• .
  • Willkommen im Forum!
  • Alles beim Alten...
  • Du hast kaum etwas verpasst ;-)
  • Jetzt noch sicherer mit HTTPS
Hallo, Gast! Anmelden Registrieren


LLC-Konverter
Ja. Das leuchtet ein. Danke für die Aufklärung Smile
 
heute habe ich mit verschiedenen Gate-Übertragern experimentiert und bin
dabei auf einige Schwachpunkte gestossen.

[Bild: 800_llc_cmos_source_follower.png]

1) Betrachtet man das von einem komplementären source-Folger gelieferte Signal V(cmos_source),
so fallen gewisse Verzerrungen gegenüber dem idealen Rechteck ins Auge.

Auf der Einspeiseseite überschreitet erste Hälfte der pos Halbwelle V(primB) die Betriebsspannung um ca 1V,
danach fällt der Pegel unter die Betriebsspannung.

Dahinter steckt, wie könnte es anders sein, wieder mal ein Induktionsstrom.
Der Primärstrom I(L1) hatte unmittelbar vor dem Flankenwechsel lo->hi sein negatives Maximum mit -52mA erreicht.
Sobald der LoSide PMOS abschaltet, gibt dies eine pos Induktivionsspitze,
so dass die Spannung auch ohne Zutun des HiSide-NMOS die Betriebsspannung erreicht und sogar überschreitet,
bis die body-diode des HiSide-NMOS dem ein Ende setzt.
Da zu dieser Zeit 12V gate-Spannung anliegen, kann der HiSide-NMOS nicht durchschalten,
solange bis der Induktionsstrom I(L1) auf Null gefallen ist.
Das sieht man in der Mitte der pos Halbwelle.
Erst jetzt fällt die Ausgangsspannung unter die Betriebsspannung soweit,
dass die gate-source-Spannung zum Aufsteuern ausreicht.
Das Problem tritt nicht auf, wenn man die beiden MOSFETs in source-Schaltung betreibt.
Dagegen spricht massiv die Problematik der "shoot-through" Stromspitze, wenn beide MOSFETS
gleichzeitig leiten während des Umschaltvorganges.

Das ist zwar kein schwerwiegendes Problem, aber in jedem Fall unschön.

2) Die erreichbaren Schaltzeiten an 10nF-Last waren mit 200ns zwar nicht mehr grottenschlecht,
aber auch nicht wirklich gut. Die real gemessenen Abschaltstromspitzen mit unterschiedlichen
gate-Übertragern erreichten gerade 1Amp - für fette MOSFETs mit Qgate=100..200nC ist das zu wenig.

Also - das isses noch nicht, ich arbeite schon an einer besseren Schaltung
...mit der Lizenz zum Löten!
 
Vermutlich benötigst du auf der primärseite deines Impulsübertragers mehr Stromlieferfähigkeit? Impulsübertrager noch niederohmiger auslegen?

Zur Ansteurerung hätte ich mir eigentlich so etwas vorgestellt:
http://www.fairchildsemi.com/pf/FA/FAN7387.html



 
Gemach - es gibt da auch noch andere Optionen.

Ja, der FANxxxx ist ganz niedlich, so einen "555"+Halbbrückentreiber gabs von IR auch schon vor Jahren.
Ist aber leider zugeschnitten auf nicht allzu kräftige 230V-Anwendungen. Das heißt hier
Treiberleistung: eher schmalbrüstig
Minimale deadtime bei 300..400nsec: deutlich zu viel.

Im Moment möchte ich die Transformer-Version noch etwas ausloten,
geeignete Halbbrückentreiber als Alternative gibt es natürlich zu Hauf.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
ich bleibe gespannt!
 
@ volti

Bei meinen grossen Delta Netzteilen werden die Mosfets alle mit Übertragern gesteuert.
Die Frequenz ist 200kHz und es hängen pro Zweig 6 Mosfet paralel.

Als ich das mal reparieren musste,sah ich das Rechteck, war wie aus dem Bilderbuch...nix mit irgentwelchen Überschwingern oder verbogen...

Die verwenden einen kleinen Siferit? Schalenkern und alle Zuleitungen zu den Mosfet waren fein verdrillt und oberhalb der Platine gelegt.

Als Treiber waren BJT in der BD139 grösse verbaut,aber den Typ weiss ich nicht mehr.

Der Schalenkern war so 20 cent Rund und 2-3cm hoch.

Gehen tut es also mit Übertragern....nicht Aufgeben,ich les gespannt mit!!!
Nur schnell noch....ohh.....hmm.....shit......na egal!
Nicht alles was funktioniert sollte es auch.
 
Zwei sehr spezielle Gegentakttreiber-MOSFETs, ein Übertrager, Wickeltüddelüt. Und alles, um ein bewährtes Billig-IC IR2110 o.ä. zu ersetzen?

Erschwerend kommt ja Voltis geschilderter stromfreier dritter Zustand ins Spiel. Man müsste also den Übertrager dämpfen, um dabei die Überschwinger zu mindern.
 
