Step-Up (Booster) автопреобразователь на UC3843. Мытарства.

В общем вся история началась с того, что попросили меня собрать автопреобразователь для ноута. Подумав и прикинув что ранее видел несколько тем про это (ранее интересовался CAR-PC, облазил все спецфорумы, в том числе и темы про преобразователи) полез искать. Нашел (схема в аттаче).

Вот мое творчество

Проет игл в аттаче.
Поскольку в голове не отложилось, что данную схему ругали взялся за сборку. Переразвел плату под свои детали. Собрал. Потестил. Вот первая реинкарнация.


Промеры под нагрузкой (источник — LiPo 3S 5000mA 30C, «свежий»):
Дроссель на ферритовом стержне 6*30 проводом порядка 1,8 мм, 23 микрогенри. Дроссель мотался от балды, главное, чтобы был не менее чем в статье.
  1. Источник: 11,69 Вольт; 1,82 Ампер; 21,2758 Ватт; Нагрузка: 19,00 Вольт; 0,98 Ампер; 19,9 Ом; 18,6200 Ватт; КПД: 87,51%
  2. Источник: 11,60 Вольт; 4,36 Ампер; 50,5700 Ватт; Нагрузка: 18,95 Вольт; 2,25 Ампер; 8,30 Ом; 42,6375 Ватт; КПД: 84,31%
  3. Источник: 11,30 Вольт; 6,76 Ампер; 76,3880 Ватт; Нагрузка: 18,88 Вольт; 3,23 Ампер; 6,80 Ом; 60.9824 Ватт; КПД: 79,83%
  4. Источник: 11,26 Вольт; 7,60 Ампер; 85,5760 Ватт; Нагрузка: 16,46 Вольт; 4,43 Ампер; 4,80 Ом; 72,9178 Ватт; КПД: 85,20%
Как видим КПД при увеличении нагрузки падает, а на четвертом просело напряжение еще.
На первых трех замерах осциллограммы ровные, на четвертом как не пытался посмотреть — не успеваю — закипает нагрузка (50 Ваттный переменный резистор).
Но и это пол беды: Шоттки, переделанный из TO220, и полевик в D2PAK, сдутый с какой-то старой материнки, ощутимо грелись. Учитывая, что полевики имеют невосстанавливаемый «тепловой пробой», решено все посадить на радиаторы и заодно перемотать дроссель, т.к. он тоже прилично нагревался (позже на форумах вычитал, что у автора данный преобразователь тоже не слабо грелся — полевики дымились).
Переразвел, запустил, потестил. Вот третья реинкарнация (вторая не запустилась, ошибки в разводке не давали нормально работать схеме — были постоянные генерации, нагрузку не держало).
спереди
сзади
снизу
Все бы ничего, но на нагрузке выше 2,5 Ампер наблюдалась странная картина — плыла скважность. Причиной был слишком тонкий провод, подводящий питание. Заметил случайно при просмотре осциллографом сигналов на силовом транзисторе (видимо дернул провод рукой и скважность поменялась). Заменил провода — все встало на свои места. Ничего не плывет и не генерит вплоть до 5 ампер.
Дроссель намотан косой в 6 проводов 0,55 мм. на альсифере от ДГС какого-то старого ИБП, Шоттки тоже оттуда. На нагрузке от 3 ампер дроссель начинает нагреваться. Транзистор поставил от камрада OSS, упертого с последнего мусоровоза. Радиатор транзистора и дросселя на максимуме хорошо прогревается, но рукой терпимо.
Вот промер под нагрузкой
Источник: 11,5 Вольт; 7,70 Ампер; 88,55 Ватт; Нагрузка: 18,9 Вольт; 3,66 Ампер; 4,5 Ом; 69,174 Ватт; КПД: 78,162%
Вот осцилки под нагрузкой
гейт
гейт транзистора
сток
сток транзистора
токовый шунт
токовый шунт
токовый шунт после RC цепи
токовый шунт после RC цепи
времязадающая цепь
времязадающая цепь
Подытожив — преобразователь вполне рабочий и запускается с первого раза если в разводке сильно не косячить. Подводка по проводам должна быть хорошей по сечению — от аккумулятора кушает порядка 9 Ампер под нагрузкой. Микросхема пережила 3 реанкарнации платы, учитывая что были и ошибки в виде замыкания по неосторожности выхода. Но! по входу предохранитель обязателен! По выходу желательно конденсаторы с LowESR, у меня небыло и поставил обычные зашунтировав керамикой большой емкости. Но и они подогреваются. Дроссель лучше мотать косой — меньше греется (скин эффект зараза). Транзистор как можно меньшим сопротивлением канала. Резистор токового шунта у меня 4*0,33 Ом*2 Ватта (греется на токах выше 3 ампер прилично).
Итого: проектировать плату необходимо с учетом хорошего радиатора для транзистора и диода, учесть нагрев резистора и дросселя.

