Taka ciekawostka się pojawiła w piątek podczas eksperymentów z GaN: jest
sobie półmostek zasilany z 23V i popędzany 350kHz z wypełnieniem 50% i
czasem martwym 50ns. Najprostszy bus converter, jaki umiem sobie
wyobrazić. Czas martwy jest 6x za duży jak na możliwości tych
tranzystorów, ale do testu może być.

Transformator ma przekładnię z 11.5V na 15V, na wtórnym wisi prostownik
jednopołówkowy na diodzie Schottky'ego i kondensatorze ceramicznym 10u.
Chciałem sprawdzić wpływ asymetrii obciążenia na zachowanie
transformatora i w takim układzie asymetria jest pełna. Eksperymenty
pokazują, że można sobie pozwolić na naprawdę wiele.

Ale jest inna sprawa: na nieobciążonym zasilaczu napięcie wynosi 25V
zamiast 15V. Wystarczy choćby 1mA prądu obciążenia i napięcie wraca do
nominalnego. Rzekłbym, że transformator dzwoni przy przełączaniu, ale
nie: nawet na nieobciążonym wtórnym przebiegi są książkowe, overshot
jest na poziomie może 5% albo mniej. Obciążenie działa jak snubber
i wtedy w ogóle jest idealnie. No więc co, indukcyjność pasożytnicza w
obwodzie prostownika? Efekty nieliniowe siódmego rzędu na diodzie? Skądś
się te szpile dołądowujące kondensator biorą.

Poza tym konstrukcja daje radę, przez rdzeń toroidalny 9mm bez problemu
przerzucam ok. 10W. Tylko rdzeń jest ciepły nawet bez obciążenia, 16mm
z 3F3 zachowuje temperaturę otoczenia. Nie wiem tylko, czy wynika to z
lepszych własności 3F3, czy z większego Ae i tym samym mniejszego deltaB
-- nie mam tak małego rdzenia z 3F3, by sprawdzić.

Pozdrawiam, Piotr

do góry

Dnia Sun, 29 Dec 2019 10:07:00 +0100, Piotr Wyderski napisał(a):
> Taka ciekawostka się pojawiła w piątek podczas eksperymentów z GaN: jest
> sobie półmostek zasilany z 23V i popędzany 350kHz z wypełnieniem 50% i
> czasem martwym 50ns. Najprostszy bus converter, jaki umiem sobie
> wyobrazić. Czas martwy jest 6x za duży jak na możliwości tych
> tranzystorów, ale do testu może być.

Trafo szeregowo z kondensatorem ?

> Transformator ma przekładnię z 11.5V na 15V, na wtórnym wisi prostownik
> jednopołówkowy na diodzie Schottky'ego i kondensatorze ceramicznym 10u.
> Chciałem sprawdzić wpływ asymetrii obciążenia na zachowanie
> transformatora i w takim układzie asymetria jest pełna. Eksperymenty
> pokazują, że można sobie pozwolić na naprawdę wiele.

> Ale jest inna sprawa: na nieobciążonym zasilaczu napięcie wynosi 25V
> zamiast 15V. Wystarczy choćby 1mA prądu obciążenia i napięcie wraca do
> nominalnego. Rzekłbym, że transformator dzwoni przy przełączaniu, ale
> nie: nawet na nieobciążonym wtórnym przebiegi są książkowe, overshot
> jest na poziomie może 5% albo mniej.

Masz po pierwotnej szybkie diody rownolegle do tranzystorow ?

> Obciążenie działa jak snubber
> i wtedy w ogóle jest idealnie. No więc co, indukcyjność pasożytnicza w
> obwodzie prostownika?

Chyba moglaby.

> Efekty nieliniowe siódmego rzędu na diodzie?
> Skądś się te szpile dołądowujące kondensator biorą.

Widzisz je na oscyloskopie ?

A podlacz tylko rezystor po wtornej stronie.
Jesli to indukcyjnosc wlasna ... powinno byc widac roznice czasu
trwania po obu stronach.

> Poza tym konstrukcja daje radę, przez rdzeń toroidalny 9mm bez problemu
> przerzucam ok. 10W. Tylko rdzeń jest ciepły nawet bez obciążenia, 16mm
> z 3F3 zachowuje temperaturę otoczenia. Nie wiem tylko, czy wynika to z
> lepszych własności 3F3, czy z większego Ae i tym samym mniejszego deltaB
> -- nie mam tak małego rdzenia z 3F3, by sprawdzić.

