MOSFET и ZVS

[BSVi]

Итак, у меня тут планируется хитрый преобразователь на 300Вт с частотой около 500кГц. Зачем столько, не спрашивайте. Так должно быть. Конечно, я с большой вероятностью просто поставлю обвязку, которая не дает внутреннему диоду открыться, но интересно разобраться в сути вопроса (а, возможно и избавиться от обвязки)

Итак, по наводке тов. neon, начитался кучу литературы о том, что мосфеты в резонансных преобразователях работают плохо. Точнее, не сами мосфеты, а их паразитные диоды/биполяры.

Насколько, я понимаю, механизм умерщвления мосфетов примерно таков:

1. Ток течет из индуктивности и диод открывается
2. Включается мосфет и на диоде оказыается небольшое обратное напряжение. Тут диод должен закрыться, но, из-за того, что напряжение не большое, закрывается он очень медленно (намного медленнее, чем написано в даташите).
3. Мосфет выключется, но диод не успел до конца закрыться.
4. Индуктивность поддерживает ток и напряжение растет, но пробить недозакрытый диод намного проще, чем закрытый. И происходит лавинный пробой.
5. Пыщщььь.

Что-то мне кажется, что я что-то не правильно понимаю. Прошу поправить меня

А вот и литература:
От фэйрчайлда
От IR
На Русском

Актуальна ли эта проблема для ZVS (асимметрического) полумоста?
Какой транзистор бы взять? Я навыбирал вот такой.

[Vcoder]

Хм... Перечитал несколько раз, но всё равно не очень понял. Сюда бы картинку... Но всё равно постараюсь прокомментировать.

Во-первых, необратимым является только тепловой пробой. Лавинный вполне себе обратим, это обычный режим работы например стабилитронов.
Во-вторых, ток, поддерживаемый индуктивностью, диод таки закроет, причём довольно-таки плавно в отличие например от мостового выпрямителя, нагруженного на источник ЭДС (а катушка - это источник тока). Однако в момент закрытия этот самый ток резко оборвётся, что вызовет выброс напряжения. Этот-то выброс и может оказаться больше предельно допустимой для транзистора величины и пробить его.

Личного опыта работы с квазирезонансниками не имел, окромя попыток получить приемлемый КПД от баянного "пушпула на мосфет", перетираемого на флае уже наверное в тысяче первый раз: как известно, почти у всех (и у меня тоже) дико греется магнитопровод. Рассчитал трансформатор и дроссель и доработал схему до такого состояния, что уже можно было применять в агрегате зажигания. Но не нашёл простого способа управления мощностью, а это нужно. Кроме того всё-таки схема иногда заводилась на каких-то жутких сотнях кГц, не производя ничего кроме тепла. Причину таких заскоков также не выявил.

Однако сталкивались однажды на производстве с бякой, связанной с обратным восстановлением диодов серии HFA от IR (ныне VISHAY): импульс тока обратного восстановления был настолько существенным, что сбивал с толку ОС по току. Ситуацию исправил нулевой вентиль в исполнении карбид-кремниевого диода CREE - пока в паузе ток шёл через него, диоды в выпрямителе успевали закрываться, и ударные токи в начале следующего такта пропали.

[BSVi]

Перечитал несколько раз, но всё равно не очень понял.

Если тебе интересно, посмотри статьи, особенно, от IR. Та, что на русском - совсем не понятно написана.

Естественно, лавинный пробой вызывает сквозняк, после которого происходит тепловой пробой. Если я все правильно понял, конечно.

Если диод будет закрываться плавно, то никакого выброса и не будет. А диод там настолько тормознутый, что быстро закрываться просто физически не может.

Вообщем, нужно еще пару раз перечитать. Сложный какой-то эффект

Подтверждение твоих слов нашел вот тут

In fact, there will be an extremely high dv/dt (many tens of V/ns!) experienced by Q1 as DQ1 recovers and
the voltage of the node HB goes to zero.

[BSVi]

Перечитал еще раз аппноут от IR. Картинка вроде бы прояснилась.

Смысл в том, что диод действительно может не успеть закрыться до того, как транзистор переключится из-за того, что при низком приложенном напряжении диод сильно медленно восстанавливается.

Дальше открывается соседний транзистор. При этом, сначала, через транзистор начинает течь большой ток. База паразитного трназистора находится в кристалле прямо на пути этого тока и от этого паразитный транзистор приоткрывается. Но даже если он не приоткрылся из-за тока, он приоткроется из-за dv/dt, чем обеспечит сквозняк.

Для моего асимметричного полумоста это совсем плохо, потому, что диод должен успевать восстанавливаться за минимальную ширину импульса, которая может быть очень короткой. Теперь я вообще не понимаю, асимметричный полумост может работать? Ведь есть же вот такие чудесные микросхемки!

Кстати, я раньше думал, что в комповых БП биполярники используют от безысходности. Сейчас начинаю понимать, что не все так просто...

[BSVi]

Нашел вот такие крутейшие IGBT. Похоже, прям идеальая замена для мосфетов даже в 500кГц применении.

[neon]

Потеряли некоторые важные документы, которые имеет смысл прикрепить:

https://dl.dropbox.com/u/1622498/2006_04_136.pdf (очень много проясняет и после его прочтения отпадает множество вопросов)
https://dl.dropbox.com/u/1622498/AN-9067.pdf.

Надо заметить, что происходит не лавинный пробой, а вторичный пробой паразитного биполярного транзистора!

