Sursa BUCK 48V/12V5A cu redresare sincrona

Am inceput de ceva timp la ea, dar avansez destul de lent.. stau prost cu timpul si nici batranetele nu ma ajuta prea mult.
Cum nu am gasit un integrat specializat suficient de "ieftin si bun", m-am gandit s-o fac pe tranzistoare.
Cerintele sunt: scalabilitate (sa poata fi usor manipulata pentru iesiri de curenti mai mari, de pana la 15A maybe), pret de cost mic, eficienta mare.
Fireste, sursa buck e cea mai potrivita la aceste cerinte. Exista niste integrate pe piata dar sunt cam scumpitele la nivelul asta de curent.
Si, fireste, nu sunt "scalabile"
Prima varianta a fost cu clasicul 555 si cu un bipolar PNP, si m-am convins inca o data ca vremea lor a trecut... Frigea ca dracu dupa doua secunde.
Am inceput sa-l "ajustez", si am bagat un MOS banal, IRF540. Deci nu canal P, ca n-aveam prin casa.
Ca sa comand 540-ul am bagat un circuit de bootstrap care sa faca cca 18V peste tensiunea de alimentare, folosind pulsurile de la iesire.

 Image1.jpg   127.11K   58 downloads

Toate bune si frumoase, mergea bine, dar nu-mi placea ca se incalzeste prea tare dioda flywheel. Si asa am ajuns la ce scrie in titlu: redresarea sincrona. Oricum "ma manca" de multisor subiectul asta.

Am facut un circuit de comanda pentru al doilea MOS, tot 540, cu cateva tranzistoare si un comparator.
dupa ceva ajustari, mergea binisor - nu perfect, de aceea ma chinui la el de cateva zile. Pana la urma l-am "rezolvat".

Acum ma deranjeaza faptul ca MOS-ul nr 1, cel de switching, e comandat ON un timp mult mai lung decat iese impulsul de pe iesirea lui 555. Cu 3us mai lung. Adica pornirea e buna, dar oprirea intarzie cam 3us din cauza timpilor de stocare ai tranzistoarelor Q1 si Q2 care fac shifting-ul de la iesirea lui 555 catre totem-pole-ul ce comanda grila MOSului.
Ma gandesc sa elimin aceste tranzistoare complet, "urcand" 555-ul sus, pe iesire, alimentat din sursa de bootstrap.
Asta ar elimina delay-ul de "off", ar necesita insa un optocuplor pt controlul PWM-ului (in acest moment controlul e simplu, cu un zenner si un tranzistor care sunteaza spre masa intrarea CTR de la 555)

Edited by addysoftware, 30 May 2015 - 20:22.

Dar de alde UC3845, ca să nu mai zic de SG3525 nu ai auzit? 555 nu se prea împacă cu mosfeturile şi timpii de comutare de zeci de ns.

3842 si familia lui are un dezavantaj, citirea curentului I_sense este pe o rezistenta de cateva zecimi de ohm in sursa MOS-ului, pe care trebuie sa cada 1V... De fapt de aici am pornit "lupta", de la aceasta pierdere considerabila. Daca ar exista un integrat cu o citire de doar 0,1...0,2V, ar fi minunat.. In plus, 3842 nu este pentru buck, desi acum ma gandesc ca ar putea fi "convins", asa cum tocmai voiam acum sa conving 555-ul, alimentand-ul din bootstrap.

apropo de timpii de comutare, chiar mi-a placut ce am vazut pe osciloscop la 555, e foarte abrupt.

ce "stie" 3525? ca n-am lucrat cu el. Cu 3842 am lucrat destul de mult. Tocmai am bagat un ochi pe datasheet si vad doua iesiri, pare-se cam in contratimp, asa e? tre sa ma dumiresc. Are citire de supracurent?

Sigur că are, de altfel la puteri mari chiar e recomandat un etaj în contratimp. Dacă circuitele de ieşire sunt separate galvanic poţi merge pe plusul comun, în loc de masă comună, asta simplifică mult controlul tranzistoarelor.
Iar dacă te deranjează căderea mare pe şunt, soluţia e un transformator de curent, sau un amplificator.

