Источник тока для гальваники. Часть IV - собираем все в кучу

Часть 1
Часть 2
Часть 3
Часть 4

Настало время сложить все в кучу и нарисовать схему и плату.


Файлы в формате Eagle 6.4 в аттаче.

Схема:

Плата:


Схема и плата в значительно большем разрешении есть в аттаче.

Что получилось на выходе:
— максимальный ток: 25А
— максимальное напряжение на нагрузке — 7В
— частоты преобразования: расчетные — 740/500/220 кГц, реальные ~660/500/240кГц.
— пороговые токи 7А и 15А

Описание схемы

Функционально схема состоит из следующих частей:
— Контроллер преобразователя
— Силовой каскад
— Схема выбора режима стабилизации и датчики
— Схема управления частотой преобразования
— Схема питания
— Реверс

В качестве контроллера преобразователя используется LM2745. Это один из представителей довольно большого семейства чипов фирмы TI для синхронных преобразователей и под нашу задачу подошел по нескольким причинам — схема управления по напряжению, наличие трекинга, простое управление частотой преобразования, широкий диапазон рабочих частот, доступность и удобный но компактный корпус. Из особенностей включения можно отметить, разве что, «заглушенный» ограничитель тока (резистор с 7-й ножки на землю). Так же замечу, что схема управления по напряжению при таком варианте включения значительно удобнее схемы управления по току (и ее вариациям), поскольку контроллер генерирует нарастающий сигнал для ШИМ самостоятельно. Другой плюс для нашего случая — одна петля обратной связи, что упрощает компенсацию. С точки зрения традиционного применения усилитель ошибки несколько «перекомпенсирован» и полоса частот заужена. Это снижает быстродействие преобразователя, но повышает его устойчивость в широком диапазоне напряжений и токов.

Силовой каскад

Тут все традиционно — драйвер и полевики. Полевики установлены парами в оба плеча, но сами полевики разные. Сочетание типов полевиков и их количества оптимизировано под конкретную задачу, расчетные потери в транзисторах в любых режимах не превышают ~1.7Вт (причем максимум не на максимальном токе, а возле первой точки «перегиба» частоты).

Схема выбора режима стабилизации и датчики

Датчик тока сделан на униполярном ACS713, а датчик напряжения — просто делитель напряжения на резисторах. Никаких особенностей нет. Выходные напряжения с обоих датчиков «загнаны» в диапазон «менее 3.3В», для нормальной работы внешнего контроллера. В качестве переключателя используется широко распространенный аналоговый мультиплексер/демультиплексер 74LVC1G3157. Особенностей, естественно, никаких нет. По умолчанию (то есть со снятыми управляющими напряжениями) схема работает в режиме стабилизации напряжения, при этом выходное напряжение составляет около 50мв. Это вызвано протеканием тока, который должен заряжать конденсатор мягкого старта, через резистор входного делителя управляющего напряжения. По идее этого напряжения должно хватать для работы в режиме «загрузка под током», но это надо проверять.

Схема управления частотой преобразования

Изначально планировалось использовать одну «точку перегиба» и две частоты преобразования. Но потом на глаза попался компаратор LM393 (их там целое семейство LM393/339/2903/2901), который мне подходил из-за выхода с открытым коллектором. Поскольку в корпусе минимум два компаратора, то я решил этим воспользоваться и сделать две точки смены частоты. Одно из полезных последствий этого решения — путем выбора токов при которых меняется частота и самих частот удалось удержать необходимую для преобразователя индуктивность в пределах менее 1мкГн для всех сочетаний токов и выходных напряжений. Сама схема достаточно примитивная — выходное напряжение с датчика тока сравнивается с эталонным напряжением заданным делителем. Изначально (при нулевом токе на выходе) напряжения на делителе выше напряжения с датчика тока, поэтому оба компараторы имеют на выходе логический 0 (что выражается в открытых выходных транзисторах) и два из трех частотозадающих сопротивлений закорочены. Оставшееся сопротивление задает максимальную частоту работы преобразователя. Когда выходной ток растет и сигнал с датчика достигает первой «точки перегиба» нижний по схеме компаратор срабатывает (выходной транзистор закрывается) и подключает второй резистор в частотозадающую цепь. Это приводит к понижению частоты преобразования. Аналогичный процесс происходит и при достижении второй точки перегиба. Замечу, что схема управления частотой работает независимо от режима стабилизации и независимо от выходного напряжения.

Схема питания

По идее достаточно было одного напряжения питания для всей схемы (+5В), но, как я уже писал раньше, питание драйвера имеет смысл несколько повысить. С другой стороны, питание управляющих цепей имеет смысл максимально качественно отфильтровать (а поскольку рядом гуляют большие импульсные токи, это вдвойне актуально). Так что в итоге сложилась двухступенчатая схема питания — сначала входное напряжение понижаем до 6.5В (точнее, до 6.4) и питаем драйвер, затем с помощью маломощного стабилизатора понижаем до 5В и питаем все остальное.

Реверс

Для реверса использован мост, в качестве драйвера моста использована LM5111-3M. Этот вариант драйвера имеет один прямой и один инверсный вход, так что в итоге вся схема реверса получилась предельно простой. Поскольку для питания драйвера используется питание всей схемы, а встроенного генератора подкачки в драйвере нет, то способность драйвера открывать верхние транзисторы в мосте ограничена разницей между питающим напряжением всей схемы и выходным напряжением преобразователя. Для нормальной работы транзисторов нужно, как минимум 4-4.5В (пороговое напряжение ниже, но именно с таким напряжением на затворе транзистор выходит на нужное сопротивление канала), поэтому выходное напряжение ограничено этой отметкой. Это ограничение не играет сколько-нибудь заметной роли, просто все остальные части схемы это берут во внимание, скажем, выходной делитель посчитан так, что не позволяет в режиме стабилизации напряжения выдать напряжение выше ~7.5В.

Замечания по разводке

Разводка оказалась едва ли не самой сложной частью проекта. Главных требований два — а) минимизировать (геометрически) пути прохождения больших пульсирующих токов и б) аккуратно разделить земли. На схеме нарисованы две земли — силовая и сигнальная, в реальности их четыре — силовая конфигурацией полигонов разделена на три — сильноточную и две слаботочные. В целом вся разводка как бы «обернута» вокруг центрального полигона силовой земли. Это позволило сократить пути больших токов до минимума вообще. Силовая «сильноточная» это весь центральный полигон. Первая слаботочная силовая земля, выведенная слева вверху, подводит питание ко всей слаботочной части и служит для связи драйвера с нижним транзистором. Вторая слаботочная силовая земля разведена справа и вниз, подводит питание к драйверу моста и служит для связи этого драйвера с нижними плечами моста. Блокировочные конденсаторы и конденсаторы выходного фильтра расположены максимально близко к источникам импульсных токов (транзисторам и индуктивности). Этому способствует и их форма/размер. Нижняя сторона платы содержит несколько полигонов, функциональной нагрузки, кроме отвода тепла, у большинства из них нет. Один из полигонов используется еще и для подвода питания к драйверу моста, так что или плата должна быть с металлизацией или разъем управления должен быть запаян с обеих сторон.

Общие замечания и комплектующие

В качестве первых (ближайших к источникам пульсаций) конденсаторов использованы конденсаторы с реверсной геометрией 0612. Выбор не случаен — такое решение позволяет минимизировать паразитные индуктивности и максимально сократить пути прохождения токов с наиболее широкой полосой.

Входной электролит обязателен (иначе неслабые пульсации потребляемого тока будут «лезть» обратно в блок питания и не факт, что он с ними справится, не говоря уже о том, что вся схема превратится в передатчик в широком диапазоне. Электролит следует подбирать с малым ESR и большими допустимыми токами пульсаций, иначе он будет сильно греться и быстро выйдет из строя. В идеале сюда лучше поставить полимерные конденсаторы, но подходящих конденсаторов в SMD исполнении я не нашел, а ставить выводные не захотел. Если будет возможность поставить полимерные, то подойдут даже с емкостью в несколько раз меньшей (220мкф должно хватить).

В качестве разъемов питания и выхода выбраны 4-х контактные разъемы типа MiniFit. Этот тип разъемов всем известен по компьютерным блокам питания. Разводка входа использована аналогичной одному из выходов ATX (если память не изменяет, то дополнительного питания процессора, но тут надо быть внимательным, 4-х контактных выходов обычно два и земля-питание у них разведены противоположным образом).

Разъем управления — обычный рядный разъем с шагом 2.54мм.

Светодиоды на плате нужны больше для отладки, так что при желании их можно не ставить (как и соответствующие резисторы). Входные сигналы управления могут управляться как контроллером с 5В питанием, так и 3.3В. Как я уже писал выше, выходные сигналы подогнаны для работы с 3.3В микроконтроллером (в реальности они не превышают 3В), поэтому на контроллере с 5В питанием вся шкала АЦП использоваться не будет.

Выходной фильтр разделен на две части — до датчика тока и после. Это сделано из соображений удобства разводки, а не по каким-то более замысловатым соображениям.