Комментарии (54)

RSS свернуть / развернуть
Добавь схему в статью, в виде картинки.
Странно, что мосфеты греются. Потери на сопротивлении канала при таком токе невелики, контроллер вроде способен отдать вполне неплохой ток в затвор — до ампера, резистор затворный тоже вполне разумный. R4 вроде влиять не должен — если бы напряжение на C6 серьезно просаживалось, микросхема бы скорее всего неадекватно себя вела.
И еще на стоке транзистора очень уж большие выбросы. Неплохо бы туда сапрессор поставить, вольта на 24 параллельно транзистору.
0
  • avatar
  • Vga
  • 17 сентября 2012, 20:36
Это не сток, это исток+токововый шунт. Кстати из-за них может и греется резистор и транзистор. Предполагаю, что выбросы с дросселя. Сток вторая осциллограмма, первая гейт.
0
Нда, откуда такие выбросы на истоке — еще менее понятно. Трассировка, быть может…

Кстати, о трассировке. На первом варианте транзисторы через термобарьеры поставлены. Нафига? Они же через фольгу охлаждаются, а так ты их радиатора лишил. Да и полигоны для них желательно отвести побольше. Тогда глядишь и грелось бы меньше.

Еще можно попробовать поставить драйвер мосфетов, возможно UC3843 таки не справляется с их быстрым переключением и они на фронтах греются.
0
  • avatar
  • Vga
  • 18 сентября 2012, 00:16
Это тестовый вариант все равно был. А по фронтам — хз. Осциллограмма по гейту вроде ровная, хотя на приближении может что и покажет. Про драйвер думал, но по скольку затягов по фронтам нет — решил не заморачиваться.
0
Осциллограмма особой уверенности в отсутствии затяга фронтов не дает. Ну и если задаться током 10А (а это порядка сотни ватт) и сопротивлением канала 5мОм (вполне реальная величина для NXP-шных семплов), то на проводимости высадится всего полватта. Этого мало, чтобы существенно разогреть TO220 или D2PAK даже без теплоотвода. А значит — большие потери на переключении. Попробуй все же эксперимента ради воткнуть между мосфетом и контроллером мощный драйвер, ампера на 2-3 хотя бы.
0
  • avatar
  • Vga
  • 18 сентября 2012, 08:07
Это уже в другой версии видимо буду реализовывать и эксперементировать. Эта уже ушла заказавшему. Кста там особый нагрев дает не сам транзистор, а шоттки.
0
Полевик может нагреваться выбросами на стоке. А вообще прежде чем что-то приклеить неплохо бы даташиты почитать…
0
Что приклеить? Ты про что? Прежде чем кого-то куда-то отправлять почитать что-то, неплохо было бы пару постов выше почитать. Выбросы там на истоке. На стоке проблему решил бы и сам.
0
а это кто пишет we.easyelectronics.ru/uploads/images/00/03/82/2012/09/17/7a71f0.jpg

а выбросы между чем и чем возникают :)?
0
на истоке говоришь… да мне хоть на катоде радиолампы, раз справился бы легко :)

