Попался в руки блок питания на 1300 ватт, резонансный полумост на 4 транзисторах, 2 в параллель. На холостом ходу 320 кГц, на полной нагрузке - 120 кГц. Драйвера выполнены в формате микросборки с применением бескорпусных чипов, залитых компаундом, с огромными кристаллами. Видимо, в Китае кремниевые фабрики готовы на любую халтуру - регулировка модулей приводила к напайке резисторов 0805 в 3 этажа. Эти акробатические усилия, похоже, недостаточны - горят БП синим пламенем.
Модуль состоит из генератора, двух трансформаторов и двух оконечных драйверов MOSFET. Трансформаторы передают энергию питания и моменты переключения. Задержка включения 500 нс, выключение - максимально быстро. Питание : 10-15 вольт.
На чём можно изящно решить задачу задержки фронта ?

В предыдущих версиях драйвера задержка обеспечивалась 40106 - 6 инверторов с последовательными резисторами по входам.

это не серийные, а видать пробные сэмплы, раз в три этажа параллелят, кстати, не понял причём тут кремниевые фабрики, когда на фото ручной смд монтаж?? Задержать можно и просто используя входную логику мосфет драйвера, добавив 20-50пф на вход, заряжая медленно, через рез, разряжая быстро, через 1n4148 - каммон практис, как грится.

По моему разумению, чипы несовершенные, несмотря на размер.
Выкинуть всё - поставить свежую irs27951s !
Ради искусства - как выдержать 500 нс при колебании питании 10 - 15 вольт и температуры ?

ради искусства можно и LC задержки поставить, правда такое искусство попахивает паранойей, чего бы вдруг не стабилизировать-то эти самые 10-15в на 10в? Подозреваю, что вам и не нужны эти 500нс столь точно, это же только дед тайм для мосфетов, а у них самих всё с температурой плывёт неслабо, вообще рассмотрите возможность ассиметрии заряд/разряд гейта, возможно этого будет достаточно без всяких дополнительных дедтаймов, ведь у вас "резонансный" SMPS, там быстро переключать незачем.

Выключать MOSFET нужно максимально быстро - а ёмкость затворов превышает 10000 пФ.
Оконечный драйвер можно оставить в покое - дело ясное, опыт-понимание есть.

А можно ли организовать такую логику : подавать напряжение на затвор только после прихода напряжения на стоке в ноль ?
Это время разнИца на холостом ходу и полной нагрузке из-за шунтирования сток-исток 1000 пФ и выходной ёмкости MOSFETов.

Что может служить причиной редких, но катастрофических разрушений резонансных преобразователей ?
Выход из режима ZVS ?

Скорее всего да.

Из найденного по этой тематике лучшее - AN2644 от ST

Но проблема с отказами не решена, хотя блок питания для ответственных применений...

Частенько ремонтирую ЗУ по топологии полный резонансный мост, характерная неисправность - пробой по стойке транзисторов, причём, если в одном плече стоят параллельно несколько ключей - никогда не сгорают все. Хорошо, если защита по току (на трансформаторе тока) успевает увидеть, что в противоположном плече сгорел ключ и прекратить генерацию. Если не успевает - пробой по стойке. Среднее время жизни такого ЗУ до первого попадания в ремонт 2 года.

Вот, такая же песня...
Датчик тока, в моём случае, лишь способен поднять частоту.
Напряжение на резонансной ёмкости не контролируется.
Пока грешу на soft start.

Посмотрите поведение затвора, напряжение и ток каналов на холостом ходу при частоте, соответствующей максимальной нагрузке (имитируйте резкий сброс нагрузки). Напряжение на ключи подайте от лабораторного источника или от ЛАТРа.

От нагрева L & C может возрастать резонансная частота ?
От резкого возрастания амплитуды в резонансном контуре сможет помочь пара диодов ?

"От резкого возрастания амплитуды в резонансном контуре сможет помочь пара диодов ? " - в квазике - да, в резонанснике - надо аккуратно считать и моделировать, можно легко убить схему.

Ремонтирую дистанционно - на руках только драйвер...
А диоды оказались штатно установленными.

