Для знатоков микросхем фирмы PowerInt, Для знатоков микросхем фирмы PowerInt Опции

[Фролов Максим]

Приветствую всех. Коротко о задаче и ее решении: импульсный блок питания с топологией flyback, диапазон входных напряжений от 45 до 150В, мощность 20Вт, выходное напряжение 24В. Применены два трансформатора фирмы Premier Magnetics. Схема приклеплена. Микросхема PI взята по рекомендации на трансформаторы PM. На холостом ходу все работает идеально, под нагрузкой 14Вт, к примеру, начинает греться микросхема PI TOP226Y. Фирма PI в корпусах DIP8 вытягивает мощности до 30Вт, а в данном случае от 14Вт греется бешено. Общие потери в преобразователе составляют 4,6Вт при полезной мощности в нагрузке 14Вт. Входное напряжение 75В. Я работаю 5 лет в должности старшего инженера, поэтому просьба давать только конструктивные советы. Могу приложить, если необходимо, осциллограммы. Два трансформатора взято для того, чтобы вытянуть 24В при низком входном напряжении. Коэффициент заполнения в данном режиме 60%. Кто может подсказать, почему греется микросхема TOP226?Я сам предполагаю, что возможно вхождение трансов в насыщение, но во-первых, это не посмотреть осциллографом, во-вторых при частоте 100кГц и напряжении 75В на данных трансах не должно возникать насыщения. http://www.farnell.com/datasheets/26245.pdf и http://www.terraelectronica.ru/pdf/PMI/POL-15033.pdf

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Егоров]

Ох-ох-о, эх-хехе... Даже это неконструктивно, повздыхать.
Максим, старший инженер 5 лет - тут ничего страшного нет. Можно лет 20 проработать главным инженером хлебокомбината и не уметь толком пришить пуговицу. Но научиться .
Схема сплошь из неудач, мягко говоря. Полистать наискосок даташит на ТОР явно мало для проектирования источника.
Во-первых, микросхема эта - плохой в принципе кандидат на требуемую должность.
Во-вторых, нужно хоть грубо обсчитать требуемую индуктивность и коэффициент трансформации. Он тут в районе 150 мкГн и не более 3.
Насыщение трансформатора вообще-то осциллографом увидеть довольно просто, но мне кажется до него тут и не доходит. Источник работает в режиме непрерывных токов.
Два могучих дорогих трансформатора так включают впараллель только в кинокомедиях. Там же 10ЕТF12 для 24 вольт выхода
Скорее всего, тут стандартным трансформатором не обойтись
В тексте 24 вольта выход, в схеме 27.5... Входной конденсатор 10 мкФ - карикатура, посмотрите пульсаци на нем, выходной фильтр 400мкГн тож не самый-самый.
Дальше.. не хочется расстраивать.
Расскажите все начистоту. От чего это питается, что питает и сколько их таких нужно.
Первым делом нужно убедиться, что входной диапазон напряжений именно такой, не надуман сгоряча. А там можно попробовать сделать хоть что-то работоспособное.

[Starichok51]

эти трансформаторы по своим параметрам рассчитаны на большую неразрывность тока, примерно 50% тока не используется.
RCD-клампер (R1, C1, VD2) нарисован не правильно.
а что, не нашлось одного конденсатора на 47 мкФ, что понадобилось ставить 5 штук по 10 параллельно?

[Plain]

Судя по одному лишь аж 30-ваттному резистору включённой в обратной полярности, а потому абсолютно бесполезной демпфирующей цепи, расчётов не было никаких.

Один дроссель, как уже сказали выше, точно лишний.

Как минимум на схеме, цепь С7, т.е. вся ОС, разомкнута.

от 14Вт греется бешено

Выражаясь конструктивно, он рассеивает 3,3 Вт, а причина в том, что, как тоже уже сказали выше, просто был взят первый попавшийся компонент, которому не повезло оказаться субъективно хилым для такого тока.

За вычетом всех этих мелочей, если схема работает, то что Вы хотите? Прикрутите микросхему к подобающему радиатору и на этом всё.

