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原创 第十期产品组

探讨一下SIC MOS管驱动和应用于LLC中ZCS的情况

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xd285070
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副总工程师
  • 2018-11-15 23:43:06
如果楼主的作品对你的研发学习和知识储备有了很大的帮助,欢迎点击活动页面投上你宝贵的一票吧!
背景1:近段时间都在380输入的方案,一个整流以后就是6.700V的电压,常规的MOS和驱动都不行了,电流20a以上,900v以及1200v的mos,实在是少之又少,而且参数比常规的6.700v mos差的不是一点,SIC mos,这个看上去就非常不错,但是没有使用过,借本次机会好好的探索一番。-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

背景2:最近半年也没有搞LLC了,LLC给我感觉就2个地方不好处理,一个是磁性元器件,由于气息往往比较大,发热严重,很难优化。还有个就是保护的问题,
LLC一旦掉进ZCS状态,往往就是以炸鸡为结束。而电源应用和输出规格,五花八门,很难有一种比较健全的方案。SIC mos不是说反向恢复几乎等于没有,也就是结电容有点冲击电流,所以如果应用在LLC的zcs状态会怎么样?

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带着以上2个背景,觉得是必须要撸一把!
朋友送了10颗,C3M0065090J的SIC MOS,35A,900V 0.065欧,驱动电压极限是-8V到+18V,驱动建议是-4到+15V,QG 6.7nc,驱动电容660pf,VSD压降4.4V,反向恢复时间16ns,QRR 131nc,7L D2PQK封装,热阻1.1
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本帖分为2部分:
第一部分:是先设计一个驱动模块,打算是把次级的供电和信号,隔离到初级。封装在一个X电容盒子里面。
第二部分:在第一部分的基础上,画个全桥或者半桥的板子,用于功率测试,测试mos在ZCS状态下的表现。

小编:下图作为活动页面展示用,楼主可以自行调换,谢谢。--
123.jpg 34345.jpg



飘飘飘
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副总工程师
  • 2018-11-16 08:02:57
 
沙发是我的了,后面的乖乖排队吧。
gaohq
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  • 2018-11-16 08:34:11
 
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靖哥哥
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  • 2018-11-16 10:54:55
 
学习下,坐等楼主更新
wangdongchun
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  • 2018-11-16 20:49:09
 
对这块资料没有过多的接触  继续学习一下
antonine
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本网技师
  • 2018-11-16 22:51:27
 
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曾经沧海1965
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高级工程师
  • 2018-11-17 07:39:13
 
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xd285070
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副总工程师
  • 2018-11-19 00:28:11
 
谢谢关注,第一部分为隔离驱动模块,初步方案采用开环LLC加LDO得到正负电压,采用磁隔离芯片作为信号隔离级。
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开环LLC芯片初步打算采用其NCP1393作为主控芯片,这颗芯片外围十分简单很适合作为一个pwm发生源,外推一个SOT23-6的双mos。变压器打算采用一个小磁环,具体运行频率,体积多少,要找个合适的外壳以后,在打算,初步电源方案就是这样的。
---
信号隔离的磁隔离ic有很多,但是隔离ic有2个比较重要的指标,一个是隔离电压,一个就是共模瞬态抗扰度,SIC mos属于10ns级的,开关速度很快。
朋友推荐使用ADUM4120,这个隔离耐压5KV,共模抗干扰为150KV/US,也就是150V/ns,比较符合。价格大概在18块一颗,也不算是很贵,当然这里采用芯片隔离的原由是想把占空比提升到100%。比如用于BUCK或者BOOST级的大占空比是肯定的。如果只是一般的桥类拓扑,50%占空比完全是可以采用变压器隔离方案的,成本方案会便宜许多。
--
方案初步选定,下一步就是选个比较合适的封装外壳了。
--
PS:前面2天其实是实验下用一个同步BUCK芯片作为调占空比的LLC,实践效果很好的,在输入9-25v都可以稳压输出,只是BUCK芯片的工作模式导致在启动阶段不能带载输出,这个和用什么BUCK芯片很有关系,以后研究OK了,在来开贴吧。这里放2张前面测试的图片
1212.jpg 232323.jpg
xd285070
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副总工程师
  • 2018-11-20 00:23:40
 