A ten maly rdzen z jakiego materialu ?
no coz straty histerezy sa znane.

Sprawdz przy mniejszej czestotliwosci, lub wiekszej liczbie zwojow.

J.

do góry

J.F. wrote:

> Trafo szeregowo z kondensatorem ?

Z dwoma (po 22uF ceramiczne), standardowy dzielnik pojemnościowy. Trafo
z jednej strony jest wpięte w środek półmostka z azotku galu, z drugiej
w środek dzielnika.

> Masz po pierwotnej szybkie diody rownolegle do tranzystorow ?

Nie mam, przy tranzystorach GaN nie istnieje coś takiego jak szybka
dioda. :-) 350kHz to dla nich spacerek, drivery są przystosowane do
przełączania aż do 10MHz, a poza tym tranzystory mają zerowy Qrr i
bardzo małą Eoss, to naprawdę widać na oscyloskopie -- przebiegi
wyglądają jak rysunki w książce o przetwornicach dla opornych. :-)

>> Skądś się te szpile dołądowujące kondensator biorą.
>
> Widzisz je na oscyloskopie ?

Brak obciążenia:

https://i.postimg.cc/MTRPFPvR/DS1-Z-Quick-Print40.pn
g
https://i.postimg.cc/B6qLrtvg/DS1-Z-Quick-Print41.pn
g
https://i.postimg.cc/T3Mw8h7D/DS1-Z-Quick-Print42.pn
g

Opornik bezpośrednio na wtórnym:

https://i.postimg.cc/906kf6KL/DS1-Z-Quick-Print45.pn
g

Opornik za prostownikiem:

Pierwotne, niezależnie od stanu na wtórnym:

https://i.postimg.cc/3x4cGxYn/DS1-Z-Quick-Print8.png

> A podlacz tylko rezystor po wtornej stronie.

Brak opornika: 24.067V, bez oscyloskopu. Z oscyloskopem: 25.126V.
Opornik 1k za diodą: 14.837V.

> Jesli to indukcyjnosc wlasna ... powinno byc widac roznice czasu
> trwania po obu stronach.

Jak widać, bez większych zmian.

> A ten maly rdzen z jakiego materialu ?

Wg Chińczyka PC40, na oko podstawowe parametry się zgadzają.
3F3 pochodzi z zaufanego źródła. Po podłaczeniu transformatora
z PC40 do mostka prąd jałowy rośnie o 10mA. Trafo z 3F3, pomimo
pięciokrotnie niższej indukcyjności piewotnego i tym samym prądu
magnesującego, nie jest zauważalne dla zasilacza. Ciekawe, 3F3
to stosunkowo stary materiał, w porównaniu do 3C95 tyłka nie urywa.
Nie mam toroidu z 3C95 dla sensownego porównania, najmniejszy mam
PQ26/20 o znacznie większej objętości.

> no coz straty histerezy sa znane.

Przypomniałem sobie, że w innym zastosowaniu sprzed paru lat na 400kHz w
push-pullu radził sobie świetnie. Chyba przesadziłem z indukcją.

> Sprawdz przy mniejszej czestotliwosci, lub wiekszej liczbie zwojow.

Nie po to kupiłem Ferrari, by nim jeździć na dwójce. ;-P

Pozdrawiam, Piotr

do góry

Dnia Sun, 29 Dec 2019 15:36:11 +0100, Piotr Wyderski napisał(a):
> J.F. wrote:
>> Masz po pierwotnej szybkie diody rownolegle do tranzystorow ?
>
> Nie mam, przy tranzystorach GaN nie istnieje coś takiego jak szybka
> dioda. :-) 350kHz to dla nich spacerek, drivery są przystosowane do

Poszukac diod GaN :-)
Lasery robia, to chyba i diody wyjda :-)
Swoja droga ... a te lasery to jaka czestotliwosc modulacji łapią ?

> przełączania aż do 10MHz, a poza tym tranzystory mają zerowy Qrr i
> bardzo małą Eoss, to naprawdę widać na oscyloskopie -- przebiegi
> wyglądają jak rysunki w książce o przetwornicach dla opornych. :-)

No ale to masz wyjasnienie - otwierasz tranzystor, pole w trafie
rosnie, zamykasz ... prad musi plynac dalej.
A tranzystory zamkniete.

