|
Проектирование новых драйверов для передатчиков
| |
| канделябр | Дата: Понедельник, 2025-Апр-28, 21:30 | Сообщение # 106 |
 опытный
Группа: Модераторы
Сообщений: 695
Статус: Offline
| kotrad78,
Спасибо за столь обширный ответ! С такой пошаговой инструкцией можно и с китайцем попробовать пообщаться, чего я никогда еще не делал. Думаю получится. С драйверами 4452 все понятно, просто они у меня есть в наличии , потому и спросил. Буду ставить , значит, два параллельно. Ище хочется уточнить. По схеме моста из сообщения 101, на этой ветке, в случае применения карбидов вместо кремния нужно ставить диоды в затворы ? Все будем как в показанной схеме индуктивная связь , только два параллельных драйвера и карбиды. Там, в схеме, конденсатор после драйвера на 2,2 мкф тоже нужен "качественный" Или можно поставить типа МКР ?
|
| |
|
|
| valerzar1961 | Дата: Понедельник, 2025-Апр-28, 21:38 | Сообщение # 107 |
 знающий
Группа: Пользователи
Сообщений: 206
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 (  ) тогда уж лучше делать на сборке NCE30NP1812K
Спасибо за совет, но этих сборок у меня нет, и ждать их мне в лом, буду делать на том, что есть, испытаю, если понравится, тогда в свободное время можно будет подумать и над лучшим вариантом.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2025-Апр-28, 23:18 | Сообщение # 108 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| канделябр,
1. Да, диоды 1N4148 ставить надо, 2шт последовательно, на каждый затвор-исток каждого транзистора, катодом к затвору, анодом на исток. Желательно паять прямо на ноги с короткими выводами у диодов. Чем короче выводы, тем меньше будет ВЧ звон. А между затвором и второй обмоткой трансформатора разделительный конденсатор на 100нф, C0G диэлектрик. Так же, для каждого транзистора. Если конденсатор не ставить, диоды пшикнут сразу.
2. По первичной обмотке конденсатор тоже нужен с минимальным ESR. Если ставить абы какой, то из-за высокого сопротивления, и напряжение упадёт после конденсатора, и греться он будет сильно, и фронты снизятся. А в мостовой схеме снижение (расползание) фронтов опасно, может вызвать сквозной ток в плечах и перегрев транзисторов.
Если нет Low ESR на 2.2мкФ, можно поставить штук 5-6 обычных по 470нф параллельно. Вот такие жёлтые "капельки" китайские можно применить https://aliexpress.ru/item/1005008495628577.html Это те же SMD конденсаторы, просто очень плохого качества (диэлектрик X7R или ещё хуже) и залиты жёлтой субстанцией с выводами. У них очень большой ESR, но, если 5-6 параллельно ставить, то сойдёт.
К кондёру в затворе это тоже применимо. Вместо одного C0G 100нф, можно поставить 5-6 "капелек" параллельно по 22-33нф.
И вот, для сравнения и понимания.
"капелька" 100нф, ESR 3.2Ом
1210 SMD с диэлектриком C0G 100нф, ESR 0.04 Ом
Добавлено (2025-Апр-28, 23:32)
---------------------------------------------
Цитата канделябр ( ) МКР ?
Если под "МКР" имеется в виду плёночный, полимерный, типа CBB, то их лучше не применять на ВЧ частотах. Работать то они будут, но, у них индуктивность высокая, да и большие по габаритам.
В любом случае, при постройке мостовых передатчиков нужно всегда следить за уровнем сквозного тока. Это крайне важно!
1. Собрали полностью передатчик, подключили нагрузку на выход трансформатора
2. Вместо модулятора, подаём сначала 12В с блока питания, у которого выставить 2-3А ограничение тока и тепловизором или термопарой замеряем нагрев всех карбидов.
3. Если корпуса транзисторов холодные или чуть тёплые (до 40 градусов) - повышаем напряжение до 24В, и снова замеряем нагрев. И так до рабочего напряжения.
Если сквозной ток сильный и опасный, то транзисторы очень сильно нагреются уже при 12-36В. Если сквозной ток допустимый, будут горячими только на рабочем напряжении.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 00:39 | Сообщение # 109 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Сейчас покажу одно испытание, и оно вам не понравится).
