Паразитные колебания в DC-DC-преобразователе

Привет, All!

Знакомого тут озадачили созданием DC-DC преобразователя 12В -> 20В/5А для питания ноутбука от прикуривателя (ввиду срочной необходимости и отсутствия таковых в магазинах города), силовая часть была им собрана по нижеприведённой схеме. Так вот, обнаружились "грабли" - при нагрузке 3-5А (2 лампочки 50Вт/12В) и частоте преобразования ~100kHz в точках 1 и 3 (подобное и во вторичке) трансформатора после переключения MOSFET'ов (любого) наблюдаются затухающие колебания ~5MHz амплитудой до 5В и временем затухания практически до следующего переключения, в результате транзисторы и диоды сильно греются, а конструкцию не представляется возможным поместить в небольшую закрытую пластиковую коробку, как изначально предполагалось. Пробовалось шунтирование цепочкой R и С последовательно между точками 1 и 3 (R=100, C=2n2) - эффекта не дало, ослабление колебаний не более, чем на 20%. Обмотки намотаны на сердечнике таким образом, что каждое плечо каждой обмотки занимает половину тора, может быть, в этом проблема ? Или схема не совсем правильная ? Что посоветуете ?

_____ ___|\|__ ________ ^12v 1N4148 __| 1)||(4 |/| | Tr 2000HH (тор) ________| ________|\|_____ || 12v )||( | 38x24x14 __|/ | |/|2.2 | ||<-| ^ )||( ^12v | 2x2x10 витков |\_________| э______/\/\/\_|_||__| |__)||(___| | D=1.2mm э |_|/ KT361Г | 2)||(5 | | | |\_____ _|_ )||( Tr | Shottky-Diodes |12v | к | )||( | CTL-22S TL494 | ^ |_/\/\/\_| _____)||(___|\|__| | | 300 _|_ __| 3 6 |/| | Dr из цепи _______| _|\|_____________ || ) 5В БП ATX __|/ | |/|1N4148 2.2 | ||<-| MOSFET ) (~5uH) |\________| э______/\/\/\_|_||__| IRLR3103 )___\ Out 20v э |__|/ KT361Г | (TTL-levels) +__|__ / | | |\____ _|_ _____ ________| | к | | 2200uF |_/\/\/\_| _|_ 300 _|_

До новых встреч, Evgeny

Reply to
Evgeny Kalinin
Loading thread data ...

Hello, Evgeny Kalinin !

Прсто пушпул на входе и выходе. Я бы наверное по топологии boost'а делал, но не важно.

Плохой трансформатор получился, я думаю. Вот и звенит. Hадо уменьшать индуктивность рассеяния и обвешивать схему снабберами.

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Fri Feb 04 2005 12:05, Dima Orlov wrote to Evgeny Kalinin:

DO> Прсто пушпул на входе и выходе. Я бы наверное по топологии boost'а делал, DO> но не важно.

Буст проще. Умощнил MC34063 подходящим транзистором (на 5 ампер выходного тока

- видимо, уже MOSFET) - и все. Деталей мало, моточный элемент один, и то дроссель, схема простая. Впрочем, основная проблема автоэлектроники, о которой забывают - не сама сзхема, а защита ее от весьма мощных и высоковольтных выбросов, имеющихся в автомобильной сети.

DO> Плохой трансформатор получился, я думаю. Вот и звенит. Hадо уменьшать DO> индуктивность рассеяния и обвешивать схему снабберами.

Угу. Что-то я не помню схем примерно этого класса, где выпрямители не были бы снаберами обвешаны.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Reply to
Aleksei Pogorily

Hello, Aleksei Pogorily !

Hа 100Вт я бы critical mode boost делал с КПД ~97%

Проблем тут особых нет, особенно если про эти помехи не забывать...

Аналогично.

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Fri Feb 04 2005 20:32, Dima Orlov wrote to Aleksei Pogorily:

DO> Hа 100Вт я бы critical mode boost делал с КПД ~97%

Hа MC34262? Логично. Управлять мосфетом удобно. Критический режим обеспечивает. А на вход умножителя константу подать. Только токовый режим надо как-то обеспечивать, резистор КПД посадит. Трансформатор тока?

DO> Проблем тут особых нет, особенно если про эти помехи не забывать...

Так забывают же. А потом жалуются "Ой, у меня дорогой прибор, подключенный к автомобильному питанию через стабилизатор, сгорел вместе со стабилизатором"

DO> Аналогично.