Резисторы и конденсаторы в маломощных цепях — любые 0603 нужного номинала. Конденсатор в цепи подкачки драйвера (С1 на схеме, на плате обозначен как 1uFx50V) рекомендуется подобрать на максимальное напряжение какое удастся найти, но никак не менее 25В. Блокировочные конденсаторы по силовому питанию (47мкф) и в выходных фильтрах можно поставить чуть меньше (22мкф должны подойти), но, опять-таки, с рабочим напряжением побольше.

Индуктивность XAL1580-102 на 1мкГн. Вместо нее можно поставить IHLP5050 нужного номинала («в лоб» на футпринт для XAL1580 они не станут, но IHLP5050 есть в списке корпусов, так что перед печатью фотошаблона или отправкой на производство просто выберите нужный корпус из списка в редакторе плат Eagle).

Диоды — любые Шотки с напряжением хотя бы 30В и током хотя бы 1А (ну и подходящим футпринтом, конечно).

Транзисторам в преобразователе замены, увы, я не знаю.

К транзисторам в мосте требование только одно — минимальное сопротивление в открытом состоянии (ну и напряжения сток-исток и затвор-исток не менее 15В), поэтому можно попытаться выбрать другие. Футпринт под LFPAK достаточно универсален, большинство вариаций на тему Power-SO8 должны становиться без проблем. Впрочем, как и в случае с индуктивностью, в списке корпусов можно найти много всего разного, например, PQFN5x6.

Драйвер полумоста можно заменить на NCP5351 без переделки платы и без заметного ухудшения характеристик.

Вместо LM2745 можно применить LM2748 (у них даже даташит один на двоих). Должен подойти еще LM2746 и, возможно, LM2742 (это надо проверять). С небольшой переделкой схемы (добавлением внешней опоры) подойдет еще LM2744.

Плата сделана с использованием двухстороннего FR4 толщиной 1mm и толщиной меди 70 мкм (покупался на ebay). Размер платы подогнан так, что бы две такие платы влезали на заготовку размером 100х160мм. Не исключено, что подойдет и обычная 35 мкм фольга, но я этого не проверял. Наличие маски на плате обязательно.

Толстая фольга, отсутствие термопереходов на многих полигонах, наличие массивных деталей, достаточно плотный монтаж и выбор футпринтов — все это делает сборку обычным паяльником если не невозможной, то, как минимум, крайне неудобной и чреватой перегревом деталей. Поэтому настоятельно рекомендуется пайка в печке или, как минимум, на с использованием подогрева (стол для прогрева или, хотя бы фен). Впрочем, разъемы все равно приходится паять именно таким способом даже при использовании печки.

Типа итоги

Схема работает и, в принципе, делает то и так, как задумывалось изначально. Тем не менее, есть несколько моментов, из-за которых решение мне не очень нравится. Во-первых, 20-25, максимум 30А — предел для такого типа схем. Дальше нужно переходить к многофазным контроллерам, а это, хотя и вполне подходящий вариант, резко усложнит схему. Не столько с точки зрения схемотехники (тут, как раз, все просто), сколько с чисто конструктивной точки зрения. Вероятно более перспективным с этой точки зрения будет использование полумостового или полномостового DC-DC преобразователя с синхронным выпрямлением и квазирезонансным или резонансным режимом работы. В такой схеме с большими токами работает только непосредственно выпрямитель, причем режим работы транзисторов в выпрямителе близок к ZCV, что дает возможность довольно просто получать значительные токи. Впрочем, это тема для отдельного копания вглубь и вширь…

Ну и на закуску несколько фоток:


  • +14
  • 25 мая 2013, 22:09
  • evsi
  • 1
Файлы в топике: design-8.10.16.zip

Комментарии (171)

RSS свернуть / развернуть
Свершилось! :)
Что получилось на выходе:
— максимальный ток: 25А
Тем не менее, есть несколько моментов, из-за которых решение мне не очень нравится. Во-первых, 20-25, максимум 30А — предел для такого типа схем.
А в чем проблема? Для блеска Cu-400, ЕМНИП, рекомендованный ток — 2,5А/кв.дм. 25А — 10 кв.дм., 5 кв.дм. двухсторонней платы. Площадь листа А4 грубо — 5 с половиной кв.дм. Да и токи понизить можно, торопиться нам особо некуда. Так что для любительского применения и прототипирования 25 А — более чем достаточно.
0
Ну да, примерно такими соображениями я и руководствовался. Но это только на постоянном токе, импульсные режимы с большими соотношениями прямого и обратного токов на таком источнике и большой плате не попробовать.
0
Глупый вопрос — а чем обусловлен выбор 4-х пиновых разъемов для подключения нагрузки вместо, скажем, винтового зажима? Для меня бы это было потенциальной угрозой путаницы что куда подключать.
0
Такой выбор обусловлен двумя факторами — удобством подключения компьютерного БП и большими токами в компактном корпусе. Винтовые зажимы я применял в первых прототипах, на практике они оказались куда менее удобны чем MiniFit.
0
Зачод!!!
[off]
Мну вотЪ интересует вопрос: как правильно развести выходные сильноточные цепи? Стоит задача собрать импульсный стабилизатор с выхлопом не менее 50А… Электролиты Саньо серии SEPC. У них до ~6А (в зависимости от емкости) макс. ток нагрузки… Эт их что, 10 шт. нужно? О_о И как в таком случае дороги разводить? Просто с силовой электроникой работать еще не приходилось (в смысле делать с нуля)…
[/off]
0
Я не готов давать консультации, я еще не настолько хорошо разбираюсь. Но под такую задачу я бы однозначно смотрел в сторону многофазных преобразователей. Скажем, четырехфазник с ~12.5A на фазу или трехфазник с ~17.5A на фазу будет проще и в подборе комплектухи и в разводке. Правда, без четырехслойной платы с ними дело иметь крайне сложно — много пересекающихся широких шин, двух слоев маловато.

P.S. напряжение на выходе какое?
0
До 5В, потому с многофазником туговато — там обычно до 2..2,5В, если брать готовый контроллер… + его еще достать…
Мне бы с 2-мя слоями хоть разобраться — как правильно распараллелить дороги… Пока неспешно ковыряю 20-ти амперник (5В) с кучей перемычек/переходов и самопальными пистонами под ноги кондерам…

ЗЫЖ а плата все равно зач0тная!!!1 ^_^
0
Контроллер могу подсказать — ISL6558. Чип совсем не новый (2005-й год), так что с добыванием проблем быть не должно. Ну и есть вариант в 16-выводном соике (что для многофазников вообще редкость).
0
Вроде то, что нужно… Пасиб
0
Мне бы с 2-мя слоями хоть разобраться — как правильно распараллелить дороги…
Тут, кстати, все довольно просто — пара одинаковых полигонов на двух сторонах и «ватник» из переходных отверстий.
0
Пока так и делаю — "+" сверху, "-" снизу, после кондеров соотв. шины соединяю вместе. Мне просто думалось, что так будет правильно. Просто такого нигде не видел — везде кондеры «последовательно»…
0
Я тут попробовал прикинуть, можно ли сделать из схемы в топике то, что вам нужно. Получается, что, в принципе, можно. Выбросить мост, драйвер моста, схему переключения режимов и датчик тока. Растянуть полигоны питания и средней точки полумоста по максимуму, в полуплечи поставить те же транзисторы, но по три штуки вместо двух. Рабочую частоту зафиксировать на уровне 200кГц, индуктивность оставить, ее хватит с запасом. Прикидка показывает мощность потерь менее 3Вт (с учетом драйвера чуточку больше — 2.8 преобразователь и 0.27 драйвер). Видимо понадобится увеличить немного емкость конденсатора подкачки, но это надо посчитать, у меня он с запасом, может и хватит. Да, без датчика тока и остальной логики стабилизатор на 5В не нужен, контроллер можно запитать от тех же 6.4В, что и драйвер.
0
упс… ток пульсаций…
0
Спасибо evsi.
З.Ы. А что делать тем, у кого DipTrace? :( Выложи, пожалуйста, полную схему с хорошим разрешением куда-нибудь и ссылку приложи.
0
Как написано в тексте статьи, схема и плата в высоком разрешении лежат в приаттаченом архиве. Ну и я, все-таки, советую поставить бесплатную версию игла, для того, что бы смотреть чужие платы любой сложности и для генерации герберов она вполне подойдет. Давно не проверял какие там ограничения, но если ничего не изменилось, то бесплатной версии будет достаточно и для редактирования этой платы.
0
зачем так сложно,
берёте МОТ,
срезаете вторичку,
убираете прокладки и кольцо,
продеваете кабель в пару витков, можно с ответвлениями на несколько напряжений

и собственно можно получать 500Ампер и больше, мой домашний выдаёт до 1КА на 2, кажется, вольтах, для контактной сварки\гальваники\газогенератов… в домашних условиях то что доктор прописал
0
  • avatar
  • Me1
  • 26 мая 2013, 16:14
Что такое МОТ?
0
трансформатор от микроволновки
0
Microwave oven transformer. Обычно порядка 1,5 кВА, 1,5 кВ вторичного.
0
С удовольствием почитаю подробное описание конструкции. Требования описаны в конце первой статьи.
0
свой домашний мне фоткать лень, так что фото из интернета, это простейший вариант



