microTC

      3.8.2004 Nedávno mě na HV fóru zaujal thread "World's smallest SSTC" (nejmenší SSTC na světě), kde se dva šílenci předháněli ve výrobě skutečně miniaturní SSTC subpalcových rozměrů a to včetně elektroniky narvané dovnitř sekundární cívky. Řekl jsem si, že se pokusím taky něco takového postavit. Chvíli jsem bádal nad rozměry, jak hodně malé je zvolit, abych těm dvěma ukázal, ale nakonec jsem si řekl, že to nemá s miniaturizací cenu přehánět. Není pro mě žádný problém navinout sekundár třeba na centimetrový kousek brčka od limonády, ale otázka je, jestli to ještě vůbec bude jiskřit a hlavně jakým kusem křemíku to ubudit na tak vysoké frekvenci. Takže jsem rozměry zvolil spíše podle materiálu co byl k dispozici. Sekundár jsem ručně navinul na plastovou trubku (nevypadá na PVC) průměru 21,5 mm a délky 41 mm drátem Cul průměru 0,066 mm. Vzhledem k tloušťce drátu, ne o moc tlustšího než lidský vlas, a tvaru cívečky z relé, nešlo použít strojního vinutí. I přes velkou opatrnost, kterou jsem vinutí věnoval, se mi těsně před koncem zašmodrchal drát a tak jsem musel vinutí asi po 2 hodinách předčasně ukončit s tím, že asi 5 mm trubky zůstane nevyužito. I tak jsem ale navinul slušných 470 závitů. Detaily vinutí jsou zde. Pak následovalo nalakování akrylátovým lakem a jako už klasicky jsem podstavec udělal z plexiskla. Primární vinutí ještě nemá finální podobu a bude se teprve přizpůsobovat budiči.

microTC photo

      Rezonanční frekvence sekundáru spočtená programem MANDK vychází kolem 3 MHz, v praxi je velmi citlivá na změnu zakončení. Se samotnou jehlou je to kolem 2,6 MHz, pověsím-li na ní doutnavku, klesne na 2,4 MHz a s tenisákem obaleným alobalem klesne dokonce k 1,4 MHz. Při ladění jsem taky zjistil, že jakost rezonátoru je poměrně nízká, což je právě způsobeno vysokou frekvencí a ultratenkým drátem. Již samotný stejnosměrný odpor těch 32 m drátu činí 330 ohmů a na pracovní frekvenci bude díky skinefektu ještě větší. Později jsem pomocí spektráku a rozmítaného VF generátoru zkusil změřit kmitočtovou charakteristiku (už s připevněným mini-toroidem). Jsou zde vidět i peaky od vyšších rezonančních módů. Podle změřené šířky pásma rezonanční křivky mi vyšlo Q na prázdno asi 60.

microTC spectrum-wide microTC spectrum-narrow

      Nyní přichází otázka, čím microTC budit. Moje první myšlenka byla použít výkonové dvojité hradlo AND 75451 od TI, jenž má výstupy s otevřeným kolektorem schopné dodávat proud až 400 mA a závěrným napětím 30 V v zapojení push-pull, tedy se středovou odbočkou na primáru. Tato topologie má nevýhodu v tom, že při výpadku budicího signálu (než se obvod rozkmitá) zůstane vždy jeden z koncových tranzistorů sepnutý a vinutím tak bude procházet veliký SS proud. Pro jednoduchost jsem to ošetřil výkonovým 7,5ohmovým odporem v napájení.

Push-pull driver schematics

      Tento obvod však v praxi pohořel a to doslova. Problém byl hlavně v tom, že už při napájecím napětí 10 V, dosahovalo špičkové napětí Uce max. dovolených 30 V. Při napájení 12 V se už pouzdro obvodu rozprsklo. Ještě než jsem to odprásknul, tak se mi podařilo vybudit asi 5 mm koronu sršící z hrotu jehly. Zajímavé taky bylo to, že průběh výstupního napětí nebyl obdélníkový, ale velmi připomínal jednocestně usměrněnou sinusovku. Proto taky obvod tak topil, když nepracoval v čistě spínacím režimu.

microtc hand-winding suxx microtc first light microtc 5mm corona Push-pull Uce oscillogram blowed 75451

      18.8.2004 Po neúspěchu s prvním obvodem jsem zkusil push-pull posílit dvěma výkonovými MOSFETy IRF630 (Udsmax = 200 V, Id = 9 A, Rdson = 0,4 Ω) buzenými budiči UCC2731/2. Ale ani to nedopadlo moc dobře. Místo zpětné vazby z anténky jsem to budil TTL generátorem a mimo rezonanci se na FETech objevovaly velmi nepěkné špičky (několik desítek V při napájení z 5 V). Při ladění se mi pak z ničeho nic odkouřily budiče, FETy přežily.
      Takže jsem se rači vrátil zpět k osvědčené topologii polomostu.

