SMPS Push pull - problema tranzistori

[baciucalin]

Salutare la toata lumea!

Am o problema cu o sursa. Am facut sursa din schema de mai jos, initial pe un miez mai mic si a funtionat fara probleme (cu IRFZ34). Apoi am folosit un ETD49. Cu primul miez - luat dintr-o sursa de calculator - a functionat perfect, apoi am redimensionat circuitul pentru o putere mai mare si mi-a ars 4 tranzistori. Am pus in paralel cate doua MOSS-uri (doua perechi - IRFZ34 cu IRFZ44 era o pereche; doar pe astia i-am avut acasa). Mentionez ca mi-a ars perechea de tranzistori de sus de pe schema. Nu am folosit diode externe antiparalel pentru MOSS.

 

Am facut o simulare in orcad cu un "zener clamp" (am atasat poza), dar tensiunea la capetele infasurarilor ajuge pe la 20V in loc de 40V, la cat ajungea fara diode. Dar parca nu sunt multumit nici de rezultatul asta.

Aveti vreo solutie pentru aceasta problema? De preferat cu MOSS; in ultima instanta merg pe bipolari, dar sunt cam scumpi.

 

Vin=12V

Vout=36V

f=50 kHz

S miez=211mm^2

Nprim=2

Nsec=6

Sectiune primar~=5mm^2

Sectiune secundar~=3mm^2

 

free image host

 

windows screen capture

Editat August 14, 2014 de baciucalin

[Marian]

 

...

Nprim=2

Nsec=6

...

Sper ca acela nu este numarul spirelor...

[baciucalin]

Ba da, de ce?

 

Am folosit formula de mai jos

img host

Editat August 14, 2014 de baciucalin

[Marian]

M-am uitat acum si la schema si are hibe, dar pentru moment revin la numarul de spire. Ai precizat frecventa de 50khz si miez de 211mm^2, eu ma folosesc de o alta formula pentru traf, (Up*Ton)/(Bmax*S). Daca cei 12V vin de la un acumulator auto atunci cand acesta este incarcat sunt de fapt cam 13, din cate observ umplerea este maxima ( o sa explic de ce mai tarziu ), deci sa zicem un Ton de cca 9,5uS ( acceptand timpul mort impus, unul generos de altfel ), ai sectiunea deja deci (13*9,5)/(0,15*211), ar trebui minim 4 spire, tu ai 2, ceea ce se traduce in inductie mare in miez, probabil undeva aproape de limita saturatiei, situatie in care sarcina mosfetilor nu prea mai este un traf ci mai degraba o "sarma", este normal ca mosfetii sa cedeze.

[baciucalin]

Sa inteleg ca ar trebui doar sa modific numarul de spire in loc sa ii fac o protectie la autoinductie?

Apropo, am uitat sa specific ca in primar am 2+2 spire. Marian, tu te referi la faptul ca mi-ar trebui 4+4 spire in primar?

 

Chiar prima data cand am pornit sursa, aveam tensiunea corecta la iesire; totusi se incalzea perechea de tranzistori de sus foarte tare, cea de jos era aproape "rece". Nu te lua dupa rezistentele de feedback de pe schema ca le-am inlocuit cu o rezistenta serie cu un potentiometru multitura. Tranzistorii erau pe radiatoare. 

[Marian]

Trebuie sa fac o erata, pentru SG3525 umplerea maxima este la 50%, asadar numarul de spire este totusi teoretic corect, 2+2, imi cer scuze pentru neatentie ( rusine mie...)...

 

Revenind la motivul pentru care mosfetii ti s-au ars, inainte de a mai analiza schema si alte detalii, as dori sa stiu in ce conditii ti s-au ars tranzistorii? adica ai testat cu ceva sarcina sau in gol au pocnit?

[baciucalin]

Nu are de ce sa iti fie rusine; tu ai calculat corect, dar din graba poate ai uitat sa scrii 2+2.

 

Initial am pornit sursa in gol. Pe iesire am doar un condensator de filtraj 220u/200V si divizorul pentru feedback. Nu am pus nicio rezistenta de sarcina, desi trebuia, numai lenea nu m-a lasat in pace . In conditiile astea se incalzeau foarte tare tranzistorii de sus.

Apoi i-am lasat sa se raceasca si am pus un led de 100W ca sarcina. Sursa nu a mai pornit deloc, nu s-a aprins LED-ul nici macar pentru o clipa. Tranzistorii ardeau cand am pus mana pe ei, iar ATX-ul (sursa de pc ca alimentare) a intrat in protectie.

 

 

Mai sus am specificat 12V pentru ca am alimentat montajul de pe o sursa de calculator. Apropo, am pus la intrare un condensator de 10000u/16V; ATX-ul a intrat in protectie, dar pana s-a descarcat condensatorul ala mare cred ca s-au ars MOSS-urile.