стабилизация тока — нет, этож трансформатор
стабилизации напряжения — нет, но оно не особо плавает
реверс — нет
выходные напряжения — любые, зависит от того сколько тока хотите брать, поскольку кабель на выдерживающий несколько сотен Ампер весьма толстенький
выходные токи — сотни Ампер, опять же смотря что надо
длительность импульса — чем запитаете такой и будет, 220в 50Герц как базовый вариант
0
Ну, судя по описанию оно для поставленной задачи не катит.
0
для конструкции автора в любом случае потребуется источник питания, я не читал предыдущие статьи, но не из воздуха же электричество возьмётся.
По мне дешевле, мощнее и проще допилить такой агрегат чем изобретать велосипед заново.
0
Можете попробовать сделать это дешевле, мощнее и проще. Я уже писал — с удовольствием прочитаю описание готовой конструкции (то, что вы показали — только заготовка, лишенная почти всего нужного).
0
Осталось добавить то, чего нет и сравнить сложность получившейся конструкции. Я охотно верю, что предложенный Вами вариант работоспособен и вполне подходит для поставленной задачи, но, все-таки, сравнивать нужно сравнимые вещи.
0
Ух ты, на нем и сварочник можно сварганить…
0
Это он и есть, точечная сварка из транса от микроволновки.
0
Ага, именно, вы получаете микроагрегат для контактной сварки.
Например: www.chipmaker.ru/topic/77619/
А где выпрямитель? Где стабилизатор(ы)? Где несимметричный переменный ток?
0
Как я понимаю стабилизация по напряжению или по току задаётся сигналом MODE, а величина соответственно напряжения или тока задаётся напряжением на контакте CONTROL?
А какой диапазон этого напряжения?
А как осуществляется, и осуществляется ли вообще ограничение напряжения в режиме стабилизации тока?
0
А как осуществляется, и осуществляется ли вообще ограничение напряжения в режиме стабилизации тока?
В самой схеме, насколько я вижу — никак. В прицнипе, может ограничиваться внешней схемой, но скорее всего — только напряжением питания преобразователя.
0
В таком случае ведь возможна ситуация когда разницы между входным и выходным напряжением будет недостаточно для полного открытия верхнего транзистора выходного моста и он просто перегреется?
0
Вот чего не знаю, того не знаю. Возможно, драйвер питается более высоким напряжением, чем питание преобразователя.
0
В реальной жизни такое может случиться только если выход никуда не подключен. Тогда ток через датчик равен нулю и любое (даже самое малое) управляющее напряжение за пределами «мертвой зоны» теоретически должно разгонять напряжение на выходе до входного. На практике контроллер имеет ограничение на максимальную скважность, причем она зависит от частоты. Поскольку сигнала с датчика нет, то контроллер работает на максимальной частоте, а максимальная скважность ШИМ в этом режиме, согласно даташиту, менее 78% (поскольку частота > 600кГц), что составляет около 9В. Разница с входным меньше желательных 4.5В, но значительно выше порога, так что, по идее, транзисторы должны нормально открываться.
0
Спасибо, теперь понятно, из схемы это совершенно не очевидно а даташит ещё видимо недостаточно раскурил.
0
Ну, по хорошему, защиту таки следовало сделать. Или запитать драйвер повышенным напряжением. Но хотелось сделать достаточно простую схему, более-менее понятную и пригодную для модификации и осмысленной переделки под другие компоненты.
0
Да, именно так. Если есть делать контроллер, то можно реализовать калибровку, скажем, подключить резистор 1Ом на выход источника, снять напряжения с датчиков в обоих режимах, затем выставить (например тупо перебором) напряжение на выходе 1В и получить чувствительность датчика. Дальше режимы можно задавать сугубо параметрически.

В описании указано, что все сигналы подогнаны к диапазону «до 3В». У регулировки тока есть небольшая «мертвая зона» в начале (около 0.3В), вызванная тем, что на выходе микросхемы датчика тока имеется около 0.5В даже при отсутствии тока через датчик.

В режиме стабилизации тока ограничения на выходное напряжение нет.
0
Просмотрел комплектуху поподробнее, не всё так страшно оказалось. Большую часть, включая ШИМ контроллер можно достать не связываясь с маузером, только драйвера полевиков оказались довольно экзотичными, поищу пока им замену. Транзисторы у IR подходящие видел, мне они доступнее. Ну и NCP3170 на питание драйверов вместо ST1S10. Вобщем попробую адаптировать конструкцию под то что проще достать.
+1
У IR нет подходящих транзисторов, они были первыми, кого я смотрел. У Инфинеона есть близкие по параметрам, но NCP-шные все равно лучше. Замечу, что грань «хуже-лучше» тут часто выливается в «работает-сгорает», поскольку даже небольшие уходы по параметрам в сторону ухудшения ведут к резкому росту потерь и нагреву транзисторов. Поэтому «на глазок» менять драйвера и транзисторы я бы крайне не советовал, каждое сочетание нужно проверять расчетом. Линк на екселевский калькулятор потерь я давал.
Драйвер проще может оказаться найти NCP5351, во всяком случае у местных продаваторов я их заказывал без особых проблем (правда, ехали они не быстро). Этот драйвер чуть-чуть хуже (бОльшие dead time интервалы), но заметно лучше выдаваемые токи. Эти вещи частично компенсируются, поэтому хотя общие потери выглядят чуть хуже, но распределение потерь между верхним и нижним плечами даже чуть лучше (меньше греется верхний транзистор). А вообще странно, что LM27222 оказались экзотикой, они довольно старые (годика эдак 2004-го).
0
А на ISL6308 внимания не обращал? Все на месте, плюс три фазы и драйвера на борту не абы какие. В апноте схема, так там по 2 транзистора в плечо на каждую фазу.
0
Сорри, как-то проглядел комментарий. Да, прикольный чипец, должен подойти. Что в нем однозначно полезно, так это то, что у него балансировка токов сделана через Rdson sensing (а защиты — через DCR sensing, так что их можно отключить нафиг). Правда, я сейчас копаю в другом направлении, которое мне кажется более перспективным.
0
я сейчас копаю в другом направлении, которое мне кажется более перспективным.
Как бы это направление не оказалось слишком сложным в реализации — транс мотать не хочется. А этот чип можно было бы попробовать применить в уже отработанном решении, с трех фаз ток можно снять уже достаточный для любых любительских капризов.
0
От желания попробовать такой вариант меня останавливает следующие соображения: на больших токах напряжение на электродах ванны тоже будет немалым. Промышленные источники тока на 100А описание которых я видел, обычно делаются на 8-10В, вероятно в любительских условиях оно будет примерно таким же, возможно несколько выше. Предположим, все-таки, что будет 8В. Тогда «коэффициент трансформации» составить всего 1.5, то есть источник питания должен выдавать всего в полтора раза меньший ток. Блок питания 12В 30А стоит немало, компьютерные блоки питания тоже очень не многие могут выдать больше 20А. Предположим, что это удалось обойти, скажем, запитать каждую фазу от отдельного канала +12В (компьютерные, как раз, обычно это умеют). Тем не менее, решение получается, как бы, совсем не дешевым. Абы какой блок питания тут не пойдет, нужен качественный киловатник или очень близкий к нему. Хотлайн говорит, что они стартуют со штуки гривен за какие-то неизвестные мне бренды. Предположим это тоже не проблема. Тут встают в полный рост проблемы связанные с жестким переключением — на полном ходу фазы будут в сумме неслабо так греться. Отвести в плату пару ватт не сложно, отвести десятка полтора ватт — проблематично, да и плата понадобится немалого размера. То есть можно, но я морально не готов загонять транзисторы в предельные температурные режимы. Да, я знаю, что на материнках именно так и делают из соображений экономии пары-тройки баксов на полевиках, но из-за низкого выходного напряжения там транзисторы в полумосте практически в равных условиях получаются. А в нашем случае так делать рискованно — при высоком выходном напряжении львиная доля потерь будет приходиться на верхнее полуплечо и при малейшем изменении в охлаждении рискуем сжечь транзисторы. Три транзистора ставить тоже не выгодно — заметно растут потери на переключение и драйверу тоже достается. Он и в моей схеме не в самом легком режима работает (на токах до примерно 17-20А это самая горячая деталь в схеме). Ладно, предположим и это как-то решилось, скажем, взяли не три фазы, а четыре и, в принципе, температурный режим обещает оставаться в норме. Давай попробуем глянуть, какие есть варианты решения:
— предложенный тобой ISL6308. три фазы со всеми вытекающими отсюда проблемами упомянутыми выше. Необходимость обрубать защиту по току из-за того, что она ограничивает выходное напряжение.
— ISL6558, который я уже несколько раз упоминал. Драйверов на борту нет, зато просто как угол дома, и защита и баланс токов делаются через Rdson, штатно, если не ошибаюсь умеет только 6В, но это достаточно просто обходится (+один диод на фазу). Раз драйвера внешние, то можно выбирать из нескольких вариантов, либо поставить в каждую фазу такую же связку драйвер+полевики как топике, либо поставить интегрированный DrMos (SIC780/SIC769/FDMF6807/FDMF6820 и еще куча других вариантов от других контор). Из мелких неудобств, разве что, отсутствие трекинга внешнего напряжения. Что, впрочем, легко решается (я знаю минимум два способа, если интересно — расскажу).
— Полностью интегрированный каскадируемый преобразователь, скажем, MP8620DQK. Все в одном флаконе, добавил индуктивность и несколько емкостей по питанию — фаза готова. Из минусов — для работы ему нужен сигнал с DCR индуктивности. Это сильно ограничивает выходное напряжение (конкретно у этой, если не ошибаюсь, всего 3.5В, у других похожих с этим слегка получше, но никак не выше 6В). Решить это тоже можно (источник тока управляемый напряжением + токовое зеркало, если интересно — расскажу подробнее), но схема одной фазы сильно усложняется.
— Использовать драйвер с удвоением фаз ISL6611. Увы, всего две фазы.
— Использовать отдельный удвоитель фаз в каскаде. Проблемы примерно те же, что и у интегрированного преобразователя (и у многих контроллеров, которые для всего используют сигнал с DCR) — низкое выходное.