隔离电源部分基本已经设计完毕了,选了半天的变压器,最终还是选了个磁环作为变压器,采用贴片的底座作为挂线端--
DC.jpg

星宇
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  • 2018-11-20 23:28:26
 
直接上个600KHZ的炸鸡!
xd285070
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副总工程师
  • 2018-11-21 00:01:34
 
频率会测试的,到时看看能跑多少K出来。
上面个原理图,谐振电容被短路了,哈哈哈,居然没人发现,不是朋友看见了,估计就要一错在错了。
更新下初始原理图,打算按现在的原理图,画pcb,看体积有多大,体积合适就可以在加点电容。
--
驱动模块原理图11-20.jpg
靖哥哥
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副总工程师
  • 2018-11-20 10:50:37
 
跟着楼主学习学习
xd285070
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副总工程师
  • 2018-11-22 00:11:24
 
把元器件封装导入pcb以后,大致估算了一下,在淘宝找了个X电容的外壳,看上去这个外壳应该差不多,把电路板塞进去,密封成模块--
体积.jpg
--
后面几天到深圳去三日游,占时就不更新帖子了
xd285070
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副总工程师
  • 2018-11-27 00:00:11
 
周末画好的板子,今天已经发出去打样了,行不行只有做出来才知道了--
1.0.png 2.0.png 3.0.png --
4.0.png


xd285070
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副总工程师
  • 2018-12-6 23:24:46
 
前段时间比较忙,终于挤了一天出来,调试了一下,基本达到了预期效果,只是和想象的还有一点差距,主要是带负载能力没有达到预期,发热相对有点严重了,不过能用。
--
基本的样板正反面:
正面.jpg 底部.jpg
--
塞到11mm厚的外壳和13mm的外壳,看起来13mm的比较合适:
11MM.jpg 13MM.jpg
--
上电测试一下,600K的频率去空载驱动一个30A,1200V的sic管子:
测试.jpg 600K测试.jpg
--
跑了半个小时升温OK以后,测下温度,最热的就是那个负5V的线性稳压IC:
温度.jpg
--
在测了下,在初级一直给PWM,辅助电源上电和掉电的情况:
上电.jpg 掉电.jpg
--
最后测试了一个模块的初次级电容大小,和模块的耐压,均没有问题:
初次级电容.jpg 耐压测试.jpg
--
总结:
    就一般管子而言,这个驱动应该还是可以的,虽然带载能力还是稍微弱了那么一点点。感觉板子空间利用率上还有优化的空间,或许把板子做成2层结构,在输入加一个dc-dc稳压,输出级直接开环LLC,那样子效率和带负载能力能提高不少,这个以后有时间在研究了,现在调试的模块,基本就调了下,初级半桥的谐振电容,图上是用了2颗224,实际用的2颗473,频率电阻5.6K,运行155K的频率,变压器那个磁环,改成了9:21,输入端的1欧限流电阻改成了0R。其他的没变。
   在输入上电和掉电测试中,pwm的开始和截止,因为把驱动ic的地放在了-5v上面,所以有一小段时间驱动的高电平最低只有7V的样子,稍微有点低。实际应用的时候,系统电源和主回路供电的不会存在这个问题,因为辅助电源建立远比PWM来得快,掉电比pwm来得慢。如果想达到高电平欠压为10V左右,那驱动ic的地就只能接输出的地,但是这样驱动模块就不能直接驱动IC,而要外接一个驱动IC,所以这个接法和应用有十分大的关系。

xd285070
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副总工程师
  • 2018-12-6 23:27:48
 
下一步:功率板的设计,测试一哈我们的主题,sic,mos管应用在ZCS条件下的情况
lizlk
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  • 2018-12-7 08:33:15
 
ADUM的次级供电VDD上,建议串联一个几欧的电阻,然后并电容滤波,这种隔离芯片,受电源影响非常之大,之前SL的隔离器,批量用过出过大问题。ADI的东西后面直接替换,可靠性要高于电容耦合隔离器。
xd285070
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副总工程师
  • 2018-12-8 00:16:02
 
哈哈哈,谢谢张工,捧场。图片中使用的就是磁隔离驱动ic,ADUM4120,ADI的,性能杠杠的,输出端本来就是加的线性稳压,当然现在没上电测试,还不知道实际应用的时候会怎么样,等画一版板子测试就知道了
lizlk
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  • 2018-12-10 09:09:22
 
