Сгорает транзистор в обратноходовом каскаде

[YS]

Здравствуйте, коллеги!

Цель: получить 180 В из 20...30 В. Желаемая мощность на выходе - 5 Вт.

Для этого я решил применить обратноходовый преобразователь. Рассчитывал для режима разрывных токов. Частота - 50 кГц.

Сначала просимулировал в LTSpice - все шикарно. Потенциально выдает даже больше, чем надо.





Собрал в реальности:



Сердечник - какой был, ETD29 N87. Пара B66358G0000X187 + B66358G0500X187, суммарный зазор 0.5 мм.

Первичная обмотка 15 витков, вторичная 45, соотношение 1:3. Выше в симуляции подставлены реальные измеренные индуктивности обмоток. Диод в реальности - HER207.

Пытался померять индуктивность рассеяния - закорачивал вторичную обмотку и измерял индуктивность первичной. Получается <1 мкГн.

Сигнал генерируется с STM32F030F4P6.

В качестве драйвера затвора используется TC4420EPA. Фронты на затворе четкие. В цепь истока включен резистор 0.1 Ома для измерения тока.

Беда одна - транзистор упорно сгорает. При коэффициенте заполнения 50% реальное выходное напряжение составило примерно 120 В.

Что делать, коллеги? В чем может быть проблема?

[manowar]

по сигналу с датчика тока транзистор выключается? если гарантированно транзистор не молотит в насыщенный транс - смотри напряжение на С2, долбит его выбросом.

[YS]

На данный момент каскад работает без обратной связи вообще. Отсутствие насыщения гарантируется диким запасом сердечника. Чтобы его насытить, мощность нужна ватт этак 100 минимум. Быстрее обмотки расплавятся - они намотаны проводом 0.3 мм.

Я вот тоже склоняюсь к тому, что транзистор погибает из-за систематического пробоя - уж больно плоские верхушки у напряжения на стоке, причем ровно на уровне 100 В, что подозрительно совпадает с предельным напряжением транзистора.

Единственно непонятно, откуда там берется столько энергии - измеренная индуктивность рассеяния менее 1 мкГн...

Я вот уже попробовал уменьшить резистор с 10 кОм до 5 кОм (на фото уже видно второй в параллель). Но продолжить эксперименты пока не могу, потому как драйвер затвора тоже погиб в предыдущем опыте, а за вторым надо ехать в магазин.

[Fuser]

вторичка коротковата... при 180в выходного, отраженное на первичке получится 60В, что вкупе с входным 20В, практически не дает запаса на выброс. т.е. транзистор тогда нужен на 150в+.
ток на истоке смотрел? при 50%+ точно в насыщение не входит? по грубым прикидкам, с такой индуктивностью амплитуда получается под 5А

имхо:
домотай как первичку, так и вторичку, с коэфф. 1:5..6
D2 поставь помедленней - FR157
резистор снаббера уменьши до 4-5к.

[Телекот]

Цель: получить 180 В из 20...30 В. Желаемая мощность на выходе - 5 Вт.

Сигнал генерируется с STM32F030F4P6.В качестве драйвера затвора используется TC4420EPA.

Зачем такое извращение? Что мало специализированных микросхем? Возьми ту же 3842, там и ток контролируется.
Обратно-ходы не будут надёжно работать без ОС. Что бы знать что сжигает транзистор нужно смотреть осциллограммы напряжения на стоке и на истоковом резисторе. Да и транзистор надо с большим напряжением при таком трансформаторе, или соотношение обмоток увеличить хотя бы до 1:4.

[YS]

ток на истоке смотрел? при 50%+ точно в насыщение не входит?

Смотрел, для того резистор и поставил. Нет, характерного выброса не видно. Под 5 А да.

домотай как первичку, так и вторичку, с коэфф. 1:5..6
D2 поставь помедленней - FR157
резистор снаббера уменьши до 4-5к.

Надо будет попробовать.

Зачем такое извращение?

В данный момент это стенд для проверки идеи.

Что мало специализированных микросхем?

Этот преобразователь будет частью другого устройства. Потому есть соблазн сделать все на одном МК. Не на F030, конечно, здесь он используется всего лишь вместо генератора; в других сериях есть все возможности собрать на части периферии нормальный ШИМ-контроллер с ограничением тока.