Gata, am studiat si 3525-ul. E conceput in general pentru circuite care sa debiteze in contratimp pe un traf... nu e efectiv pentru un buck cu redresare sincrona, dar ar putea fi probabil ajustat sa faca chestia asta. nu stiu exact daca da sau nu. Am impresia ca cele doua pulsuri livrate vor avea timpi asemanatori, iar la o redresare sincrona pulsul pentru MOS-ul de "jos" trebuie sa umple spatiul lasat liber de pulsul MOS-ul de "sus", dar in acelasi timp daca inductorul este descarcat complet, MOS-ul de jos trebuie sa se "stinga", si asta nu e prevazuta pentru acest cirtcuit. Ar trebui completat cu diverse tranzistoare si alte componente, si ajungem cam tot acolo de unde am plecat.

Una din chestiile pe care as vrea sa le evit este folosirea unuia sau mai multor trafulete suplimentare. Altfel foloseam din prima 3842 si bagam un traf de curent, exact cum ai zis. Desi pentru o sursa nu ar fi problema bobinarea unui traf repede pe un inel de ferita cu 1 spira si 5 spire, daca fac mai multe surse devine o problema...
Nu stii vreun circuit conceput special ptr buck cu redresare sincrona? Dar nu din astea noi tip SMD cu j'de'mii de picioruse...  gen LT sau LTC nu-stiu-cat. Ceva simplu, DIL...vechea traditie...

oops am receptionat cu intarziere cuvantul "amplificator". Yep, e o idee... GENIALA!
Un tranzistor in montaj cu baza comuna ptr un 3842...... am senzatia ca va merge!!. Bestial! 0,75-0,8V tensiune constanta in baza, emitorul pus la rezistorul ISENSE, iar colectorul sa livreze semnalul amplificat catre integrat..

Edited by addysoftware, 30 May 2015 - 21:57.

esti tare

O sursă de asemenea putere ar trebui să fucţioneze în regim continuu, respectiv curentul prin inductor nu ajunge la zero între impulsuri. Regimul discontinuu necesită inductanţă mai mare la aceeaşi putere.
Dacă vrei prag deplasat la 3842, poţi încerca cu un PNP în regim de repetor pe emitor, colectorul la masă, baza la şunt, emitorul la 3842, mai ai nevoie de o rezistenţă de la emitor spre plusul UC-ului.

Da, e in regim continuu.
intr-adevar, si cu varianta cu PNP ar merge. Nu m-am gandit. Ia te uita cate idei noi, si eu ma chinuiam singurel sa reinventez roata...

stop micutza greselutza. Regimul continuu necesita inductanta mai mare, nu invers. Din pacate e preferabil regimul continuu, deoarece pulsurile pe capacitori sunt mai mici si le incinge mai putin

Mai mare cum? ca şi volum, pt. că are nevoie de întrefier pt. evitarea saturaţiei, care creşte numărul de spire necesar pt. o inductanţă dată.
NCP1034 ar fi un controller potrivit, cât priveşte capsula, nu cred că mai găseşti produse noi în capsulă DIL, fii bucuros că nu sunt QFN.

Edited by mihaicozac, 30 May 2015 - 23:02.

Mmmmm mercic ptr sugestie, bag un ochi peste ea in seara asta...

 addysoftware, on 30 mai 2015 - 20:20, said:

Q1 lucreaza adinc in saturatie cu R4 = 47k.

Edited by vata_pa_batz, 31 May 2015 - 09:15.

@vata: yep, asa este. Oricum, am de gand sa "ma mut sus" cu driverul, si ca tot am "gasit" solutii pentru current sensing, cu ajutorul lui Mihai, o sa incerc prima data cu un 3843. deci ...

@Mihai: Ochiu' l-am bagat, circuitul e dragutz, dar la tme sau comet nu apare pe lista. Am gasit altul, IR3651, pare cam la fel, si e pe lista de la TME dar nu e pe stoc. Acum plec din localitate deocamdata, dar am sa revin cu detalii peste vreo 2 saptamani. Probabil o sa incerc prima data cu un 3843 alimentat dintr-un bootstrap, iar pentru synchr rect folosesc ceea ce am deja, functioneaza binisor.

atasez schema circuitului, cu bucata de synchr rectification :
 555 OSC+MOS1+MOS2 v003.jpg   109.38K   27 downloads
Tranz Q7 lucreaza liniar, nu se satureaza niciodata (diodele in antiparalel si rez de 1k previn chestia) si astfel raspunde instant.

