|
GaN транзисторы для передатчиков - пора переходить?
| |
| kotrad78 | Дата: Среда, 2025-Апр-02, 21:23 | Сообщение # 16 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1001
Статус: Offline
| Довольно важный момент, который нужно запомнить для истории.
Найти 5В полумостовой драйвер под требуемые скорости дед-тайма до сих пор не удаётся, а в даташите на ган сказано, что амплитуда импульсного напряжения на затворе может достигать 10В.
При этом по графику видно, что уже после +6В ток затвора начинает резко расти:
Поэтому написал письмо производителю с вопросами, и вот, что он отвтил:
1. Производитель гарантирует 10 летний срок службы ган транзистора, если постоянное напряжение на затворе не превышает +6В.
2. Если напряжение будет импульсное +6В частотой 3.5МГц, срок службы может увеличиться.
3. Если сигнал 3.5МГц будет +8В, срок службы затвора гарантируется 1 месяц
4. Если сигнал 3.5МГц будет +10В, срок службы затвора гарантируется 100 сек.
Сейчас нашёл драйвер от компании Texas Instruments новейшей разработки, 2024 года, в корпусе SOIC-8 UCC27301ADR https://www.ti.com/product/UCC27301A Если у кого нет доступа к их сайту, прикрепляю даташит в архиве.
На сайте LCSC его нет в наличие и по всем нашим магазинам тоже нет, но, есть у известного поставщика на Али, 55$ за 10шт. Думаю, получится уговорить на 4-6шт на пробу. Сейчас проверил, на дигигей он есть, 14$ за 10шт https://www.digikey.com/en....5323410 Да уж.. не хилую накрутку китаец берёт.. Ну, да ладно.
В общем, этот драйвер по даташиту рассчитан на минимальное напряжение 8В. А зная технику Ti, они всегда делают небольшой запас, т.е. , теоретически он сможет работать от +7В. От +6 уже точно не сможет. Я думал снизить напряжение драйверу, чтобы получить +7В, но, коль производитель даёт гарантию 6В максимум, этого не получится сделать. Так что, выход только один.
- питать драйвер от 10В лм-ки
- на выход ставить кондёр и диод, чтобы получить +5В и отсечь минус.
Так же сегодня пообщался с китайским ИИ, рассказал ему про этот способ с диодом 1N4148 параллельно затвору, чтобы убрать минус. Он посоветовал отказаться от кремниевого 1N4148 и поставить более быстрый Шоттки, т.к. у них ёмкость меньше, ток восстановления меньше и падение напряжения меньше. Остановился на STMicroelectronics BAT41ZFILM https://www.lcsc.com/product....51.html
- стоит копейки
- ёмкость перехода всего 2пф при 5В (вместо 5пф у 4148)
- и корпус удобный, можно припаять прямо на ноги затвор - исток, прямо впритык к корпусу транзистора, благо затвор - исток расположены рядом
Так что, в теории всё должно получиться.
Кому тема интересна, посмотрите даташит на UCC, вдруг что-то важное найдёте. Да, этот драйвер рассчитан только на 120В силовое питание, т.к. бутстрепный диод внутри, но, ничего не поделаешь, более высоковольтные - более медленные, не подходят, либо же в BGA корпусах, без выводов.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Апр-03, 03:07 | Сообщение # 17 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1001
Статус: Offline
| Решил записать видео как работает и помогает в вычислениях китайский ИИ.
Нашёл части от конструктора ВЧ трансформатора, брал года 1.5 назад на Али, ссылка уже недоступна, но, вот по этой точно такой же: https://aliexpress.ru/item/1005002803004702.html
Размер одной трубки: высота 28мм, ширина 26мм, внутренний диаметр 13мм. Намотал 14 витков, индуктивность 405мкГн, проницаемость получилась около 550. Для наших задач годится.