Zitat:Original geschrieben von Rumgucker

Zwei sehr spezielle Gegentakttreiber-MOSFETs, ein Übertrager, Wickeltüddelüt. Und alles, um ein bewährtes Billig-IC IR2110 o.ä. zu ersetzen?

Erschwerend kommt ja Voltis geschilderter stromfreier dritter Zustand ins Spiel. Man müsste also den Übertrager dämpfen, um dabei die Überschwinger zu mindern.

Der dritte Zustand ist keinesfalls stromfrei - er ist spannungsfrei.
Der Strom ist maximal.

Halbbrückentreiber sind sicher eine Alternative, aber im Augenblick finde ich das Wickeltüdelütt spannender. Ich hab nun mal von meinem Großvater das induktive Gen mitbekommen. Der hat auch schon damals seine Netztrafos von Hand gewickelt. Kann man nichts machen.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
Die bisherigen Untersuchungen an 10nF Last sind keinesfalls repräsentativ
für die Verhältnisse bei der Ansteuerung größerer MOSFETs.
Um der Wirklichkeit etwas näher zu kommen wurde die Simu erweitert
um eine Halbbrücke mit zwei fetten MOSFETTS (Qgtot = 130nC).
Diese werden belastet mit einer Induktivität von 3uH,
so dass ein Magnetisierungsstrom von +-8A zustande kommt.

Fassen wir das Ziel ins Auge:
Um Schaltverluste zu minimieren, müssen die MOSFETs möglichst rasch
abgeschaltet werden. Das Einschalten ist dagegen, dank ZVS,
eher unkritsch und kann deutlich langsamer über die Bühne gehen.

Beim Abschalten haben wir es nun mit dem Miller-Effekt zu tun (Hoppi läßt grüßen!)
Die Umladung der drain-gate Kapazität erfolgt allein
durch den neg gate-Strom. Und da Ladung = Strom*Zeit ist,
geht es um so schneller, je höher der gate-Strom ist.
Für die anzupeilenden Schaltzeiten von wenigen 10ns sind
gate-Ströme zwischen 1 und 5 Ampere durchaus angemessen.

1.) Harter Kurzschluss des gates gegen source mit P-Kanal-Abschalter.

Der PMOS parallel zur gate-source-Strecke wird von neg Sekundärspannung voll aufgesteuert.

[Bild: 800_llc555pmos.png]

Die LoSide-gate-Spannung (blau) fällt von anfangs +10V innerhalb 60ns auf 0,5V.
Es vergehen weitere 60ns bis der LoSide-MOSFETs beginnt ab zu schalten (Vds, rot).
Der Abschaltvorgang selbst zieht sich über weitere 80ns hin.
Wohlgemerkt, die gate Spannung ist schon die Ganze Zeit auf Null,
kurzgeschlossen über den PMOS mit 100mR Kanalwiderstand.

Die Erklärung dieser Verzögerungen findet sich im gate-Abschaltstrom:
Während des gesamten Abschaltüberganges ist dieser konstant 0,8A (grün).
Dieser bescheidene Abschaltstrom erklärt die beobachtete Verlangsamung,
allerdings würde man bei einem aktiven 100mR Schalter eigentlich viel mehr erwarten:
Nimmt man das Miller-Plateau mit +3V an, müßten eigentlich 30A zusammenkommen.
Diese Diskrepanz erklärt sich aus dem MOSFET-internen gate-Bahnwiderstand,
der sich in diesem Fall zu 3..5R abschätzen läßt.
Er ist es, der selbst bei hartem gate-Kurzschluß auf moderate Abschaltzeiten begrenzt.

Um mal ein Vorstellung der Schaltverluste zu bekommen, hier eine ganz grobe Abschätzung:
Wenn Idrain=50A innerhalb 80ns bei 12V abschaltet, würden hierbei 50*12*80n/2=24uJ verheizt.
Bei 80kHz Schaltfrequenz demnach 24u*80k=2W Abschaltverlust / PowerMOSFET.
Das allein erfordert schon mal ein kleineres Kühlblech.

2. Ansteuerung mit IR2110

Diese bewährten Halbbrückentreiber haben typischerweise 6R Kanalwiderstand.
Der Abschaltstrom würde damit auf weniger als 0,4A fallen,
die Abschaltverluste dabei auf das Doppelte von 1. ansteigen, also vlt 2*5W.
Es wird klar, dass solche Treiber besser arbeiten mit HV-MOSFETs,
wo auch das MillerPlateau höher angesiedelt ist (typ 4..6V),
so daß gate-Ausräumströme von knapp 1 Amp möglich werden.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
Geisterstunde - Zeit für die alten Induktoren, sich aus ihren Höhlen zu winden!
Nachdem das recht eingeschränkte Ausräumvermögen des PMOS-Abschalters gezeigt worden ist, hier ein erster Verbesserungsvorschlag:
[Bild: 800_llc_pmos_turn_off_biased.png]
Die Ansteuerschaltung liefert jetzt nur noch ein symm Rechteck.
Zur Einschaltverzögerung dient jetzt ausschliesslich Rgon.