Общие проблема всех этих подходов:
— Сложность разводки. В два слоя оно не вписывается никак, в четыре со скрипом. Но дома прототипчик на скорую руку уже сварганишь. Заказ таких плат обходится больше сотни (с доставкой), а угадать все с первого раза затруднительно, следовательно будет больше одного захода.
— Из-за низкого «коэффициента трансформации» токонагруженных цепей много, разводить такое сложно, а плата получается большой.
— Большинство из этих вариантов опирается на применение чипов в QFN корпусах. Само по себе не страшно (для меня, во всяком случае), но повторяемость конструкции ухудшится еще больше.
0
И все эти сложности — в угоду реверсным режимам :(. Но иметь их под рукой все-таки хочется.
0
И все эти сложности — в угоду реверсным режимам
Скорее импульсно-реверсным. Да, мне тут подбросили статейку (подробно не читал, только просмотрел на скорую руку). Вроде там есть рекомендации по выбору параметров тока. И рецепт, на первый взгляд, доступного электролита для работы в таких режимах. Опять-таки, руки не доходят посмотреть все подробнее.
0
… типа продолжение…
Попробую объяснить почему я стал поглядывать в сторону прямого преобразования сетевого напряжения в выходной ток. Ну, понятное дело, минус блок питания. Второе, весьма существенное обстоятельство, для многих топологий хорошо проработаны мягкие режимы переключения, что позволяет снизить потери и повысить частоту, сделав конструкцию относительно небольшой. Третье, не менее существенное, транзисторы для таких преобразователей, как ни странно, гораздо доступнее. Для киловаттного преобразователя нужны отнюдь не рекордные транзисторы по току и сопротивлению канала в открытом состоянии, а такие транзисторы за последние лет пять достигли просто таки впечатляющих характеристик. Глянь, например, полный заряд затвора и времена переключения у IPP60R299CP. Вообще все инфинеоновские серии CoolMOS, особенно транзисторы с суффиксом CP заслуживают внимания. Похожие транзисторы есть и у других производителей. При этом они не нужны десятками, а цены на них вполне демократические. В четвертых, в большинстве случаев эти транзисторы идут в корпусах типа TO-220/247/262, с охлаждением которых особых сложностей не возникает. Ну и самое главное: «коэффициент трансформации» даже у каскадных топологий (типа той, что я постил недавно) легко получается 3 и больше (даже если на вторичной стороне использовать те же или аналогичные 25-30В полевики). У вариантов с одним каскадом так вообще от 30 и выше. Это значит, что токи там в такое же число раз меньше, что сильно упрощает разводку.

Другие соображения: если забить на флайбеки и прочие подобные топологии и использовать пуш-пулл, полумост или мост, а так же залезть, по возможности, повыше по частоте, то трансформатор получается достаточно компактным, а количество витков небольшим. Предварительный просчет показывает, что под эту задачу достаточно сердечников типа ETD39 или PQ3535, первичка около 60 витков (2х30), вторичка (вторички) 4-6 витков (2х2 — 2х3) для каскадной топологии и два витка (2х1) для однокаскадной. Из неприятных моментов — транс надо мотать, причем мотать либо литцендратом (который не так просто купить, особенно если не знать мест) либо медной лентой (что вполне может оказаться проще найти, да и транс будет лучше).

Сейчас я рассматриваю две топологии, которые мне кажутся наиболее перспективными — та, которую я постил и полный мост со сдвигом фаз. В первой мне нравится то, что а) все до единого транзисторы переключаются в мягком режиме; б) схема легко делается многофазной, правда фазы будут работать синхронно, но в данном случае на это можно забить, зато большие токи появятся только на самом выходе. Если для генерации ШИМ использовать токовое управление, то баланс фаз получается автоматически. Очень существенный момент: в этой схеме почти все транзисторы управляются «от земли», а для этого достаточно обычных low side драйверов, которые дают очень пристойные токи и доступны. Не нравится мне то, что схема не будет самой простой и часть логики придется делать на рассыпухе — имеющиеся контроллеры сюда не подходят, либо их применение не упрощает схему, либо и то и другое вместе.

Полный мост со сдвигом фаз между полумостами конструктивно значительно проще, во вторичке у него только синхронный выпрямитель. Проблема видится том, что сделать его многофазным затруднительно — канал управления один. Выпрямитель, даже синхронный, на 100А это головняк. Зато можно попробовать реализовать реверс изменением фаз переключения синхронного выпрямителя. Из минусов — необходимость в высоковольтном драйвере (даже двух), причем с небольшими задержками. Ну и пока я не знаю как в этой схеме реализовать мягкий режим переключения, а в жестком легко засрать эфир по самое небалуйся.

Вот такие пироги…

P.S. да, схему генерации необходимых сигналов управления для каскадной топологии я уже нарисовал и промоделировал в LTspice. все оказалось весьма не сложно, да и многофазность туда добавляется без напряга и без применения редких (хотя и доставаемых) UCC3895.

P.P.S. да, кстати, схему генерации сигналов управления для моста со сдвигом фаз можно попробовать нарисовать на основе мелких усилителей класса D. Исходные сигналы там другие, но нужные два меандра со сдвигом фаз легко получаются из того, что есть. так что повторяемость у такого варианта могла бы быть весьма высокой.
0
Забыл важный момент: эти две топологии рассматриваются еще и из-за того, что они имеют диапазон регулирования практически полные 0-100%, в отличие, скажем, от LLC.
0
Из неприятных моментов — транс надо мотать, причем мотать либо литцендратом (который не так просто купить, особенно если не знать мест) либо медной лентой (что вполне может оказаться проще найти, да и транс будет лучше).
Именно это я и имел ввиду. Обмоточные дела меня всегда выводили из равновесия.
0
мдя. Как мотать транс — так лень. А как разводить в 2 слоя то, что по хорошему должно быть в 4 — фигня, прорвёмся!
Мне кажется, что сделать 60 движений рукой вокруг тисков с сердечником проще не то, чтобы в разы, а, как бы это сказать, на порядки.
+2
Намотать транс — фигня. Но вот с материалами бывают проблемы…
0
Мотать — фигня вопрос. На что (с этим еще сносно, сердечники есть в продаже) и чем (а вот с нормальным эмальпроводом, а тем более с медной обмоточной лентой совсем тоскливо) — вот где засада. Поэтому моточные изделия конкретно снижают повторяемость изделия в любительских условиях.
0
Провод (и даже литц) есть тут. Сам, правда, я туда еще не добрался. Лента есть тут, я попробую пообщаться со знакомыми китайцами, возможно удастся привезти.
Да, на эти частоты получается только литц или лента.
0
Провод (и даже литц) есть тут.
Интересно, они на метраж провод продают? А то катушку покупать удовольствие не дешевое. Завтра звякну, узнаю.
0
Заодно узнай по чем изготовление трансформатора. Это может оказаться выгоднее если не по деньгам, то по затратам времени.
0
Отпуск эмальпровода — минимум катушка. Вес от 4 до 20 кг. Либо коробка 4-6 катушек, это провод потоньше. Средняя цена 180 грн/кг. Это все грубые прикидки.
Производство — силовые трансы партиями от 100 штук, мелочевка — от 300. На сердечнике Е55 цена 30-40 грн/шт. Плюс зависимость от сложности Т.е партия до 5 тысяч выйдет. И куда их потом девать? :)
0
E55 не великоват? Может я чего проглядел, но программа Старичка меня убеждает, что нужные 800+ Вт легко получаются на PQ3535 или ETD39.

P.S. пнул знакомого китайца насчет ленты, посмотрим что скажет. в крайнем случае у меня есть изрядный кусок фольги 0.2мм, правда без изоляции и широкий, нужные ленты надо будет нарезать руками. сердечники не проблема, во всяком случае массовых марок ферритов типа N87.
0
Е55 — пальцем в небо. :) Первый, который им вспомнился, когда я их про ориентировочные цены на производство спрашивал.
0
Понятно.

