|
Проектирование новых драйверов для передатчиков
| |
| shwonder | Дата: Среда, 2025-Мар-26, 18:49 | Сообщение # 61 |
 просветленный
Группа: Модераторы
Сообщений: 3328
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 (  ) Как вам идея?
Но, сначала надо пробовать.
Что то такого типа я пробовал, но с своими драйверами, где то я рассказывал, не прошло - большой сквозняк, но и от этого есть лекарство. Надо пробовать.
kotrad7821461Цитата мостовые передатчики делают уже очень много лет, но, почему-то ни разу такой реализации не видел
А часто мосты питают прямо от выпрямленой сети. И там полная гальваническая развязка.
вывод:- надо заказать и помацать.Добавлено (2025-Мар-27, 12:43)
---------------------------------------------
счас всплывают много драйверов, применение которых возможно, но надо проверять на практике.
основные требования - они должны работать карбид кремния и с просто мосфетами, хотя бы до 4 мгц.
мост, двухтакт, или класс Е особо не имеет рояли.
Вот всплыл такой еще UCC21520, UCC21520A, никак не могу понять чем они отличаются ?
Ну, кроме надписи на корпусе.
Их бы тоже попробовать, корпус неудобный , но если он покажет результат то и корпус простительно.
даташит не пристегивается, пишут :- сильно большой.
Ну, та кому интересно и сами скачают.
А для гальванической развязки можно поставить 6н137, оно до 10 мгц работает, проверено.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Мар-27, 13:13 | Сообщение # 62 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| Цитата shwonder ( ) Вот всплыл такой еще UCC21520, UCC21520A, никак не могу понять чем они отличаются ?
Какое-то смещение выходного драйвера... Тоже сложно понять. В даташите только одно место, где показана разница между ними. В реальной работе, мне кажется никакой разницы нет.
Изучил параметры. В принципе, хороший вариант полумостового драйвера, у которого внутри уже есть оптоизоляция. Будет удобен тем, кто силовую часть берёт напрямую от сети.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Мар-27, 13:26 | Сообщение # 63 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| Драйвер 8. Двухканальный драйвер в корпусе SOIC-8
Littelfuse/IXYS IXDN602SIATR 0.92$ за 1шт https://www.lcsc.com/product....79.html
Этот драйвер будем сразу сравнивать с Драйвером 3.1 на UCC27524DR (1 страница этой темы), поскольку корпуса одинаковые, расположение выводов одинаковое.
Схема такая же:
Фото микросхемы, оригинальная, не подделка:
Фото макетки. Первая макетка заполнена, поэтому взял новую плату:
Микросхема устойчиво запускается от 4В, правда фронты ужасные, очень пологие. Не может эта микросхема нормально работать при низком напряжении на высоких частотах. Хотя в даташите указано от 4.5В. UCC27524DR при низком напряжении фронты сохраняет.
3.3МГц 5В, 38мА
Нагрев 41 градус
В след. сообщении продолжу.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Мар-27, 13:32 | Сообщение # 64 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| 1.7МГц, 15В, 69мА
Нагрев 57 градусов
3.3МГц, 15В, 129мА
Нагрев 81 градус
4.6МГц, 15В, 181мА
В следующем сообщении продолжу
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Мар-27, 13:41 | Сообщение # 65 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| 4.6МГц, 15В, 181мА, нагрев 101 градус
Выше этой частоты тесты не проводил, т.к. температура уже превысила 100 градусов.
Итоги.
1. Драйвер имеет довольно низкий КПД. Компания Littelfuse/IXYS выпускает очень качественные драйверы и прочую продукцию, но, в данном случае подкачала.
2. Внутри драйвера что-то сильно греется, а учитывая очень пологие фронты при 5В питании, можно предположить, что там по выходу стоят не полевые, а биполярные транзисторы.
3. На 1.7МГц драйвер подойдёт отлично.
4. На "тройке" работать можно, но с обязательной вентиляцией корпуса.
Общий итог.
IXDN602SIATR стоит в 3 раза дороже, чем UCC27524DR и показывает гораздо более худшие результаты. К покупке и применению не рекомендую.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2025-Мар-28, 02:20 | Сообщение # 66 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| Приступаю к проектированию второй платы для тестирования драйверов.