Впрочем, схема - не главное. Главное - понимать что можно, а что нельзя. Что нельзя, например, удлинять связь, где 10 ампер переключаются менее чем за 100 наносекунд. У начинающих с этим главная проблема.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Reply to
Aleksei Pogorily

Hello, Aleksei Pogorily !

Типа того, скорее 6521 от ST.

Да нет, не люблю я трансформаторы в цепи постоянного тока, да и громоздко и дороговато это. Шунт с усилителем. Хотя возможно в процессе разработки пришлось бы и поменять. Есть кстати для critical mode другое решение. Тот сигнал, что используется как zero current можно интегрировать и тем самым получать значение тока. У такого решения есть проблемы при широком диапазоне регулирования, но при более-менее постоянной нагрузке все работает, мы проверяли.

Так радиолюбители...

Hа самом деле главная проблема в том, что подобные разработки на любительском уровне сделать тяжело. Что-то сложнее схем на TOP Switch или на 34063 в типовом включении начинает вести себя не так, как хотелось бы, а для доведения до ума нужен опыт и весьма недешевое оборудование. Ведь после того, как оно перестанет гореть и начнет выдавать нужную мощность, появятся вопросы о том почему вдруг в радиоприемнике все станции куда-то делись, из магнитолы непонятно что играет, и прочие проблемы электромагнитной совместимости. А их решение - дело весьма недешевое.

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Пpивет тебе, Evgeny!

Дело было 03 февpаля 05, Evgeny Kalinin и All обсуждали тему "Паpазитные колебания в DC-DC-пpеобpазователе".

EK> 3-5А (2 лампочки 50Вт/12В) и частоте пpеобpазования ~100kHz в точках 1 и EK> 3 (подобное и во втоpичке) тpансфоpматоpа после пеpеключения MOSFET'ов EK> (любого) наблюдаются затухающие колебания ~5MHz амплитудой до 5В и

EK> шунтиpование цепочкой R и С последовательно между точками 1 и 3 (R=100, EK> C=2n2) - эффекта не дало, ослабление колебаний не более, чем на 20%. ставить RC-цепи паpаллельно каждому ключу _и_ паpаллельно диодам выпpямителя. Кpоме того, учесть, что само подключение щупа вносит емкость и может пpивести к генеpации. Т.е. искать, что именно пpиводит к звону, лучше пpи подключении чеpез очень маленькую емкость, или вообще "с воздуха" - по наводке на щуп.

EK> Обмотки намотаны на сеpдечнике таким обpазом, что каждое плечо каждой EK> обмотки занимает половину тоpа, может быть, в этом пpоблема ? хpеноватая констpукция - велика индуктивность pассеяния. Hадо pавномеpное покpытие тоpа обмотками. Каждую мотать двумя сложенными вместе пpоводами, потом соединить последовательно.

Кстати, ключи не обязательно гpеются из-за звона. Если они этим звоном не выводятся в линейный pежим, то могут гpеться из-за медленного закpывания/откpывания.

Удачи! Александp Лушников.

Reply to
Alexander V. Lushnikov

Hello Evgeny!

03 Feb 05 22:36, Evgeny Kalinin wrote to All:

EK> переключения MOSFET'ов (любого) наблюдаются затухающие колебания ~5MHz EK> амплитудой до 5В и временем затухания практически до следующего EK> переключения, в результате транзисторы и диоды сильно греются, а EK> конструкцию не представляется возможным поместить в небольшую закрытую EK> пластиковую коробку, как изначально предполагалось. Пробовалось EK> шунтирование цепочкой R и С последовательно между точками 1 и 3 EK> (R=100, C=2n2) - эффекта не дало, ослабление колебаний не более, чем EK> на 20%. Обмотки намотаны на сердечнике таким образом, что каждое плечо EK> каждой обмотки занимает половину тора, может быть, в этом проблема ?

Да, именно в этом. Тор только тогда обеспечивает минимальную индуктивность рассеяния, когда каждая из обмоток занимает целое число слоев. А при двух обмотках по полслоя на разных половинах сердечника, индуктивность рассеяния оказывается _огросной!_ Я бы мотал этот тор проводом, сложенным вдвое. Или даже вчетверо - у тебя же требования к изоляции минимальны.

Hу, и надежды на то, что не будет греться _совсем_, не вполне обоснованы - греться будет, и неплохо. Так, что коробка нужна металлическая, с креплением ключей и диодов к ее стенке.

Всего доброго!

А. Забайрацкий.

Reply to
Alexander Zabairatsky

Hi Alexander!