Решил, что панацеей от разлетающихся осколков корпусов транзисторов, будет слежение не только за амплитудой колебаний в контуре, получаемых с трансформатора тока, но и фазой. Синхронный детектор удержит индуктивный характер нагрузки полумоста.

Свеженькое по теме
Analysis of MOSFET Failure Modes in LLC Resonant Converter

Винтовка Дегтярева плюс джигит. В чём промблемма?

Никаких проблем - задержка, в том виде, как была, не нужна и, более того, вредна.
Слишком большое dead time приводит к бОльшим токам при выключении или к жесткому переключению (если прозевать момент смены направления тока).
Необходима адаптивная задержка, следящяя за напряжением на стоке.

Причина выхода из строя на малой нагрузке кроется в медленном внутреннем диоде и постоянном слепом dead-time.
Вредные заряды не рассасываются из него даже если на затвор подано напряжение !
Когда течёт через канал приличный ток, на сток-исток появляется напряжение и рассасывание носителей происходит быстрее, так как на внутреннем диоде уже обратное напряжение.

перевод статьи попался - придётся ставить MOSFET с быстрым внутренним диодом, благо сегодня их выбор богат.

Адаптивный алгоритм мёртвого времени обнаружился лишь у TEA1713 - следят за производной напряжения на силовом ключе.

Не попадались ли Вам альтернативные решения ?

LTC3722-1/2, UCC2895/UCC3895, UCC28950. Внешними цепями организовывается в UC2875/UC3875. Также можно применить DSP и толкового программиста. Первая регулирует DeadTime прямо по напряжению сток-исток, остальные - косвенно - по току моста. Если вставить DSP - как пожелаете.


http://www.intersil.com/data/an/an9506.pdf - обратите внимание на Figure 17.

А не доводилось ли Вам встречать такое бюджетное решение проблем в ZVS мостах :
параллельно внутреннему паразитному диоду устанавливается маленький, МЕДЛЕННЫЙ (стандартный) диодик ?
При прохождении возвратного тока заряд накапливается в обоих - внутреннем MOSFET и этом дополнительном, а при закрытии транзистора дополнительный диод ограничил бы скорость роста напряжения на стоке ниже регламентированной производителем транзистора.

Идея не очень понятна - накопить дополнительный заряд в медленном диоде, чтобы потом его рассасывать? (хотя неочевидно, что заряд будет распределяться между внутренним и внешним диодами - скорее всего, в насыщении будет один из них). Если нужно ограничить скорость - поставьте емкость С-И или поиграйтесь цепями затвора.

http://de.sitestat.com/infineon/infineon/s...112b40ac9a40688
- стр. 9 - 12

ёмкость С-И стоит.
задача не допустить развития вторичного пробоя полевика при рассасывании зарядов body-diode (которые почти никуда не деваются при малом напряжении С-И, оказавшись там после переключения ZVS)
CoolMOS(как представитель SuperJunction MOSFET), кстати, несмотря на медленный внутренний диод и большой заряд в нём, не страдают проблемой dV/dt reverse recovery.
(Имя проблемы - The activation of the parasitic bipolar transistor during reverse recovery of the internal diode of a power MOSFET used as a fly-back diode in a half-bridge )

Емкость С-И, затягивая du/dt, позволяет мягко восстановиться оппозитному диоду в момент ZVS - ток восстановления, при том же интегральном значении, "размазан" во времени, критической плотности тока, необходимой для развития вторичного пробоя, не достигается - соответственно, вторичный пробой не происходит.



На мой взгляд, еще и как страдают! Берем SPW17N80C3 - громадный заряд восстановления (15uC) + канал 0,25 Ом - и видим описанную выше картину. Во всяком случае, мне другого объяснения отказов этих транзисторов в мостовой схеме найти не удалось (пиковый ток в ключе при номинальной нагрузке - 11 А, нагрузка - порядка 60 % от номинала, отказ - при работе от 20 сек до 2 мин в зависимости от партии ключей (партия с лазерной маркировкой вылетала быстро, маркированные краской - работали дольше). При этом, выхода из резонанса не наблюдалось, на полной нагрузке (быстро проскочив указанный диапазон нагрузок) - нормально работали, скорости du/dt не превышались, в корректоре рядом эти же ключи работали при пиковом токе токе, большем в 1,6 раза и более высоких скоростях открытия/закрытия - и прекрасно себя чувствовали).