Девятый номер сразу резервирую для драйвера на GaN транзисторах.
Основные задачи для этого драйвера:
1. Исследовать, как вообще будет или не будет работать бутстрепная схема питания верхнего плеча полумоста на мегагерцовых частотах. Это исследование покажет, можно ли бутстреп применить для полномостового передатчика.
2. Попытаться получить драйвер с максимальным КПД. Если получится, то, это пригодится для любых передатчиков с питанием от аккумуляторов. Для полевых работ или когда нет света.
Предварительная схема:
3D модель участка монтажной платы
Полумостовой драйвер пока выбрал Texas Instruments TPS28225DR https://www.lcsc.com/product....97.html Он уже довольно старый, 2010 года разработки, но, ничего новее найти не смог((. Если кто сможет найти на сайте LCSC более современный и более скоростной полумостовой драйвер в корпусе SOIC(SOP)-8, способный работать от 3-4В, поделитесь инфой.
Ган транзисторы буду применять Tokmas CID10N65F https://www.lcsc.com/product....32.html Они современные, дешёвые, азиатского производства, так что, проблем с их приобретением в ближайшее время не будет.
В следующем сообщении продолжу.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2025-Мар-28, 02:46 | Сообщение # 67 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| Особенности драйвера.
1. У TPS28225DR нет ручной регулировки дед-тайма (времени паузы между импульсами), это плохо. С другой стороны, внутри микросхемы зашит контроллер автоматической регулировки дед-тайма. То есть, какую бы частоту не выставить, микросхема сама, автоматически будет подстраивать паузу между импульсами, чтобы никогда не возникало сквозного тока. Выглядит это здорово, но, как будет работать на мегагерцовых частотах - покажет только практика.
2. Почему именно GaN транзисторы? Потому, что львиный нагрев всех транзисторов в любом драйвере приходится на перезаряд затвора. Соотвественно, чтобы снизить этот нагрев, нужно уменьшать напряжение на затворе. Ган транзисторы для этого идеально подходят. Они открываются уже от 2В, а общий заряд затвора катастрофически мизерный, в районе 2-3нКл. Сегодня проводил тесты, к Драйверу 3.1 (1 страница темы) на UCC подключил Ган транзистор, подал 5В и замерил потребляемый ток:
- 3.3МГц, 7мА
- 6.7МГц, 16мА
- 10.4МГц, 28мА
Во всех случаях транзистор был абсолютно холодный!! Таким образом, нагрев транзистора будет только от нагрузки карбид-мосфета.
3. Так же, во время теста подобрал затворную цепь ган-а. Это диод 1N4148 и 3.3Ом резистор для заряда затвора, и 24Ом для разряда. При таких значениях получаются максимально ровные фронты.
Вот, для наглядности.
Только один затворный резистор, 33Ом, время нарастания 22нс, время спада 15нс.
Резистор уменьшен до 24Ом, время нарастания уменьшилось до 17нс, время спада уменьшилось до 12нс
Ещё меньше уменьшать резистор уже нельзя, поскольку видите, отрицательный импульс уже достиг примерно -1.4В, а в ган транзисторах стоит по входу ESD защита, которая срабатывает примерно ниже -1.6..-2В.
Теперь, параллельно 24Ом резистору добавлены последовательно резистор 3.3Ом и ВЧ диод 1N4148. Время спада осталось таким же, 12нс, зато время нарастания с 17нс уменьшилось до 12нс. То есть, получились идеально ровные и быстрые фронты, насколько это возможно.
4. Потенциальные минусы, которые уже предвижу. Бутстрепный диод зашит внутри микросхемы. Что это значит. На этом диоде всегда падает напряжение, по даташиту 1В. А значит, при 5В питании на затвор нижнего Ган-а будет приходить импульс аплитудой +5В. На верхний же Ган будет приходить импульс 5-1 = +4В.