Обратно-ходы не будут надёжно работать без ОС.

Это я понимаю. В данный момент это просто стенд для отработки силовой части отдельно. К выходу постоянно подключена нагрузка. Отрабатывается режим максимальной выходной мощности при минимальном входном напряжении.

Планируемый режим - DCM с ограничением пикового тока и релейным регулированием выходного напряжения. Не самый продвинутый метод, зато снимает все вопросы с компенсацией ОС.

***

Спасибо за советы; в принципе, сказанное про доработку совпадает с моими внутренними ощущениями, что, наверное, хорошо.

Сегодня куплю новый драйвер затвора и буду пробовать дальше.

ШКОЛА ПОСТРОЕНИЯ
ИМПУЛЬСНЫХ DC/DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

[Starichok51]

пока он делает на МК, да еще без обратной связи, статьи ему не помогут...

[white_ghost]

ему не хватает мощности. По графику выход в номинал аж 30мс!!!!!! ты слишком намотал первички. И вообще с трансформатором у тебя что то не так. как это на 15 витках 45мкгн? такого быть не может! 11 витков дают где-то уже около 100мкгн и по твоим меркам даже это перебор потому что на 5вт ток все еще непрерывный. это во первых, а во вторых как говоришь 1 к 3 с 50 циклом ну считай при 20в питания 120в и получается. как 220 то? я б смотал первичку до 2х витков и он качнет хоть 800в на выходе, для 220 рч будет мелкий.

Добавлено after 14 minutes 46 seconds:
он и выходит в номинал так долго потому что при таком кт нужно более 50% рч на 220. и выходит потому что ос нет. дальше не растет потому что мощи не хватает. Сурьезно, может снабер всю мощность съедает? ситуация выглядит крайне ненормально обычно напруга на выходе при включении наоборот подпрыгивает из-за инерции ОС у мня при 12в питании за время тупизма ОС на выходе может улететь за 200+в просто вот мгновенные пики всего за пару циклов. ТОж транзисторы горели, пока 800в не поставил -))) все дело в ОС оно должно шустрее отрабатывать. особенно когда пиковый ток разрешен до 20А. или жми его в полампера 1 ом. но тогда он у тебя станет еще более слоупочнее. секунд 10 будет набирать 200в -) или вообще никогда. ОС должна быть. Строительство ОХ это строительство ОС по большому счету.

[YS]

ШКОЛА ПОСТРОЕНИЯ
ИМПУЛЬСНЫХ DC/DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Не поверите, читал.

пока он делает на МК, да еще без обратной связи, статьи ему не помогут...

Еще раз, это не законченный преобразователь. Это макет силового каскада, призванный иллюстрировать один режим. Здесь не нужна ОС. ОС нужна в случае реального преобразователя, чтобы компенсировать изменения входного напряжения и нагрузки. При фиксированном входном напряжении и фиксированной нагрузке коэффициент заполнения постоянен и нужды в ОС нет.

как это на 15 витках 45мкгн? такого быть не может!

Я ведь привел документацию на сердечник. Пара B66358G0000X187 + B66358G0500X187 имеет значение A_L 201 нГн на виток в квадрате. Нехитрая математика дает нам 45 мкГн, что подтверждается измерением.

[white_ghost]

YS,
это же вроде ты писал несильно бредовые статьи про бустеры?
так как же это вот там писал а тут упускаешь? там еще зазор огромный. ДШ это если без зазора слепишь.
у ОХ есть один такой режим работы называется феерверк. Наступает когда ОС отваливается. Даже с двумя петлями отвал одной ОС оочень опасна. Ты же лимитишь только время открытия. за одно и тоже время ток может быть и 100ма и 100А вот он и горит... +1 причина. А если твоя нагрузка ну отвалится ну на 5 сек к такой штуке даже подходить становится опасно.

[Телекот]

Еще раз, это не законченный преобразователь. Это макет силового каскада, призванный иллюстрировать один режим. Здесь не нужна ОС.

Сделай ОС хотя бы по току. Потому что ток при достижении безразрывного режима растёт очень быстро в ручную не отследить.

YS писал(а):

Не поверите, читал.

Верю. Можно попробовать поставить параллельно транзистору супрессор.