Приклеить, имелось ввиду применить те или иные радиокомпонеты…
0
Какая частота? А то UC3843 транзистор переключает по даташиту за 50-150нс…
Ну и делать DCDC на такие токи на диодах печально…
0
порядка 100 кГц. А на чем надо было?
0
Ну, со вторым транзистором вместо диодов, тогда нет потерянных 2-5W тепла, которые сейчас выделяются на диодах.
0
Загляни в ATX питальник)
0
В ATX все по другому, и с ними это сравнивать нельзя — там все-таки изолированный питальник, а не простой DCDC.
0
В выпрямляющей цепи всё также.
0
Как этот преобразователь выдерживает высоковольтные импульсы (более 100 В или 1000 В как положительной, так и отрицательной полярности, длительностью сотни миллисекунд; ГОСТ 28751-90), присутствующие в бортовой сети автомобиля?
0
  • avatar
  • John
  • 17 сентября 2012, 23:24
Эээм, пока не скажу. Заказчик еще не забрал и не отписался о тестах в полевых условиях. Возможно дальше будет видно. Хотя, ИМХО, такое за счет фильтров решается.
0
Не, варистор поставь на необходимые джоули. Ну можно ПОНчик поставить на 5кВт например.
0
По входу? И что за пончик? У меня в памяти всплывает только с шоколадом, других не знаю.
0
TVS похоже.
0
  • avatar
  • Vga
  • 18 сентября 2012, 10:47
Пончик он же полупроводниковый ограничитель напряжения. Кстати шоколадками зовем DС/DC преобразователи от Lamba например. Очень похожи на плитки. ПОН симметричный ставь или два навстречу.
0
Зачем симметричный? Отрицательные импульсы схеме не полезны, пусть на уровне -0.7В режет. А положительные — где-нить на +18В.
И что такое ПОН, собственно? TVS-диод или что-то другое?
0
  • avatar
  • Vga
  • 18 сентября 2012, 17:40
супрессор штоль?
0
Если ты про TVS — то да, сапрессор. Точнее, оно называется Transient Voltage Suppressor. Также известно как «трансил».
0
  • avatar
  • Vga
  • 18 сентября 2012, 18:18
Да. Хотя у меня TVS в первую очередь ассоциируется с сериями P6KExx и P1.5KExx.
0
  • avatar
  • Vga
  • 18 сентября 2012, 18:33
Оно но только по джоулям применительно к автомобильной сети не подходит. Помощнее надо.
0
А 1.5КЕ (1.5кВт) подходят или тоже мало?
0
  • avatar
  • Vga
  • 18 сентября 2012, 19:13
Вообщем если особо не заморачивать то имеем. Омическое падение на проводах при КЗ допустим 0.5 Ом. ПОН выбрали на пробивное напряжение 16В. Помеха 100В. Следовательно получим (100В помехи — 16В пона)/0.5 Ом проводов бортовой сети = 68А при тау на уровне 0.5 равной 1 мс. 1.5кВт подходят. В даташите указан максимальный ток при 1 мс 200А Причем в формуле 16В стоит приблизительно, потому что я не знаю какое напряжение ограничения он выдает при 68А в импульсе по току. Могу предположить, где то в районе 20В. Если память не изменят
0
Насчет симметричного скасячил, подумав про переменку.
0
Нет не накосячил я вспомнил про помеха может вводиться как отрицательно, так и положительно. У нас даже у генераторов есть такой режим. Ставишь 4кВ на 2 Ома и получаешь импульс по току 2кА с длительностью 8/20 мкс. Даже есть генератор весом в 30 кг на единицы миллисекунд. По джоулям этот будет покруче. 1кВ на 1 Ом 1 кА при 1 мс. По факту если испытуемое устройство даже и включает в себя некую защиту, то ее оказываеться недостаточно. Всякие зарядки для ноутбуков, блоки питания ATX и прочая лабуда подыхает только в путь.
0
Диодная сборка 7.7A*0.55В = 4.24Вт жара. Частота 100кГц для них великовата. У силовых емкость перехода больше. Из-за этого могут быть выбросы.
0
Я тут макетировал сабж на днях по такой-же схеме…
Я вижу два основных недостатка:
1. нет гальванической развязки, это не всегда допустимо, например, я сделал диагностический адаптер для машины, он тоже без оптронов, поэтому запускаю с ноутом только от батарей…
2. если какой-то сбой и пропадает генерация, на выход идет 12В, а это далеко не всем ноутам полезно. Например, ремонтировал отцу самсунг после левого бп с пониженным напряжением, полетел контроллер зарядки…
В качестве решения можно топологию сепик попробовать применить…
Ну и у меня датчик тока не получилось нормально настроить, так что временно отложил этот проект.
0
СЕПИК-то чем лучше? В него еще и искать кондер, способный сквозь себя большой ток пропускать. Пуш-пул тогда уж изолированный.
0
  • avatar
  • Vga
  • 18 сентября 2012, 20:03
Пуш-пул тогда уж изолированный.
Ну да, это решает все проблемы. Надо подумать в этом направлении. 494+сдвоенный драйвер нижнего плеча+транс+2оптрона(один напряжение, другой ток)?