Таким образом, хоть сквозного тока потенциально и не ожидается, но, верхний транзистор будет открываться чуть хуже, чем нижний. Согласно даташиту, сопротивление канала что при 5В на затворе, что при 4В практически одинаковое:
Но, всё равно, как-то не спокойно из-за этого. Именно поэтому, ещё раз у всех прошу - вдруг я что-то пропустил? Вдруг получится найти другой полумостовой драйвер, у которого есть такая же автоматическая регулировка дед-тайма, но, у которого бутстрепный диод должен подключаться отдельно? Тогда, можно будет ампдитуду сигналов на затворах сделать полностью одинаковой.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Мар-30, 12:20 | Сообщение # 68 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) С другой стороны, внутри микросхемы зашит контроллер автоматической регулировки дед-тайма. То есть, какую бы частоту не выставить, микросхема сама, автоматически будет подстраивать паузу между импульсами, чтобы никогда не возникало сквозного тока.
Проектируя и изучая другие особенности драйверов, лично для себя сделал неприятное открытие... Да, в теории можно полностью исключить сквозной ток, путём подбора ширины между импульсами верхнего и нижнего транзистора. Сквозной ток в теории будет стремиться к нулю. Одако, 99% КПД драйвера всё равно не выйдет, даже близко.
Представим, что к драйверу никакая нагрузка не подключена.
1. Допустим, нижний транзистор закрыт.
2. В это время открывается верхний. Что происходит в этот момент?
3. Любой полевой мосфет имеет паразитные ёмкости п-н переходов. Ёмкость затвор-исток, ёмкость затвор-сток, ёмкость сток-исток, и ещё несколько внутренних ёмкостей. И вот, когда верхний транзистор открывается, он начинает заряжать все эти "ёмкости" нижнего транзистора. А значит, через верхний транзистор будет протекать ток заряда этих ёмкостей, а значит, верхний транзистор этот ток будет рассеивать в тепло..
Такой же процесс будет происходить и в обратную сторону, когда верхний закроется, а нижний откроется.
И хоть эти паразитные ёмкости малы, но, на наших, мегагерцовых частотах они "вылезают" в заметный нагрев. Это, кстати касается не только проектируемого драйвера, но и всех мостовых и полумостовых передатчиков где топология транзисторов идентична.
Вот такое вот, неприятное открытие.
|
| |
| |
| shwonder | Дата: Среда, 2025-Апр-02, 10:29 | Сообщение # 69 |
|
просветленный
Группа: Модераторы
Сообщений: 3328
Статус: Offline
| kotrad78, спасибо за труд.
Вчера приехали мс UCC27524.
Купил на али, 27 бкс за 50 шт.
На скорую руку соорудил стендик на макетке для пробы.
Стенд такой : выход си5351 через 10нан + резистор 50 ом прямо на два входа UCC27524. Питание 12.6в, предельное 18-20в , но я не крутил.
Нагрузка прямо на затвор 19нм50 (без резистора), силовое питание не подавал.
Работает отлично, красивый меандр на затворе, выше 7 мгц не пробовал, но там уже и почти предел, хотя надо попробовать, может и до 11 мгц дотянет.
На 7 мгц потребление синтез+драйвер 0.26А (синтезатор обычно 0.07А), на меньших частотах меньше почти пропорционально. Я записал, но инфа потерялась куда то.
Сам драйвер не выше комнатной температуры, даже на 7 мгц,ну, может, на пару градусов. А вот мосфет греется только от затворного сигнала. Это нормально и давно замечено.
Так что есть надежда на хороший исход по драйверу.
Надо подумать, как его примастырить к мосту. Примерно думаю так : схема развода фронтов+оптрон 6н137+драйвер+полевик. Но надо сначала пробовать.
Те драйверы, которые я применял ранее значительно хуже по потреблению (нагрев) но можно пробовать и породнить два варианта. Например, UCC27524 поставить вместо 541го драйвера.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Среда, 2025-Апр-02, 13:43 | Сообщение # 70 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| Цитата shwonder ( ) Надо подумать, как его примастырить к мосту.