Так почему же горят ?
в статье на русском языке хвалятся, что отказы будут редки...

А тут Infineon призывает ставить новые С6 вместо CFD (с быстрым диодом) в резонансники
http://www.infineon.com/dgdl/Mastering+the...127903d130171e1

Так поэтому, если я правильно понимаю, и горят - большой заряд диода не восстанавливается на маленьком сопротивлении канала - включение оппозитного ключа происходит при насыщенном диоде -сквозной ток - плотность тока превышает критическую - вторичный пробой - меняй ключи.

После замены на SPW17N80C3 на IXFH23N80Q (с большим в 2 раза сопротивлением канала и меньшим в 15 раз зарядом восстановления диода) - как бабка пошептала.

А CoolMOS C6 весчь конечно хорошая, но на базаре его не купишь. А если из-за границы везти - то IXYS или APT мне больше нравятся. Кроме того, С6 на 800 В нету...

Получается, что кратковременно, CoolMOS выдерживают жесткую коммутацию диода с огромным dI/dt при выходе из ZVS режима, а при продолжительной работе на холостом ходу из-за вкусившего тока внутреннего диода обречены.

не сравнивали транзисторы CoolMOS Infineon c разными MESH от ST ? Есть ли различие в характеристиках от разницы в технологиях ?

IXYS производит полевики с сочетанием малого заряда в body-diode (1 мкQ) и, в тоже время, низкой скоростью восстановления dV/dt (5 V/ns).
Получается, заряд важнее скорости ?

Получается, что для резонансной схемы - да. Скорость 5V/ns - достаточная для многих применений, кроме того, скорость нарастания легко контролировать. Также есть ключи Ixys со скоростями 15-20 V/ns.



Так выхода из режима ZVS, строго говоря, нет. Переключение КАНАЛА происходит при 0 напряжения (но не тока). Как раз на холостом ходу режим ZVS отсутствует, но ключи не горят - канал просто разряжает на себя емкость СИ (виден бросок тока в канале при открытии ключа) - но в контуре реактивности для обеспечения протекания тока через возвратный диод не хватает - диод не насыщается. На большой мощности реактивности много, диод насыщается хорошо - но и рассасывается хорошо падением напряжения на канале ключа. Но в определенном диапазоне нагрузок диод насыщается достаточно сильно, а рассасывается неполностью - вот тут и можно наблюдать "подскваживание" тока. При этом структура уже разогрета (не ХХ, ток приличный), дополнительный токовый удар вызывает вторичный пробой. Этот диапазон нагрузок определяется соотношением напряжения на канале и заряда восстановления диода как функции прямого тока через диод. Также, возможно, играет роль скорость восстановления диода (точнее, плотность тока при восстановлении). Авторы статьи APT столкнулись с эффектом в диапазоне нагрузок порядка 25%, я - 60% от номинала. Также в эту теорию вписывается то, что у меня ключи работали некоторое время, различное от партии - видно, кристалл добирал температуру. Это - мои личные предположения, как я понимаю механизм отказов.



Не знаю. С ST работал года 2 назад, стояли в ККМ и резонансном мосте нормально - но там был дикий запас по мощности (токовая загрузка - процентов 40-50 на полной нагрузке, боролись за тепло на сопротивлении канала). Но судя по документации, для сопоставимых ключей у ST параметры хуже, чем у Infineon.

IXYS нервно курит в сторонке - у многих 40 - 50 V/ns
скорость восстановления сравнялась со скоростью выключения канала.
FDH45N50F, например.

ST тоже на уровне и дешевле конкурентов.

Про выход из режима ZVS - имел в виду емкостный характер нагрузки в переходных режимах с настоящим запиранием диода оппозитного ключа.

вижу 2 способа фиксации проблемы с помощью драйвера :
1)открывать транзистор сразу, как напряжение на стоке упало почти до напряжения истока (а ля синхронный выпрямитель IR11672) - так уменьшится время протекания тока через диод и возрастёт время на рассасывание вредных зарядов
2)пусть ток течёт через диод, подождём смену его направления, рассасывается пусть в своё удовольствие. И когда напряжение на стоке начнёт немного расти - подам напряжение на затвор.

