Przetwornica impulsowa 12V->90V -Uszkadzanie tranzystorów, duży prąd spoczynk

Witam.
Męczę się już 3 dni z projektem przetwornicy impulsowej podwyższającej napięcie z 12V na 90V. Więc tak: Schemat to okrojona mocno wersja AVT, pozbyłem się m.in zabezpieczenia nadprądowego, nadnapięciowego i podnapięciowego- Przetwornica w założeniu miała nie być poddawana udarom prądowym ani nie ma być używana w aucie z akumulatora więc te zabezpieczenia nie są konieczne. Poza tym w przypadku awarii mogą za wiele nie dać bo udar prądowy tak czy inaczej zostawi z MSFETów tylko nóżki. Więc zabezpieczenie bezpiecznikiem topikowym moim zdaniem będzie wystarczające.
Najprostsza aplikacja układu 494, tylko jako generator załączający tranzystory wykonawcze naprzemiennie.


Schemat jest nieco zmodyfikowany, miał ułatwić montaż "pająkowy" układu prototypowego.
Układ działa ma częstotliwości 50kHz.
Jako drivery do kluczy dałem BC557.
Jako klucze pracują IRF2807 ale były też CEP83A3 i IRFZ44n.
Jako gasiki w szeregu 10nF i 22R/1W (tak jak było w AVT)
Samo trafo nawinąłem na rdzeniu z ATX, bifilarnie 2x4zw licą 8 drutów 0.3mm
Wtórne nawinięte 2x 17zw, z odczepem w połowie, licą złożoną z 3 drutów 0.3mm
Rdzeń BEZ szczeliny, pochodzący z demontażu zasilacza ATX, trudno mi coś więcej o nim powiedzieć bo chińczyki jak to chińczyki-nic nie napisali.
Drugie trafo próbowałem nawinąć na rdzeniu toroidowym 4cm średnicy zew, nawinąłem tylko uzwojenie pierwotne bifilarnie 5zw licą 10 drutów 0.3mm.
Jako trzecie trafo stosowałem zwykłe z ATX włączone uzwojeniem wtórym do kluczy.
Dławik wyjściowy podłączony bezpośrednio za trafem, 7zw licy 4 druty 0.3mm.
Jako obciążenie rezystor 330R/10W

Posiadam oscyloskop ale jest to chińska zabawka za 50zł z aliexpress-nie zniekształca przebiegów do ~20kHz, powyżej zaokrągla prostokąt (sprawdzone w porównaniu do szkolnego oscyloskopu) Na nim oglądałem przebiegi z bramek.

Sprawa ma się tak:
Układ zasilony, bez podłączonego trafa:
-na bazach tranzystorów sterujących z grubsza prostokąt (zniekształcony kijowym oscyloskopem) na obu mniej więcej taki sam.
-na bramkach mosfetów zniekształcony prostokąt ale o niższej amplitudzie co mnie lekko dziwi.
-Po dołożeniu między emiterem BC557 a bramką mosfeta rezystora 22R amplituda przebiegu nie wzrasta.
Jaka ona dokładnie jest trudno powiedzieć, wg tej chińskiej zabawki 2Vpp ale mam podstawy żeby jej nie ufać jakoś za bardzo.
-Pobór prądu przez układ-30mA

Układ zasilony, podłączone obciążenie żarówka 12V/35W między dren a + zasilania.
Żarówka świeci, przebiegi na bramce jak wyżej, przebieg między drenem a + zniekształcony znacząco, już to prostokąta nie przypomina nawet.
Tak samo dla obu kluczy.

Układ zasilony, podłączone jedno uzwojenie trafa, na wyjście trafa podpięty dławik i rezystor 2k2/1W jako obciążenie.
Układ idzie w zwarcie, prąd rośnie do 5A bo takie mam ograniczenie prądowe. Transformator przenosi napięcie. Przebiegi na bramkach znacznie spadają (wraz z napięciem zasilania 494)

Podpięte oba uzwojenia- efekt jak wyżej.

