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

 

[wim]

Модели не учитывают время и ток рассасывания?

http://www.ee.bgu.ac.il/~pel/pdf-files/conf140.pdf

[dinam]

Написал в Infineon по поводу слишком малого заряда обратного восстановления у этого транзистора по результатам моделирования. Надежды мало, но вдруг ответят.
В общем неожиданный для себя сделал вывод. Для того чтобы затянуть фронт надо выбрать MOSFET с максимальным пороговым напряжением. Чем больше пороговое напряжение VGS(th), тем больше я смогу затянуть фронт играя соотношением емкостей затвор-сток/затвор-исток не увеличивая прочих времён. Либо придумать какую-нибудь хитрую схему для шунтирования выброса напряжения на затворе от быстрого нарастания напряжения на стоке.

[Herz]

Надо увеличить фронты, чтобы не было большого сквозного тока в полумосте. Из-за обратного восстановления паразитного диода в полевом транзисторе.

В смысле "затянуть"? Как-то мне странно это читать. Вроде от сквозного тока принято избавляться как раз исключением перекрытия времён проводимости...

Диоды Шоттки ставить параллельно MOSFET не предлагать, с ними работает как надо.

Тоже противоречие. Чем Вы это объясняете?

[dinam]

В смысле "затянуть"? Как-то мне странно это читать. Вроде от сквозного тока принято избавляться как раз исключением перекрытия времён проводимости...

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.

Я не вижу в необходимости иметь такие фронты переключения напряжения на обмотках ШД. Вот про эти фронты я и говорил затянуть. Но не превышая мёртвого времени. При простом увеличении резистора в затворе увеличиваются пропорционально все времена, а хочется именно фронт затянуть.

Тоже противоречие. Чем Вы это объясняете?

Сейчас у меня стоят на плате диоды Шоттки. Они позволяют снизить импульс тока из-за обратного времени восстановления. Так вот было желание так затянуть фронт, не влияя на другие времена, чтобы при соответствующем подборе MOSFET можно было отказаться от диода. Для меня было открытием, что я не смог выбрать критерии подбора оптимального транзистора.

[Herz]

А от диодов Шоттки хотите избавиться из экономии? Может, это не критичное удорожание, если позволяет применять различные МОСФЕТы, не особо усложняя жизнь подбором? Мне кажется, это было бы рационально.

[dinam]

Да дело даже не в экономии денег, а места на плате.

[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.

[dinam]

кстати, в вашей схеме, PSMN030, это так, случайно попал?

Нет, не случайно. Я просто сначала поставил его, т.к. я его применяю, чтобы посмотреть на фронты с ним. Мне не понравились, потом вспомнил про NVMFS5C682NL. А вот с ним всё очень даже замечательно. Зачем вам теперь смотреть на GaN транзисторы, с фронтом включения порядка 200 пс? Чую, что с разводкой платы вам придется помучиться .
P.S. Так вы обновили сообщение, то попробую поискать транзистор под ваши требования.

Попробовал промоделировать FDD1600N10ALZ. Вываливаются ошибки, не понял в чем дело. Да и корпус явно не подходит.
CSD19538Q3AT - не понял как подключать модель.
SiB456DK как-то подозрительно долго считает LTspice похоже тоже что-то не в порядке.
FDS86106 ток поменьше, корпус не очень. Но хоть моделируется нормально

[Hale]

Зачем вам теперь смотреть на GaN транзисторы

ток. если регулятор не сработает, не бабахнет. а на мосфетах, как только выбираю больший ток, сразу либо передний либо задний фронт страдают, драйвер начинает захлебываться, т.о. скважность может уползти, а следовательно и баланс моста.

Чую, что с разводкой платы вам придется помучиться

ооо-дааа. поэтому и хотел остановиться на ногастых SMD MOSFET и пр. компонентах.

FDT86256 -кстати, и параметры неплохие сравнительно, симметричные фронты.

[dinam]

ооо-дааа. поэтому и хотел остановиться на ногастых SMD MOSFET и пр. компонентах.

Какие ногастые??? Вам только безногие smd корпуса, типа как у NVMFS5C682NL. Вы поищите по форуму, как я переразводил плату ШД из-за индуктивности резисторов 2010. Нашел.

[Hale]

Какие ногастые???

В стиле MSOP и подобных. на худой конец с боковыми падами. Но BGA паяльником распаять нереально.

[Орлёнок]

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?

Как минимум на нижний мосфет резисторы в затвор ставить не стоит. Т.к. схема адаптивного дедтайма мониторит напряжение на ноге BG, то из-за резистора на ней потенциал будет меняться быстрее, чем на затворе. А значит есть риск сквозняка.

Но при этом прочитал, тчо на высоких частотах бутстрапный диод надо заменять на транзистор, закрывающийся вместе с нижним ключем.

А можете поделиться ссылкой?