Если на стоке стало вольт 5 можно ли говорить, что все носители разбежались ?

FDH45N50F - приличный ключик. Только пока купить его где не нашел.

ST - не знаю, ключей с приличными диодами у них не помню.



1 способ (не допускать насыщения диода, фиксируя его каналом) - правильный и рабочий, сам проверял. 2 - теоретически правильный, но я его не использовал.

- наверное, да.

Познал ответ на вопрос - почему дохнут транзисторы !!!

оставим dV/dt впокое - оно никак не превышает 5 V/ns.

В первой статье упоминалось, что рассасывание ускоряется, если на затвор подать 3 вольта - напряжение ниже порога включения.
Похоже, что вредоносные заряды, образовавшиеся при открытии внутреннего диода, смещают подложку так, что напряжение затвор-подложка превышает пороговое.
И это же происходит, когда на затворе 0 !
Ток продолжает течь - транзистор в аналоговом (не ключевом) режиме. Хвост тока, как "tail current IGBT" !!!
Это приводит не только к динамическим потерям при переключении, но и к опасности возбуждения, если транзисторы стоят параллельно !

И никакими резисторами в затворе проблему не решить ! А в аляCoolMOS устройствах резистор не влияет уже на скорость переключения - нет помощи Миллера, так как емкость сток-исток исчезающе мала при наприжении на стоке, больших 100 вольт.
со скорость dV/dt производители мухлюют - приводят её при напряжении, больших 100 вольт !

Торжествую !

ST stw30nm60nd, например. или http://catalog.compel.ru/vt_mosfet/info/ST...60ND%20%28ST%29 с ценой.


Запараллеленные MOSFET горят чаще ?

Если гипотеза верна, то подача отрицательного напряжения на затвор решит проблему.

нашел документальное подтверждение
ток через body-diode тоже 3 Ампера
но называют "reverse recovery", связывают с открытием биполярного паразитного транзистора.
судя по пульсациям тока - он ещё и генерить пытается.
возможно, что отрицательное напряжение не поможет - цепь затвора непричём...

Давно так делаем. Уже наверное лет 10. И генераторов выпущено больше сотни. Последовательный резонансный мостовой или полумостовой инвертор до 100кВт на IXFN50N80Q2. Высоковольтная часть драйвера обеспечивает включение транзистора при напряжении сток-исток меньше порогового (например 10В) Автоматически выбирается т.о. мертвое время. Если это время выходит за разрешенный диапазон, то срабатывает защита. После включения транзистора начинает действовать защита по падению напряжения на транзисторе. Работает инвертор на частоте выше резонанса (т.е. с индуктивной расстройкой). Регулирование частотное. Так делать и всем советую.

IR2520 - резонансный балласт - подбирает частоту так, что включение затвора дожидается, когда на стоке будет вольта 4 после протекания тока через внутренний диод мосфета и его закрывания.


Стереотип "рассасывание зарядов" обычно связан с малым напряжением на закрываемом диоде.
Но в нашем катастрофическом случае это больше похоже на лавинный пробой.
Неблагополучные, случайно уцелевшие после прохождения тока через диод, заряды покидают чрево полевика, порождая avalanche.
Транзистор горячий, напряженность поля велика = сток-исток уже 400 вольт.

А осциллографом видна "правильная" коммутация напряжения - ток мы не видим !

Влияет ли отрицательное напряжение на затворе на параметры лавинного пробоя полевика ?
В силовых ключах имеет место "back-gate effect" ?