Wniosek z tego taki że przetwornica ma bardzo duży prąd jałowy bo z obciążeniem czy bez włącza zabezpieczenie prądowe zasilacza.
Podobny efekt jest na wszystkich trafach które ja sam nawijałem jak i na fabrycznym ATXowym trafie. Właśnie przez to że problem jest nawet na zwykłym ATXowym trafie podejrzewam że z ukłądem elektronicznym jest coś nie tak.
Dlatego właśnie tutaj pytam bardziej doświadczonych kolegów. Gdzie jest błąd bo mi się już powoli kończą nerwy.

Dziękuję z góry za odpowiedzi
Pozdrawiam.

Według mnie tranzystory BC557 pracując bez oporników (tylko dioda) pracują z byt wielkim prądem.

czyli powinienem dać rezystor między Tl494 a bazami tranzystorów czy między Emiterem BC557 a bramką mosfeta? Rezystor dałem 22R między emiterem Bc557 a bramką mosfeta.

A czy kolega nawija uzwojenia w przeciwną stronę na pierwotnym?

Wzwojenie było nawinięte tak jak w instrukcji czyli bifilarnie. Wg tego obrazka:

Chociaż jak podłączam jedno uzwojenie drugie zostawiając niepodłączone to nie ma możliwości żeby pola magnetyczne generowane przez uzwojenia się znosiły.

Uzupełniłem o rezystor między TL494 a BC557- Dla wartości powyżej 100R przebieg na bramce mosfeta się nie pojawia. przebieg na nieobciązonym wyjściu 494 ma amplitudę około (podkreślam około) 3Vpp więc coś mało.

Rezystor 22R między TL494 i emiterem (szeregowo z diodą) powinien wystarczyć.

Jeszcze próbowałem zasilić osobno sam 494 i same klucze z wtórnikami (masa obu zasilaczy wspólna) Przebieg na wyjściu 494 amplituda około 3Vpp, przebieg na bramce około 5Vpp (coś lepiej?) po zapięciu jednego uzwojenia układ idzie w zwarcie wyzwalając zabezpieczenie prądowe.

Podobny przykład schematu.

Ok, zaraz wprowadzę modyfikacje.

Dodano po 42 [minuty]:

Poprawka coś dała, teraz można włączyć jedno uzwojenie przetwornicy nie wyzwalając zabezpieczenia prądowego. Prąd jałowy jednego uzwojenia nadal znaczny, ponad 1A.
Zapiąłem do testów rdzeń toroidowy z podłączonym jednym uzwojeniem pierwotnym 4zw, wtórne nawinąłem szybko 4zw tym samym drutem co pierwotne. Przetwornica przenosi prawidłowo 30W przez 2-3sekundy po czym prąd zaczyna lawinowo rosnąć do odłączenia przez zabezpieczenie prądowe. Żarówka zdąży błysnąć, po czym ściemnia się aż w końcu zabezpieczenie prądowe zasilacza warsztatowego odcina przetwornicę.
W tym momencie można zaobserwować spadek amplitudy przebiegu na bramce (bo rośnie prąd to spada napięcie).

Dodano po 3 [minuty]:

Podejrzewam że ten lawinowy wzrost prądu to sprawka nasycenia się rdzenia, Może spróbuję jeszcze podnieść częstotliwość na 60-709kHz ale wtedy o oglądaniu przebiegów nie ma mowy, oscyloskop się zgubi.