At суббота, 05 февp. 2005, 22:00 Alexander Zabairatsky wrote to Evgeny Kalinin:

AZ> Да, именно в этом. Тор только тогда обеспечивает минимальную индуктивность AZ> рассеяния, когда каждая из обмоток занимает целое число слоев. А при двух AZ> обмотках по полслоя на разных половинах сердечника, индуктивность рассеяния AZ> оказывается _огросной!_

Да. Кстати, весьма pаспpостpаненая ошибка, судя по интеpнет-публикациям.

AZ> Я бы мотал этот тор проводом, сложенным вдвое. Или AZ> даже вчетверо - у тебя же требования к изоляции минимальны. AZ> Hу, и надежды на то, что не будет греться _совсем_, не вполне AZ> обоснованы - AZ> греться будет, и неплохо. Так, что коробка нужна металлическая, с AZ> креплением ключей и диодов к ее стенке.

А из 12 в 20 вольт я делал бы по пpостейшей схеме - pойеp без втоpичной обмотки, выпpямители пpямо с концов пеpвички. С учетом потеpь где-то чуть больше 20 и получится. Хотя ... я бы делал не с насыщающимся тpанфоpматоpом, а с пеpеключающим дpосселем, люблю я эту схему, втоpое колечко маленькое, КПД заметно выше. Тpанзистоpы - 2Т908А или вpоде того. Hа 5 ампеp - как pаз. А лучше MOSFET с внешним возбуждением. И звенеть пpи пpавильном монтаже особо нечему. КПД более высокий, т.к. половина мощности пpоходит на выход напpямую.

Cheers, Aleksei [mailto: snipped-for-privacy@nm.ru]

Reply to
Aleksei Pogorily

Привет, Dima!

Пятница февраль 04 2033 23:04, Dima Orlov писал к Aleksei Pogorily:

Этот вариант тоже пробовался, но что-то не пошёл, точно сейчас не скажу, но по-моему, сильно грелся (или даже горел) транзистор и мощность на выходе не обеспечивалась.

"Critical mode" - это синоним "Power Factor Correction" (если нет, то где об этом можно почитать (книжки/Интернет)) ? Как можно обеспечить КПД 97%, если при токе 5А потери на диодах Шоттки будут уже как минимум 2-2.5 Вт ? Или подразумевается схема замещения их MOSFET'ами (как на

formatting link
?

То есть MC34262 использовать как PFC для защиты от импульсов в бортовой сети, а затем уже схема DC-DC ?

DO> Типа того, скорее 6521 от ST.

Hашёл Intersil ISL6521 и STMicroelectronics L6561 (AN1692), а 6521 от ST - нет :(

Какие характеристики можно принять у этих выбросов (длительность, пиковое напряжение и др.) ? Какие решения здесь наиболее эффективны и зарекомендовали себя (если можно, ссылки на конкретные схемы) ? Если просто дроссель, конденсатор и транзорб на входе ? Кроме того, если брать питание непосредственно с клемм аккумулятора (который можно рассматривать в некоторой степени как большой конденсатор), импульсы здесь по идее должны быть сильно ослаблены, нужно ли и в этом случае защищаться ?

В частности, да, витки были намотаны на феррит без изоляции; потом транс был перемотан с изоляцией, после чего ситуация несколько улучшилась (насколько, пока не в курсе). Выяснилось ещё то, что в основном греются диоды Шоттки, а не полевики (вначале были на одном радиаторе, а сейчас на разных).

Где можно почитать про эти колебаниегасящие цепочки, желательно с конкретными схемами и формулами для расчёта (книжки/Интернет) ?

Причина, видимо, паразитная индуктивность этих связей ?

До новых встреч, Evgeny

Reply to
Evgeny Kalinin

Есть и ещё более простое решение, в дешёвых телевизорах используется: RC-цепочка, питаемая от того же напряжения, что и дроссель. Кстати, диапазон нагрузок там почти стократный, от стэндбая до полной (естественно, в стэндбае не критикал, а прерывистый получается).

Вал. Дав.

Reply to
Valentin Davydov

Hello, Valentin Davydov !

Так это по сути тоже самое. Для низковольтной схемы оба эти сигнала можно без дополнительных обмоток брать, для высоковольтной - удобней с обмотки.

Hас интересовали режимы близкие к короткому замыканию и собственно короткое замыкание.

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Не совсем. Скажем так: наиболее распространённая схема для однофазного PFS небольшой мощности - это critical mode boost с частотной модуляцией. А читается в любом учебнике по выпрямителям с LC фильтрами (critical mode - это пограничный режим между непрерывным и прерывистым током дросселя).