Нашёл какой-то ферритовый бинокль амидоновский, не помню марку, но помню, что для КВ частот. Соорудил на скорую руку из него трансформатор. Первая обмотка и две вторичных. Каждая обмотка по 2 витка из проводков от компьютерной витой пары. То есть, коэффициент трансформации 1:1
На первую обмотку подал с генератора меандр 0..+5В. частотой 3.3МГц. Нагрузки никакой нет, кроме ёмкости щупов осциллографа.
Эксперимент 1.
Ко вторичным обмоткам ничего не подключено, только щупы осциллографа, в противофазе. Ну, чтобы сымитировать работу одного плеча мостового передатчика. Вот какой сигнал на выходе
На ВЧ бугры внимание не обращайте, это из-за "соплей" монтажа. Итак. Смотрим внимательно. На вход трансформатора мы подали 0..+5В. На выходе у нас тоже 5В, НО! от -2.5В, переход через 0 и до +2.5В.
Если мы увеличим входной сигнал до 0..+15В, На выходе будет -7.5В - 0 - +7.5В. Если увеличим сигнал на входе до 0..+24В, на выходе, соответственно будет -12 - 0 - +12В.
Если в передатчике применяем кремниевые транзисторы, то, они будут открываться только положительной полуволной. Для полного открытия кремниевых 10-12В на затворе достаточно. Сл-но, если у нас трансформатор 1:1, то, для полного открытия кремниевых, на первую обмотку нужно с драйвера подавать 20-24В.
А что делать с отрицательной волной? А ничего. Кремниевым мосфетам она не опасна, т.к., как я вчера приводил примеры, большинство кремниевых мосфетов имеют предел до -25..-30В на затворе. Эта отрицательная полуволна просто будет лишними 1-2Вт греть затвор и, соответственно драйвер.
А теперь, самый важным момент!! Обратите внимание, что при такой схеме сигналы пересекаются в районе 0. То есть, в положительной области они не касаются и сквозного тока через транзисторы практически нет. В этом - плюс такого питания затворов для кремниевых мосфетов.
Теперь переходим к карбидам. (в след. сообщении продолжу).
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 00:55 | Сообщение # 110 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Эксперимент 2.
Как мы уже знаем, карбид-кремниевые мосфеты очень мощные, очень живучие, высоковольтные, НО, они боятся отрицательного напряжения на затворе! Для большинства карбидов, безопасный предел -4..-5В, критический прожиг затвора при -8..-10В. При этом, карбидам нужно бОльшее напряжение открытия, хотя бы +15В. Сл-но, если мы на первую обмотку подадим с драйвера 0...+30В, на выходе будет -15-0-+15В. -15В гарантированно прожгут затвор карбида.
Как быть? Поставить на выходе вторичной обмотки разделительный конденсатор и диод, параллельно затвор исток, катодом к затвору. На входе те же 0..+5В, на выходе, на каждой обмотке по кондёру 100нф и одному 1N4148 диоду.
Что мы видим? На выходе ровно 0..+5В. Отрицательного напряжения нет, затвор карбида в полной безопасности.
НО!! Вылезает очень неприятная штука.
Вот она, красным пометил:
Или даже вот так, чтобы нагляднее было видно. Поднял с генератора напряжение до 0..+15В
Эта неприятная штука называется область пересечения управляющих сигналов на затворах. Все карбиды начинают открываться от +2.5..3.5В. И, как видим на графиках, эта область поднимается аж до 8В. При реальной нагрузке в виде карбидов, эта область может быть ещё выше и шире.
Что эта область означает? Она показывает место, где один карбид ещё не успел закрыться, как другой уже открылся. Таким образом, силовое питание сквозняком идёт сразу через оба транзистора, вызывая их сильный нагрев.
К чему это приводит на практике? К появлению сильных ВЧ звонов на выходе моста, которые как раз гасят диоды, включенные параллельно сток-исток каждого транзистора. А так же к повышенному нагреву всех транзисторов и снижению общего КПД. Если область "сквозняка" будет слишком большой, транзисторы могут сгореть из-за теплового перегрева кристаллов. Даже карбиды.
Вот такая вот неприятная особенность с карбидами для моста.
В следующем сообщении продолжу.
|
| |
|
|
| канделябр | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 01:07 | Сообщение # 111 |
|
опытный
Группа: Модераторы
Сообщений: 695
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) И вот, для сравнения и понимания.
Да, разница очевидна. По конденсаторам в затворы, возьму на заметку. Попробую их заказать, вместе с диодами ,по вашей ссылке у китайца.