Потом просто положил 4шт вместе, продел проволоку и замерил индуктивность:
3 витка 64мкГн
2 витка 29мкГн
1 виток 7.27мкГн
Это брал по ссылке в магазине 2шт "150-600W" модель, если память не изменяет.
Затем вбил все данные GaN транзистора в ИИ, а так же данные трансформатора. Так же вбил напряжение на мост (100В, 72В, 48В, 24В), нагрузка 50Ом, частота 3.3МГц. Расчёт первый, когда в схеме 4 транзистора, расчёт второй, когда 8 (по 2 ган-а параллельно).
И вот видео, как ИИ проводит вычисления нагрева транзисторов и выходной мощности.
Трансформатор с соотношением витков 1:3
Ссылка на видео, если у кого нет доступа к ютубу: https://disk.yandex.ru/i/ciJmOd3e0zv_9w
Трансформатор с соотношением витков 2:3
Ссылка на видео, если у кого нет доступа к ютубу: https://disk.yandex.ru/i/o_0DgYI99yYsWg
Ну что, у кого есть опыт построения мостовых передатчиков. Сходятся данные?)Добавлено (2025-Апр-03, 03:13)
---------------------------------------------
P.s. Чуть ошибся, в первом тесте соотношение витков 1:2
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2025-Июн-14, 05:14 | Сообщение # 18 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1001
Статус: Offline
| Дошли руки до мостового передатчика на GaN транзисторах. Это мой первый опыт в построении мостовых передатчиков, поэтому узнаю много нового.
Пока собрал формирователь противофазного сигнала с плавной регулировкой ширины импульсов, а так же бутстреп драйвер для одного плеча. Всё заработало сразу, как часы. Подстроечным резистором можно плавно регулировать ширину импульсов сразу в двух каналах, и, как следствие мёртвое время на затворах. В каждом плече по 2 ган-а параллельно, для "умощнения" тока.
Сигналы на затворах при 3.3МГц
При 1.7МГц, подстроечник мёртвого времени в том же положении.
Потом, при полной сборке можно будет выставить окончательное мёртвое время, чтобы получить максимальный КПД, после чего, вместо подстроечника впаять два постоянных.
Пока всё нравится, сложностей и проблем нет.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2025-Июн-14, 17:42 | Сообщение # 19 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1001
Статус: Offline
| Продолжаю сборку. Отполировал узел управления кулером охлаждения. Казалось бы, узел очень простой, но, пришлось повозиться.
Схема получилась такой:
Алгоритм работы.
1. Включаем передатчик, на кулер сразу и постоянно поступает около 6.5В (зависит от резисторов R22, 23), кулер неслышно работает.
2. Включаем передачу, транзистор Q9 открывается, шунтирует ограничительные резисторы, кулер молотит на полную, охлаждая выходные транзисторы, выходной трансформатор и плату.
3. Переходим на приём, заряженный конденсатор С22 начинает разряжаться через резистор R21, и, через какое-то время транзистор закрывается, кулер снова неслышно дует.
Такой алгоритм позволит полностью охладить транзисторы и трансформатор передатчика при переходе на приём. Время от максимальных оборотов до минимальных подписано на схеме. Для себя остановился на последнем варианте, 100мкФ полимерный электролит + резистор 560кОм. Время перехода около 1 минуты 40 сек.
Все детали еле тёплые, греются не выше 35-40 градусов.
Какая возникла сложность. Оказывается, все современные компьютерные кулеры (проверил 3шт разных), очень подло гадят своим ШИМ-сигналом в питающую цепь. Изначально в схеме был только один фильтрующий конденсатор, С26 100нф. Когда кулер молотил на полную, он запускал в питающую 12В цепь пульсации с амплитудой до 0.5В. Это плохо, т.к. эти помехи шли на драйвер передатчика. Пришлось всё наглухо фильтровать дросселем и группой конденсаторов.
При текущей схеме и дросселе L4 1mH, в 12В цепи пульсации снизились до 100-150мВ. Думаю, если этот дроссель увеличить до 4.7-10mH пульсации станут ещё меньше. Главное, чтобы этот дроссель свободно выдерживал ток 150-200ма (такой ток потребляет в среднем комп. кулер).