[Фролов Максим]

Для пользователя Егорова отвечаю: два трансформатора взято потому, что входное напряжение в моем случае очень низкое, 45В нижний диапазон, а трансформаторы сделаны под сетевые импульсные блоки питания. Поэтому взяты 2 штуки, и вторички включены последовательно. Трансы с 15В выходом взяты исходя из того, что 2 по 15В дадут 30В и с учетом заниженности входного напряжения вытянут 24В. Трансформаторы недорогие - около 200руб. за штуку, а готовые взяты чтобы не возиться с намоткой. Я работаю в фирме и заказать намотку можно без проблем, только не хочется этого делать когда есть готовые, только надо немного покумекать как их заточить на непрофильные нужды. Диапазон питающих напряжений данного блока питания от 45В до примерно 110В, это блок питания собственных нужд для силового преобразователя электровоза метрополитена. Мощность нужна не менее 25Вт, выход 24В питает вентилятор EBM PAPST 4414 и плату управления. Сколько плат нужно-речь идет о серийном изделии. Входной конденсатор поставлен исходя из свободного места на печатной плате, да, он немного греется, можно чуть увеличить емкость. Размер ПП меняться не будет. Диод 10ETF12 сильно грелся, заменен на BYW80-200.

Для пользователя Starichok51 отвечаю: RCD-клампер действительно был неправильно нарисован, по разводке все правильно. 5 конденсаторов по 10мкФ поставлены потому что электролит было не впихнуть, поэтому керамику подсунул в свободное место.

Для пользователя Plain отвечаю: в данном случае вопрос необходимости демпфера спорный, сейчас демпфера вообще нет. Выброс до 250В в пике при работе от 75В. Резистор поставлен с радиатором для уменьшения габаритов, потому что 5Вт резистор очень большой. Цепь обратной связи на схеме действительно была разомкнута, по печати все правильно, откорректировал. Мелочи то мелочи, только почему фирма PowerIntegration в своих демоплатах применяет микросхемы в корпусе DIP8 без радиатора и получает 30Вт на выходе при работе от сети, а я не могу и 15Вт получить с радиатором?

Выкладываю разводку платы и откорректированную схему. Также попробовал снизить выходное напряжение, то есть резистор R3 в обратной связи теперь не 10кОм, а 20кОм. Напряжение стало на выходе на уровне 15В. Это сделано для того, чтобы отмести предположение о входе трансформаторов в насыщение. То есть коэф. заполнения станет меньше при том же входном напряжении, соответственно склонность к насыщению упадет. И также нагрузил блок питания на нагрузку сначала 22Ома, потом на 11Ом. При 11Омах все равно бешено греется. На входе 75.4В ток 0.35А, на выходе 14.86В ток 1.35А. Потребляет 26.39Вт, в нагрузке 20Вт. Не похоже это на насыщение трансформаторов. Может быть обратное восстановление диода VD3 приводит к разогреву микросхемы? Статические потери в микросхеме 0,8Вт примерно по расчету. По динамическим потерям ничего не известно. Но в ней выделяется не меньше 4-5Вт по нагреву. Радиатор другой не прикрутить, так как на плате нет места, да и по теории не нужен ей большой радиатор.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Integrator1983]

это блок питания собственных нужд для силового преобразователя электровоза метрополитена.

Схема приклеплена.

Выкладываю разводку платы и откорректированную схему.

Статические потери в микросхеме 0,8Вт примерно по расчету. По динамическим потерям ничего не известно.

Если в метрополитене поезда ездят на приводах с так посчитаными ИПВН с такой схемотехникой и топологией ПП - буду лучше на велосипеде ездить, для здоровья полезней.

Мелочи то мелочи, только почему фирма PowerIntegration в своих демоплатах применяет микросхемы в корпусе DIP8 без радиатора и получает 30Вт на выходе при работе от сети, а я не могу и 15Вт получить с радиатором?

Так у них те демоплаты сочиняют инженерА с категорией не выше 2, а скорее даже 3. Поэтому даю конструктивный совет - найдите человека, который занимается именно источниками питания, пусть даже 3 категории - и дешевле будет, и быстрее, и не убьете никого - душа спокойней будет.

