|
ШИМ модулятор на LM3478MAX , SiC мосфете и диоде
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Авг-03, 00:37 | Сообщение # 1 |
 опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Закончил построение модулятора, поэтому выкладываю все наработки в отдельную тему.
Пробовал я многие известные микросхемы и пока нашёл лучшую, это LM3478MAX. Частота ШИМ стоит стабильно, ничего не "дёргается", не "звенит", не "плавает". По даташиту, если R8 поставить 200кОм, то частота ШИМ будет 100кГц, у меня вышло 96кГц. Схема работает сразу, никаких настроек или подводных камней нет. Очень простая схема. Размах модуляции скважности до 100%.
Для удобства, схему модулятора разбил на две части. ШИМ и Драйвер.
Схема ШИМ:
Схема Драйвера:
Все ключевые моменты и особенности подписал на схеме.
В теории можно было и ШИМ и Драйвер сделать на одной плате, но, я сделал на двух. Лично мне так будет удобнее, в случае, если найду ещё какую интересную микросхему для ШИМ. Фотки заводских плат:
Фантомное питание верхнего ключа сделал на DC/DC изолированном модуле URA2409YMD-10WR3 от компании Hi-Link. Модуль работает от 9 до 36В, на выходе двухполярное напряжение +/-9В со средней точкой. Средняя точка на плате висит в воздухе, а в сумме с модуля получаются высокостабильные +18В, при токе до 500мА. Таким образом, получается полное открытие карбид-кремниевого транзистора верхнего ключа. В этом модуле очень крутая схема с контроллерами внутри, и есть Y конденсатор в 1нф между входом и выходом. И получается, что этот кондёр по-факту будет подключён с выхода модулятора на общую массу. Кондёр этот SMD и не выдержит такой мощности в 100кГц при питании 100В.
Решений было два. Либо курочить модуль и выпаять этот кондёр. Либо по входу и выходу поставить гасящие дроссели, чтобы снизить проходной ток 100кГц. Я решил поставить два синфазных дросселя, с индуктивностью около 7мГн на обмотку. Этой индуктивности хватит, чтобы Y кондёр не грелся.
В прошлых экспериментах диод нижнего плеча у меня так же был карбид-кремниевый, но в корпусе ТО-247. Это излишне. Подавал +55В питания (больше пока нет), что транзистор, что диод - вообще не подают признаков нагрева. Так что мой второй компьютерный кулер для модулятора оказался лишним. С другой стороны, использование ТО-220 карбид-кремниевого диода Шоттки позволило уменьшить ёмкость перехода этого диода. А это, в свою очередь привело к уменьшению ВЧ звона на выходе модулятора. Сейчас его практически нет. ВЧ звон на выходе модулятора опасен тем, что он мог проникать на затвор транзистора (через ёмкость исток-затвор), опасно повышая его пороговое значение.
Печатные платы (готовый гербер архив, для заказа на любом заводе):
ШИМ: https://disk.yandex.ru/d/vEme0bWh4kfABw
Драйвер: https://disk.yandex.ru/d/VCYFc8Gr8CiBzQ
В следующем сообщении показу разные замеры.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Авг-03, 01:02 | Сообщение # 2 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Различные замеры.
1. Выходной сигнал до ФНЧ:
Замер выходного сигнала делался при питающем напряжении +30В. Скважность установлена на 40%, чтобы получить на выходе +40% питающего напряжения. Как видите, применение ТО-220 карбид-кремниевого диода Шоттки с низкой ёмкостью (GC3D03060A) + ферритовые бусины на его ногах практически полностью убрали ВЧ звон при открытии транзистора. Есть лишь небольшой звон в момент закрытия, но, он не страшен.
2. Сигнал на затворе транзистора верхнего ключа. Поскольку у него фантомная земля, обычным осциллографом сигнал не померить (у стационарного осциллографа масса заземлена), поэтому использовал портативный осциллограф:
Вертикальная клеточка 5В, амплитуда сигнала получилась ровно 18В, равна напряжению питания с DC/DC модуля. В момент открытия транзистора есть небольшой бугорок вверх, по фронту. Это вызвано тем, что затворный резистор у меня 20 Ом, я его рассчитывал для прошлого ШИМ-а PAM8406, у которого частота была 270кГц. У этого же ШИМ-а частота 100кГц, поэтому затворный резистор для "феншуя", чтобы верхняя полка была идеально гладкой, можно увеличить до 24-26Ом, а можно и так оставить. Главное, что есть ещё очень большой запас до критического значения в 25В на затворе.
3. Нагрев модулятора.
Такой вот нагрев при питании от +30В. P0 - это разрядный резистор затвора в 1кОм, P2 - это ограничительный резистор 750 Ом для 5В стабилитрона. P1 - нагрев нижнего (ближнего по схеме к модулятору) кольца L1.