Pentru o stingere a lui QMOS2 la momentul oportun, chiar inainte de a intra QMOS1 in conductie (cu cateva zeci de nanosecunde), tranz Q7 mai primeste semnal input chiar de la oscilatorul cu 555. Aceasta cale nu e insa prevazuta cu antisaturatie, deoarece timpul de ON livrat de 555 e scurt (cca 1us), si chiar daca Q7 se satureaza are timp berechet sa se desatureze inainte de inceperea cursei inverse.

Q7 este mentinut apoi in conductie, fara a fi saturat, de catre semnalul venit pe calea cu antisaturatie pe toata durata cursei directe. Astfel QMOS2 sta blocat.

Comparatorul cu 393 face acelasi lucru, dar acesta are intarziere mare la inceputul cursei inverse, si de aceea nu il pot folosi doar pe el pentru a face treaba. Insa acesta are un alt rol important: la sarcini reduse, in regim discontinuu, la sfarsitul cursei inverse, cand energia din bobina s-a terminat, tensiunea pe QMOS2 urca deasupra lui 0 iar acest comparator detecteaza conditia si, cu o oarecare intarziere (cca 2-300 nsec), comuta in starea "output LOW", ducand grila lui QMOS2 la masa si blocand-ul, astfel prevenind descarcarea condensatorului de iesire inapoi prin bobina si QMOS2 la sarcini reduse, cand frecventa livrata de 555 scade mult si bobina intra in regim discontinuu de operare.

Cursa inversa, culeasa cu doua rezistente, una de 0,33 ohmi pe catodul diodei flywheel si una de 0,15 ohmi pe sursa QMOS2. Cu albastru dioda, cu galben QMOS2. Se vede ca timpul de iesire din conductie al QMOS2 nu e chiar unde trebuie ci are o mica-mititica intarziere, de aceea am zis ca nu e chiar perfect. Mai vedem cum il "conving", dar oricum...
Oscilatiile se vor scoate ulterior....
 2015-05-30 15.52.46.jpg   507.9K   24 downloads
Tranzistoarele QMOS1 si 2 lucreaza caldut (45) respectiv cald (75grd), fara radiator. Dioda flywheel e recisoara.

Edited by addysoftware, 31 May 2015 - 10:10.

Nu contest functionarea montajului dvs. dar schema pe care ati prezentat-o mai sus cred care ceva lipsa. Mai uitati-va inca o data.

 donpetru, on 31 mai 2015 - 10:04, said:

Posibil. Am desenat schema pe masura ce am postat. Nu este o schema luata de undeva, si eu desenez de obicei pe hartie, completand cu diverse piese apoi pe masura ce adaptez, si astfel.... varianta finala e cea practica, de obicei gen "paianjen", ca in poza care urmeaza...   Unde anume ati vazut lipsa? ca sa corectez schema ..

 2015-05-30 15.51.55.jpg   98.71K   31 downloads

Adi,

oscilatiile alea nu sint in regula. Fa-mi placerea si scurteaza masa osciloscopului, eventual adapteaza o sirma foarte scurta in loc de cablul original.
A doua chestie: probabil ai un traseu cam lung intre iesirea mosfetului si catodul diodei. Stii tu Ldi/dt

O soluție ieftină la ce doriți dumneavoastră ar fi LM5085 http://ro.farnell.co...msop/dp/2323444 .
Este o solutie de randament mare, dedicată și care ocupă un volum mic.

Merci mult Costi. Intr-adevar, bun si ieftin. Doar synch rect ii lipseste. O sa-l studiez amanuntit.
@vata. Da, blocul sync rect e destul de departe de circuit, si de aia apar oscilatiile alea. Or sa dispara cand voi face o varianta mai "prefinala"....

 addysoftware, on 31 mai 2015 - 10:50, said:

Hai sa ghicesc: momentan ai un curent la iesire de 1...3A?