[Plain]

Радиатор другой не прикрутить, так как на плате нет места, да и по теории не нужен ей большой радиатор.

И в теории, и на практике, Вам уже сказали, что и радиатор здесь нужен, и откуда для него взять место. И возвращаясь к мелочам, С6 сдохнет первым и быстро.

Повторю, у Вас всё работает, а эта тема суть эмоции. Если хотели похолоднее, надо было считать, а лучше посоветоваться, но до, а не после того, как.

[АндрейЦ]

Выкладываю разводку платы и откорректированную схему.

Очень вдумчиво посмотрите на свою топологию и "референсную". Даже в буквальном смысле копеечные китайские выглядят идеальными.
По большому счёту вы нарушили буквально все стандартные рекомендации из даташита на эту микросхему.
И входная ёмкость на 10мкФ, выбранная из соображений габарита, работать тут не будет.

[Myron]

это блок питания собственных нужд для силового преобразователя электровоза метрополитена.

!
Собственный метрополитен - звучит заманчиво и прогрессивно. Это не нефтескважина у себя в квартире.
И как владельцу метрополитена советую купить готовые блоки питания, так как у вас уйдет лет 5-10 на освоение электроники. Да и места в своем метро много.

[Егоров]

Для пользователя Егорова отвечаю: взяты 2 штуки, и вторички включены последовательно. Трансы с 15В выходом взяты исходя из того, что 2 по 15В дадут 30В и с учетом заниженности входного напряжения вытянут 24В.
почему фирма PowerIntegration в своих демоплатах применяет микросхемы в корпусе DIP8 без радиатора и получает 30Вт на выходе при работе от сети, а я не могу и 15Вт получить с радиатором?

Потому что в PowerIntegration люди понимают как работает обратноходовой импульсный стабилизатор, а Вы - очень поверхностно, без понимания порядка величин. При работе от сети 220 я и 40 ватт шутя в DIP8 получаю, а при работе от 45 вольт и с трехкратным диапазоном входного - шутки в сторону.
Не нужно наивно полагать, что стандартный трансформатор 15033 дает именно 15 вольт при 3.3 амперах. Он это дает только при вполне определенных условиях. Нужно было посчитать оптимальный трансформатор.
Рассуждения о том что не было места, потому вместо 100мкФ поставил 1мкФ - несерьезно. Ставить нужно то, что нужно, а не что влезает.
При правильно рассчитанных, а не наугад взятых компонентах, места там должно хватить и можно обойтись без радиаторов. Общего тепла там должно быть ватта 3.5-4 максимум.
Пожалуй, и двухслойная плата - лихачество для такой блохи.
Какой пиковый ток ключа при полной нагрузке? Режим тока непрерывный?
И что, на ТОР226Y свет клином сошелся, более подходящего решения нет?

[Фролов Максим]