А это нагрев нижнего дросселя при питании +55В. Нагрузка модулятора - работающий на эквивалент антенны передатчик класса ЕШ (выходная мощность 72Вт). Думаю, при 100В питании нагрев будет ещё выше. Но, если всё будет стоять в вентилируемом корпусе, думаю, не смертельно.
В следующем сообщении покажу синус на выходе ФНЧ модулятора, и один очень интересный момент..
Сообщение отредактировал kotrad78 - Суббота, 2024-Авг-03, 01:35 |
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Авг-03, 01:35 | Сообщение # 3 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Итак, выход после ФНЧ.
Нагрузка - передатчик класса ЕШ. На вход модулятора подавал с генератора синус в 5кГц разной амплитуды. Измерял напряжение на выходе ФНЧ, а так же мощность, которую показывал КСВ метр на эквиваленте нагрузки. Напряжение питания на модулятор подавалось +30В.
Все измерения подписаны на графиках.
Когда сигнал на входе модулятора достиг амплитуды 2В, амплитуда на выходе ФНЧ сравнялась с напряжением питания, практически 29В из 30. А вот дальше пошло самое интересное. После 2.5В на входе, сигнал на выходе модулятора стал выше 30В питания... При 5В на входе, сигнал на выходе уже был 34.4В. И вот этот момент мне немного непонятен. Почему амплитуда на выходе ФНЧ получилась выше питающего напряжения?
И ещё один замер, теперь при питании +55В:
При питании +55В, амплитуда выходного сигнала после ФНЧ получилась 63В, показометр на КСВ метре показывал мощность в 72Вт.
Это нормально, такое поведение модулятора?)) Меня это как бы не беспокоит, но, просто технически интересно.
Ну, и в конце запись музыки с такого модулятора. Питание +30В, передатчик нагружен на эквивалент антенны, домашний SDR приёмник, антенна просто рядом с передатчиком. Музыка шансон, кому не нравится, извиняйте, другую пока лень качать))
С плейра амплитуда сигнала около 0.5В. Дополнительно не усиливал.
Вот такой получился модулометр.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Авг-03, 02:13 | Сообщение # 4 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Теперь расскажу за детали.
1. DC/DC модуль URA2409YMD-10WR3 (2шт) покупал тут: https://aliexpress.ru/item/1005007215864684.html около 14$
2. Синфазные дроссели (5шт) брал тут: https://aliexpress.ru/item/1005006002760793.html Заказывал на 100мГн, но продавец обманул, прислал от 5 до 7мГн, хотя, в принципе и 7мГн нормально. В общем, сами думайте). Печатную плату я разрабатывал под их ножки. Около 3$ за 5шт.
p.s. И вообще, не обязательно именно синфазные дроссели, можно по отдельному дросселю на плюс и минус до модуля и на плюс и минус после модуля. Главное, чтобы ток выдерживали до 50-80мА, и индуктивность была как можно больше, выше 7мГн.
3. Микросхемы LM3478MAX (10шт) заказывал у продавца оригинальных деталей тут: https://aliexpress.ru/item/1005007248281183.html Около 10$
4. Карбид-кремниевый мосфет GC2M0160120D (5шт) заказывал у того же продавца, но через личные сообщения: https://aliexpress.ru/store/2383059 около 28$ за 5шт. Это самые дорогие детали. Но, эти же транзисторы я и в передатчик поставил. Получилось универсально, одни и те же транзисторы для модулятора и передатчика. Это китайские аналоги американских карбидов. Работают так же, но стоят почти в 10 раз дешевле.
5. Карбид-кремниевые диоды Шоттки GC3D03060A так же у него, где мосфеты брал, через личное общение заказывал. Около 13.5$ за 10шт.
Этот продавец всегда предлагает сначала 10шт, когда вы ему напишите. Не бойтесь просить 3-5шт, его можно уговорить), правда цена, конечно выше будет.
6. Кольца из распылённого железа Т130-52 (сине-зелёные) брал тут: https://aliexpress.ru/item/32775783965.html около 19$ за 5шт. Не знаю, может дешевле можно найти, или со старых компьютерных блоков питания наковырять.
7. Ферритовые бусины брал тут: https://aliexpress.ru/item/32299592582.html 3.5х5х1.5мм, там пакетик, сколько их штук, хз, штук 100, не считал. Около 2$
8. Драйверы IXDD609CI TO-220 4pcs/$12. - брал 4шт, заказывал всё так же, у того продавца оригинальных деталей. Сначала он мне предложил 10шт за 23.5$, но, уговорил продать 4шт за 12).
p.s.