>>> Skądś się te szpile dołądowujące kondensator biorą.
>> Widzisz je na oscyloskopie ?
>
> Brak obciążenia:
> https://i.postimg.cc/MTRPFPvR/DS1-Z-Quick-Print40.pn
g
> https://i.postimg.cc/B6qLrtvg/DS1-Z-Quick-Print41.pn
g
> https://i.postimg.cc/T3Mw8h7D/DS1-Z-Quick-Print42.pn
g
>
> Opornik bezpośrednio na wtórnym:
> https://i.postimg.cc/906kf6KL/DS1-Z-Quick-Print45.pn
g
>
> Opornik za prostownikiem:
>
> Pierwotne, niezależnie od stanu na wtórnym:
>
> https://i.postimg.cc/3x4cGxYn/DS1-Z-Quick-Print8.png

A tu niespodzianka, szpil nie widac - dobre tranzystory :-)

>> A podlacz tylko rezystor po wtornej stronie.
> Brak opornika: 24.067V, bez oscyloskopu. Z oscyloskopem: 25.126V.
> Opornik 1k za diodą: 14.837V.

O znacznie mniejszym myslalem - zeby przez wtorne przeplynal znaczacy
prad.

I moze jeszcze pierwotne i wtorne na jednym ekranie ...

>> A ten maly rdzen z jakiego materialu ?
>
> Wg Chińczyka PC40, na oko podstawowe parametry się zgadzają.
> 3F3 pochodzi z zaufanego źródła. Po podłaczeniu transformatora
> z PC40 do mostka prąd jałowy rośnie o 10mA. Trafo z 3F3, pomimo
> pięciokrotnie niższej indukcyjności piewotnego i tym samym prądu
> magnesującego, nie jest zauważalne dla zasilacza. Ciekawe, 3F3
> to stosunkowo stary materiał, w porównaniu do 3C95 tyłka nie urywa.
> Nie mam toroidu z 3C95 dla sensownego porównania, najmniejszy mam
> PQ26/20 o znacznie większej objętości.
>
>> no coz straty histerezy sa znane.
>
> Przypomniałem sobie, że w innym zastosowaniu sprzed paru lat na 400kHz w
> push-pullu radził sobie świetnie. Chyba przesadziłem z indukcją.

google wyrzucilo jakis dokument z TDK, a tam straty w rdzeniu w
MW/m^3 . Dobrze, ze rdzen malutki :-)

Mocno rosnie z indukcja.

>> Sprawdz przy mniejszej czestotliwosci, lub wiekszej liczbie zwojow.
>
> Nie po to kupiłem Ferrari, by nim jeździć na dwójce. ;-P

To nie mozesz narzekac na halas i krawezniki :-P

J.

do góry

J.F. wrote:

> Poszukac diod GaN :-)

Nie o materiał chodzi, tylko indukcyjność połączeń. Albo tę diodę
integrujesz z tranzystorem, albo możesz odpuścić.

> No ale to masz wyjasnienie - otwierasz tranzystor, pole w trafie
> rosnie, zamykasz ... prad musi plynac dalej. > A tranzystory zamkniete.

To jasne, popłynie pojemnością pasożytniczą i trafo zacznie dzwonić.
Ale powinny dzwonić oba uzwojenia, z przewagą pierwotnego. A tu dzwoni
tylko wtórne. Dlatego piszę, że ciekawostka, takiego efektu jeszcze nie
widziałem. :-)

No dobra, skoro wtórne nie lubią dużego dV/dt, to jednak skończy się
na kontrolerze z ograniczaniem szybkości wzrostu napięcia, np. LT3439
i sprawnosci ~70%. A tak się śmiałem z pani Natalii...

>> https://i.postimg.cc/3x4cGxYn/DS1-Z-Quick-Print8.png
>
> A tu niespodzianka, szpil nie widac

Podręcznikowa teoria transformatora też sie poszła kochać. :-)
Stosunek napięć jest proporcjonalny do stosunku liczby zwojów, z
wyjątkiem sytuacji, gdy nie jest. Spodziewałem się, że uzwojenia
się rozdzwonią, ale przyjąłem za pewnik, że duże sprzężenie między
nimi, w połączeniu ze sztywnością strony pierwotnej, spowodują,
że półmostek zadziała jak snubber dla uzwojenia wtórnego i pierwotnego.
I działa... ale tylko dla pierwotnego. OK, ja wiem, że mi ten mostek GaN
generuje coś pod 10GV/s, ale liczyłem, że mi się upiecze...

