Моделирование полумоста в LTspice., Выбор MOSFET Опции

[dinam]

Столкнулся со странным. Давно применяем драйвер ШД A4989. C которым оказалось не всё так просто, например, не моё и моё. Проблему победил и все платы работают надежно и без нареканий при 46 В. Решил применить более новые NVMFS5C682NL и лучшие по характеристикам транзисторы (как мне казалось) взамен PSMN030_60YS.
Впаял NVMFS5C682NL. Судя по осциллографу стало только хуже - сквозные токи возросли, пики напряжений тоже возросли. Фронты напряжения на обмотке ШД уменьшились до порядка 7-8 нс. Да и сдохли транзисторе вскоре. Решил помоделировать в LTspice. К сожалению модель Pspice для A4989 не нашел, поэтому взял просто первый попавшийся драйвер LT1160 для полумоста. Если у кого есть для A4989, поделитесь, пожалуйста.

Самый большой всплеск тока и перенапряжений, опасных для A4989 происходит в момент включения верхнего транзистора (судя по осциллографу ). На схеме это Q1. Стал моделировать разные типы транзисторов и всё стало ещё хуже, т.е. не понятнее. Первоначально я считал, что чем меньше емкость затвор-сток и меньше время восстановления паразитного диода в полевом транзисторе тем лучше. Но похоже это совсем не так.

Цель - уменьшить всплеск тока и перенапряжений, опасных для A4989.
Надо увеличить фронты, чтобы не было большого сквозного тока в полумосте. Из-за обратного восстановления паразитного диода в полевом транзисторе.
Увеличиваю резистор в затворе, увеличивается выброс на затворе закрытого полевика из-за быстрого нарастания напряжения на стоке.
Цепляю ёмкость к затвору. Фронт слабо затягивается, но сильно увеличиваются времена до и после плато, возникающего из-за эффекта Миллера. Эти времени сильно затягивать нельзя, похоже нарушается логика работы микросхемы.
Цеплять диод параллельно резистору в затворе, тоже нельзя, т.к. транзистор резко закрывается.

Взял транзисторы IRFR024NPBF из Demo Board для A4989. Так у этих древних транзисторов импульс тока намного меньше чем у современных, хотя время рассасывания раз в 10 больше! Почему???
Диоды Шоттки ставить параллельно MOSFET не предлагать, с ними работает как надо.

Неправильные модели транзисторов? Модели не учитывают время и ток рассасывания?
В итоге какие параметры транзисторов оптимизировать, чтобы уменьшить этот импульс тока и как затянуть фронт хотя бы до 20-30 нс? Почему такое расхождение между моделированием и реальностью я тоже не понял.
И ещё вопрос по LTspice - как померить время нарастания сигнала, ну типа как в осциллографе?

Прикрепленные файлы

 LT1160_TA01.zip ( 4.14 килобайт ) Кол-во скачиваний: 29

 

[Hale]

Для того чтобы затянуть фронт надо выбрать MOSFET с максимальным пороговым напряжением. Чем больше пороговое напряжение VGS(th), тем больше я смогу затянуть фронт

все верно. выше пороговое, выше и нелинейная емкость. больше длительность перезаряда.

У меня обратная задачка. Раскачать мост на MOSFET до возможного предела по частоте. Цель - 10-20МГц. Сейчас сижу, вторые сутки сравниваю даташиты на транзисторы.
Т.к. контроллера на такую частоту не нашел, сам сделать на сигнальнике не смогу, мертвого времени тоже не будет. Поэтому взял LTC4444-5, у нее dead-time компаратор между каналами есть.
Вот только в даташите отсутствуют как диоды, так и резисторы, вообще все. Причем в трех схемах подряд их нет. Выходы у LTC тоже совмещенные на вкл и на выкл. (у TI что-то вроде пушпула, что позволяет балансировать заряд-разряд резисторами раздельно).