[YS]

Итак, я перепаял драйвер и транзистор, после чего снова приступил к экспериментам.

Поставил новый опыт. Ограничился следующим режимом: напряжение на входе 7.5 В, напряжение на выходе 54 В, нагрузка та же, 2 кОм. В таких условиях все работает стабильно, ничего не греется (кроме нагрузочных резисторов, разумеется), ничего не сгорает.

Снял осциллограммы. Раньше все перегревалось и сгорало еще до того, как я успевал что-то измерить.

Канал 1 - напряжение на затворе, канал 2 - напряжение на стоке:

Спойлер

То же самое крупнее:

Спойлер

Канал 1 - напряжение на затворе, канал 2 - напряжение на резисторе цепи истока:

Спойлер

Видно, что да, напряжение на стоке подскакивает аж до 100 В и выше. Сто вольт - это, вообще говоря, предел для IRLU120N. Но, поскольку он специфицирован для режима пробоя (avalanche-rated), то, хотя он и пробивается, как видно по осциллограмме тока, но при небольшом превышении такое издевательство все же терпит. Хотя это, конечно, не дело.

Также видно, что максимальный ток - порядка 1 А, никакого насыщения нет, есть лавинный пробой из-за превышения напряжения сток-исток.

Вывод: транзистор, похоже, сгорал просто из-за систематического пробоя.

Что делать, коллеги?

Увеличить соотношение витков - да, в финальной схеме так и сделаю, но сейчас, как вы понимаете, мне страсть как лень выпаивать трансформатор и перематывать его, хотя, наверное, все же придется.

Как сделать так, чтобы снаббер работал эффективнее? Уменьшить сопротивление резистора? Сейчас у меня стоит 5 кОм.

[musor]

бля твою мать сам видиш что при 7в уже вылетаете за ПДР про ОБР я молчу их у вас нет и ПОКА НЕ ПРЕДВИДИТСЯ пока не смокатируешь нормалную схему
-эщэ раз ключику на 100в там делать нечего стафь боле ВВ
либо ка писал калега делат на http://img.radiokot.ru/files/134629/med ... a96q4s.png

Добавлено after 2 minutes 21 second:
но я ставил бы RCVD cyf,th паралелно 1ке дроса оно надежнее и не боится высокого ESR источника

[Телекот]

Видно что трансформатор этот суда не пойдёт, обратный ход когда энергия передаётся в нагрузку очень мал по времени. и снаббер надо настраивать уже под нормальный трансформатор, так что не нужно ленится и в первую очередь рассчитать и перемотать трансформатор.

[musor]

ну траннс наверно был готовый ятож так делаю не намотаешся под свои хотелки..
надо стремится к унисексу и стандартизации

[white_ghost]

Я бы разобрал это изделие и собрал с нуля каким нибудь другим способом.

[YS]

ну траннс наверно был готовый

Нет.

Видно что трансформатор этот суда не пойдёт

Похоже да. Надо будет перематывать.

Я тут еще немного поэкспериментировал.

Транзистор поменял на IRL630. После этого попробовал с RCD-снаббером в варианте с сопротивлением резистора 1 кОм и также пробовал поставить в качестве снаббера TVS-диод 1.5KE150CA.

На нагрузке 2 кОм получил 135 В при входном 20 В.

Транзистор не ледяной, но руку держать можно. В общем, практически не греется. А вот снаббер греется как утюг - соответственно, либо резистор, либо TVS. Однако уже ничего не сгорает.

Измеренный КПД составил 53%. Практически половина мощности рассеивается в снаббере.

В общем, по всей видимости, правы те, кто говорил, что соотношение витков маловато.

Перемотаю - попробую.

На всякий случай повторю для вновь присоединившихся - вот то, что на картинке выше, разумеется, не финальный вариант. Это отладочный стенд. В реальном преобразователе будет и ОС по току, и ОС по напряжению, и все, чему полагается быть. Здесь я эксперементирую с силовым каскадом в одном фиксированном режиме. Цель процесса - на практике проверить все то, про что я читал.

[musor]

к чему изврашения и главное бестолку бери чип на которм будеш ваять вот с ним и экспериментируй а то толка отладишь макет а в железе на например 3845 все прахом пайдет изза разных режимоф