> - dobre tranzystory :-)

Fantastyczne, przy cenie 15 zł./sztukę pchałbym wszędzie, gdzie się da.
Ale za 5 dych za sztukę to jednak tylko do zastosowań dziwnych.

> O znacznie mniejszym myslalem - zeby przez wtorne przeplynal znaczacy
> prad.

Ten 9mm transformtorek potrafi na pomarańczowo zaświecić 0.5mm drutem z
kanthalu, nie doceniasz go. Ja zresztą też nie. :-)

> google wyrzucilo jakis dokument z TDK, a tam straty w rdzeniu w
> MW/m^3 . Dobrze, ze rdzen malutki :-)

3F3 ma 2MW/m^3 przy 400kHz/150mT, też żaden cud techniki.
Charakterystyka strat PC40 wygląda bardzo podobnie, więc w tym grzaniu
zapewnie chodzi o wyraźnie mniejsze Ae. Poza tym on nie jest *bardzo*
gorący, da się trzymać w palcach. Tylko szkoda tych 230mW...

Pozdrawiam, Piotr

do góry

Dnia Sun, 29 Dec 2019 17:29:21 +0100, Piotr Wyderski napisał(a):
> J.F. wrote:
>> Poszukac diod GaN :-)
> Nie o materiał chodzi, tylko indukcyjność połączeń. Albo tę diodę
> integrujesz z tranzystorem, albo możesz odpuścić.

Ale problem jest z indukcyjnoscia transformatora.

> No dobra, skoro wtórne nie lubią dużego dV/dt, to jednak skończy się
> na kontrolerze z ograniczaniem szybkości wzrostu napięcia, np. LT3439
> i sprawnosci ~70%. A tak się śmiałem z pani Natalii...

Ale moze nie lubia wylaczania, a nie wlaczania ..

>>> https://i.postimg.cc/3x4cGxYn/DS1-Z-Quick-Print8.png
>> A tu niespodzianka, szpil nie widac
>
> Podręcznikowa teoria transformatora też sie poszła kochać. :-)
> Stosunek napięć jest proporcjonalny do stosunku liczby zwojów, z
> wyjątkiem sytuacji, gdy nie jest. Spodziewałem się, że uzwojenia
> się rozdzwonią, ale przyjąłem za pewnik, że duże sprzężenie między
> nimi, w połączeniu ze sztywnością strony pierwotnej, spowodują,
> że półmostek zadziała jak snubber dla uzwojenia wtórnego i pierwotnego.
> I działa... ale tylko dla pierwotnego.

Ale masz te sztywnosc ?
Bo jak wylaczasz oba tranzystory, to niby tracisz, chyba, ze te GaN
pieknie przewodza wstecznie.

> OK, ja wiem, że mi ten mostek GaN
> generuje coś pod 10GV/s, ale liczyłem, że mi się upiecze...

>> - dobre tranzystory :-)
> Fantastyczne, przy cenie 15 zł./sztukę pchałbym wszędzie, gdzie się da.
> Ale za 5 dych za sztukę to jednak tylko do zastosowań dziwnych.

Potanieja :-)

>> O znacznie mniejszym myslalem - zeby przez wtorne przeplynal znaczacy
>> prad.
> Ten 9mm transformtorek potrafi na pomarańczowo zaświecić 0.5mm drutem z
> kanthalu, nie doceniasz go. Ja zresztą też nie. :-)

Ale chodzi mi o to, zeby sie ta pasozytnicza indukcyjnosc po wtornej
stronie objawila ... ale chyba zle mysle - skoro bez obciazenia szpile
sa, a po pierwotnej nie ma ... chyba, ze pojemnosci trafa/oscyla
wystarczaja ...

J.

do góry

J.F. wrote:

> Bo jak wylaczasz oba tranzystory, to niby tracisz, chyba, ze te GaN
> pieknie przewodza wstecznie.

Mają diodę pasożytniczą, jak każdy MOSFET. A czy tak pięknie -- jest
szybka, ale ma 2V spadku. W praktyce to nie jest problem, jak pracujesz
z czasem martwym rzędu 7ns. Brak Qrr i niskie Eoss i Qg zdecydowanie
rekompensują ten mankament.

Tylko nie w tranzystorze kłopot, 2V na 11.6V to overshot 17.4%.
Bez rewelacji, ale ja mam 66%, więc przycinanie poprzez akcję
transformatorową ewidentnie nie działa. Oscylogram potwierdza,
na pierwotnym niemal wcale nie ma szpilek.

