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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。--
正面.jpg 底部.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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  • 2018-11-16 22:51:27
 
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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。
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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。
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方案初步选定,下一步就是选个比较合适的封装外壳了。
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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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版主
  • 2018-11-20 23:28:26
 
直接上个600KHZ的炸鸡!
xd285070
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LV8
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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高级工程师
  • 2018-11-20 10:50:37
 
跟着楼主学习学习
xd285070
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LV8
副总工程师
  • 2018-11-22 00:11:24
  • 倒数10
 
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
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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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LV8
副总工程师
  • 2018-11-27 00:00:11
  • 倒数9
 
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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LV8
副总工程师
  • 2018-12-6 23:24:46
  • 倒数8
 
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。
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基本的样板正反面:
正面.jpg 底部.jpg
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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
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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
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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
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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
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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
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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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LV8
副总工程师
  • 2018-12-6 23:27:48
  • 倒数7
 
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
  • 倒数6
 
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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LV8
副总工程师
  • 2018-12-8 00:16:02
  • 倒数2
 
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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  • 2018-12-7 08:33:37
  • 倒数5
 
东哥,为你点赞!
admin
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  • 2018-12-7 09:14:40
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欢迎张版来支持新活动哈
lizlk
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  • 2018-12-7 14:25:56
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谢谢!
闪烁
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