А за МКР, я конечно же не имел ввиду ССВ. Не точно выразился, прошу пардону ! Никто, конечно же не должен читать мысли. У меня есть вот такие как на фото. По любому эти лучше чем ССВ. Габаритнее конечно чем в СМД исполнении, но им место все равно рядом с нагрузочным резистором, который на 20 Ватт по входу, так что здесь размер не критичен. Других нормальных и подходящих нет.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 01:08 | Сообщение # 112 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Как же вы итоге поступить?
Вариант 1.
Отказаться от карбидов и делать полный мост на трансформаторе (без кондёра и диодов на выходе) с применением качественных и мощных кремниевых мосфетов. Почему подчеркнул качественных, потому, что полностью избавиться от сквозного тока в трансформаторной схеме всё равно невозможно, он маленький, но будет. Если же у вас транзисторы будут по "100руб за мешок" с Али, они неизбежно будут пыхать, вызывая у вас только расстройство. Ставить нужно только фирменные, качественные, с большим запасом по надёжности.
Вариант 2.
Оставляем карбиды, но, отказываемся полностью от трансформатора, делая питание затворов по бутстрепному механизму. Этим я сейчас как раз и занимаюсь, проектирую, изучаю (86 сообщение на 6-й странице этой темы). При такой запитке затворов можно применить систему разделения фронтов, 33 сообщение в этой теме https://radiorubka.at.ua/forum/8-288-2
Эта система позволяет плавно регулировать ширину между сигналами на затворах, тем самым полностью исключив сквозной ток. Кстати, вот это расстояние между импульсами как раз и называется "мёртвое время", dead time.
Итог.
Если нужен рабочий мостовой передатчик "сейчас и сразу", то - на кремниевых транзисторах с запиткой затворов через трансформатор. Так сказать классика, проверенная годами.
Если интересен мостовой на карбидах, с высоким КПД, то, ждать результатов реальных испытаний, когда всё приедет и всё проверю). Хотя, может быть Швондер раньше меня сделает, он вроде как тоже заинтересовался этим.Добавлено (2025-Апр-29, 01:16)
---------------------------------------------
Цитата канделябр ( ) У меня есть вот такие как на фото.
Вроде 0.68мкФ? В таком случае, когда будете всё настраивать, для начала поставьте 3шт параллельно. Если есть осциллограф, то замерьте форму и амплитуду сигнала до конденсатора и после. Если после напряжение упадёт более, чем на 1В, поставьте 4-5шт. Как можно ближе друг к другу и как можно короче ноги.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Вторник, 2025-Апр-29, 01:11 |
| |
|
|
| канделябр | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 01:29 | Сообщение # 113 |
|
опытный
Группа: Модераторы
Сообщений: 695
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) Эта система позволяет плавно регулировать ширину между сигналами на затворах, тем самым полностью исключив сквоз |
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 01:49 | Сообщение # 114 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Цитата канделябр ( ) усложнит конструктив
Согласен, но, за КПД и бОльшую надёжность нужно платить свою цену.
Если что, сейчас подобрал два хороших, американских кремниевых мосфета, которые отлично подойдут для мостовых передатчиков с запиткой затвора от трансформатора.
1. STMicroelectronics STW24N60M2 https://www.lcsc.com/product....92.html средняя цена 2$
Нагрев в мосте при 100В питании (300Вт передатчик) около 15Вт на 3.3МГц
2. Infineon Technologies IPW60R120C7 https://www.lcsc.com/product....66.html средняя цена 4$
Нагрев при той же мощности почти в 2 раза ниже, около 9Вт. Есть задел на повышение напряжения до 150-200В, с повышением мощности передатчика до 0.5кВт и выше.
Оба транзистора кремниевые, для полного открытия затвора нужно 12В. При трансформаторе 1:1 драйвер нужно запитывать от +24В (или блок питания, или DC/DC повышайка 12 - 24В), либо же первую обмотку трансформатора оставить 2 витка и питание драйвера 12в, а вторые сделать по 3-4Витка (подбирать опытным путём).