СЕПИК-то
Если я правильно понял, у сепика 2 преимущества — развязка по пост. току и возможность как понижения так и повышения. Хотя на большие токи, похоже, проблем больше образуется новых, чем решится.
0
2оптрона(один напряжение, другой ток)?
Ток-то зачем? Защиту и в первичке воткнуть можно. 494 можно заменить более новыми микросхемами со встроенным драйвером ключа (мощным, разумеется). В остальном — да, все так. К тому же, труЪ трансформатор обычно компактнее, чем степ-аповский (или флайбэковский, что на самом деле то же самое) дроссель.
Алсо, если домотать на дроссель вторичку и перекинуть диод на нее — получится изолированный флайбэк.
Если я правильно понял, у сепика 2 преимущества — развязка по пост. току и возможность как понижения так и повышения.
Только второе, развязки у него нет. У него при отключенном преобразователе на выходе ноль, из-за включенного последовательно кондера — это актуально в некоторых случаях, но это не развязка. И сильноточные сепики требуют сурового конденсатора, допускающего большой импульсный ток.
0
  • avatar
  • Vga
  • 19 сентября 2012, 02:00
ну не знаю как на счет пуш-пула, а вот полумостовой транс считал на такой ток как в преобразователе. По примерным прикидкам размеры одинаковые. в плюсах только гальваническая развязка. разница в размерах будет заметна на более значительных токах.
0
Ну, обычно при прочих равных накопительные дроссели больше трансформаторов. По крайней мере так получается с флайбэками. Степ-апу, возможно, в плюс идет то, что часть энергии в нагрузку передается прямо с источника, а не только с дросселя.
0
  • avatar
  • Vga
  • 19 сентября 2012, 05:17
Или инвертирующий. Но если ноутбук подключат к автомагнитоле, то будет бабах, конечно.
0
Это практически тот же степ-ап.
0
  • avatar
  • Vga
  • 19 сентября 2012, 02:01
Кстати, разводка очень сильно влияет на результат.
Ну и синхронный выпрямитель хорошо бы. Как бы это все обобщить…
0
Кстати, разводка очень сильно влияет на результат.
Что да то да — если неудачная и поймает помеху. Заколебешься ее ловить, лучше по новой развести становится. Что собсна и было при экспериментах.
0
Мне почему-то очень не нравится что дроссель на стержне. Какой-то радиопередатчик получается…
0
  • avatar
  • mux
  • 19 сентября 2012, 07:10
Там дроссель на кольце, но альсифере. Либо использовать Ш сердечник с зазором либо стержень.
0
Я кольца кул-мю ставлю, правда мощность в 5-10 раз больше. Кольцо хоть труднее мотать, но оно компактней получается.
0
  • avatar
  • mux
  • 19 сентября 2012, 19:49
Для степ-апов это нормально. В оригинале на первой картинке тоже разновидность стержня — гантелька.
0
  • avatar
  • Vga
  • 19 сентября 2012, 10:25
Если это был бы светодиодный драйвер на единица Ватт я бы понял. Я тут магнитный поток пол пути идет по воздуху, как у такого преобразователя с электромагнитной совместимостью?
0
  • avatar
  • mux
  • 19 сентября 2012, 19:53
Примерно по такой же схеме собран преобразователь. При увеличении тока в нагрузку и определенном токе (в моей схеме ток меньше, но выходное напряжение больше) напряжение на выходе падает примерно на вольт, но далее стабилизация сохраняется и дальнейшем увеличении тока. Замыкание низкоомного резистора в истоке ключа убирает этот эффект — напряжение держится стабильно. В чем может быть причина?
0
но далее стабилизация сохраняется и дальнейшем увеличении тока.
Это странно. Резистор — датчик тока для CPWM, по идее после того как источник выпадает из CV режима — он должен работать как constant-power, а не держать напряжение.
Если в момент падения на вольт мощность менее расчетной максимально передаваемой — может где-то наводятся помехи? Покажи схему и печатку.
0
Схема как в заголовке статьи, но отличия в номиналах и выходе — 140В 100мА. Резистор в стоке ключа 0.33 Ом, ключ IRF840AS, емкость на выводе 3 микросхемы и землей 100пФ, между истоком и 3-м выводом микросхемы 1К, индуктивность SUMIDA CDRH127 220мкГ, диод RS1J, резистор в затворе 100 Ом, входное питание 24В от источника, частота 22кГц
0
Нарисовать схему? С печатью сложнее, сфотографировать пока не могу, но посмотреть цепи как разведены, если скажите на какие обратить внимание.
0
Да, нарисовать. И неужели у тебя нет проекта трассировки?
0
Разводку делала не я, схему восстановил:
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.