[nel65]

Umplerea maxima e intre 45 si 49 %,niciodata 50 %.O valoare buna de luat in calcul ar fi media de 47%,deci Dmax =0.47 si Ton max =T x Dmax=20x0.47=9.4 usec

Inductia la 50 khz ar fi corect a se considera de 0.1T iar tensiunea minima la care Ton este maxim (de 9.4 usec ) in cazul bateriei auto ,sa zicem 11V

Atunci avem Np=11x9.4 / 0.1x211=4.9 spire (o jumatate de primar).Practic va fi 2x5 spire.

Pentru o functionare a trafului mai calduta ,se alege un B=0.2T si atunci Np=11x9.4 / 0.2x211=2.45 spire (o jumatate de primar).Practic 2x2.5 spire

Cu 2+2 spire rezulta B=0.245T.Deja merge cam incins bine si mai e si foarte aproape de pragul maxim 0.3T admis la ferite

Tot cred ca trebuie refacut traful

Editat August 14, 2014 de nel65

[Marian]

@Nel65 cateva observatii, alegerea umplerii maxime la 50% are ca scop o dimensionare la maximul posibil, adica una sa zic asa "generoasa", adica este ceva benefic. Perioada pentru 50khz este intr-adevar 20uS, umplerea se refera la perioada aia de 20uS, dar Ton maxim teoretic este T/4, si asta datoprita faptului ca sunt 2 tranzistori care conduc in contratimp, in practica Ton este ceva mai mic chiar daca umplerea tinde catre maxim, exista un timp mort minim impus de integrat si ajustat de rezistenta de la pinul RD. Numarul spirelor este asadar corect la 2+2. Inductia maxima depinde direct de materialul miezului si frecventa de lucru. Ori n-am retinut eu ori nu s-a precizat despre ce material este vorba dar daca as merge pe 3c90 inductia aleasa de colegul de cca 0,15T este ok, cam atata trebuie pentru pierderi de cca 100mW/cm^3 conform pdf-ului 3c90.

 

@baciucalin Faptul ca mosfetii se incalzesc in gol ar sugera ori pierderi de comutatie mari ori ceva probleme la traf, nu cred insa ca cele 2=2 spire sunt problema, altfel s-ar fi incalzit si ramura de jos, nu numai cea de sus... poate ai gresit la fazarea infasurarilor tu, sau poate pierderile in comutatie sunt prea mari dar iarasi revin la ideea ca ar fi trebuit comportament similar si la cealalta ramura daca mosfetii sunt aceeasi pe ambele ramuri...

[baciucalin]

Apropo, din lectura proprie tin minte ca un baiat spunea ca alege inductia intre 0.13-0.2T pentru comutatie; zicea ca asa merge la majoritatea feritelor, dar sunt si exceptii. Recunosc, nu am studiat personal problema pana la ultima ecuatie. 

Nu ma deranjeaza ca ferita va avea temperatura mai mare, dar trebuie sa pot scoate la iesire cel putin 200W - maxim 300W, da stiu sunt vreo 15-20 A pe intrare. Primarul e din sarma de 0.75mm^2 torsadata. Secundarul la fel, dar cu sectiune totala mai mica.

Va avea si racire activa la final.

 

 

Apropo, mai am nevoie de putin ajutor. Am vazut pe unele surse ca au montat diode ultrarapide antiparalel pe MOSS-uri. Considerati ca ar trebui sa pun si eu? Nu ar fi suficiente diodele din tranzistori?

 

 

 

Edit:

marian o sa desfac traful sa-l verific, s-ar putea sa ai dreptate cu fazarea infasurarilor. Am folosit 3c90 asa cum ai presupus.

Editat August 14, 2014 de baciucalin

[Marian]

Am mai postat eu graficul asta si prin alte parti dar il pun si aici:

 

Graficul ilustreaza pierderile in miez in functie de inductie si frecventa, cu alte cuvinte alegand o inductie corecta avem si pierderi mici. Pentru ventilatie naturala ( nefortata ) se recomanda 100mW/cm^3, in grafic asta corespunde la ordonata cu linia de la 10^2, se urmareste acea linie si se identifica punctul unde aceasta se intersecteaza cu frecventa dorita, se coboara pe acea directie vertical spre abscisa si se identifica astfel inductia maxim recomandata tinand cont ca graficul este logaritmicm, uneori nu se pot stabili cifre exacte ci doar estimari, dar tot ar trebui sa fie ok.