Проблема известна и ничего страшного нет. Самое простое решение — применение «правильных» транзисторов или дополнительных схемотехнических решений. В статье (2006_04_136.pdf) об этом написано + практически каждый производитель MOSFET имеет в своей линейке транзисторы, которые идеально подходят для работы в данном режиме. Проблема имеет место быть и в несимметричном полумостовом LLC резонансном преобразователе (см. AN-9067.pdf)

Вот например присмотрись к транзисторам FDP16N50U / FDPF16N50UT и сравни с твоим выбором (FQP13N50CF / FQPF13N50CF). Вот эти тоже хорошо подходят IPP65R310CFD, IPP65R310CFDA. Можно и дальше продолжить, если этого не хватит.

Насчёт быстрого IGBT. Согласно данным производителя, максимальная частота составляет 100 кГц + при такой частоте сильно снижается допустимый ток. Не забываем про хвосты IGBT, которые всё портят. Я в основном ориентируюсь в мощных транзисторах и найти хорошие (по совокупности параметров) IGBT достаточно сложно. При частоте 500 кГц однозначно надо ставить MOSFET и если применить вышеперечисленные, то дополнительную обвязку можно исключить.

Вот дополнительная информация по теме:
https://dl.dropbox.com/u/1622498/neon/PDF/04581133.pdf
https://dl.dropbox.com/u/1622498/neon/PDF/04592292.pdf

[BSVi]

neon, давай по возможности ссылки прямо с сайтов производителей или загружай на форум. У тебя завтра закончится место в дропбоксе и статьи ты поудаляешь, а люди не поймут про что речь.

К сожалению, где найти FDP16N50U я даже не представляю. IPP65R310CFD - довольно не плохие штуки! Еще нашел IRFP17N50L с ним статические потери должны быть совсем мелкие, а самое главное он есть прямо у нас в магазинах.

Вот что мне интересно, у st есть аппноуты к L6591, к примеру вот этот 250Вт БП.
Там используются STB21NM50 транзисторы. По времени восстановления диода они не сильно отличаются от IRF740. Так вот, в чем-же сила, брат? Почему их транзисторы можно использовать, а IRF740, к примеру, нет? Может у них отсутствует эффект затягивания восстановления при нулевом напряжении на диоде?

[neon]

[BSVi] там места ещё почти 16 ГБ, не каждый хостинг такой размер имеет + надёжность хранения выше + я не имею привычку удалять то, что выложил для всех.

Я подбирал аналоги в соответствии с твоим выбором. Естественно есть гораздо лучше, особенно в плане статических потерь. Чтоб не гадать, напиши требования к твоим транзисторам (напряжение, ток и т. д.)

Про транзисторы… Надо читать про них, т. к. например серия CoolMOS устойчива в вторичному пробою именно благодаря своей особенной структуре и не обязательно диод должен быть с малым временем обратного восстановления:

https://dl.dropbox.com/u/1622498/2006_10_96.pdf

Можно узнать топологию, на которой ты остановился? Это будет резонансный или квазирезонансный преобразователь?

[BSVi]

Это будет квазирезонансник (ZVS). Задача, вообщем то, получить 2кВ/500кГц/300Вт с переменной скважностью. На выходе, естественно, будет трансформатор, а рулить этим безобразием будет stm'ка. У конкурентов на подобной задаче стоит хардсвичный пуш-пулл с огромными снабберами, но он постоянно вылетает.

Я, если чесно, не очень то хочу использовать редкие транзисторы, потому, что если оно поломается в поле, отремонтировать будет нереально. Скорее-всего, поставлю IRF740 + обвязку и положу болт на КПД.

[Qic]

А какое входное напряжение?

[BSVi]

Оно переменное, но 2кВ нужно получить при 100В входного

[neon]

BSVi, хозяин — барин. Всегда приходится искать компромисс. Исключение внутреннего паразитного диода тоже решение хорошее и влияет практически только на стоимость (незначительно), т. к. при малой и средней мощности статические потери возрастают незначительно. Зато можно поставить те диоды, которые действительно необходимы.

Выход трансформатора непосредственно задействуется, т. е. фильтра нет?

[BSVi]

Да, выход без фильтра.

[neon]

на базе L6591? Если она, то стоит ли её гонять на предельной частоте? Резонансная топология не подойдёт? На выходе естественно будет далеко не меандр.

[BSVi]

Самое прикольное, что мне нужно сразу два преобразователя, поэтому я вас немного путаю. На выходе девайса нужно получить регулируемое прямоугольное напряжение частотой 500кГц, с регулируемой амплитудой (200в-2000в) и скважностью. Предельная мощность - 300Вт. При КЗ, источник должен работать как источник тока, просаживая напряжение.

Делать это я планирую в два преобразователя. Первый - из 220 делает 10-100 вольт, второй - делает прямоугольник с переменной скважностью.

Первый преобразователь я хотел делать на L6591, но сейчас я очень не уверен в этом выборе. Начитавшись про мосфеты, мне аж страшно стало. Вот я и колеблюсь между косым полумостом и ассиметричным полумостом. Косой полумост я присмотрел вот такой, все бы ничего, если бы не нужно было токовые трансформаторы на выходе делать. А делать их геморройно. С другой стороны, проще намотать пару трансформаторов, чем потом разбираться почему бабахает. Да и нагрузочная характристика

Выходной каскад - однозначно полумост. И он однозначно будет в ZVS работать. Вот тут придется делать обвязку шоттками и диодами.

[neon]

Недостатки есть практически в любой топологии. «Волков бояться…». Про IGBT можно ещё больше страшилок опубликовать.

Какой смысл в двойном преобразовании?

[BSVi]

Первым преобразователем регулируется напряжение, вторым - скважность. О, а покажи страшилки про IGBT (кроме боянистого токового хвоста).

[neon]

теперь понял зачем 2-а преобразователя. По IGBT надо делать подборку.