(картинки из работы "Investigation of MOSFET failure in soft-switching conditions" Iannuzzo)
1. mosfet after the normal commutation, an instability characterized by a burst of high-frequency oscillations

2.current tail after the turn-off of the device power dissipation of about 50W at 100KHz (это мощность только паразитного рассасывания)

to dmitrp


пара вопросиков...
1) как происходит старт инвертора - ведь на обоих ключах может быть напряжение сток-исток больше порога ?
2) подача напряжения на затвор сразу после прихода напряжения на стоке в 0 может и не помочь спасти ключ, если U=I*R превысит 1/2 вольта из-за большого сопротивления ключа/слишком большого тока. Внутренний диод откроется. А быстрое срабатывание защиты (особенно если она организована внешней цепью с некоторой задержкой и может произойти несвоевременно - заряд body diode не рассасался и пришла команда закрывать ключ) может только усугубить ситуацию - лучше дождаться резонансного уменьшения тока, потянуть время - большое (но не 400 вольт !) напряжение облегчит удаление зарядов. А как происходит "удаление зарядов" при полном напряжении на стоке мы хорошо видим - с фейерверком, с огоньком и шумовыми эффектами.

1) На первом импульсе первом драйвере импульс проходит независимо от напряжения сток исток. Рабртает только защита по падению напряжения на включенном транзисторе.
2) В резонансном инверторе напряжения на частоте выше резонанса напряжение на транзисторе спадает до нуля ( разряжается емкость сток -истока), а затем ток начинает течь через обратный диод (ток близок к синусойде). Фактически импульс подается в момент протекания тока через обратный диод. Режим ZVS при включении. Ну и гарантированно закрыт другой ключ в плече. На нем уже все напряжение Ud. Используем мы MOSFET. У них хвоста нет. На IGBT может конечно остаться некоторый хвост, но как показали наши испытания - это все не критично. Просто запас большой по IGBT надо брать, если ты хочешь их использовать на частоты под 100кГц

я же привёл картинки - есть хвост у MOSFET, если был ток через внутренний диод !
и он может привести к открытию паразитного биполярного транзистора - тогда ключу пламенный привет.


а потом, через микросекунду, сам собой открывается - посмотрите картинку с последней прижизненной осциллограммой.

Прошу прощения, что встрял.
Понимаю, что "Слышал звон, но не знаю, где он", но уж больно случай похожий описан:
http://www.power-e.ru/360.php

При двуполярном упровлении таких проблем не наблюдал. Это видимо при однополярном управлении. Там может прыгнуть напряжение на затворе. А тут ему прыгать некуда.

ошибаетесь, если в dead-time на затворах по нулям у всех транзисторов.

на затворе ничего не прыгает ! нет dV/dt !
А вот прыгает ли под затвором ?

сейчас не уверен, что отрицательное напряжение меняет картину...надо перестать писать-читать и смотреть самому в осциллограф.

Что значит по нулям, у нас по минусу.
Что значит под затвором?
Мы используем IXFN50N80Q2. У них диод быстрый, может вообще дополнительный.
При работе в режиме больших dU/dt 5-10 B/нс и выше есть подскоки напряжения на затворе в момент выключения. При включении естественно такой проблемы нет. Там начинает включаться не структура, а обратный диод, а затем уже структура транзистора.

под затвором - канал и "back-gate effect"

у IXYS быстрый внутренний паразитный, но хуже настоящего быстрого на порядок. Дополнительных не бывает.

Вам с быстрыми полевиками нас с простыми и дешевыми не понять - печально знаменитые эффекты ослаблены...

продолжаю копать под затвором
нашёл !
"third quadrant effect"

Надо просто приборы использовать современные. А не 20 лет назад разработанные.

Ошибаетесь - эффекту подвержены все полевики, в той или иной степени...
Dynamic avalance breakdown
лавинный пробой при восстановлении диода

Это если к диоду прикладывается обратное напряжение, а если нет (как в резонансном преобразователе), то и пробоя нет.
Ну а для диплома можно и поисследовать такие процессы.

Удивляете меня - когда на стоке + это уже обратное напряжение на внутреннем диоде.

для полевика, оказывается, гораздо менее опасно жесткое закрытие паразитного диода, чем тот эффект, от которого они дохнут на малой нагрузке.
К моменту выключения транзистора вредных носителей осталось мало от того времени, когда тёк ток через внутренний диод, но ведут себя героически, потому что велико напряжение сток исток. Они разгонятся, размножатся, порадив лавину. И произойдёт это при напряжении, меньшем статического лавинного пробоя. А потом транзистор умирает от вторичного теплого пробоя.
Но выход есть !