Нарисовывается вот такая схема, для удобства только один полумост:
1. R1 и R5 органичивают ток через светодиод оптодрайвера. При 5В меандре это 330Ом. Однако, нужно учесть крайне важный фактор!! Если в небольших пределах менять ток через светодиод, т.е. сопротивление этих резисторов, то на мегагерцовых частотах заметно будет меняться скважность выходного меандра. Помните, мои опыты с опродрайверами?) Поэтому, эти резисторы нужно подбирать максимально одинаковыми между друг другом. Чтобы скважность менял только "разделитель фронтов".
2. Оптодрайвер 6N137 вносит свою задержку между входом и выходом, поэтому использовать её только в верхнем плече нельзя, нужно ставить и в нижнее, чтобы "соосность" меандра на затворах мосфетов была равной.
3. R2 и R6 задают фронты на выходе оптодрайвера. 680Ом - это значение я ставил в ШИМ модуляторе, на частоте 100кГц. Для 3МГц эти сопротивления придётся заметно уменьшить (50-200* Ом), учитывая входную ёмкость двух каналов UCC, которая будет нагрузкой для оптодрайвера.
4. С3, С4 выравнивают полку меандра на затворе Q2, два по 330нф, керамика - достаточно для 160-го карбида (1500пф ёмкость затвора +5Ом затворный резистор). Два - чтобы снизить ESR.
5. C1, С2 - бутстрепные конденсаторы верхнего плеча. Вот их придётся подобрать опытным путём. Так же 2, а лучше 3 в параллель, и тоже керамика (желательно NP0, COG), для снижения ESR. Низкий ESR для этого конденсатора крайне важен! Методика подбора - от малой ёмкости до большой.
- ставим, например 22нф Х 3, смотрим сигнал на затворе Q1, он должен быть по амплитуде такой же, как на затворе Q2.
- если амплитуда мала, ставим 33, 47, 68, 100, 150, 220, 330нф Х 3 и т.д.
Конечная задача, сделать сигнал на затворе Q1 равным по амплитуде Q2, и чтобы полка этого сигнала имела минимальный наклон. Слишком большую ёмкость делать не надо, она не будет успевать заряжаться/разряжаться + вызовет ненужный, повышенный зарядный ток через Q2.
Важно: осциллограф для измерения сигнала на затворе Q1 должен иметь гальваническую развязку от земли. Ведь исток Q1 у нас "фантомная земля". В идеале - пользоваться портативным осциллографом, типа такого: https://radiorubka.at.ua/forum/17-283-1
6. Резистор R4 ограничивает зарядный ток бутстрепного конденсатора С1, С2 через сток-исток Q2. Если его не ставить, есть риск прожечь мосфет Q2. Он вносит падение напряжения, поэтому для нижнего плеча его тоже нужно поставить, R8, для симметрии.
7. Диод Шоттки (или ультра-фаст обычный) VD1 должен переключаться со скоростью не ниже частоты передатчика Х3..5, и иметь обратное напряжение не ниже силового напряжения. Этот диод вносит падение напряжения около 1В, поэтому для симметрии его обязательно нужно поставить и в нижнее плечо, VD2.
8. Низкое питание драйверов нужно брать с учётом падения напряжения на VD1, VD2 и R4, R8. Если на затворы надо 12В, питание схемы 13..14В. Если 15В, питание схемы 16..17В.
9. Единственное, что меня смущает - "скорость" работы 5-В лмки. Возможно придётся существенно уменьшить фильтрующие кондёры по питанию оптодрайверов С5, С6 (до 1..10нф), чтобы ЛМ-ка успевала создавать бутстрепное 5В питание.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Среда, 2025-Апр-02, 14:23 |
| |
| |
| shwonder | Дата: Среда, 2025-Апр-02, 14:23 | Сообщение # 71 |
|
просветленный
Группа: Модераторы
Сообщений: 3328
Статус: Offline
| В целом так и есть. Вот только хочется добавить по электролитику в верхнее и нижнее плечо, ну что б хватало на питание драйверов.
вот не понял по п.9 , что вас смущает ? В этом месте меньше всего вопросов. ЛМ-ка там и не узнает , какая там скорость. А как более простой вариант - резистор и стабилитрон.