哈哈,为你点赞!期待你又有新的思想面世。
xd285070
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副总工程师
  • 2018-12-10 20:42:30
 
哈哈哈,这个只有测试了才知道,眼见为实
lizlk
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  • 2018-12-7 08:33:37
 
东哥,为你点赞!
admin
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  • 2018-12-7 09:14:40
 
欢迎张版来支持新活动哈
lizlk
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  • 2018-12-7 14:25:56
 
谢谢!
nc965
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  • 2019-4-14 09:53:58
  • 倒数6
 
你这个副边隔离驱动原边的方案很有价值,建议进一步优化成标准模块。
星宇
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  • 2019-4-14 15:42:57
  • 倒数5
 
就是一个开环LLC!
xd285070
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  • 2019-4-17 14:14:25
  • 倒数4
 
主要就是那个隔离电源,体积要小,现在是用ncp1393开环驱动半桥mos,如果是有那种固定50%占空比的同步buck芯片,外围会变的非常简单
闪烁
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  • 2018-12-9 08:53:54
 
坐等楼主更新
xd285070
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副总工程师
  • 2018-12-10 20:44:33
 
乘着调休,画了功率板子,直接用铝基板,驱动模块输出通过排线直接接到功率板上,变压器那些直接外置,至于是跑开环闭环,到时再看吧,目测跑开环的比例较大
--

星宇
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  • 2018-12-10 21:23:14
 
准备路多高频率?
xd285070
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  • 2018-12-10 21:50:41
 
先整个300?
星宇
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  • 2018-12-10 21:57:02
 
4427这个骗子能跑300?
xd285070
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  • 2018-12-18 01:07:45
 
实测就知道了
xd285070
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副总工程师
  • 2018-12-18 01:08:56
 
板子已经回来咯,用热台10s不到,搞好一个,果然爽
--
预计这周能出个结果
32320.jpg 2212.jpg
星宇
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  • 2018-12-18 01:17:52
 
加油,整好了耍一盘600KHZ!
chaos2008
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  • 2018-12-18 08:16:02
 
请问下这种铝基板找哪家可以做?谢谢
gaohq
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  • 2018-12-18 09:39:07
 
PCB厂家都可以做吧,以前搞LED灯的时候经常用到铝基板贴灯珠的。
xd285070
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  • 2018-12-18 10:17:46
 
在那个配捷做的,他标称是2kv耐压,实验用而已,如果是做产品,肯定要用耐压4KV的,只是交期比较长
chaos2008
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副总工程师
  • 2018-12-19 07:44:44
 
好的  谢谢
gaohq
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  • 2018-12-18 16:49:22
 
热台是个什么? 没用过。
joezzhang
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  • 2018-12-18 17:00:14
 
驱动芯片和SiC在同一块铝基板上,当心共模噪声

30V/ns的边沿,还是把驱动芯片扣起来悬空,飞线下去接驱动电阻安全点
星宇
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  • 2018-12-18 17:36:45
 
驱动芯片好像没有跟mos在一起吧!
joezzhang
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副总工程师
  • 2018-12-18 23:10:31
 
4427?
我说的是驱动芯片,不是控制芯片
xd285070
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LV8
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  • 2018-12-25 23:46:38
 
看兄弟这话语,怕是已经突破黄金级别了,真的发生了,4427那芯片直接被干死,干到pwm乱跳,以超高频输出,10多m,BOOM了2次以后,才算是PK掉,当然可能也不止是芯片的原因,最初是把驱动模块飞线插到铝基板以后在驱动mos,那个飞线可能也有原因。
--
大致如下效果,30v不到就炸了2次,那个干扰强烈到能干扰辅助电源显示
架构.jpg 乱.jpg
xd285070
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LV8
副总工程师
  • 2018-12-26 00:29:35
 