Zanim rozpędzisz bardziej przetwornicę skup się na tym co istotne. Póki co "Dead Time" czyli pin.4 jest w konfiguracji "Softstart" a masz bardzo niewydolny prądowo układ sterujący bramkami tranzystorów. To wręcz zachęcanie kluczy do uszkodzenia. Podnosząc częstotliwość pracy jeszcze to pogłębisz gdyż zapotrzebowanie na prąd ładujący bramek rośnie wraz z częstotliwością. Skoro w ATX-sie zabezpiecza się nadprądowo obwód pierwotny przetwornicy półmostkowej by rdzeń pracował w obszarze bezpiecznym to znaczy, że tu także trzeba. Bez tego będziesz miał podatność układu na niewyjaśnione uszkodzenia powodowane wchodzeniem rdzenia w stan nasycenia. Tymczasem wzmacniacze błędu z TL494 leżą odłogiem. To także było skrupulatnie przeanalizowane w czasie jego projektowania, dlaczego dwa a nie jeden a może trzy?
Na bramkach tranzystorów kluczujących opwinieneś mieć napięcie bliskie zasilającemu a nie jakieś rachityczne 5V. Kluczowa dla poprawnego przełączania jest szybkość narastania zboczy czyli wydolność prądowa.
Zwróć uwagę, że w miarę stabilną pracę masz wtedy gdy działa softstart i trochę po nim.
Tutaj do poczytania jak poprawnie zaaplikować TL494.
www.ti.com/lit/an/slva001e/slva001e.pdf‎

Linia zasilania uzwojenia pierwotnego powinna mieć spory kondensator elektrolityczny. Najlepiej gdyby miała jeszcze szeregowy dławik.
Nawet w tym stanie pierwsze co musisz zrobić to dorobić regulację PWM za pomocą potencjometru. Wtedy, nawet na kiepskim oscylosopie obejrzysz sobie przebiegi, w tym prąd pierwotnego w funkcji współczynnika wypełnienia. Jak zacznie się zniekształcać to będziesz wiedział dla jakiej wartości PWM oraz poznasz rzeczywistą, maksymalną amplitudę pierwotnego. Zbadasz możliwości rdzenia OEM a to bardzo wiele dla zbudowania tego układu poprawnie.

Bazowałem na układzie z AVT2732, jedynie uprościłem go do granic możliwości. Autor tamtego schematu użył do sterowania jednego tranzystora PNP małej mocy. Pierw stosowałem tam BC557 bo akurat mam dużo, potem założyłem taki jak w oryginale-BC327. Wiele to nie zmieniło w działaniu układu.
Zastanawia mnie właśnie to czemu TL494 na nieobciążonym wyjściu ma amplitudę ledwo 4Vpp, Wewnętrzne tranzystory końcowe tego układu są podłączone Kolektorami do + zasilania, teoretycznie na ich emiterach (nóżki 9 i 10) powinno sie pojawiać napięcie bliskie napięciu zasilania. U mnie napięcie zasilania przetwornicy to 15V, na nieobciążonych wyjściach pojawia się ledwie 4Vpp. Schemat z AVT nie zakłada dodatkowych wtórników zasilonych z + zasilania więc do dyspozycji jest jedynie wydajność prądowa wyjść układu 494 tj. 200mA.
Możliwe że układ jest do wymiany.

Linia zasilająca ma dużą pojemność na wejściu-2x4700uF/25V. Dławika nie dałem, jest jedynie ten za trafem.

Układ AVT wykorzystuje jeden wzmacniacz operacyjny do kontroli napięcia wejściowego (zabezpieczenie pod i nad napięciowe) które jest mi kompletnie niepotrzebne a drugi jako zabezpieczenie nadprądowe. Myślę że będe mógł skorzystać tego co AVT i przenieść ich zabezpieczenie do mojego schematu.

Poprawienie wydolności prądowej proponowałbym przez dołożenie zewnętrznego układu komplementarnego, ale skoro mój 494 ma coś mierne te napięcia na wyjściach to może być uszkodzony. Myślę że lepiej zrobię jak zaopatrzę się w nowy układ a dopiero po tym wprowadzę modyfikacje.

Dodano po 39 [minuty]:

Skorzystam z zabezpieczenia nadprądowego takiego jak w oryginale, jego elementy umieściłem na swoim schemacie nie zmieniając wartości. Potrzebuję żeby przetwornica była w stanie oddać 100-120W więc zakres zabezpieczenia powinien być dobry. W razie potrzeby zwiększę.
Drugi wzmacniacz operacyjny w 494 pełnił funkcję zabezpieczenia nad i podnapięciowego, dla mnie funkcja zbędna i niepotrzebnie komplikująca układ. Nie przenoszę jej.
Co do poprawienia wydolności prądowej mogę użyć układu komplementarnego choć nie wiem czy to jest konieczne dla mosfetów o niedużych mocach. gdybym stosował IRFP064n byłoby to jak najbardziej zasadne bo ma bardzo dużą pojemność bramki. Dla zwykłych IRFZ44n powinno wystarczyć te 200mA prosto z 494. Na schemacie narysowałem tylko jeden klucz, strzałką zaznaczone wyjścia przeznaczone do drugiego klucza.
Tak czy inaczej dobrze działający prototyp dostanie projekt PCB w eagle bo nie udało mi się nigdzie znaleźć projektu PCB od AVT a kupić u nich płytkę za tyle, co sam bym sobie 10 wytrawił to mija się z celem.

Obawiam się, że problem bierze się z samej konfiguracji układu podanej w #1.

Posiłkuję się dwiema różnymi notami katalogowymi TL494. Schemat struktury wewnętrznej podany jest jedynie w wersji poglądowej. Nie wynika z niego jak sterowane są bazy tranzystorów wyprowadzonych na 8-9 i 10-11.
Stąd wniosek, że na pewno mogą pracować w układzie OE ale czy w OC...

alikatek napisał:

Jaka ona dokładnie jest trudno powiedzieć, wg tej chińskiej zabawki 2Vpp

Jak z tego widać nie.

Pozostaje więc tak zaprojektować stopień końcowy by emitery były na masie układu. I tak jest w zasilaczach ATX-owych. Wynika też z tego inny wniosek.

W poprawnie działającym układzie przewodzi I-szy tranzystor wykonawczy (IRF-2708) potem chwila przerwy potem II-gi znów przerwa i znowu I-szy.
Przyjrzyj się dowolnemu schematowi ATX z kontrolerem 494.
Tam tranzystory końcowe kontrolera (8-9 i 10-11) przewodząc zatykają tranzystory końcowe. Na długo zatykają i na krótko otwierają.

W Twoim układzie nie ma odwrócenia fazy czyli przewodzi np. tranzystor 8-9 i wywołuje przewodzenie IRF-a. W chwilkę po tym zaczyna przewodzić drugi (10-11) uruchamiając drugiego IRF-a. Teraz przewodzą razem powodując zniesienie się strumieni magnetycznych pochodzących od obu uzwojeń. Indukcyjność równa 0 a zasilacz obciążony kilkoma centymetrami drutu.

Myślę, że wiesz o co chodzi. Trzeba dorobić jeden stopień sterujący IRF-y.

Cytat:

Na długo zatykają i na krótko otwierają.

To zależy od poziomu napięcia FEEDBACK i może być także odwrotnie.

Czyli jeżeli wszystko dobrze zrozumiałem stan wysoki wyjścia 494 ma zatkać mosfet, stan niski wyjścia 494 ma wprowadzić go w stan przewodzenia?

Do zrobienia takiego układu powinien wystarczyć właśnie jeden tranzystor PNP.
Kiedy na jego bazie znajdzie się stan wysoki tranzystor zostanie zatkany, na bramce mosfeta pojawi się potencjał masy. Kiedy na bazie będzie stan niski tranzystor zacznie przewodzić, pojawi się stan wysoki na bramce mosfeta i ten też się załączy. Czy coś w tym stylu miałem zrobić?
Zrobiłem na szybko rysunek
podglądowy