Поэтому озадачился.
1)Наверное подразумевается что вместо резисторов надо ставить бусины типа Murata BLM на затвор?
2)Еще не ясно, надо ли их ставить на верхний исток и нижний сток.
3)Не ясно, как поведет себя резистор Rgs для стартового состояния как его рассчитывать.
4)Про упомянутые диоды, как они поведут себя выше 2 МГц? Отказаться от них совсем, или оставить только на верхнем ключе? (он вроде и так заторможеннее нижнего)
5)отказался от применения GaN транзисторов из-за технологических сложностей с ними (неудобные RF корпуса, BGA, сложные особенности разводки по мануалам)
Но при этом прочитал, тчо на высоких частотах бутстрапный диод надо заменять на транзистор, закрывающийся вместе с нижним ключем. GaN транзистор с нулевым временем восстановления. Таких MOSFET транзисторов не найти, а напряжение на Boost-ноге будет прыгать почти как в канале ключа, разве что постоянный ток ниже. Но импульсный сравним.
Стоит ли вообще делать защелку бут-страпа на MOSFET (напр. BSS119N)?
6) какие есть общепринятые защитные схемы против остановки управляющих испульсов? Ну например, входной сигнал пропал, или колебания ШИМ-компаратора сорвались.... DC ток оставлять нельзя.
В случае отсутствия входного сигнала, думаю логарифмический усилитель и два И-вентиля на вход и на выход... а если колебания сорвутся? еще один усилитель?
7)Увидел в продаже каскодную сборку MOSFET+GaN. Сравнительно недорого, в TO220 корпусах. Хорошо ли она поведет себя в мосту выше 2МГц?

[dinam]

Слишком много вопросов
Вы пробовали в LTspice промоделировать LTC4444-5? Я попробовал, фронты впечатляют. Вы что хотите улучшить, изменить? Правда транзисторы IRF7468 там работают с превышением максимальных напряжений и токов.
P.S. Добавил схему, зацените фронты!

Прикрепленные файлы

 4444_5.zip ( 2.14 килобайт ) Кол-во скачиваний: 20

 

[Hale]

Слишком много вопросов
Вы пробовали в LTspice промоделировать LTC4444-5? Я попробовал, фронты впечатляют. Вы что хотите улучшить, изменить? Правда транзисторы IRF7468 там работают с превышением максимальных напряжений и токов.
P.S. Добавил схему, зацените фронты!

я как раз сейчас с ним ковыряюсь. модель от LT в LTspice есть штатная. ищу модели транзисторов. На бумаге LTC444-5 очень неплох. Судя по статьям, может прокачивать даже GaN транзисторы на ВЧ. Но дело же не только в нем. Дело в связке с MOSFET, которые есть набор компромисов. Поэтому перед разводкой платы хочу предусмотреть все возможные улучшения для поднятия частоты и защиты от... от всего возможного. собрать прототип будет только одна попытка.
Например, у LTspice нет внутреннего механизма проверок на температурные эффекты, надо подключать внешнюю эквивалентную модель. Сонте-карло тоже не во всяком случае запускается.
Проверить такю схему на возбуд затвора практически невозможно. Лучше сразу предусмотреть посадочные места для резисторов, или бусин.

кстати, в вашей схеме, PSMN030, это так, случайно попал?
NVMFS5C682NL - классный транзистор... мне бы такой же, но с перламутровыми пуго... т.е. на 100 вольт, ну 80 минимум. И чтоб паяльником сажался.
Пока выбрал FDT86256, но он слишком маломощный... ему бы 4А хотя бы.. а так надо будет хорошо ток стабилизировать ОС.

[arhiv6]

NVMFS5C682NL - классный транзистор... мне бы такой же, но с перламутровыми пуго... т.е. на 100 вольт, ну 80 минимум. И чтоб паяльником сажался.

LMG5200 80V предел. Я хотел 100-150V номиналом FETы брать.

Вы уж определитесь, сколько вольт нужно...

отказался от применения GaN транзисторов из-за технологических сложностей с ними (неудобные RF корпуса, BGA, сложные особенности разводки по мануалам)

Мне кажется, проще научиться их паять (это не так сложно, при подходящем инструменте), чем мучиться с мосфетами. Или вы думаете, что на таких частотах мосфеты не требуют соблюдения тех же самых рекомендаций по разводке?

[Hale]

Вы уж определитесь, сколько вольт нужно...

100 в дискретном исполнении, 150 в интегральном. Так пойдет?
Например, берем источник 24 вольта, заряжаем индуктивность. При переключении моста имеем скачки напряжения раза в 4... дай Бог чтобы не больше.
У LMD5200 номинал 80, пиковое 100. У дискретных всегда запас по пиковому намного больше, типа 100-150, 100-170 в завис от моджели и хенологии, т.к. и технологическая площадь больше и рассеивать есть куда.