 

Eu nu cred ca refacerea trafului scapa mosfetii, adica nu cred ca traful este vinovatul, sau mai precis cele 2+2 spire mi se par ok, tu ai si frecventa mare si Ton mic impus de umplere mica, si un miez destul de ok. Daca spirele erau prea putine atunci ramura opusa ar fi trebuit sa se comporte identic cu cealalta ( ma refer la regimul termic in gol ). Sigur ai folosit exact aceeasi mosfeti la ambele ramuri? si sigur ai fazat corect infasurarile primarului?

 

PS: Inductanta de dupa redresare, conform caror calcule ai ales-o la 5mH?

 

PS2: Diodele alea antiparalel pe mosfeti sunt irelevante, mosfetii oricum au diode interne. Ceea ce ar putea fi necesar este un snubber, si asta e cam alta chestiune, un RC calculat conform configuratiei si eventual niste transiluri in paralel pe DS la mosfeti care se asigura ca indiferent de situatie spike-urile de autoinductie nu pot depasi valoarea lor. Totusi de la alimentare de 12V mi-e greu sa cred ca se pot genera varfuri de peste 55V...dar asta e doar o parere...

[nel65]

@Nel65 cateva observatii, alegerea umplerii maxime la 50% are ca scop o dimensionare la maximul posibil, adica una sa zic asa "generoasa", adica este ceva benefic. Perioada pentru 50khz este intr-adevar 20uS, umplerea se refera la perioada aia de 20uS, dar Ton maxim teoretic este T/4, si asta datoprita faptului ca sunt 2 tranzistori care conduc in contratimp, in practica Ton este ceva mai mic chiar daca umplerea tinde catre maxim, exista un timp mort minim impus de integrat si ajustat de rezistenta de la pinul RD. Numarul spirelor este asadar corect la 2+2. Inductia maxima depinde direct de materialul miezului si frecventa de lucru. Ori n-am retinut eu ori nu s-a precizat despre ce material este vorba dar daca as merge pe 3c90 inductia aleasa de colegul de cca 0,15T este ok, cam atata trebuie pentru pierderi de cca 100mW/cm^3 conform pdf-ului 3c90.

Ton max se refera la perioada in care un tranzistor este in conductie ,urmat apoi de timpul mort ,acestea doua formand jumatate de perioada.D-aia se considera maxim 50% (practic 45-49%) conductie maxima ,pentru ca urmatorii 50% (45-49%) sunt alocati celuilalt tranzistor.CuTon max =50% din 20 us ,inseamna ca fiecare tranzistor conduce exact 10 us si nu exista timp mort,cu riscul aparitiei conductiei simultane.Deci cred in continuare ca Ton max =T x D max unde Dmax =45-49% (sau 0,45-0,49),totdeauna mai mic de 50%

 

Cred ca zicem acelasi lucru cu alta explicare

Editat August 14, 2014 de nel65

[baciucalin]

Mossfetii sigur sunt la fel pentru ca au fost noi cand i-am montat. (O ramura avea in paralel IRFZ34 si IRFZ44).

IRFZ34 i-am folosit initial pe un miez mai mic si au functionat fara probleme. Si aceia au fost noi cand i-am montat. Apoi am vrut sa extind puterea si am zis ca pun in paralel IRFZ44 pentru ca nu am avut alti mossi mai mari ca sa evit conexiunea paralel.

 

Stiu ca am fost atent cand am facut spirele primarului, dar nu bag mana in foc ca nu am gresit.

 

 

 

Schema era proiectata pentru iesire de 230V, sinusoidal. Eu doar am luat-o de pe un blog. Inductanta respectiva e destul de mare pentru ce am eu nevoie. Pe sursa mea am pus o bobina luata de pe o sursa de calculator. E un miez toroidal cu sarma de 1,5mm^2 - asta am pus-o doar de proba, o sa mai pun in paralel cel putin una la fel; nu ma intereseaza ca sursa sa fie super stabila si nici spike-urile nu ma deranjeaza.

 

 

Voi face o verificare la sange la toata placa, inclusiv la traf. Apoi o sa revin cu alte detalii.

Editat August 14, 2014 de baciucalin

[cristi7521]

@baciucalinciteste gasesti multa informatie aici

http://sound.westhost.com/project89.htm

Pentru 300W este de ajuns ETD39.

Si nu se pun in paralel mosuri de tip diferit.

Editat August 14, 2014 de cristi7521

[giongiu]

Eu cred ca problema e punerea in paralel a cate doi mosfeti. A crescut capacitatea pe care integratul n-o poate descarca/incarca rapid, semnalul de comanda nu mai este dreptunghiular si trapezoidal, astfel se pot suprapune timpii de conductie. Eu as folosi cate un totem pole, sau, mai bine, cate un T4420. Exista osciloscop ?