Скорее, надо выбирать интегральные характеристики, порядка десятых долей В*c. А уж как ты это распределишь между напряжением и длительностью, зависит в основном от входного фильтра.

Плюс ещё предохранитель, наверное.

Не нужно брать питание с клемм: туда сильноточные провода от стартёра подходят, не стоит их лишний раз трогать.

Вал. Дав.

Reply to
Valentin Davydov

Sun Feb 06 2005 22:50, Evgeny Kalinin wrote to Dima Orlov:

EK> "Critical mode" - это синоним "Power Factor Correction" (если нет, то EK> где об этом можно почитать (книжки/Интернет)) ?

Hет, это другое. Читать - Unitrode Seminars

formatting link
далее поиск по сайту по этим словам - покажет где они лежат) или Fundamentals of Power Electronics на одном из сайтов, что в подписи Алекса Торреса. О MC34262 читать ее даташит с
formatting link
там же обьяснено и про Critical Mode. Она предназначена для PFC, но может быть использована и для других целей. Впрочем, при этом есть ряд тонкостей.

EK> Как можно обеспечить КПД EK> 97%, если при токе 5А потери на диодах Шоттки будут уже как минимум 2-2.5

97% - это Орлов немного преувеличил (исходя из привычных ему схем, более высоковольтных). Hо близко к этому.

EK> Вт ? Или подразумевается схема замещения их MOSFET'ами (как на EK>

formatting link
EK> ?

Замену MOSFET-ами я точно не рекомендовал человеку, не имеющему изрядного опыта в этой области. А мое мнение об этой статье в частности и обо всех статьях по части теории на оверклокерсах весьма низкое. Более-менее терпимо теоретические вопросы по компьютерным БП изложены в статьях Олега Артамонова на

formatting link
(хороший парень оказался, не выпендрежный, мои поправки принял практически все, и вообще старается учиться и понимать).

EK> То есть MC34262 использовать как PFC для защиты от импульсов в бортовой EK> сети, а затем уже схема DC-DC ?

Hет. Она ни от чего не защитит. Преобразователь на ней.

EK> Какие характеристики можно принять у этих выбросов (длительность, EK> пиковое напряжение и др.) ? Какие решения здесь наиболее эффективны и EK> зарекомендовали себя (если можно, ссылки на конкретные схемы) ? Если EK> просто дроссель, конденсатор и транзорб на входе ? Кроме того, если брать EK> питание непосредственно с клемм аккумулятора (который можно рассматривать EK> в некоторой степени как большой конденсатор), импульсы здесь по идее EK> должны быть сильно ослаблены, нужно ли и в этом случае защищаться ?

Мощные выбросы до +-80 вольт, маломощные и короткие до +-100 вольт. Посмотри на сайте ST даташит на L4947, например.

formatting link
У нее указаны в абсолютных допустимых значениях именно автомобильные выбросы. От обратной полярности защитит диод (довольно мощный, 1N5401 минимум, хотя бы я поставил 6-амперный, 6A05 или вроде того, у него предельный импульсный ток больше), от рабочей полярности - варистор или TVS (на довольно большую пиковую мощность). Желательно перед ним дроссель - и от помех защитит, и ток выбросов уменьшит. См. AN843 на
formatting link
-
formatting link
А самый минимум на эту тему - 1,5KE18 (он и от обратного выброса защитит как диод и выбросы ограничит).

EK> Причина, видимо, паразитная индуктивность этих связей ?

Да, конечно. Hо это надо не только понимать, но и чувствовать. Иначе будешь бороться не с тем и не там.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Reply to
Aleksei Pogorily

Sun Feb 06 2005 22:50, Evgeny Kalinin wrote to Dima Orlov:

DO>> Типа того, скорее 6521 от ST.

Ты не ошибся? Может, имел в виду L6561? Так это те же тестикулы что MC34262, только в профиль. Серьезной разницы я между ними не вижу, но MC34262 у нас доступнее в рознице. И ты же сам писал, что MC34262 мнее капризна в применении. Для автомобильных применений они обе неприятны тем, что для старта нужно чуть больше чем есть (13 или 14,5 вольт - гарантированное включение схемой UVLO). Hу и при просадке питания стартером могут создать проблемы, отключившись при 9 или 10,3В. Возникает даже мысль использовать что попроще, вроде 555-го таймера

- регулировка порога есть, сброс RESET-ом есть, выхода на управление MOSFET хватит. Усилитель ошибки, конечно, придется добавить.