P.S. да, если снова не зашлют командировку, завтра отправлю сито и ракель.
0
С проводом для любителей тоскливо совсем :(
+1
Я это все понимаю. Тем не менее, направление выглядит достаточно привлекательным, что бы попробовать это решить.
0
… транс надо мотать, причем мотать либо литцендратом (который не так просто купить, особенно если не знать мест)...
Взгляните, какой «литцендрат» используется в сварочных аппаратах Neon: жгут из обычного обмоточного эмаль-провода. Интересно однако, как они его залуживают. По-хорошему, для надёжности, этот жгут надо было бы убирать в силиконовую трубку, например. И вообще, эти аппараты чуток дебильные. Возможно, теперь их уже получше стали делать, не знаю.
0
Да, я и сам такое делал. Проблема, как вы верно заметили, с тем, что бы его залудить. Я использовал аспирин, но, во-первых, дышать тем, что испаряется в процессе категорически не рекомендуется, а во-вторых, полностью смыть остатки с залуженного жгута довольно проблематично (последствия, я думаю, объяснять не надо, кислота она и есть кислота).
0
Предполагаю, что используется провод серии ПЭВТЛ, обладающий способностью облуживаться при температуре +375‒390°С без предварительного удаления изоляции, и выдерживающий температуры +120‒180°С. [1], [2]. Впрочем, это только мои догадки.
0
www.coretech.com.ua/wire
Там на странице есть линк на каталог, в котором есть все подробности об литцендратах, в том числе о применяемых в них проводах.
0
Температурный индекс этих литцендратов — 105‒120°С. Внутренний проводник — ПЭВТЛ‑1, ПЭВТЛ‑2. То есть должны облуживаться. Ясно, спасибо за подсказку.
0
В аппаратах «Форсаж» на подобный «литцендрат» надет чулок из стекло-лако-ткани и, вообще, всё сделано намного солиднее.
0
Те литцендраты, что в каталоге, тоже на фотках выглядят затянутыми в какую-то оболочку. Правда, пока вживую не посмотрю, врядли что-то смогу сказать конкретное о ней.
0
Поздравляю — ваш импульсный источник питания для гальванической метализации вышел миниатюрным. Сравним с АА-элементом питания. У нас в 90-е годы Импульсные источники питания для линий гальванической затяжки (меднения отверстий) стояли высотой и шириной с человеческий рост и свистели во время работы имели защиту по КЗ и ток на них можно было выставлять до 95А — дальше срабатыывала защита. Я хочу предложить вам развить эту тему далее — Представьте себе конвеер по которому движется плата проходя через сдвоенный вертикальные пары обрезиненных валов а между сдвоенными парами стоит блок электрохимического осаждения металла (в нашем случае меди) через этот блок в секунду прокачивается до 1 литра раствора — в итоге мы имеем принудительное перемешивание раствора что в сотни раз повышает скорость осаждения меди. между платой и анодом расстояние 1,5-2 мм. производительность такой линии 1,2 квадратных метра в минуту при ширине заготовки в 300 мм. К этому ещё добавлю — при электрохимическом наращивании толщины проводников и осаждении меди в отверстиях, перед тем как осадить на них Олово или ПОС выяснили следующий момент — схемотехника разводки платы «по толщине дорожек — неодинакова где то толще где то тоньше а плотность осаждения определяется площадью рабочей зоны между электродами (ширина и анода на ширину катода- заготовки платы) соответсвенно плотность тока — меняется когда через такую линию проходит плата с нанесенным на неё фоторезистом и наращивается толщина проводников и отверстий. При резком повышении плотности тока — медь осаждается ввиде дендритов и плотность структуры её резко ухудшается — соседние проводники могут замкнуть друг на друга. Выход — делим анод на квадратные участки (по ширине анода) и учим импульсный блок питания читать схему проходящей в данный момент под анодом платы с конкретным участнком схемы из дорожек, контакных площадок чтобы оперативно понижать или повышать плотность тока. Как вам такое „тех задание“?
0
  • avatar
  • juhay
  • 25 октября 2013, 14:57
Идея интересная, но, увы, на все не хватает времени. К тому же я сейчас работаю над другим похожим проектом, тоже источником тока, только уже с сетевым питанием.

По поводу схемы перемешивания и схемы гальванической ванны: у меня не массовое производство, а производственные возможности и ресурсы ограничены. Предложенная схема интересна в массовом производстве, для гальваники отдельной платы она особых преимуществ не дает, а конструктивно (и по материалам) химически стойкое оборудование с большим количеством подвижных частей удовольствие отнюдь не дешевое. С этой точки зрения гораздо больший интерес представляет эжекторное перемешивание, для которого достаточно купить химически стойкие насосы (они попадаются не ебэе) и сделать/купить эжекторы (по сути — раструб хитрой формы). По эффективности перемешивания и качеству покрытия такое решение ничуть не уступает предложенному варианту, а конструктивно гораздо проще. Да и требования к источнику типовые.
+1
Насчет «тех задания» — это шутка :) Но идея действительно — заманчивая. Скорость конвеера = const (в пределах каждого типа плат) расстояние между предидущей и последующей заготовками плат= const. Научить понимать какой участок платы в данную минуту времени проходит под анодом не проблема. Насчет инжекторных насосов — не слышал. В свое время мы все техпроцессы гальванического осаждения отработали на макетах и опытным путем пришли к тому какой формы должен быть «блок прокачки», анод, насосы и всю элекетронику делали сами. Да, описываемая технология — это для массового производства. Такое производство можно наладить в пределах собственной квартиры или гаража :)
0
  • avatar
  • juhay
  • 28 октября 2013, 11:34
«Эжектор» это не опечатка и не насос, а специальной формы насадка на выходном патрубке. Ее конструкция позволяет выходному потоку жидкости захватывать близлежащие слои жидкости, в итоге объем перемешиваемой жидкости растет в несколько (до 5) раз.

Да, сделать поле из анодов не проблема (а для статического варианта понадобится именно поле из анодов), как и расчитать поле. Но вот я далеко не уверен, что удастся все скорректировать. Собственно, в типичном случае проводников еще нет и поле искажается только отверстиями. Что бы погасить поле в этих местах анод нужно будет делать специальной формы, а за ней придется следить (поскольку анод постоянно растворяется). Химия (выравнивающие добавки) работает на локальных градиентах напряженности электрического поля, так что, по сути, она формирует самоподдерживающийся «анод» нужной формы, компенсирущий форму заготовки. Альтернативный вариант получения ровного слоя меди (без применения добавок в электролит) использует формирование потоков перемешивания электролита и реверсивно-импульсный ток. В этом случае на градиентах электрического поля медь продолжает расти быстрее, но в реверсе она и стравливается быстрее, что приводит в итоге к выравниванию слоя меди. Наработки в этом направлении есть у фирмы Faraday Technology.
0
Эжектор а не инжектор — понятно :). Мы с Вами обсуждаем немного различные типы электрохимического осаждения металлов из растворов. В вашем случае — это классика — ванна с раствором и аноды напротив которых плата как катод, с осаждаемым на неё металлом. В моем случае раствор принудительно подается от анода к катоду и под давлением (ванна в качестве резервуара рабочей зоны осаждения металла — не нужна. Процесс осаждения происходит конкретно в зоне противостояния анода и катода — процесс диффузии и все связанные с этим явлением «электрической работы» по доставке ионов металла из глубины раствора на поверхность катода — просто сводятся к «0» Принудительное перемешивание в несколько десятков раз повышает скорость осаждения металла. там даже уравнение зависимости скорости осаждения от концентрации и площади рабочих зон анода и катода — другое. В результате плотность тока а значит и скорость осаждения металла на катоде можно существенно повысить, до определенного уровня. Дальнеёшее повышение плотности тока — ведёт к ухудшению свойств осаждаемого металла. И все в конечном счете, сводится к выдерживанию интервала плотности тока, чтоб не вылететь за его верхний предел и получить быстро и качественно осажденный металл на поверхности катода (в нашем случае медь на ПечПлате).
0
  • avatar
  • juhay
  • 29 октября 2013, 14:28
Вы хотите сказать, что в вашем варианте перестает действовать закон Фарадея? Да, и я так и не понял, как в вашем варианте решается проблема искажения электрического поля и связанная с этим неравномерность осаждения.
0
ru.wikipedia.org/wiki/Выход_по_току
Про явление «массопереноса» и «выхода по току» — слыхали? В моем случае массоперенос по факту — на 99% совпадает с массопереносом в теории. :)
0
  • avatar
  • juhay
  • 30 октября 2013, 13:18
Конечно слыхал. Более того, я в курсе, что для всех электролитов меднения на основе серной кислоты и сернокислой меди выход по току близок к 100%.И заслуги режима осаждения в этом нет.
0
А неравномерность в скорости осаждения в зависимости от неоднородности поля — легко сглажывается «импульсным» током. За время отключения импульса — раствор прокачиваемый между электродами — сглаживает «неравномерности в осаждении» по краям и на остальной поверхности — хотя при таком принудительно активном перемешивании — о какой «неоднородности поля» вообще может быть речь.
0
  • avatar
  • juhay
  • 30 октября 2013, 13:21
Реверсивно-импульсные режимы дают сглаживание, безусловно. Только это не так легко, как вы говорите. Да и раствор прокачиваемый между электродами ничего не сглаживает, он не травит медь и не абразивен. И уж тем более никакое прокачивание не может отменить закон Фарадея.
0
Хочу собрать данный источник тока, но при первичном изучения документации возникли вопросы:
— На сколько я понимаю, к разъему «CONTROL» должна подключаться схема управления источником. Где можно найти схему управления?
— возможно у кого-то их Украины есть готовая ПП, которую можно купить?
— Возможно со времени написания статьи схема получила некоторые изменения и на данный момент есть модернизированная версия?
0
1) Пока нигде. Впрочем, можно и свою разработать, там ничего особо сложного.
2) У самого автора, вероятно, есть, и он обычно вполне охотно ими делится, но:
3) Стопудово есть, так что ждем обновлений.
0
У самого автора, вероятно, есть, и он обычно вполне охотно ими делится, но:
Были. После переезда в новую лабораторию процесс не до конца запущен, поэтому делиться пока нечем. Поскольку вопросы о плате периодически всплывают, поэтому я, видимо, закажу некоторое количество.
0
1) минимальная схема управления состоит из резистора на который подано стабилизированное напряжение.
2) платы, надеюсь, скоро будут в продаже