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2025-Июн-16, 05:21 | Сообщение # 20 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1001
Статус: Offline
| Закончил сборку макета
На алюминиевое шасси прикрутил медную шину, а на неё уже ган транзисторы. На медную шину установил кулер.
Схема формирователя противофазного сигнала с регулировкой мёртвого времени
Схема бутстреп драйверов и выходного каскада
Подал 20В на силовую часть, потребляемый ток 740мА, потребляемая мощность силовой части 14.8Вт. Выходная мощность на 50Ом нагрузке 12.5-13Вт. То есть, КПД получился довольно высокий. Регулируя резистор R11 мёртвого времени по КСВ метру можно наблюдать, как выходная мощность растёт или падает.
Сигналы на первой обмотке выходного трансформатора:
Без шунтирующих диодов между сток-истоком, вот этот ВЧ звон на верхней полке сигнала достигал амплитуды Х2, то есть 40В.
А дальше появилась проблема. При 23В силовом питании передатчик начинает возбуждаться, сигналы на трансформаторе:
Если повышать ещё выше, ВЧ возбуждение становится лавинным, на блоке питания срабатывает ограничение от перегрузки по току.
Какие будут версии, причины этого возбуждения?
Вижу пока две версии.
Первая - я забыл поставить разрядные резисторы между затвором и истоком ган-ов. Без силового напряжения сигнал на затворах красивый, но, при подаче силового напряжения, оно через паразитные ёмкости проникает на затвор и вызывает возбуждение.
Вторая - ган транзисторы очень высокочастотные. Возможно у них такая архитектура, что они не годятся для мостовой работы на мегагерцовых частотах наших диапазонов. Досадно будет, если это так.
|
| |
| |
| shwonder | Дата: Понедельник, 2025-Июн-16, 09:58 | Сообщение # 21 |
 просветленный
Группа: Модераторы
Сообщений: 3331
Статус: Offline
| предлагаю следующее:
- переделать ШПТ, первичка 2 витка, вторичка 3 витка
- емкость развязки по силовому питанию поставить 2 х 0.1х400в , пленка коричневая
если нет:
- заменить полевики, поставить обычные мосфеты , например 540е
- проверить нет ли завязки между задающим и выходным каскадом
вот такие конденсаторы пленочные:
а еще : - сделать один виток на ШПТ и померять индуктивность, доложить сюда в таком виде :
ШПТ 4 трубки, один виток , индуктивность ХХ мкГн
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2025-Июн-16, 12:27 | Сообщение # 22 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1001
Статус: Offline
| Спасибо за советы, всё попробую чуть позже. Пока же, вот некоторые замеры, которые делал в процессе сборки, может поможет для анализа.
1. Выходной трансформатор отсутствует, шунтирующие диоды между сток-истоком карбид-кремниевые Шоттки на 1200В (как в тестах с передатчиком класса Е(ЕШ, потом карбид-диоды убрал и поставил обычные "супер фаст" BYV26C, с ними ВЧ звон чуть меньше).
Сигналы на выходах плеч (в местах, куда должна потом подключаться 1 обмотка ШПТ).
1.7МГц, питание 10В, потребляемый выходным каскадом ток 70мА
3.3МГц, питание 10В, потребляемый выходным каскадом ток 110мА
Потом спаял ШПТ трансформатор, ко вторичной обмотке подключён только первый конденсатор ФНЧ 1000пф, сами дроссели ФНЧ на тот момент ещё не мотал и никакую другую нагрузку ко второй обмотке не подключал.