И насчет трансформатора тока. Единичный экземпляр намотать на колечке не проблема. К нему потребуется, конечно, размагничивающая цепь на вторичной стороне - но это несколько ширпотребовских элементов. А довольно быстрый ОУ (причем Peak-to-Peak к отрицательному питанию и по входам, и ао выходу) и низкоомный резистор могут оказаться проблемой. Так что если не для серии - ничего страшного. Или там есть какие-то подводные камни?

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Reply to
Aleksei Pogorily

Wed Feb 09 2005 14:40, Valentin Davydov wrote to Evgeny Kalinin:

VD> Скорее, надо выбирать интегральные характеристики, порядка десятых долей VD> В*c. А уж как ты это распределишь между напряжением и длительностью, VD> зависит в основном от входного фильтра.

Сильно большой фильтр получится, чтобы изменить характеристики, если исходные

- внутреннее сопротивление 0,5 ом, время нарастания 5-10 мс, время спада 100 мс (в смысле постоянные времени такие), амплитуда до 80В.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Reply to
Aleksei Pogorily

Hello, Aleksei Pogorily !

Ошибся... А от 262 есть некоторые отличия, в частности облегчающие построение на них других (не PFC) схем.

Кроме того, у ST этот чип дешевле.

В стандартном включении для относительно мощного PFC - да.

Да, можно и на нем.

А зачем отрицательное питание? Обычный R2R ОУ подойдет. И особая шустрость не нужна.

Да вроде не замечал с резисторами никаких проблем.

Да нет, ничего особенного, прежде всего габариты и цена. Hо я уже сказал, что интегрирование напряжения на дросселе (или дополнительной обмотке на нем) может быть лучшим решением.

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Wed Feb 09 2005 21:32, Dima Orlov wrote to Aleksei Pogorily:

DO> А зачем отрицательное питание? Обычный R2R ОУ подойдет.

Я имедл в виду, что ОУ должен быть R2R к его отицательному питанию. Которое, конечно, сажается на землю.

DO> И особая шустрость не нужна.

См. SLOA044 - апноту TI как раз на эту тему. Они там насчитали (для некоего типового случая), что полоса единичного усиления должна быть 400кГц, что при усилении 15 означает полосу самого ОУ 6 МГц (ну или использование ОУ с внешней коррекцией, установленной на усиление 15 - но проще в наше время найти ОУ с полосой не то что 6, а 60Мгц или 600МГц, чем ОУ с внешней коррекцией). В то же время это значит, что самый ширпотреб класса LM324 не годится.

DO> Да вроде не замечал с резисторами никаких проблем.

Покупка его в России в розницу - проблема. А любительщина вроде куска спирали от электроплитки - она и есть любительщина.

ЗЫ Hу почему не выпускают четвертушку LM324 в варианте с внешней коррекцией? Полезно было бы для ряда случаев.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Reply to
Aleksei Pogorily

Hello, Aleksei Pogorily !

Понятно. Кстати правильность работы каскада вблизи нуля особо не важна, важно, чтобы пик правильно обрабатывался.

Это так. Hо я думаю, если особо не задирать частоту, TS922 справится вполне.

Зато годится куча другого, классом чуть повыше.

Мы вообще в большей чем половина случаев набираем из запараллеленных SMD. Это-то не должно быть проблемой.

Было бы.

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Hi Dima!

At четвеpг, 10 февp. 2005, 19:45 Dima Orlov wrote to Aleksei Pogorily:

DO> Понятно. Кстати правильность работы каскада вблизи нуля особо не важна, DO> важно, чтобы пик правильно обрабатывался.

Это смотpя что считается "вблизи нуля". Если шиpокий диапазон выходных токов, то "не вблизи нуля" очень близко от нуля начинается.

DO> Мы вообще в большей чем половина случаев набираем из запараллеленных SMD. DO> Это-то не должно быть проблемой.

Смотpя какой номинал. Минимум что у нас в шиpокой пpодаже - это 1 ом. Если 5А

100мВ - 50 pезистоpов получается. Уже совсем не хочется такое количество ставить. А в умеpенных количествах - и я пpименяю. Hапpимеp, в одной моей плате 8 шт 1206 впаpаллель стоит, пpавда, pади мощности, а не сопpотивления. Hо лучше так, чем в дыpки двухваттный.

Cheers, Aleksei [mailto: snipped-for-privacy@nm.ru]

Reply to
Aleksei Pogorily

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.