Я затрудняюсь сказать, сколько всего было вариантов, в том числе после того, как статья была опубликована. Описанный вариант вполне работоспособен и я рекомендую его к повторению, если характеристики устраивают. В данный момент я (насколько позволяет время) работаю над принципиально другим решением, но пока я не готов описывать готовое устройство.
0
Так же, вопросы по управлению.
1) CONTROL — управление софт-стартом, рекомендуемый кап стоит. Посадкой на землю схема глушится, для запуска подтягивается к 3,3в, так?
2) MODE — мне не совсем ясно.
3) V- I-SENSE — контрольные.
0
1) это управляющее напряжение, задающее выходной ток или напряжение (в зависимости от режима).
2) режим работы, то есть выбор того, что стабилизируем, ток или напряжение.
3) V-/I-SENSE это выходы датчиков выходного напряжения и тока.
0
Ошибка в схеме. MOSFET верхних плеч моста должны быть P-канальные. Если оставить N-канальные, то необходимо использовать соответствующее управление.
0
  • avatar
  • neon
  • 24 марта 2014, 14:15
Нету ошибки, драйвер полевиков моста питается напряжением достаточным чтобы открылись и нижние и верхние полевики.
0
Выходное напряжение ниже напряжения питания драйвера.
0
потенциал средней точки плавающий и при отсутствии нагрузки (плохой контакт) может быть так, что MOSFET верхнего плеча включится, а отключиться не сможет. Что мешает сделать так, как требуется?
0
При отсутствии нагрузки состояние транзистора не играет роли. И нет, такой вариант, как вы описали невозможен. Если транзистор откроется, а нагрузка отключится, то потенциал истока выровняется с потенциалом стока и транзистор закроется. И, конечно же, вам ничего не мешает сделать так, как вам требуется.
0
за счёт чего произойдёт выравнивание, если средняя точка у нас ни к чему не подключена?
0
Как не сложно догадаться, при открытом транзисторе сток и исток соединены. Ну а поскольку на стоке у нас есть какой-то потенциал, то такой же потенциал будет и на истоке.
0
при отсутствии нагрузки исток верхнего транзистора находится в подвешенном состоянии. Включить MOSFET за счёт паразитных элементов при этом можно, а вот отключить? Если работает это не значит, что работает хорошо и работать будет долго. Производители синхронных понижающих преобразователей даже при большой разнице между входом и выходом (14 В и 1,2 В) применяют дополнительные цепи в питании верхнего ключа.
0
Еще раз: если транзистор включится, потенциалы стока и истока сравняются и транзистор закроется. И да, оно работает именно потому, что правильно посчитано и учтены все эти моменты и конкретные рабочие режимы. Что касается производителей синхронных понижающих преобразователей, то у некоторых схем есть варианты включения без дополнительных цепей в питании верхнего ключа. Как раз в случае большой разницы между входным и выходным напряжением.
0
посмотрел внимательно. Есть такое дело, но это скорее исключение из правил и должны быть на это определённые причины, которые заставляют экономить на нескольких деталях.
-1
В данном случае причина проста: все схемы бутстрепа (те самые дополнительные цепи в питании верхнего ключа) расчитаны на то, что ключи переключаются с определенной и достаточно высокой частотой. Выходной мост часто работает в статическом режиме или в режиме с очень низкой частотой переключения. В этом случае схема подкачки просто не работает и напряжение питания драйвера верхнего ключа равно напряжению питания драйвера.
0
или же нужно лепить внешнюю схему для подкачки или подводить дополнительное питание
0
всплыла проблема по датчику тока radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=101986 Я дал свои рекомендации, которые могут пригодится остальным.
-1
  • avatar
  • neon
  • 25 марта 2014, 18:59
Это не проблема датчика тока. Я такие датчики очень интенсивно использовал и они всегда вели себя адекватно. К тому же в схеме нет сильных магнитных полей поблизости.
0
тем не менее производитель рекомендует их экранировать.

evsi, в реальности какое максимальное напряжение вы использовали (достигали) на выходе данного источника питания? Есть хороший вариант реализации источника питания, но там ограничение по выходному напряжению 5 В.
0
  • avatar
  • neon
  • 25 марта 2014, 19:22
тем не менее производитель рекомендует их экранировать.
Если есть риск наводок — безусловно.

evsi, в реальности какое максимальное напряжение вы использовали (достигали) на выходе данного источника питания? Есть хороший вариант реализации источника питания, но там ограничение по выходному напряжению 5 В.
Таких вариантов великое множество. В подкаталоге, в котором я храню все свои прорисовки на тему источника, почти 200 схем.
0
я не о схемотехнических решениях, а о уровне напряжения на выходе. Простыми словами, хватил ли 5 В для задач по работе с печатными платами.
0
Зависит от размера платы. В тех данных, которые мне присылали (замеры в разных ваннах, разные заготовки, разные токи), напряжения не превышают ~3.2В (в большинстве случаев не выше 2.8В) для рабочих режимов (примерно 4-5А/дм2), нзависимость практически линейная. В импульсных режимах, где плотность тока может быть в 3-4 раза больше, и, соответственно, напряжение может быть значительно выше.
0
Через транзистор нижнего плеча (синхронный выпрямитель) протекает в два раза больший ток, чем через транзистор верхнего плеча. Оптимально в нижнем плече использовать два параллельно соединённых транзистора, а в верхнем оставить один. Для увеличения эффективности понижающего преобразователя транзисторы нижнего плеча следует зашунтировать диодами Шоттки.
0
  • avatar
  • neon
  • 27 марта 2014, 00:39
Прошу прощения, но вы схему вообще смотрели? Внимательно?
0
в вашем варианте в верхнем плече два транзистора T2 и T4. Спрашивается зачем, если ток меньше через них в два раза? В нижнем плече я не наблюдаю диодов Шоттки, параллельно транзисторам T9 и T10.
0
всё это есть в ваших рассуждениях в процессе создания данного источника питания, но в конечном счёте мы видим вполне обычный понижающий преобразователь.
0
но в конечном счёте мы видим вполне обычный понижающий преобразователь.
Да, по большому счету это и есть «вполне обычный понижающий преобразователь». Вопрос в чем?
0
А, собственно, что именно особенного вы ожидали увидеть?
0
Спрашивается зачем, если ток меньше через них в два раза?
Даю две подсказки: во-первых, в плечах стоят разные транзисторы, во-вторых, схема тщательно просчитана.
В нижнем плече я не наблюдаю диодов Шоттки, параллельно транзисторам T9 и T10.
Диод видите? Его тип смотрели?
0
марок транзисторов нет и остаётся догадываться. Вы предполагали устанавливать один маломощный (более быстродействующий) и один мощный (менее быстродействующий) транзисторы в паре, но как на самом деле не известно. Тем более для тока 25 А выигрыш от такого решения сомнительный.

Насчёт диода не прав. Обычно диод отображают правее транзисторов и я был не внимателен.

Хотел ещё обсудить насчёт решения по переходу в режим повышенной частоты. При каком токе от номинального это происходит? Стоит ли удерживать режим CCM? Понятное дело, что в таком режиме возрастает пиковый ток через транзистор и индуктивность, но это при прочих равных условиях, а у нас ток ниже номинального при переходе в режим прерывистых токов. Я не понимаю желание сохранить режим CCM в режиме малых токов, т. к. энергия индуктора зависит от тока квадратично и придётся сильно повышать частоту ради удержания в режиме CCM.
0
в таком режиме в смысле в режиме DCM.
0
Марки есть на схеме (не на картинке) и подписаны на плате. Выиграш от такого решения есть и существенный, что подтверждается расчетом.

Хотел ещё обсудить насчёт решения по переходу в режим повышенной частоты. При каком токе от номинального это происходит?
«Точки перегиба» есть в статье, в описании параметров схемы.

Я не понимаю желание сохранить режим CCM в режиме малых токов, т. к. энергия индуктора зависит от тока квадратично и придётся сильно повышать частоту ради удержания в режиме CCM.