Для пользователя Егорова: Динамические потери в микросхеме при напряжении 45В и при напряжении 315В при условии равенства мощностей в нагрузке будут одинаковые. Внутри микросхемы MOSFET, и потери примерно P=Uds*Ids*(tf+tr)*Ig То есть при нагрузке 20Вт при напряжении 45В ток микросхемы 440 мА, а при 315В - 63мА. Соотвественно потери в микросхеме одинаковые.
При низком входном напряжении могут статические потери начать преобладать, поэтому в DIP8 может быть и не вытянуть. Сопротивление ключа около 5 Ом, то есть P=I2*R=0.44А2*5Ом=0.96Вт. Индуктивность первичной обмотки 300мкГн, для напряжения 75В это не так уж и мало, импульсные блоки питания тем и хороши, что какой компонент не поставишь, ШИМ-контроллер все выправит. Ну будет пульсация тока побольше, ну поставишь емкость побольше. А трансформатор 15033 выдает при 110В входного напряжения стабильные 15В, то есть при снижении напряжения в два раза, должен выдавать 7,5В без ухода в насыщение.
По моей схеме две вторички последовательно, то есть 15В должно быть шутя, я сейчас и выставил 15В, но микросхема все равно продолжает греться. Судя по нагреву, потери в ней около 4Вт. То что земля на плате разведена криво, это только рекомендация PowerInt, это не может приводить к нагреву микросхемы. Другое дело, что меня смущает нагрев входного конденсатора, но у меня на входе источник постоянного напряжения, а не выпряженное сетевое, откуда там взяться большой пульсации тока, да, она есть, но часть тока пульсации должна идти в источник постоянного напряжения, если вообще убрать входной конденсатор, так и вообще что-ли работать не будет?
Конечно можно в экспериментальном порядке подцепить большую емкость параллельно входному кондеру 10мкФ, но не думаю, что это уменьшит нагрев микросхемы. Мне непонятна природа нагрева микросхемы, что может приводить к таким потерям?Вот Вы тоже говорите, что возможна работа без радиатора. Так что можно сделать чтобы это стало возможным?
Если на 315В индуктивность транса берется на 600мкГн ( в их трансе), то при двух обмотках впараллель - то есть 300мкГн напряжение будет 157В. А у меня 75В.

[Plain]

Сопротивление ключа около 5 Ом, то есть P=I2*R=0.44А2*5Ом=0.96Вт

Прямо таки "Арихметика" из "Ералаша".

20 Вт / 75% = 26,6 Вт / 45 В = 0,59 А / Кзап = 0,99 А ^2 * 6 Ом = 5,8 Вт * Кзап = 3,5 Вт

говорите, что возможна работа без радиатора

Ещё раз повторим, это если всё посчитать, т.е. само собой с другими, никак не с Вашими, деталями.

[r_dot]

...это блок питания ... для силового преобразователя электровоза метрополитена. ...

Вот теперь стало понятно, чего это стали так часто поезда метро ломаться, а туннели заволакивает дымом.

...импульсные блоки питания тем и хороши, что какой компонент не поставишь, ШИМ-контроллер все выправит.

Фролов Максим, отбросьте свои амбиции и задумайтесь об ответственности.
Ну не доросли вы ещё до проектирования промышленных источников питания.
Купите у "Александер Электрик".

[Егоров]

Для пользователя Егорова: Динамические потери в микросхеме при напряжении 45В и при напряжении 315В при условии равенства мощностей в нагрузке будут одинаковые.
Конечно можно в экспериментальном порядке подцепить большую емкость параллельно входному кондеру 10мкФ, но не думаю, что это уменьшит нагрев микросхемы. Мне непонятна природа нагрева микросхемы, что может приводить к таким потерям? Если на 315В индуктивность транса берется на 600мкГн ( в их трансе), то при двух обмотках впараллель - то есть 300мкГн напряжение будет 157В. А у меня 75В.

Две обмотки впараллель. Принято считать, что напряжение на каждой будет все те же 315вольт, а у Вас получается по 157. Или цифра 157вольт некоторое эффективное напряжение на которое Вы рассчитывали? Напряжения делятся при последовательном соединении а индуктивность от напряжения не изменяется.
Не считаете что входная емкость как-то существенно влияет на работу схемы?
Вообще-то, чувствуется во всем уверенность в своей правоте.
Если Вы будете отстаивать свои решения как студент на защите дипломного проекта, то никто тут Вам не оппонент, у людей своих забот хватает. Если же сроки и средства горят, а сложность разработки оказалась вдруг выше предполагаемой, то давайте попробуем спасти положение. Для этого разговор должен дополняться хотя бы четкими ответами на поставленные простые вопросы. Причин по которым обсуждаемая схема не работает может быть 20 + еще одна, нет смысла в подробном обсуждении. Нормально оно работать оно все равно не будет, никогда.

Итак, входное напряжение. Откуда оно берется, кто его таким записал? Есть ли полнейшая уверенность, что оно именно такое, а не взято с потолка "на всякий случай"? ТЗ писал специалист?

[wim]

две вторички последовательно

Так у POL-15033 вторичка состоит из двух обмоток - можно соединить их последовательно.