!, Rdon = 0.014Om. А самым дешевым решением они считают
BSC120N03MSG с Id = 39A, Ud = 30V, Rdon = 0.014Om.
Была бы под рукой микросхемка собрал бы схему из чистого любопытства.

Да, к чему это я все. Ключик у автора совсем слабенький(Id=7A) и даже 2...3 в параллельно
ситуацию не исправят.
И еще одно, в проекте предложен выходной диод шотки с Id = 8A.
Тут тоже Microwatt 100% прав.