Я строил примерно такие узлы, на макете. И такое питание мне не понравилось. Попробую еще раз. А если нет, то поставлю преобразователь, как в модуляторе питание верхнего плеча. Там можно сделать несколько вторичек на одном кольце, и тс4420 потянет.
оптрону я ставил 330 и 470 ом , оно работало нормально, в модуляторы на 110 кгц там ставлю всегда 470 ом.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Среда, 2025-Апр-02, 14:45 | Сообщение # 72 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| Есть ещё один подводный камень - ёмкость между входом и выходом оптодрайвера. Я измерял LC метром, она составляет около 1-2пф на частоте 10кГц (больше тестер не может). То есть, для низких, 100кГц частот эта ёмкость не страшна и имеет большое сопротивление. Но, у нас же мегагерцовые частоты..
В средней точке полумоста будет 3МГц, амплитудой = силовому питанию. Этот ток неизбежно будет протекать через ёмкость вход/выход оптодрайвера и попадать на "разделитель фронтов". Красной линией нарисовал.
Когда будете делать макет, проверьте пожалуйста этот момент. Алгоритм такой.
1. Настройте весь мост при низком силовом питании, например 12В.
2. Затем, встаньте осциллографом в точку А.
3. Плавно повышайте силовое питание и наблюдайте за сигналом. Он неизбежно будет искажаться, я это уже проверял в похожих случаях, когда тестировал оптодрайверы.
- если в сигнале будет появляться ВЧ звон, его амплитуда не должна превышать предельное напряжение для микросхем "разделителя фронтов"
- возможно сигнал начнёт вообще ломаться, типа так (синий график):
- и, вполне возможно, при каком-то уровне силового питания этот сигнал так сильно "поломается", что работа драйвера и всего моста нарушится..
В таком случае, попробуйте на вход верхнего оптодрайвера поставить синфазный дроссель, с индуктивностью обмоток 2-10мГн (для 3МГц), он в теории должен снизить и ВЧ пульсации и "поломку" сигнала:
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Среда, 2025-Апр-02, 15:39 | Сообщение # 73 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| В теории, можно обойтись без оптопары.
Нужно просто разобраться, как работает верхний блок полумостового драйвера. Но, тут требуется очень умная инженерная голова)).
По входу нужно ставить два N полевика, высоковольтных, на сток-исток от 350-400В (если силовое питание брать от розетки). Их проходная ёмкость должна быть минимальной, чтобы исключить сильное просачивание силового ВЧ напряжения на затвор. А дальше дело за малым, узнать, как работает квадратик VHB UVLO и квадратик R-S-Q 
|
| |
| |
| rw6bw73 | Дата: Пятница, 2025-Апр-04, 12:49 | Сообщение # 74 |
 знающий
Группа: Пользователи
Сообщений: 154
Статус: Offline
| Драйвер для GaN транзисторов LMG1210 кто пробовал применять?
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2025-Апр-04, 14:26 | Сообщение # 75 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 976
Статус: Offline
| Цитата rw6bw73 ( ) LMG1210
Это абсолютно идеальный драйвер для полного моста на частотах до 30МГц, с силовым питанием до 200В https://www.lcsc.com/product....67.html
Однако:
- редкий
- дорогой
- планарный BGA монтаж
Вручную его категорически сложно запаять и совершенно не под силу будет пожилым. На сайте JLCPCB при заказе печатных плат есть услуга припаивания нужных деталей с сайта LCSC, т.к. по-сути это одна, общая контора. То есть, тебе не только могут плату сделать, но и запаять любую мелочь туда, включив их стоимость в стоимость платы. То есть, 1210-й драйвер можно было бы попробовать, несмотря даже на его высокую цену, и несмотря на то, что минимум 5 плат и 5 драйверов пришлось бы заказывать, но, он американский и в наличие всего 5шт.
Если будет возможность, попробуйте найти аналогичный драйвер на сайте LCSC, чтобы их в наличие было несколько тысяч штук. Азиатские компании всегда копируют микросхемы за американскими, LMG1210 была сделана в 2019 году. 6 лет уже прошло, наверняка китайцы скопировать успели за такой срок.
|
| |
| |
|