Это желание обусловлено необходимостью минимизации пульсаций. В отличие от большинства подобных схем, тут к выходу цепляются длинные провода, которые будут работать как антенна и весь мусор пойдет в эфир. Эту проблему можно решить и иначе (фильтры на провода), но мне хотелось минимизировать требования к внешним по отношению к источнику компонентам (по той же причине, скажем, стабилизацию тока и напряжения делает сам источник, а не управляющий контроллер).
0
Да, забыл упомянуть: типичный понижающий преобразователь оптимизируется под одну рабочую точку (поскольку напряжение на выходе фиксировано). В этой схеме оптимизацию пришлось делать по двум точкам (для 8В и 1В на выходе). Эти режимы дают существенно разную нагрузку на выходные транзисторы. При максимальном выходном напряжении ток через верхние транзисторы всего в полтора раза отличается от тока через нижние, в итоге потери связанные с сопротивлением канала становятся существенными. При минимальном выходном напряжении основная нагрузка ложится на нижние транзисторы, естественно. Выбранное сочетание это результат просчета огромного количества комбинаций транзисторов (и их количества в каждом плече) с целью минимизации потерь в этих двух точках. Я не столько гнался за КПД, сколько за минимизацию тепла, которое надо рассеять.
0
Дороги от драйверов до затворов, насколько я понял (извиниите не хочу ставить игл, смотрел только картинки и фотки), не очень короткие. Индуктивности этих дорог проблем не вызывает? Какая форма напряжения на затворах (и на выходах драйверов) получается?
0
На затворах:

Режим работы: Справа напряжение питания и ток, левее — управляющее напряжение, на вольтметре — напряжение на нагрузке (нагрузка 0.5 ом)
0
частично ответил: radiokot.ru/forum/viewtopic.php?p=1966850#p1966850

по остальному отпишусь позже.
0
  • avatar
  • neon
  • 28 марта 2014, 01:22
Может просто опубликуете переработанную и проверенную на практике схему?
0
Исключил узел смены частоты. В режиме стабилизации напряжения все работает, как и ранее. проверил на выходном токе 8а (Rн=0.5 ом) все живет, ничего не греется особо, при реверсе разница показаний составляет единицы миливольт на нагрузке. Делаю вывод — узел смены частоты не мешает (по крайней мере) и проблема не из-за него.
В режиме стабилизации тока все плохо — генерит, свистит, все греется страшно, причем на выходе при этом всего около 1 вольта (I=2а), а ток потребления более 2 ампер от 12.5 в ( КПД меньше 10% :) )…

Насчет установки индуктивностей в цепи затворов — на данной плате осуществить довольно сложно — думаю проблема не в переходном процессе при переключении ключевых транзисторов, хотя на будущее я бы предусмотрел посадочные места под ферриты в затворы.
0
хотя на будущее я бы предусмотрел посадочные места под ферриты в затворы.
«Звон» появляется из-за последовательнго контура образованного распределенной индуктивностью провода между драйвером и затвором и емкостью затвора. Индуктивность в цепи затвора нужно уменьшать, что бы сдвинуть переходной процесс вверх по частоте. Добавление индуктивности в цепь затвора ситуацию ухудшит.
0
Забыл добавить: очень похожая фигня с резистором. Для низковольтных DC-DC преобразователей, резисторы не ставят, поскольку любое сопротивление в этой цепи затягивает переходной процесс. Если несколько упростить процесс, то это происходит потому, что заряд емкости затвора производится постоянным напряжением через сопротивление драйвера + эквивалентное сопротивление затвора, то есть, чем больше эти сопротивления, тем меньше ток, которым заряжается емкость и тем больше времени занимает заряд. В высоковольных преобразователей ситуация несколько иная, короткое время переключения там получить не очень большая проблема, в добавок они часто работают в режиме ZVS, когда это время переключения не критично (в момент переключения напряжение на транзисторе = 0 и потери на канале в момент переключения, соответственно, тоже). И, наконец, там зачастую расстояния между драйвером и транзистором действительно большие, соответственно индуктивность цепи затвора тоже большая. В этой ситуации резистор позволяет приблизить процесс переключение к апериодичному, понижая добротность последовательного контура в цепи затвора.
Я это все к тому, что аппноты часто пишутся из расчета, что человек, который их читает и применяет, понимает физику происходящих процессов и, соответственно, смысл рекомендаций, которые даются в аппноуте. Бездумное повторение этих рекомендаций в лучшем случае ничего не даст, а в худшем — сильно испортит ситуацию.
0
надо понимать смысл установки индуктивности в цепь затвора. В данном случае она будет выполнять роль высокочастотного фильтра, который предназначен гасить колебания в МГц диапазоне. На рабочую частоту данная индуктивность влиять практически не должна. Для этого выпускаются специальные помехоподавляющие ферриты и катушки индуктивности.
0
надо понимать смысл установки индуктивности в цепь затвора.
Обязательно. Я понимаю, что произойдет, а вы?
В данном случае она будет выполнять роль высокочастотного фильтра, который предназначен гасить колебания в МГц диапазоне.
«Будет выполнять» это хотелка. За этой хотелкой должен стоять конкретный физический смысл. Давайте посмотрим, что будет происходить в момент переключения:
0. Напряжение на затворе 0, транзистор закрыт, напряжение на суммарной эквивалентной индуктивности 0.
1. Напряжение на выходе драйвера (предполагаем, что он идеальный), равно напряжению питания драйвера. Напряжение на затворе все еще 0, к индуктивности приложено напряжение питания драйвера.
2. Ток через индуктивность начинает линейно нарастать. Скорость нарастания тока обратно пропорциональна индуктивности. Затвор начинает заряжаться и напряжение на нем начинает нарастать, соответственно, напряжение приложенное к индуктивности начинает уменьшаться.
3. Постепенно напряжение на затворе приближается к напряжению питания драйвера, напряжение на индуктивности становится равно 0.

Время этого переходного процесса непосредственно зависит от индуктивности цепи затвора и ее емкости. Но тут есть одно «но». Затягивая это время мы одновременно удлиняем время, в течении которого транзистор находится на «плато Миллера», то есть когда он уже частично открыт и через него течет существенный ток. При этом сопротивление канала еще достаточно велико, поэтому потери на транзисторе тоже велики. Таким образом, увеличивая индуктивность мы избавимся от «звона», но увеличим потери на транзисторе.

P.S. со звоном имеет смысл бороться только если он представляет опасность, что явно не тот случай, судя по осциллограммам.
0
немного всё не так. Посмотрите раздел «Effect of Ferrite Bead Core» www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-9005.pdf и особенно Рис. 13. Там ещё много всего полезного. В референсных платах стараются минимизировать расстояние от драйвера до транзисторов + стараются разделить силовую землю и землю управления.

Насчёт переходных процессов. Всегда приходится идти на компромисс, т. к. быстрое переключение приводит к определённым проблемам из-за наличия паразитных элементов и не важно, высоковольтная это схема или низковольтная.
0
Я читал этот аппноут. И да, я старался минимизировать расстояние. Да и земли у меня разделены.