Tranzystory wyjściowe TL494 albo LM3524 mogą pracować w konfiguracji OC ale z tranzystorami bipolarnymi. To znaczy, źe tworzymy w ten sposób Układ Darlingtona a to oznacza, że na emiterach traznystorów wyjściowych TL494 będzie max. 0.7V. Tutaj to tak nie zadziała. Do sterowania MOSFET-ami jest potrzebny driver na parze komplementarnej np. BC327/BC337 serowanej pracującego w konfiguracji OE tranzystorze z TL494, sygnał. Sygnał na parę jest pobierany z węzła między kolektorem traznystora TL494 a rezystorem dołączonym do zasilania +12V. Oczywiście dla tego układu push-pull potrzeba dwa takie drivery, po jednym między tranzystor wyjściowy TL494 a MOSFET.
Gotowym układem do sterowania bramek MOSFET jest https://www.onsemi.com/pub/Collateral/SG3525A-D.PDF .
Układ gasikowy RC nie powinien być w ilości 2. sztuk na drenie każdego MOSFET-a a równolegle z uzwojeniem pierwotnym czyli tylko jeden.
To co jest na schemacie, traktowane jako "driver" MOSFET-a nim nie jest. Tranzystor w tej konfiguracji służy do szybkiego rozładowania bramki MOSFET-a i dlatego nie było różnicy czy to był BC557 czy BC327. Problemem jest nie tylko rozładowanie ale również szybkie naładowanie bramki tranzystora kluczującego.

alikatek napisał:

Czy coś w tym stylu miałem zrobić?

Nie.
W tym rozwiązaniu tranzystor końcowy w 494 pracuje w układzie OC. Poza tym jak ma sterować tym pnp skoro traktowany jako wtórnik osiąga na emiterze mx 4V?

Podaj w wyszukiwarce TL494 z opcją obrazki i zobaczysz setki zastosowań tego układu scalonego.

inot napisał:

To zależy od poziomu napięcia FEEDBACK i może być także odwrotnie.

To prawda. Od tego napięcia zależy szerokość impulsu ale zawsze musi zakończyć się sterowanie jednym tranzystorem zanim wystartuje drugi.
Jeśli odwrócimy fazę przebiegów sterujących tranzystorami końcowymi to otrzymamy efekt jak w przypadku Autora.

Dwa pierwsze wykresy obrazują poprawne sterowanie parą końcową. 3 i 4 po odwróceniu fazy.

Układ OE sprawia że emiter tranzystorów w 494 musi znaleźć się na masie, i + zasilania trzeba podciągnąć przez rezystor do kolektora bo jak zrobię to inaczej to wywołam zwarcie w chwili przewodzenia tranzystora. Z Kolektora mam wyciągnąć sygnał na bazy pary komplementarnej.
Mam się pozbyć 2 gasików, zamiast nich założyć jeden ale równolegle do uzwojeń transformatora.
Tak to powinno wyglądać? (znowu rysunek na szybko przedstawiający jeden driver, drugi ma być taki sam.

Może tak:

A mnie się wydaje ze uzwojenie pierwotne jest źle nawinięte. Z rysunku wynika że przy wysterowaniu będzie ten sam kierunek przepływu prądu.

OK, moje niedopatrzenie
Jutro załatwię sobie nowy egzemplarz TL494.
Czy nie jest dobrym pomysłem jeden ekstra potencjometr do regulowania częstotliwości przetwornicy?

cooltygrysek napisał:

A mnie się wydaje ze uzwojenie pierwotne jest źle nawinięte. Z rysunku wynika że przy wysterowaniu będzie ten sam kierunek przepływu prądu.

Czy chodzi o rysunek z #5?

Można dodać potencjometr którym można wyregulować częstotliwość dla osiągnięcia optymalnych parametrów pracy.

Dodano po 1 [minuty]:

Tak troszkę zagmatwany jednak kolega napisał mi że się nim posiłkował z innej przetwornicy w tym temacie.

@cooltygrysek Tak wygląda moje trafo, wrzucam to toroidalne bo na nim najlepiej widać sposób nawijania. Jest nawinięte z lekka na "odwal się" tyle ze to jest nawinięte tylko do prób. Gdy już uruchomię przetwornicę na sensownych warunkach nawinę to tak jak przystało druty układając obok siebie równo. Z racji że jest to dość duży rdzeń nawinę sobie pierwotne na dużo większą moc niż potrzebuję. Myślę że 2x lub 3x tyle cieńszych drutów pozwoli na przepływ większego prądu bez strat na efekt naskórkowy. Jedynie kwestia nasycania tego rdzenia, to rdzeń z demontażu, trudno coś o nim powiedzieć.