Выходной каскад модулятора можно построить и на обычных, кремниевых транзисторах, типа IRFP250N. У них предельное напряжение на затворе +20В, поэтому 18В модуль для них будет много, впритык, опасно. Лучше поставить 15В модуль URA2415YMD-10WR3 https://aliexpress.ru/item/1005006589287966.html около 14$ за 2шт.
p.s. 2. Вдруг, кому пригодится. Печатные платы заказывал у этого продавца: https://aliexpress.ru/item/1005006862550993.html Пишем ему в лс, он отправляет почту, туда скидываем гербер архив платы и пишем нужное кол-во штук. Он даёт ссылку, переходим по ней, покупаем и всё. Пару недель, платы приехали.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Суббота, 2024-Авг-03, 03:11 |
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Авг-03, 12:58 | Сообщение # 5 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Остановлюсь чуть подробнее на Y конденсаторе в DC/DC модуле между входом и выходом.
Вообще эти конденсаторы ставят, чтобы снизить помехи, которые такие преобразователи выдают в питающую цепь. Поэтому курочить модуль, чтобы его убрать не лучшая идея. При этом, такие модули разрабатывались просто для изоляции DC/DC цепей, а в нашем же случае, это 100кГц цепь, да ещё и под 100В.
Вот, несколько моделирований ситуаций. Один модуль я ещё давно вскрывал, там стоит SMD Y конденсатор типоразмера 0805, или даже меньше. Этот модуль формирует отличное фантомное питания для драйвера верхнего транзистора, но этот Y конденсатор получается будет подключён параллельно диоду нижнего плеча.
1. Допустим, подадим на модулятор 150В питания.
На Y конденсаторе будет 150В частотой 100кГц. L1 и L2 очень низкой индуктивности, как будто это просто монтаж дорожек. На кондёре выделяется около 3Вт тепла и ток 4.5А. Определённо, что 0805 кондёр просто пшикнет от такой напруги.
Теперь моделируем ситуацию, когда мы поставили по входу и выходу DC/DC модуля дроссели по 1мГн.
Мощность снизилась, ток значительно снизился. Кондёр теперь, может и выдержит, но всё равно греться будет очень сильно.
Теперь моделируем, что поставили дроссели 7мГн, как те синфазные трансформаторы, что я использовал в реальности.
И мощность и ток упали до таких значений, при которых конденсатор даже не будет на них обращать внимания.
Поэтому, при повторении драйвера модулятора с фантомным питанием на DC/DC модуле, старайтесь ставить синфазные трансформаторы или дроссели с максимальной индуктивностью. Чем больше, тем лучше.
p.s. Если кому интересно, вот так эти DC/DC модули выглядят внутри. Стрелкой показан тот самый Y конденсатор между входом и выходом.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Суббота, 2024-Авг-03, 13:01 |
| |
| |
| rw6bw73 | Дата: Суббота, 2024-Авг-03, 16:33 | Сообщение # 6 |
 практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 129
Статус: Offline
| Можно ли ШИМ 3478 прикрутить в этот модулятор https://radiorubka.at.ua/forum/8-214-1 вместо 494 ?
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Авг-03, 18:50 | Сообщение # 7 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| rw6bw73, можно, почему нет
Вам нужно будет просто поставить на выходе ШИМ буферный полевик 2N7000 Т1, чтобы поднять амплитуду импульсов с 5В до 12В. Выход этого полевика подаём на затвор Q2 из схемы, которую вы указали.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Суббота, 2024-Авг-03, 19:16 |
| |
| |
| rw6bw73 | Дата: Воскресенье, 2024-Авг-04, 14:27 | Сообщение # 8 |
|
практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 129
Статус: Offline
| Есть ли в ШИМЕ плавный софт старт ?
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2024-Авг-04, 14:55 | Сообщение # 9 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| rw6bw73, Честно говоря не знаю, вот даташит: https://static.chipdip.ru/lib/159/DOC013159766.pdf
По крайней мере при подаче питания на выходе ШИМ сразу 40% скважности появляется. Плавного нарастания скважности от 0 до 40% я не замечал. Может быть его и можно как-то реализовать, сказать точно не могу.
По поводу нагрева 609 драйвера, ставил на него вот такой радиатор: https://aliexpress.ru/item/32858074631.html и место на плате под радиатор 2х1.5см.