> Potanieja :-)

Na to liczę, a zapoznać się warto już teraz.

Pozdrawiam, Piotr

do góry

Dnia Sun, 29 Dec 2019 18:49:32 +0100, Piotr Wyderski napisał(a):
> J.F. wrote:
>> Bo jak wylaczasz oba tranzystory, to niby tracisz, chyba, ze te GaN
>> pieknie przewodza wstecznie.
>
> Mają diodę pasożytniczą, jak każdy MOSFET. A czy tak pięknie -- jest
> szybka, ale ma 2V spadku. W praktyce to nie jest problem, jak pracujesz
> z czasem martwym rzędu 7ns. Brak Qrr i niskie Eoss i Qg zdecydowanie
> rekompensują ten mankament.
>
> Tylko nie w tranzystorze kłopot, 2V na 11.6V to overshot 17.4%.
> Bez rewelacji, ale ja mam 66%, więc przycinanie poprzez akcję
> transformatorową ewidentnie nie działa. Oscylogram potwierdza,
> na pierwotnym niemal wcale nie ma szpilek.

A trafo jak nawiniete ?
Moze tu juz jakis efekt znany z w.cz. sie objawia ?

>> Potanieja :-)
> Na to liczę, a zapoznać się warto już teraz.

Albo poczekac ... w zaleznosci od tego, czy to bardziej amatorskie,
czy sie chce byc przodujaca firma.
A zbyt na przetwornice i falowniki moze byc w najblizszym okresie
spory ...

J.

do góry

Dnia Sun, 29 Dec 2019 15:36:11 +0100, Piotr Wyderski napisał(a):
> J.F. wrote:
[...]
>>> Skądś się te szpile dołądowujące kondensator biorą.
>> Widzisz je na oscyloskopie ?
>
> Brak obciążenia:
>
> https://i.postimg.cc/MTRPFPvR/DS1-Z-Quick-Print40.pn
g
> https://i.postimg.cc/B6qLrtvg/DS1-Z-Quick-Print41.pn
g
> https://i.postimg.cc/T3Mw8h7D/DS1-Z-Quick-Print42.pn
g

Tak sobie patrze na drugi i trzeci ... oscylacje tez masz wysokie,
a to chyba efekt indukcyjnosci i pojemnosci uzwojenia ...

Ale pierwszy pik wyraznie nie w fazie, z innego zrodla ...

J.

do góry

J.F. wrote:

> Moze tu juz jakis efekt znany z w.cz. sie objawia ?

No to zagadka rozwiązana, dzwonienie uzwojeń to jest efekt wyłącznie
zbyt szybkiego narostu prądu. Usiłowałem tę przetwornicę zbudować ze
zbyt dobrych elementów. :-)

Aby sprawdzić hipotezę, zrobiłem najprostszego możliwego forwarda z
12 na 15V i resetem rdzenia na dodatkowym uzwojeniu i diodzie. Klasyka.
Ze względu na małe zakładane obciążenie po stronie wtórnej nie dałem
dławika, a jedynie prostownik jednopołówkowy, więc przy wypełnieniu 50%
na wyjściu prostownika mam 15V zamiast 7.5V, jak by było w klasycznym
forwardzie. Chamska detekcja szczytowa. Magia jest po stronie
pierwotnej, bramka MOSFETa jest zasilana z drivera przez źródło prądowe.

Poniżej zrzuty z oscyloskopu podłączonego do uzwojenia wtórnego.
Zaczynamy od tego:

https://i.postimg.cc/rp8Qt2py/DS1-Z-Quick-Print52.pn
g

I zmniejszamy prąd bramki:

https://i.postimg.cc/9f8KmQBH/DS1-Z-Quick-Print53.pn
g

Osiągamy niemal tłumienie krytyczne:

https://i.postimg.cc/jjF3Vkss/DS1-Z-Quick-Print54.pn
g

To samo, ale mniejszy zoom i widok na całość:

https://i.postimg.cc/Fs6YLysY/DS1-Z-Quick-Print56.pn
g

Można iść dalej w tłumienie nadkrytyczne, produkując elegancko
zaokrąglone krawędzie:

https://i.postimg.cc/q7xBjy0X/DS1-Z-Quick-Print47.pn
g

Dzięki za rozmowę -- zrozumiałem problem i mam kolejną przydatną
sztuczkę w arsenale.

Pozdrawiam, Piotr

do góry