No teraz coś wiemy. Fakt co do rdzenia niewiadomego pochodzenia i materiały z jakiego jest wykonany. Rdzeń co prawda trochę rozmiarami na wyrost co sprzyja rozproszeniu pola.

A czy nie jest to rdzeń z dławika czyli proszkowy (szczelina rozproszona)? Jeżeli tak to nie zadziała, do tego musi być rdzeń bez szczeliny np. z materiału 3C90.

Potrzeba zmierzyć czy przebiegi prądu obu tranzystorów nie zachodzą na siebie i jak wygląda przebieg prądu poszczególnych tranzystorów. Daje się rezytor o niewielkiej rezystancji ~0.2ohm/~5W między plusem i środkowym punktem uzwojenia transformatora i mierzy napięcie na owym rezystorze oscyloskopem. W stanie bez obciążenia układu nie powinny być widoczne w przebiegu prądu szpilki o dużym natężeniu prądu (dużo większym niż i=Uzas*t/L). Nie wiem jaki kolega ma transformator i jaka jest indukcyjność uzwojenia pierwotnego ale prąd magnesujący może osiągać kilkanaście amperów dlatego że np. 12V*0.00001s/0.00001mH = 12A, ważne jest żeby w przebiegu prądu nie było szpilek czyli chwilowych dużych wartości prądu między okresami przewodzenia obu tranzystorów. U kolegi przypuszczam że ten prąd nie powinien przekraczać kilku amperów.

Dodano po 3 [minuty]:

Czy tranzystory MOSFET posiadają diody zwrotne w strukturze? Są one potrzebne do zabezpieczenia tranzystorów przed uszkodzeniem pikami napięć. Warto też między dreny i źródła tranzystorów MOSFET dołączyć transile na trochę większe napięcie niż zasilające. Np. 18V.

Kolego grzeskk. Tez wydaje mi się że rdzeń z dławika może być co faktycznie może powodować jego szybkie nasycenie i uszkadzanie tranzystorów.

Wracając do rdzenia toroidowego- Nie wiem za bardzo z czego on został wyjęty, to jeden z "przydasiów" szufladowych zbieranych od dawna. Na nim były 4 uzwojenia z czego 3 z nich grubym drutem chyba 1mm i jedno cienkim. Nie wiem czy to był jakiś dławik zbiorczy czy transformator.
W każdym razie na nim osiągnąłem jak dotąd najlepszy efekt działania przetwornicy-przeniesienie tych 30W przez 3 sekundy z zapiętym tylko jednym uzwojeniem.

Przetrzepując szufladę z częściami znalazłem jeszcze kilka traf od ATX, wymiarami bardzo by mi odpowiadały bo na jednej płytce 5x7cm zmieściłbym całą przetwornicę. Tylko pytanie czy one się do czegoś nadają? Takie mają oznaczenia:

TSM-2834A3
BA 6C 091


KC-33 UL
STAR-9850 JH


EI-33A-2005
MD0531
ERL-35-2005


BCK400-109
(coś po chińsku)
HUJ SHUN INDUSTRIAL CO LTD

I kilka podobnych wymiarami do tego pierwszego ale nie opisanych wcale.

Moc przetwornicy która by mnie interesowała to 100-120W ale jak małym nakładem pracy da się wyciągnąć więcej to chętnie skorzystam. Od zapasu głowa nie boli.


Tak czy inaczej 494 nie znalazłem w zapasach, jutro podskoczę do sklepu i kupię kilka szt.

Dodano po 43 [sekundy]:

Mosfety mają w swoich strukturach diode pasożytniczą, nie widzę problemu w tym żeby dołożyć dodatkową diodę shottky jeżeli podniesie to niezawodność przetwornicy.

Dodano po 2 [godziny] 19 [minuty]:

OK, transformator
KC-33 UL
STAR-9850 JH
Mam już rozebrany do nagości xD
Rdzeń nie ma szczeliny, jest to rdzeń kształtu W zamykany od góry płaskim kawałkiem.
Teraz jak to nawijać bo zrobiło się lekkie zamieszanie. Mam to nawinąć tak jak na pierwszym obrazku czy w przeciwnym kierunku?