Мне кажется, проще научиться их паять (это не так сложно, при подходящем инструменте), чем мучиться с мосфетами. Или вы думаете, что на таких частотах мосфеты не требуют соблюдения тех же самых рекомендаций по разводке?

Конечно требуют. Но запаять по контуру под микроскопом я могу. Учился еще на СВЧ SMD конденсаторах, когда собирал из них параллельные сборки на 15 ГГц.
А вот BGA проще заказать на стороне. Но это не главное. Я уже и с BGA смирился... но ни драйверов с защитой ни ШИМ-контроллеров от 10МГц найти не могу. Тем сложнее с работающими моделями.

Без защиты мы уже перечислили - но тогда начинается секс с деад-таймом. Тогда, надо будет вместо одного компаратора делать два, второй со смещенным уровнем (а сместить уровень придется без операционника - еще один маломощный линейный усилитель внутри). А после смещения уровня укороченный импульс пропускать через задерживающий фильтр.
Даже если это выйдет - Dead-time будет фиксированный и в общем не контролируемый...Поэтому лучше будет работать схема ZVS, "впитывающая" эти броски напряжения в паузах. А это опять модифицировать выходной фильтр, который не факт что будет давать стабильную генерацию опорной ШИМА...
ад.

Пока я пытаюсь освоить TINA(и матерюсь, как можно выпускать такие несамосогласованные программы), т.к. модель LMG5200 есть только под TINA... но как быть с дед-таймом - еще не решил. Сначала попробую на авось - может не сгорит на резистивном участке если фронты резисторами сгладить...но эффективность упадет.

[Орлёнок]

У LMD5200 номинал 80, пиковое 100. У дискретных всегда запас по пиковому намного больше, типа 100-150, 100-170 в завис от моджели и хенологии, т.к. и технологическая площадь больше и рассеивать есть куда.

Если я не ошибаюсь, внутри LMG5200 стоят ключи epc2016c, которые на 100 В.
По крайней мере так сделано в потрохах спайс модели, и в каких-то документах встречал про это упоминание.

Хотя может у встроенного драйвера запас по напряжению меньше...

Пока я пытаюсь освоить TINA(и матерюсь, как можно выпускать такие несамосогласованные программы), т.к. модель LMG5200 есть только под TINA...

Во вложении добавил расшифрованную модельку LMG5200, пригодную для LTspice

Сообщение отредактировал Орлёнок - Sep 6 2017, 15:01

Прикрепленные файлы

 LMG5200_TRANS.zip ( 3.09 килобайт ) Кол-во скачиваний: 21

 

[Hale]

Спайс модели не делаются за 2 минуты, особенно для ИС. TI

Да не в этом дело. Дело в несогласованности. Они создали систему шифрования моделей - но совершенно не создали систему импорта этих моделей в собственный софт! Т.е. стандартный импорт-визард с шифрованными моделями не работает. при попытке запихать файл вручную в папку с моделями - ругается что все там неиндексировано и символ отсутствует. Символ каждый раз заставляет рисовать с нуля. При попытке нарисовать в редакторе бибилотеки символов - все равно связать символ с моделью по умолчанию не дает. Причем символы есть в пакете для скачки... но импортировать их никак. И копипастить из примеров тоже не дают. Более того - в примерах перепутан порядок пинов по сравнению с .subckt. В общем, хрен знает как этим пользоваться.
... да еще и точки пинов в символах -невидимые и нередактируемые объекты, которые все время убегают от видимых крестиков пинов при редактировании символа. таким символом становится пользоваться нельзя. жуткая программа.

"и те шифруют их.". И нафига? Ключ-то фиксированный, пошит в прогу. Неужели в TI, LT, или NXP не найдется программиста, или денег, чтобы извлечь из кода программы процедуру расшифровки? Причем это надо сделать всего один раз. Только пользователям головную боль создают.

Во вложении добавил расшифрованную модельку LMG5200, пригодную для LTspice

Огромнейшее спасибо за подмогу... конечно, но почему-то не работает. Не подскажете, как ее использовать, есть ил какие-то требования к настройке симулятора, или обвязке?
Создал рисунок из .subckt с автоматической распиновкой с пом. самого LTspice.
На Vin подал +24 вольта с идеального источника, на Vcc +5. К HI,LO подсоединил 0/+5 меандры, земли на идеальную землю. Развязочные кондеры 150pF и .22uF, буст 0.22u.
Не считает. Т.е считает почти час запуск, потом ошибка "мелочности"