Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Synchrongleichrichter 50V 20A mit LT4320


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von M. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Guten Morgen Forum,

ich überlege aktuell, ob ich für ein Transformatornetzteil mit 50V/20A 
auf konventionelle Brückengleichrichter setze und rund 20-30W 
Verlustleistung in Kauf nehme am Gleichrichter oder es mittels 
Synchrongleichrichtung probiere.

Geeignet erscheint mir als Steuerung ein LT4320 zu verwenden, jedoch 
sagt das Datenblatt man solle mit 30mV bzw. 50mV Spannungsabfall über 
den FET's eine Auswahl treffen. Mittels Ohmschen Gesetz müsste ich nun 
einen Fet finden mit RDSon < 0,5 mOhm, was vermutlich nicht möglich ist. 
Unter Vernachlässigung dieser Rechnung habe ich folgenden Fet 
exemplarisch gewählt: IPD110N12N3, RDSon < 11 mOhm, VDS 120V, ID bis 
75A, Gateladung ca. 50nC und Threshold-Spannung mindestens 2V.

Ausgehend von einer Erhöhung von RDSon im Betrieb auf 15mOhm wäre über 
einen FET eine Spannung von 0,3 V abfallend, also rund 0,6 V gesamt. Die 
Verlustleistung wäre dann schon nahezu halbiert. Kann ich diesen Fet 
nehmen, ich bin mir hierbei unsicher.

Freundliche Grüße

M.

von HildeK (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nur als Hinweis: bei 20A haben Si-Dioden mehr als 1V Drop.
FETs mit <10mΩ RDSon sollten auf jeden Fall zu finden sein, bei weniger 
als 1mΩ wird es sicherlich schwieriger.

von Harald W. (wilhelms)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
M. schrieb:

> ich überlege aktuell, ob ich für ein Transformatornetzteil mit 50V/20A
> auf konventionelle Brückengleichrichter setze und rund 20-30W
> Verlustleistung in Kauf nehme

Bei 1000W Nennleistung spielen 20-30W Verlustleistung so gut wie
keine Rolle.

von Hp M. (nachtmix)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
M. schrieb:
> Transformatornetzteil mit 50V/20A

Der Trafo allein wird auch schon reichliche 50W Verlustleistung bringen.
Willst du den Gleichstrom glätten, und wenn ja, wie?

von THOR (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
1000W Schaltnetzteile gibts auch, da ist alles drin. Die Meanwell SNTs 
kann man bestimmt von 48 auf 50V hochdrehen, da ist ne Einstellschraube 
dran.

von Blokierschraube (Gast)


Bewertung
-2 lesenswert
nicht lesenswert
Von Hand dreht nicht. Messer oder Engländer?

von schraubelocker (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
THOR schrieb:
> Einstellschraube

:-))) Expertenwisen!

von Harald W. (wilhelms)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
schraubelocker schrieb:

>> Einstellschraube
>
> :-))) Expertenwisen!

Meinst Du ein Wisent oder eine Wiese?

von THOR (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
schraubelocker schrieb:
> THOR schrieb:
>> Einstellschraube
>
> :-))) Expertenwisen!

Wenn die 12V NTs auf 14,4V hochgehen geht das 48V sehr wahrscheinlich 
auch auf 50V hoch.

von Blokierschraube (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Harald W. schrieb:
> Meinst Du ein Wisent oder eine Wiese?

Meint beides, Wisent auf Wiese.

von Miwi (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
M. schrieb:

> Ausgehend von einer Erhöhung von RDSon im Betrieb auf 15mOhm wäre über
> einen FET eine Spannung von 0,3 V abfallend, also rund 0,6 V gesamt. Die
> Verlustleistung wäre dann schon nahezu halbiert. Kann ich diesen Fet
> nehmen, ich bin mir hierbei unsicher.

Probier es doch einfach aus. Wenn es gutgeht: fein, wenn nicht, wieder 
was gelernt.

3mOhm-FETs findest Du als Typen bei Digi in ausreichener Menge, ggfs 
halt dort bestellen....

btw: Deine 50V: DC-Ausgangsspannung oder AC-Eingangsspannung?