Насчёт переходных процессов. Всегда приходится идти на компромисс, т. к. быстрое переключение приводит к определённым проблемам из-за наличия паразитных элементов и не важно, высоковольтная это схема или низковольтная.
Условия, в которых приходится идти на компромисс существенно отличаются. Это приводит к различию в результатах и подходах.
0
Генерация…
0
Надо смотреть цепи коррекции LM2745. В какую точно сторону крутить я не подскажу, но для начала стоит попробовать уменьшить сопротивление или увеличить емкости.
0
спс. попробую — доложу.
0
кстати у меня 2748…
0
увеличил емкости конденсаторов до 4.2нф и 150пф, уменьшил сопротивление до 3.9ком в цепи коррекции усилителя ошибки(пробовал и другие варианты, при уменьшении емкостей появляются неприятные выбросы на осциллограмме и генерить начинает с меньших токов). Подключил «боевой» источник (12в 29а). В режиме стабилизации напряжения при управляющем 3в на нагрузке 7.1в. Индуктор, конденсаторы и транзисторы греются, но терпимо (рука терпит… думаю градусов 60). Завтра уменьшу сопротивление нагрузки и сниму осциллограммы во всем диапазоне выходных напряжений.
В режиме стабилизации тока все хуже: начинает генерить при управляющем напряжении меньше 1вольта. Долго не мучал, т.к. защиты нет и боялся спалить…
0
Кстати, на ACS713 все так же висит фильтрующий конденсатора? Если да, то его лучше снять.
0
Если Вы имеете ввиду тот, что я ставил на выход параллельно R9, то я его давно снял. А если про C5, то он стоит на месте, правда 22 нф (по схеме — 10 нф).
0
Стоит попробовать снять его совсем. Дело в том, что этот конденсатор влияет на фазовый сдвиг цепи обратной связи в режиме стабилизации тока. Что может приводить к нестабильности схемы в целом.
0
попробую. Просто вчера-сегодня немного переоборудовал лабораторию(полку дополнительно мастырил, а то до приборов сидя не дотягивался + света добавил) — не занимался источником. Сейчас чуть позже попробую и отпишу. Кстати начал пересчитывать по уму цепи коррекции (курю интернет)… Сказывается недостаточность образования, но стараюсь. Нашел интересную статейку (вроде бы все популярно написано). www.dsioffe.narod.ru/articles/anp16.doc Что скажете? Стоит на нее ориентироваться?
0
Да, вполне толковая статья.
0
Снял конденсатор с5. В режиме стабилизации напряжения до 3.5-4в на нагрузке 0.5ом (до 7-8а) все нормально (управляющее напряжение от 1.6 до 1.9в). Дальше — заводится. Причем, если напряжение повышать плавно — заводится позже. При уменьшении управляющего напряжения до 1.4-1.6 в генерация пропадает и источник снова нормально работает. Судя по осциллограмме источник непрерывно переключает рабочую частоту (во всяком случае мне так показалось по тому, что я увидел), да и расчетная точка переключения где-то рядом (показания датчика тока чуть больше 1 вольта). Режим стабилизации тока пока не пробовал. Буду разбираться с коррекцией.
0
Вообще странно, что С5 повлиял на режим стабилизации напряжения.
0
Вернул цепь коррекции к исходному значению. Выяснил совершенно точно, что генерация начинается в момент, когда происходит 1я смена частоты (в моем случае с 666кгц на 475кгц. Смена частоты происходит и тут же частота снова меняется на более высокую.Далее процесс повторяется. Все это сопровождается свистом (видимо с частотой переключения компаратора) и разогревом всего. Держал в этом режиме пару секунд. Все-таки просится емкость на вход компаратора… а как еще в нашем случае добиться надежного переключения частоты?
0
Есть одна мысль, из разряда «надо проверять»: попробовать поставить маленькую емкость между землей и ногой 11 контроллера. Для начала 1нФ, хотя бы.
0
Прикольно. Мне не пришло в голову. Думаете таким образом сделать плавное изменение частоты при переходе. Попробую — отпишусь.
0
Частота плавно меняться не будет, но, я полагаю, что это устранит шум на входе FREQ/SYNC, который может приводить к ложной синхронизации контроллера (и, как следствие, к появлению паразитной кратной частоты на выходе). Увы, я могу только предполагать, что это сработает, поскольку я не знаю как на самом деле устроена эта часть схемы внутри чипа.
0
Вопрос: Как я понял из вашего описания режим с выходным током в районе 7-8 ампер (до перехода на пониженную частоту) является самым «тяжелым» для источника в тепловом смысле. Какие в этом режиме температуры индуктора и транзисторов получились у вас? Должны ли греться электролиты и если должны, то насколько сильно?
0
Я точных замеров не делал, а сейчас не на чем. Субъективно грелись они достаточно сильно, примерно градусов 75-80. Электролиты греются и тоже достаточно сильно. Полимеры греются значительно меньше, но тоже греются.
0
У меня на токах в районе 4-5а почти не греется (40-50 С) на 7-8а (без самовозбуждения) при относительно длительной работе (проверял непрерывно 30 мин) индуктор разогревается так, что палец терпит 2-3 сек. — дальше горячо (думаю более 80с. И конденсаторы примерно так-же. Причем больше всего греется конденсатор на входе. Выходные емкости немного холоднее. Конденсаторы стоят полимеры 820мкф, измеренный ESR=0.03ом. Возможно когда источник будет доведен до ума и упакован в корпус — поставлю вентилятор на обдув.
П.С. Желающим присоединиться к эксериментам (2-3 чел) могу подарить по платке с условием сборки устройства и публикации результатов. (надеюсь автор не будет против).
0
Желающим присоединиться к эксериментам (2-3 чел) могу подарить по платке с условием сборки устройства и публикации результатов. (надеюсь автор не будет против).
Я только за, обеими руками.
0
Ну и отлично. Спасибо :)
0
«Платка» — это только печатка или и детали тоже?
0
Насколько я понимаю, платка это именно платка. Но качественная, с правильной фольгой и металлизацией.
0
Одна лишь PCB — это тоже неплохо, но я не смогу обещать, что смонтирую ее в обозримом будущем :(
0
все верно.
0
А плата из топика или твоей собственной разработки?
0
Платы из топика. Заказывал в Китае по исходникам автора.
0
Поставил 1200пф между 11 и 13 ногой контроллера. Ток на выходе около 12а (напряжение на нагрузке 6 в). Управляющее напряжение 2.713в. Показания с датчика тока 2.67в. (режим стабилизации напряжения. Слегка (тихо) свистит. Такого возбуждения как раньше нет. Горят провода к нагрузке (дымятся — тонковаты). Индуктор и конденсаторы греютсся (после 2 минут работы градусов 60-70с). Ниже — осциллограмма. Увеличить еще емкость?
0
Вот так выглядит на плате:
0
Те же 12 ампер в нагрузке. емкость между 11 и 13 ногами контроллера 3.3нф.
П.С. На предыдущей осциллограмме неправильно стоят маркеры, поэтому частота написана неверно — считайте клеточки.
0
вот как выглядит это на экране при дальнейшем увеличениии управляющего напряжения (в данном случае 2.1в).
Частота ШИМ при этом правильная (соответствует току), но эти выбросы всю картину портят.
0
Вот такую картинку неожиданно получил с конденсатором 4.7нф. Ток в нагрузке около 14а (упр. 3.0в). Горят провода к нагрузке — остальное градусов 60. При плавном наращивании управляющего напряжения ничего не возбуждается. Если сразу подать больше 2.5в на управвление — начинает свистеть и появляются те самые выбросы.
.
Однозначно конденсатор не лишний там. Завтра попробую убрать в корпус. Возможно прибору станет легче.
0
Судя по тому, что пропадают лишние переключения при росте емкости, имеет смысл попробовать еще больше увеличить емкость.
0
на емкости 22нф возбуждается.
0
Еще одна попытка — поставить емкость параллельно R23.
0
тоже где-то 1-10 нф?
0
Да, хотя можно и больше.
0
попробовал 4.7нф — эффект не значительный или его нет. Попробовал 27нф. Есть существенный эффект. Сейчас поставлю 47нф.
0
С емкостью 47нф эффект следующий: на 700 кгц во всем диапазоне стабильный шим без выбросов. При переходе на 500 кгц (четко видно, что частота переключилась) где-то пол секунды хороший шим, потом появляются артефакты. Но общий уровень самовозбуждения (если так можно выразиться) ниже. т.е. разогрев ниже, чем без этой емкости. (на 700 кгц почти не греется — только плюсовой полигон ощутимо теплый). Вот. Какие идеи?
0
Имеет смысл еще больше увеличить эту емкость, скажем до 1мкф. Но по хорошему надо вводить гистерезис. Проблема в том, что это потребует небольшой переделки платы.
0
Плату по любому переделывать планирую. А емкость поставлю еще больше. Отпишусь.
0
К сведению: почему-то ощутимо греется плюсовой полигон на входе.
Вопрос: Может продублировать проводом? (припаять сверху отрезок провода миллиметра полтора до транзисторов).
Вопрос2: Из каких соображений на нижней стороне платы сделан плюсовой полигон, а не земляной?
0
Не удивительно, что он греется — в него отводится тепло от верхнего плеча полумоста. Дублирование проводом ничего не даст, греется он не от того, что через него течет ток. Плюсовой полигон снизу делался из соображений удобства разводки и монтажа для ситуации, когда плата делается без металлизации. Разницы в том, какой полигон снизу, вобщем-то, нет.
0
Думал уменьшить плюсовой полигон и прошить отверстиями по площади. То же сделать с землей, где это возможно. Это должно улучшить теплоотвод, а то плату ведет. Кстати, транзисторы, по ощущениям, греются меньше, чем полигон… или это субъективно?
0
Прикол в том, что основной отвод тепла идет в плюсовой полигон и в полигон в точке соединения транзисторов и индуктивности. В землю идет значительно меньше и особого смысла делать ее больше нет. В землю и в плюсовой полигон отводится тепло и от конденсатора на входе. Так что да, полигон может греться даже чуть больше, чем транзисторы.
Если делать подобные модификации, то имеет смысл сделать следующее: сделать копию полигона средней точки полумоста на нижней стороне платы и «прошить» его переходами. Так же «прошить» плюсовой полигон. «Растить» землю особого смысла нет.
0
Я это и имел ввиду. Просто сформулировал не профессионально, видимю.
0
Я тоже любитель :) Главное, что мы поняли друг друга.
0
Да, если делать более радикальную переделку, то имеет смысл перенести драйвер на нижнюю сторону платы и сдвинуть транзисторы так, что бы укоротить провода идущие к от драйверов к транзисторам до минимума. Заодно можно будеть сделать ширину этих проводников больше, что тоже уменьшит их индуктивность.
0
Не вынесла душа поэта… на выходном токе 24а (при наличии экстра выбросов) выгорел 1 или 2 транзистора в преобразователе (1 в верхнем плече точно и возможно 1 в нижнем) и диод д1 (светился как лампочка). Но я успел увидеть вторую смену частоты (эффект тот-же, что и на первой смене частоты — пол секунды красивый сигнал — далее 3 выброса на период)…
Нагрузка 0.25 ом, напряжение на нагрузке — 6в
0
Оффтоп. Есть повод посмотреть что у киски в животе у транзистора внутри.
Хорошо видна металлическая подложка. Сам кристалл занимает около трети площади. К сожалению приходится снимать через цифровой микроскоп, а оптика там никакая. Через мой оптический ОГМЭ-П3 Видно значительно лучше, во всяком случае кристалл виден в деталях, в т.ч. канал. Положу трупик в коробочку. Как придет камера для ОГМЭ — сниму покрасивее.
А что теперь? плакать что ли?
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.