Транзисторы по сток-истоку рассчитаны на 600-650В, что даст большой запас по напряжению. Если бы я строил полный мост на кремнии, то выбрал бы их.
|
| |
|
|
| igor_dzhunenko5 | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 02:44 | Сообщение # 115 |
|
ищущий
Группа: Пользователи
Сообщений: 86
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) Эта неприятная штука называется область пересечения управляющих сигналов
Возникла мысль. Может эта область уменьшится если диод включить не с затвора на исток, а последовательно, в разрыв затвора. А с самого затвора на исток включить сопротивление для остаточного разряда потенциала при закрытии транзистора.Добавлено (2025-Апр-29, 02:51)
---------------------------------------------
Диод типа sf18 или другой, быстро действующий. Добавлено (2025-Апр-29, 03:42)
---------------------------------------------
Пытаюсь понять причину возникновения этого пересечения сигналов. Это явление имеет такие факторы как время и уровень..А не зависит ли это время от времени переключения самого диода, т.е. его быстро действия? А величина этого уровня не является уровнем падения напряжения на том же диод? Может в данном случае диод начинает работать как стабилитрон?
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 05:51 | Сообщение # 116 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Цитата igor_dzhunenko5 ( ) Возникла мысль. Может эта область уменьшится если диод включить не с затвора на исток, а последовательно, в разрыв затвора.
Нет, так работать не будет. Для того, чтобы затвор ёмкостью 1500пф разряжался с 15В до 0В с частотой 3.3МГц, резистор между затвор-исток должен быть единицы Ом, или меньше. Если поставить диод последовательно с затвором, а между затвором и истоком резистор 1-2Ом, то ток через драйвер станет просто огромным, да и на диоде будет выделяться 5-10Вт.
Причин этого пересечения несколько.
1. Сам генератор (драйвер) не может выдавать строго вертикальные фронты. Они всегда немного наклонены.
2. Трансформатор, каким бы его не делать, никогда не будет иметь К трансформации 1. Всегда будет меньше 1. Это ещё сильнее наклоняет фронты.
3. Затворный резистор и монтаж дорожек, выводов, ещё сильнее вносят наклон фронтов.
4. И последнее - сама ёмкость затвора транзистора. Ёмкость затвора, это тот же конденсатор. Когда на него поступает импульсное напряжение, его сопротивление равно нулю. Конденсатор начинает постепенно заряжаться. Ключевое слово - постепенно. Следовательно, и канал сток-истока тоже начинает открываться постепенно. И при закрытии транзистора, такой же процесс. "Конденсатор" затвора разряжается через драйвер, у которого выходное сопротивление единицы ом (обычно). То есть, затвор так же, как и при заряде не может мгновенно разрядиться. А значит, и канал сток-истока не может мгновенно закрыться.
Говоря проще, на затвор карбида после трансформатора никогда не поступает прямоугольный меандр. На затвор поступает трапеция, с наклонными краями. А поскольку трансформатор имеет две обмотки, включенные в противофазе, в итоге и получается наложение сигналов.
Вот, никакой нагрузки нет, кроме ёмкости осциллографа. Сигналы уже пересекаются.
Подключаем нагрузку, имитация ёмкости затвора, фронты наклонились, область пересечения, сквозного тока увеличилась.
Многие пробовали решить эту проблему с трансформатором, но, пока никто не смог. Скорее всего решения и нет. По крайней мере простого.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 16:28 | Сообщение # 117 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) Скорее всего решения и нет. По крайней мере простого.
Есть один вариант, но, его надо проверять на рабочем макете мостового передатчика.
Карбиды делятся на две условные группы. Тем, кому для полного открытия нужно 18В на затвор, и тем, кому нужно 15В. Например C3M0160120D https://www.mouser.com/Product....w%3D%3D
Для 15В карбида безопасно опустить напряжение на затворе до 12В.
Вариант 1.
После трансформатора стоит конденсатор и один диод 1N4148 на затвор-истоке. С драйвера подаём 13В (т.к. примерно 0.7В диод на себя заберёт).
На затворе будет примерно -0.7В.. +12В. А поскольку вторичные обмотки противофазны, то точка пересечения двух сигналов будет в районе +6В. Это видно на осциллограмме, шкала 5В. Область сквозного тока выделил красным.
Вариант 2.
Последовательно с диодами ставим стабилитроны. А напряжение с драйвера поднимаем на разницу, которую поглотит стабилитрон. То есть, условно до 18В.
Напряжение на затворе стало примерно -5..+12В. -5В это уже порог безопасного, но до критического -8..-10 запас ещё есть.
Точка пересечения двух сигналов опустилась с +6В, до примерно +3.5В. Область сквозного тока закрасил красным.
Думаю, на практике работать должно, сквозной ток можно будет заметно снизить. Только нужно иметь кучу стабилитронов от 2 до 5В, всех номиналов, для реального теста. Поскольку моделирование не показывает ВЧ звонов, которые неизбежно будут опускать "минус" на затворе ещё ниже.