MiWi

von M. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Guten Abend,

ich hatte einen langen Tag, sicherlich spielen 20-30W Verlustleistung 
gegenüber der Maximalleistung kaum eine Rolle, es wird jedoch nicht 
stetig diese Maximalleistung gefordert. Es handelt sich um 45VAC, die 
ich möglichst Verlustfrei in eine ungeregelte DC Spannung überführen 
will. Wenn es mit einem IC und vier Mosfets relativ unkompliziert ist 
einen Synchrongleichrichter aufzubauen und die Verlustleistung in diesem 
Teil zu verringern, dann habe ich einiges, was ich an Kühlaufwand 
einsparen kann.

Der Wirkungsgrad der Schaltung auf DC Seite wird geschätzt bei 75 
Prozent liegen, die Maximale Stromaufnahme in der Größenordnung von 15A. 
Ich habe mir jedoch angewöhnt in solchen Fällen erstmal eine sehr 
pessimistische Betrachtung vor einer genaueren vorzunehmen. Jedoch war 
ich mir hier nicht sicher, ob das mit dem IC und einem größerem Drop 
über den FETs funktionieren würde. Ich werde also bei meiner kommenden 
Bestellung (werde ich wohl wieder bei TME machen) einfach mal 
entsprechendes Material mitbestellen und das Ganze auf Basis von Trial 
and Error mal durchprobieren..

von Purzel H. (hacky)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn man keinen 0.5mOhm Fet findet kann man ja ein paar parallel 
schalten.

Ganz im Gegensatz dazu kann man Dioden nicht parallel schalten. !!

Aber das ist ja sicher bekannt.

Wenn man auf Diodengleichrichter macht, muessen die Dioden je nach 
Siebkondensator das Zehnfache bringen.

von Blokierschraube (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei 1kW schon sinnvoll, Synchrone GR.

Drossel hoher Induktivität vergrößert stark Stromflußwinkel. Wenn auf 
AC-Seite vor GR geschaltet, es tut auch Wicklung von X00W-Trafo ohne 
Luftspalt (Trafo größer besser, und Strom / Drahtdurchmesser aufpassen).

Nach GR müßte extra Drossel wo aushält DC-Vormagnetisierung.
Viel größer, und nicht jeder hat - dann kompliziert bauen oder teuer.

Große Stromflußwinkel = niedrige RMS-Wert Strom,
Verluste sinken werden stark.

Nehmen das, und niederohmigste Lösung wo hat noch Platz
(parallel schalten gute Idee ist).

von Blokierschraube (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
1 Die mit 0,5mOhm oder gar weniger, ich glaube nur Module gibt so.

von M. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ergänzende Rückfrage:

Der Verwendete Transformator hat zwei Sekundärwicklungen, die sich zum 
Parallelschalten eignen. Sehe ich es richtig, dass ich es leichter haben 
kann, wenn ich die Parallelschaltung erst nach der Gleichrichtung 
vornehme, also zwei identische Synchrongleichrichter aufbaue und diese 
dann Parallelschalten auf der Ausgangsseite. Hierbei wird sich jedoch 
neben einer gewissen geringen Differenz der Spannungen der 
Sekundärwicklung ja auch noch eine Differenz bedingt durch 
Exemplarstreuung von RDSon ergeben, hier bin ich mir auf den ersten 
Blick noch unsicher, ob ich mir hiermit neue Probleme einfangen könnte..

von mesier (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Miwi schrieb:
> Probier es doch einfach aus.
Man könnte es vorerst auch mit einer Simulation(*) versuchen.
Pv=4x575mW bei Vout=48V, Ilast=19A

V1 und L1 entsprechen den auf die Sekundärseite bezogenen Werten eines 
theoretischen Transformators (E192c, N1:N2=180:42) mit geschätzten 1% 
Streuinduktivität. Vor allem bei Ringkernen muß man daher mit höheren 
Pulsströmen/Verlusten rechnen.
Die Werte für Rpar, Cpar sowie Cs sind rein fiktiv um die Schwingneigung 
der Simulation zu unterdrücken. Allerdings kann diese auch praktisch 
relevant werden, da:
* reguläre GL-Brücken z.T. Entstörkondensatoren über den Dioden 
verwenden
* der Innenwiderstand des LT4320 ziemlich hoch ist

Der zweite Punkt kann also auch bei kleinen aber abrupten 
Laststromänderungen beim Übergang vom Transistor- in den Diodenbetrieb 
über Cgd Schwingungen bewirken. Eventuell sollte man den Hinweisen im 
Datenblatt folgen und den MOSFET eher nach Qg als nach Rds aussuchen. 
Damit ist auch die Parallelschaltung mehrerer MOSFETs für geringeren 
Widerstand nur sehr eingeschränkt möglich.