Хотя, радиатор ему скорее всего вообще не нужен. Он даже тепловизором не отличается от температуры окружающей среды, то есть не выше 28 градусов:
То есть, в модуляторе то 100кГц частота и 609 драйвер, можно сказать холодный, поставил его на радиатор так, по привычке)). А вот в передатчике, где 3МГц, там радиатор нужен существенный, 609-й драйвер там греется весьма сильно.
p.s. Если будете ставить радиатор в модуляторе, обязательно следите, чтобы рёбра радиатора не касались платы. Потому, что фланец 609 драйвера - это его масса, а масса драйвера - не должна касаться общей массы печатной платы.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Воскресенье, 2024-Авг-04, 15:06 |
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2024-Авг-04, 17:12 | Сообщение # 10 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Цитата rw6bw73 (  ) Есть ли в ШИМЕ плавный софт старт ?
Сейчас провёл эксперимент.
1. Подал +30В питания на модулятор.
2. Подал 3МГц сигнал на вход передатчика.
3. Подал +5В на ШИМ модулятора.
4. И подавал/отключал питание на драйвер модулятора.
В ШИМ-е выставлено 40% скважности, это от 30В даёт около 12В на выходе модулятора после ФНЧ. Осциллограф подключен на выход ФНЧ модулятора.
Как видим, при подаче питания на драйвер напряжение на выходе модулятора поднимается от 0 до 40% питающего. То есть, не 100% питающего. Так что, всё отлично.
Вывод:
- не нужен софт-старт этой микросхеме
- если делать модулятор с драйвером по схеме из 1-го сообщения, то и инвертирующий транзистор Q1 на плате драйвера не нужен, у меня там сейчас перемычка стоит. Я его предусмотрел, но, как видите, он оказался не нужен.
|
| |
| |
| rw6bw73 | Дата: Воскресенье, 2024-Авг-04, 20:44 | Сообщение # 11 |
|
практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 129
Статус: Offline
| Подойдет ли этот модулятор для полного моста мощностью в 1КВТ ?Питание на модулятор 150В ?
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2024-Авг-04, 21:05 | Сообщение # 12 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Цитата rw6bw73 ( ) Подойдет ли этот модулятор для полного моста мощностью в 1КВТ ?Питание на модулятор 150В ?
А почему не пойдёт?
1000Вт / 150В = около 7А
Берём транзистор GC2M0160120D и смотрим зону его безопасной работы. Частота 100кГц это 10мкС. По даташиту, при 150В он сможет выдержать около 25А (из ваших 7)
Теперь берём диод GC3D03060A, не уверен точно, как правильно рассчитать его предел для работы на 100кГц, но, мне кажется, 10А в пиках модуляции, когда скважность будет приближаться к 90-100% он выдержит:
Хотя в даташите есть ещё один параметр, 100А импульсный ток при 10мкс, то есть 100кГц:
В общем, при хорошем и, главное быстром охлаждении диода, 1кВт с модулятора в теории можно будет брать. Транзистор то точно выдержит. Быстрое охлаждение, имеется в виду быстрый отвод тепла. Это значит и транзистор и диод нужно сажать на медный радиатор, и использовать оксид-алюминиевую или нитрид-бариевую изоляционную термопрокладку. Обе этих прокладки переводят тепло, как алюминий и выдерживают до 20кВ на пробой (если толщиной 1мм).
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2024-Авг-04, 21:55 | Сообщение # 13 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Цитата rw6bw73 ( ) Подойдет ли этот модулятор для полного моста мощностью в 1КВТ ?Питание на модулятор 150В ?
Вот ещё сделал моделирование в программе. Взял для примера диод Шоттки на 150В и 16А, подал на него 100кГц, положительный импульс амплитудой 150В. Подключил резистор, согласно вашей нагрузки в 1кВт. И поставил скважность 98%, что соответствует максимальной скважности в пиках модуляции.
На резисторе выделяются расчётные 1кВт, на диоде в тепло уходит около 6Вт, что даже для ТО-220 корпуса более, чем с большим запасом.
Не знаю почему, но американские разработчики программы упорно не хотят следовать прогрессу. Уже как лет 20 промышленность применяет карбид-кремниевые транзисторы, диоды. Уже как года 3 применяют Gan транзисторы и диоды, а разработчики мультисима так и не хотят модели этих элементов добавлять в программу(...
Сообщение отредактировал kotrad78 - Воскресенье, 2024-Авг-04, 21:58 |
| |
| |
| rw6bw73 | Дата: Понедельник, 2024-Авг-05, 10:59 | Сообщение # 14 |
|
практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 129
Статус: Offline
| Выкладываю на обсуждение плату модулятора на LM3478 и карбидниках. Дополнительно таймер на запуск драйвера и защита на оптроне
Сообщение отредактировал rw6bw73 - Понедельник, 2024-Авг-05, 11:00 |
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2024-Авг-05, 16:15 | Сообщение # 15 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| rw6bw73, а разве бывает LM3478MAX с ножками, т.е. в dip-8 корпусе?
|
| |
| |
|