Indem die PMOS-drains mit einigen Volt neg vorgespannt werden, kann der stromhemmende Bahnwiderstand überwunden werden -
im Abschaltübergang liegt der gate-Strom nun bei satten -3,7Amp, die Abschaltung erfolgt in 20ns.
Das kann sich doch schon mal sehen lassen!
Ich denke, damit ist die Grenze des mit vertretbarem Aufwand Machbaren in etwa erreicht. Smile
...mit der Lizenz zum Löten!
 
Die praktische Implementierung dieser Vorspannungen kann man mit Ladungspumpen auf einfache Weise bewerkstelligen.
[Bild: 800_llc_pmos_turn_off_biased2.png]
Das Schöne an dieser Lösung ist, dass nicht der gate-Übertrager belastet werden muß mit der Vorspannungserzeugung, was unweigerlich die Signalflankén verderben würde. Vielmehr kommt die Energie direkt aus dem Leistungsausgang, was auch nur in diesem besonderen Fall der 12V-Versorgung paßt.

Da der Abschaltstrom nicht vom gate-Übertrager geliefert werden muß, bleiben die im Primärkreis umlaufenden Ströme unterhalb 1Amp.
Damit eröffnet sich die Möglichkeit, aus der großen Auswahl an Ansteuerbausteinen mit 1Amp-gate-Treiber einen x-beliebigen auszuwählen.
Er muß nur eine einstellbare Festfrequenz haben und vernachlässigbare Totzeiten.
In Frage kämen hier
-Halbbrückenbausteine wie der IR2110, wobei die HiSide-Source einfach mit GND zu verbinden ist
-LLC-Halbbrückencontroller mit 1Amp HiSide- und LoSide-Treibern
-controller mit Dual-LowSide-Treiber wie der SG3825
-Audio Class-D mono H-Bridge-ICs mit einstellbarer Taktfrequenz. Liefern ein perfektes Rechteckeck mit 50% Tastverhältnis und reichlich Strom.

usw usw...
...mit der Lizenz zum Löten!
 
Zitat:Original geschrieben von madmoony

@ volti

Bei meinen grossen Delta Netzteilen werden die Mosfets alle mit Übertragern gesteuert.
Die Frequenz ist 200kHz und es hängen pro Zweig 6 Mosfet paralel.

Als ich das mal reparieren musste,sah ich das Rechteck, war wie aus dem Bilderbuch...nix mit irgentwelchen Überschwingern oder verbogen...

Die verwenden einen kleinen Siferit? Schalenkern und alle Zuleitungen zu den Mosfet waren fein verdrillt und oberhalb der Platine gelegt.

Als Treiber waren BJT in der BD139 grösse verbaut,aber den Typ weiss ich nicht mehr.

Der Schalenkern war so 20 cent Rund und 2-3cm hoch.

Gehen tut es also mit Übertragern....nicht Aufgeben,ich les gespannt mit!!!

jepp - genau da geht es lang! Wink
...mit der Lizenz zum Löten!
 
In #251 hat der Gate-Übertrager nur noch ne Alibifunktion.
 
Zitat:Original geschrieben von Rumgucker

In #251 hat der Gate-Übertrager nur noch ne Alibifunktion.

Nicht ganz. Er überträgt auch negative Signale, um den PMOS aufzusteuern.
Man könnte allerdings den gate-Übertrager durch einen Koppelkondensator ersetzen, vorausgesetzt der Treiber liefert 20Vss Rechteckpegel.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
Darüberhinaus sind die beiden erdfreien Ausgänge ein deutlicher Pluspunkt, gerade auch im Hinblick auf die anvisierten niedrigen Spannungen und extrem hohen Ströme.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
Volti... nun mal im Ernst: Du wirst es doch wohl schaffen, bei ein paar Kilohertz Deine MOSFETs ohne weitere Trickschaltung anzusteuern, also die gesamte Steuerleistung zu übertragen. Genau wie mad habe ich sowas schon in ganz anderen Leistungsklassen gesehen (Rütteltische mit armdicken Kabeln und Wasserkühlung). Allerdings habe ich Totzeitsteuerungen noch nie mit einem Übertrager gesehen, immer zwei.
 
Mit zwei Spulen gelingt die Totzeitsteuerung einwandfrei:

[Bild: 1_llc10.png]

Was allerdings nicht gelingt, sind schnelle Anstiege im Nanosekundenbereich, zumindest nicht dann, wenn man halbwegs realistische Koppelfaktoren ansetzt. Spule und Lastkapazität ist und bleibt nun mal ein Schwingkreis, selbst wenn man ihn so brutal bedämpft, wie ich das in der Simu gemacht hab.
 
Ich seh gerade, dass es mit einer Spule doch gut geht... misstrau
 
Ach ich Dummer ich... ;wall

[Bild: 1_llc11.png]

Natürlich muss man einen Trafo mit gleicher Impedanz abschließen, mit der er auch gespeist wird. Meine beiden Speisungen liegen parallel. Also wird der Trafo mit 5 Ohm gespeist und muss auch so abgeschlossen werden. Dann läuft er auch richtig und schnell.
 
Na bitte. Und wenn man dann die Impedanzanpassung durchzieht, dann schalten auch die ollen BD135 in 100ns

[Bild: 1_llc12.png]