Der für die Simulation gewählte IPT020N10N3
http://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IPT020N10N3-DS-v02_00-en.pdf?fileId=db3a30433e9d5d11013e9e58035b0158
ist auch mit Vgsth(min)=2V am Limit des im DB zum LT4320 genannten 
Wertes.

Was die Parallelschaltung nach den Gleichrichtern betrifft - ohne 
zwingenden Grund (z.B. zu hohe Ströme für einen einzelnen GR) würde ich 
es nicht machen.

(*)
Naja, dass man erst den vom binären Modell LT4320.sub verwendeten 
Transistors SiR870ADP in standard.mos patchen (Rb=3m) sollte, dämpft den 
Enthusiasmus etwas, ist aber auch ohne Anpassung nicht besonders 
wichtig, da RB den Bahnwiderstand der, in diesem Fall nicht unbedingt 
relevanten, Bodydiode darstellt.
1
Questionable use of curly braces in ".model sir870adp vdmos(rg=3 vto=2.9 rd=3.2m rs=1.5m rb={m} kp=100 mtriode=1.85 cgdmax=1.4n cgdmin=70p cgs=2.9n cjo=3.6n m=.4 a=.7 vj=.7 lambda=20m is=3p ksubthres=.08 mfg=siliconix vds=100 ron=5.5m qg=53.5n)"
2
Error: undefined symbol in: "[m]"

von M. (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Guten Abend,

ich habe mal beschlossen, dass es nach Simulation klappt und somit ein 
Layout für diesen Teil der Schaltung vorentworfen. Mag da jemand mal 
kritisieren?

Anbei das Board, einmal ohne gefüllte Polygone und einmal mit gefüllten 
Polygonen. Der Verbraucher kommt rechterhand noch dran, daher nur links 
Bohrungen zur Montage.

von Mark S. (voltwide)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie willst Du die 4xTO-220 kühlen, mit einem Alu-Winkel? Der würde vmtl 
mit der Befestigungsschraube in der linken oberen Ecke kollidieren.

von M. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
So in der Art, entweder zwei Kühlkörper oder ein gewinkeltes Kühlblech, 
die Montagebohrung ist dann in der Tat im Weg, die werde ich wohl noch 
verlagern / oder ich muss noch eine Ausklinkung vorsehen..

von Bernd K. (bmk)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mesier schrieb:
> Eventuell sollte man den Hinweisen im Datenblatt folgen und den
> MOSFET eher nach Qg als nach Rds aussuchen.

Das ist auch meine Auffassung; es wird ja darauf hingewiesen:
"...selecting the lowest available total gate charge (Qg) for the 
desired RDS(ON)."

Ich würde Qg eher im mittleren 2-stelligen Bereich ansiedeln. Beispiel:
http://www.infineon.com/dgdl/irfh7885pbf.pdf?fileId=5546d462533600a40153561f36111ef7

80V sollte auch genügen, das ist auch max. Rating des LT4320.

Und der Strom geht ja abwechselnd durch 2 MOSFETs, das halbiert die 
Verlustleistung pro MOSFET.

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Zwölf M. schrieb:
> Ganz im Gegensatz dazu kann man Dioden nicht parallel schalten. !!