   最终还是把铝基板上的驱动芯片拆掉,改用小板直接驱动,OK了,测试的时候是慢慢加大电压,各种负载测试比如100v输入,200v输入,10a输出,20a输出等,这里那就以我们正常400v输入电压为例,输出功率一直从500W加载到3000W,最终由于飞线原因,输出引线在40a电流下,由于焊点不够牢靠,直接热蹦了,吓人一跳还以为是炸管了,因为3000w输出的时候,峰值电流已经顶住管子的额定电流,切工作在ZCS状态,完全的硬开关,频率也比较高。  由于篇幅的关系,这里就不一一把调试过程很完整的写出来了,直接上大料。
--
实验是这样的,随意找了pq3230,和pq2625骨架,谐振点按300K设计,FPGA直接出波260K,死区150ns的pwm,开环运行,谐振电感10uh左右,谐振电容用了2个473串联,K值大概是7-8左右,输出全桥整流滤波,接电子负载。
驱动就像楼上说的,直接用设计的那个驱动模块驱动SICmos,直流输入电压400v。
--
战场.jpg 驱动级.jpg 900W (2).jpg
--
这里说一下波形名称,黄色半桥中点,绿色下管GS,蓝色谐振电流倒相显示,紫色谐振电容波形
这里测试了几个功率段下的波形
忘了拍,空载波形,软开关的,这个不用当心。
--
先来个900W输出波形
900W.jpg
--
1350W波形
1350W.jpg
--
1900W波形
1900W.jpg
--
2000W波形
2000W.jpg
--
2100W波形
2100W.jpg
--
2450W波形
2450W.jpg
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2750W波形
2750W.jpg
--
3000W波形
3000W.jpg


xd285070
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  • 2018-12-26 00:36:12
 
小结:   看到波形的时候,真的没想到会这么好!!!是真的很意外,SIC 固然名不虚传,用这个做LLC,确实可以办到限制一下峰值电流,随意撸,不用担心不小心进入ZCS状态下,管子直通,虽然这个时候,管子是硬开通还带比较大的电流,但是短时间是不会炸掉的,只要稍作处理就很放心了。眼见为实,耳听为虚,后面有空更新下运行在高于谐振频率下的波形,那个时候也可能是硬开关开通,但是那个硬开和上面的硬开是不一样的,有兴趣的可以继续关注。  本帖在这里基本就结束了,测试基本OK,么问题哈!

lizlk
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  • 2018-12-28 11:37:05
 
恭喜你圆满收官,接下来看看发个350K波下去,试试什么情况?
xd285070
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副总工程师
  • 2018-12-28 14:43:28
 
别说350,500肯定要上的,只是最近忙的很,设备都被占起的,等下个月闲一点再来,,,
lizlk
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  • 2018-12-28 15:54:34
 
SIC ZCS专贴走起?
星宇
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  • 2018-12-28 21:58:21
 
先整个600KHZ,1.5-2K的加热电源玩玩!
xd285070
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LV8
副总工程师
  • 2018-12-28 23:47:59
 
我还在想这铝基板怎么才能快速把元器件拆下来
xd285070
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LV8
副总工程师
  • 2018-12-28 23:46:25
 
这个贴就是哈,感觉用这玩意做个高频的PFC应该效果也很好,明年看怎么撸,撸个铝基板的模块电源出来
lizlk
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版主
  • 2018-12-29 14:45:57
 
可惜后还是没有看到ZCS是什么样子啊。
xd285070
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LV8
副总工程师
  • 2018-12-29 15:21:22
 
41楼,2450w到3000w就是zcs的波形啊,本贴的目标就是测这个波形
lizlk
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版主
  • 2018-12-29 15:52:13
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有点失望,我还想看看ZCS下,波形冒点刺,这感觉你做了个假ZCS了次级二极管电流这个时候,也是ZCS吗?
cool007
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LV6
高级工程师
  • 2019-1-7 08:40:33
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要不楼主跟版主先核对下对ZCS的定义是否一致?
星宇
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版主
  • 2019-1-7 09:55:54
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你这话有点伤人啊!
lizlk
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版主
  • 2019-5-25 14:30:31
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不懂幽默
xd285070
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LV8
副总工程师
最新回复
  • 2019-5-27 17:59:58
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哈哈哈,就是
joezzhang
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LV8
副总工程师
  • 2019-1-7 19:56:58
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哈哈, 我是看了松下GaN MOSFET的应用文档.

这个共模噪声一个处理不好就到处跑, EMI可以往后放一放, 炸鸡是一定要先解决才行
sic-mos-sbd
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LV2
本网技师
  • 2019-5-25 10:22:37
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