К тому же, стабилитроны предназначены для стабилизации постоянного тока, хз, как они себя покажут в работе на 3.3МГц.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Апр-29, 17:13 | Сообщение # 118 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| И вот ещё одна картинка для понимания безопасных пределов затвора у 15В карбидов
То бишь, если на 1N4148 диоде в реальности падает около 0.3..0.5В, то, чтобы отрицательная полка была в районе -4В, последовательно с диодом нужно подключать стабилитроны на 3.3В, 3.6В, 3.9В.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Вторник, 2025-Апр-29, 17:15 |
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Среда, 2025-Апр-30, 07:09 | Сообщение # 119 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) Точка пересечения двух сигналов опустилась с +6В, до примерно +3.5В. Область сквозного тока закрасил красным. Думаю, на практике работать должно, сквозной ток можно будет заметно снизить.
Весь вечер и всю ночь думал, и, кажись нашёл решение.
После конденсатора поставить резистор на несколько Ом, он будет наклонять передний фронт, увеличивая rise time, а параллельно резистору быстрый диод Шоттки, который будет делать более вертикальным задний фронт, fall time.
В итоге, получилось так:
Напряжение с драйвера 20В.
На затворе (в моделировании это конденсаторы) -5В..+14В
Точка пересечения сигналов с +3.5В опустилась до +1.7В
Сигналы общим планом, шкала осциллографа 5В.
И шкала 2В, точка пересечения более крупным планом.
Любые карбиды, при 1.7В на затворе будут практически полностью закрыты:
Теоретические решение, как применять карбиды в полном мосте с запиткой затворов от трансформатора найдено. Осталось проверить на практике. Кто сделает?)
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Май-01, 23:52 | Сообщение # 120 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Продолжаю тестирование новых драйверов.
Вчера в отдельную тему вынес Драйвер № 13 , проверка азиатских версий 74HC541 https://radiorubka.at.ua/forum/8-325-1
Сегодня тестирую следующий, номера немного не по порядку, мне просто так удобнее.
Драйвер №12, UCC27524P от Texas Instruments
Это версия с "ножками" DIP-8, а версию в SOIC-8 можете посмотреть на 1 странице 10 сообщение этой темы.
Цена:
2.18$ на Маузере https://www.mouser.com/Product....Q%3D%3D и есть много
1.7$ на LCSC и осталось 5шт https://www.lcsc.com/product....44.html
510р в ЧиД и ждать 7-8 недель https://www.chipdip.ru/product0/8005022882 (ЧиД походу в Маузере закупается, т.к. кол-во остатков одинаковое)
С Маузера и LCSC можно заказать через личную переписку с этим продавцом: https://aliexpress.ru/store/1103009080
Схема:
Выводы 1 и 8 управление каждого канала. Если на массу - драйвер выключается, если в воздухе или равно питанию - драйвер работает. На этих выводах можно сделать аварийное выключение передатчика, например, при высоком КСВ. На макете эти выводы в воздухе.
Поскольку корпус с ножками, то, решил его охлаждать как и оптодрайверы, то есть, 2мм по толщине и 5мм по ширине медную шину под пузо. Брал тут https://aliexpress.ru/item/1005007748142738.html
Шину отшлифовал с двух сторон на точильном бруске, чтобы ровная была. На металлизированные отверстия платы нанёс паяльную пасту, положил шину, выровнял и припаял феном. Нанёс на шину термопасту КПТ-8, плотно прижал микросхему и припаял ножки.
Затворные резисторы весьма сильно греются, поэтому, чтобы они не грели саму микросхему драйвера, сделал 1.5мм щель в плате, а выход драйвера и затворные резисторы соединил 0.3мм кусочком константановой проволоки. Покупал тут, стоит копейки: https://aliexpress.ru/item/1005007199646475.html Паяется отлично обычными припоем, на фото проволочка жёлтой стрелкой показана:
Микросхема будет отдавать тепло на медные полигоны платы, а чтобы они быстрее охлаждались, сделал много металлизированных, 1мм отверстий вокруг микросхемы. Вот как они видны на просвет:
Под затворными резисторами тоже вырез, для охлаждения. Эту плату разрабатывал ещё тогда, когда не знал, что SMD 2512 резисторы в затворе греются меньше, чем 3W выводные.
В следующем сообщении покажу результаты работы драйвера.
|
| |
|
|
|