Schon mal probiert?
Ich schon, und war erstaunt, wie gut das geht. Man sollte allerdings für 
eine thermische Kopplung sorgen und selbst bei externer Erwärmung einer 
der beiden gab es kein Problem. Klar, exakte 50% Aufteilung erreichst du 
nicht, 40%<->60% aber schon und es gibt auch Doppeldioden in einem 
Gehäuse, da war das Ergebnis so bei 48%<->52% für die Stromaufteilung.
Wenn man jede Diode auf 2/3 des Gesamtstroms auslegt und bei 
SMA/SMB/SMC-Gehäuse den gemeinsamen Pol nahe beieinander auf die 
Kupferfläche lötet, reicht das völlig aus.

von Pandur S. (jetztnicht)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie gut auch immer die thermische Kopplung ist ... die Waermere hat eine 
tiefere Flussspannung und zieht daher mehr Strom. So laufen die 
voneinander weg, bis die Eine kaputt geht, dann geht die Andere auch 
gleich kaputt.

Nun koennte man die natuerlich mit je einem Seriewiderstand 
symmetrisieren, dass die 2mV/K wegfallen. Ja. Wenn man das moechte.

von Peter D. (peda)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich hab sowas mal für ne 24V/5A Trennstrecke gebaut, allerdings 40kHz 
Trafo mit Mittelanzapfung und TEA1795T + 2 * PSMN016-100YS. Ich brauchte 
keinerlei Kühlkörper.

von mesier (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
M. schrieb:
> So in der Art, entweder zwei Kühlkörper oder ein gewinkeltes Kühlblech,
Da du anscheinend kein Problem hast, den DFN zu löten, frage ich mich, 
warum es unbedingt TO220 sein soll.

Ein Toshiba TPH2R608NH (DigiKey ca. 0,7€) liefert in der Simulation ca. 
800mW. Selbst bei einem Trafo mit völlig unrealistischen Ri=10m, Ls=2.2n 
und Rload=5 (damit die Leistung unter 1kW bleibt) komme ich bei 
Ladeströmen von ca. 100A (Rser des C1 auf 10m) auf 1.9W.
Diese Verlustleistung kann mit der im DB angegebenen Kühlfläche (1in² 
2oz. Cu) bis zu Tu=50°C abgeführt werden.
Wenn Top- und Bottom-Layer identisch ausgeführt werden, kann man das mit 
ein paar Thermal-Vias auch noch steigern.
https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=15733&prodName=TPH2R608NH

von mesier (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mesier schrieb:
> Ein Toshiba TPH2R608NH
Da habe ich wohl bei der Selektion ein Feld zu viel erwischt - der 
verträgt maximal 75V, wird also allein schon durch die zulässigen +10% 
der Netzspannung versagen.
Die grundsätzliche Frage nach dem warum eines TO220 bleibt aber.

von Schlaumeier (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mesier schrieb:
> maximal 75V, wird also allein schon durch die zulässigen +10%
> der Netzspannung versagen.

TPH2R608NH ist schon ein guter Vorschlag. Vier davon in einem Modul (als 
gröberer Zukaufteil) mit LT4320-1 würde ich gerne für diverse andere 
Anwendungen nutzen. Damit würde ich über die 600Hz ein HF-Trafo für 
galvanische Entkoppelung schön dezentral verteilen.
75V sollen kein Problem sein, da LT4320 bei 80V auch schon aufgibt. Die 
nützlichen Einsatzgebiete sind maximal "48V", d. h. vier 12V 
Blei-Autobattarien in Serie. Die Ladeschlussspannung von so einem Paket 
ist dann nur 57,6V, darüber hinaus ist es wirklich nicht mehr sinnig. 
10% sind aber auch dann noch drin.

von Sammelfix (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ja ich würde auf jeden Fall den LT 4320 nehmen, lohnt sich immer bei 
längerem Betrieb und wenn man die Wärme aufwendig abführen müsste. Nur 
so kann mann passivnetzteile realisieren.

Ich habe leider auch nur 8 mohm RDSon Mosfets in SMD gehabt, allerdings 
bleibt das ganze bei 12V 20A einfach Handwarm, ein grosser Kühlkörper 
für die Mosfets ist von Vorteil(je geringer die Temperatur desto 
geringer der RDSon).

alte mainboards haben teilweise Mosfets mit 4-50 mohm RDSon, die kosten 
nichts.

Ich habe mir so unter anderem ein PC-Netzteil gebaut mit 300VA 
Ringkerntrafo
12V Schaltregler und Pico psu. Braucht sich vor einem 80+ Netzteil nicht 
zu verstecken. wirkungsgrad bei 200W 85%.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.