3.3МГц, питание 10В, потребляемый ток выходного каскада со 110мА вырос до 150мА
Затем попробовал увеличить напряжение до 20В, потребляемый ток вырос до 950мА. Нормально ли, что такой скачок холостого хода со 150мА при 10В, до 950мА при 20В? Мне кажется, что нет. И ВЧ звон везде сильно вырос:
Сигнал на второй обмотке при 20В питании, никакой нагрузки кроме первого конденсатора ФНЧ (1000пф) не подключено:
|
| |
| |
| shwonder | Дата: Понедельник, 2025-Июн-16, 16:21 | Сообщение # 23 |
|
просветленный
Группа: Модераторы
Сообщений: 3331
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 (  ) никакой нагрузки кроме первого конденсатора ФНЧ (1000пф) не подключено:
Что он вам покажет ?
Уж тогда просто резистор 50 ом нацепить.
А так ни свечка, ни кочерга.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Июн-17, 01:46 | Сообщение # 24 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1001
Статус: Offline
| 1. Прежде чем что-то делать дальше, на всякий случай проверил все транзисторы. Оказались сгоревшими все 4 в верхних плечах, заменил. У всех прошитые либо затворы, либо ESD внутренняя защита.
2. Поставил разрядные резисторы по 2.4кОм между затвором и истоком всех транзисторов - результата не дало никакого.
3. Увеличил затворные резисторы с 15 Ом до 51Ом, т.к. была мысль, что они могут снизить ВЧ звон. Фронты, ожидаемо стали более пологими, но в общем картина никак не изменилась, возбуждается при силовом питании выше 20В.
4. Переделал ШПТ, изначально он был 1:2 (Первая обмотка латунная трубка, вторая обмотка 2 витка провода), сделал 2:3, первая обмотка 2 витка, вторая 3 витка.
Индуктивности:
1 виток 3.42мкГн
2 витка 13.7мкГн
3 витка 31мкГн
Выходная мощность ожидаемо снизилась, но, картина всё так же не поменялась, выше 20В резкое увеличение тока и возбуждение.
5. Поставить какие-нибудь кремниевые IRF не смогу, поскольку у Ган транзисторов другая цоколёвка выводов:
Ган: затвор - исток - сток
IRF: затвор - сток - исток
А лепить перекрёстные перемычки с вывода на вывод, такое себе.
6. Установка дополнительных фильтрующих конденсаторов по питанию результата не принесло. Ставил и плёночные, и электролиты, результат одинаков. Да и изначально было понятно, что дело не в фильтрации. Посмотрите на схему, у меня на каждое плечо по 5шт параллельных 22нф с диэлектриком C0G, в сумме 10 кондёров, 220нф. Там ESR такой низкий, что никакой возбуд не проскочил бы по питанию.
Итог.
Эксперимент, к сожалению неудачен.
Вероятные причины.
1. У Ган транзисторов между затвором и истоком встроена ESD защита, если прозванивать затвор-исток мультиметром в режиме измерения диодов, то показывает падение напряжения около 1.7В. По всей видимости или быстрый стабилитрон, или TVS диод (ы). Возможно эта ESD защита и вызывает самовозбуждение на мегагерцовых частотах при бутстрепном драйвере.
2. Сами по себе Ган транзисторы очень быстрые. Гораздо высокочастотнее кремниевых и карбид-кремниевых. Возможно эта скорость сыграла плохую роль, вызвав ВЧ возбуждение.
3. Бутстреп драйвер UCC27301ADR позиционируется до 100В силового питания, и имеет высокую скорость нарастания и спада. И сигналы на затворах это доказывают, что эта микросхема может работать даже выше 3.3МГц. Однако, в даташите ничего не сказано про тип бутстрепного диода, который зашит внутри, в кристалле. Вполне возможно, что сами драйверы внутри микросхемы могут работать на мегагерцовых частотах, а бутстрепный диод нет. Возможно у него большая утечка для таких частот, в результате - возбуд при напряжении выше 20В.
В общем, досадно, конечно, что не получилось, но, зато приобретён ещё один опыт).
Сообщение отредактировал kotrad78 - Вторник, 2025-Июн-17, 01:51 |
| |
| |
|