Half-bridge driver schematics

Použil jsem opět MOSFETy IRF630, zejména kvůli relativně malé kapacitě hradla a slušným dynamickým parametrům. Kolem nich je klasická síť diod vyřazující z činnosti pomalé interní diody. GDT jsem navinul na feritový prstenec z monitoru trifilárně 7-mi závity. Možná počet závitů ještě snížím, protože pokles temen impulsů (droop) a růst SS odběru naprázdno je patrný až někde pod 100 kHz. GDT je buzen dvojicí UCC27321/2D (invertující a neinvertující gatedriver) přes oddělovací kondenzátor. Na deadtime jsem se tentokrát vykašlal, větší ztráty na FETech oželím. Celý polomost včetně výroby tišťáku jsem měl hotový asi za 4 hodiny. Po zapnutí mě však čekalo nepříjemné překvapení - budicí obvody UCC se na vysokých frekvencích velmi roztápějí. Tomu se ale nelze moc divit, když podle příkladu uváděném v datasheetu vychází pro zátěž 10 nF maximální frekvence 300 kHz a pro 3 MHz tak lze obvod zatížit jen 1 nF. Abych budiče neuvařil, musel jsem snížit jejich napájecí napětí na asi 5 V (při SS odběru 200 mA), což je jen kousek nad prahovým napětím FETů. Můstek šel sice krátkodobě provozovat při Vdd = 12 V, ale hodně topil.
      V první řadě budu muset vyměnit 2W zenerky v gejtech za nějaké menší, protože tyto mají příliš velikou kapacitu, něco kolem 500 pF (pro sériovou kombinaci). Dále pak chci vyměnit budicí IO za typ UCC27321/2DGN s heatspreaderem na spodku pouzdra a ještě si pohrát s GDT. Možná koupím nějaký lepší prstenec a převinu ho.

      11.9.2004 Na elektronice polomostu jsem provedl četná vylepšení:
1) Výměna 20 V / 2 W zenerek za 18 V / 0,5 W. Kapacita antisériové kombinace klesla z 500 pF na 90 pF, čímž se budičům značně odlehčilo.
2) Výměna budičů UCC27321/2D za UCC27321/2DGN. Přesto že jsou menší, díky kovové plošce na spodku jsou schopny rozptylovat 2x více ztrátového tepla. Díky tomu jsem mohl zvýšit napájení až na 8 V (při odběru 330 mA), kdy už FETy spolehlivě spínají.
3) GDT jsem převinul na nový, z dřívějška osvědčený, feritový toroid FT 82-43. Vzhledem k jeho menší permeabilitě jsem musel namotat více závitů. O něco se zlepšil průběh napětí na gatech.
4) Vložení 1ohmového odporu do série s gatem na zatlumení zákmitů.
5) Přidání externích free-wheeling schottkyho diod BAT48 na výstupy budičů. Toto se neprojevilo naprosto nijak, ale už se mi je nechce vypajovat.
      Po těchto úpravách jsem provedl test při napájení můstku nízkým napětím. Prvních viditelných výbojů jsem dosáhl při 12 VDC. Výboj měl protáhlý tvar bez větvení, jakoby prodlužoval hrot jehly a nevydával žádný zvuk. Dále jsem zvyšoval napětí na 16 VDC a 35 VDC / 1,6 A, kde už byl výboj větvený a syčel. Max. délka jiskry asi 1,5 cm do vzduchu. Při tom už můstek pěkně topil. Pak jsem zkoušel napájení jednocestně usměrněným napětím až 48 VAC, kdy jiskry dosahovaly 2 - 2,5 cm. Zde už začalo docházek k přeskokům ze sekundáru na těsně navázaný primár (6 závitů), takže jsem primár převinul na větší průměr a 5 závitů. Zkoušel jsem i zapojit do primárního obvodu rezonanční kondenzátor 3,9 nF, ale k výraznému zlepšení nedošlo. Naopak když jsem experimentoval s přídavnou kapacitou na vrchu sekundáru, místo toroidu jsem tam postavil plechový startér pro zářivky, tak se vývoje výrazně prodloužily až na 4,5 cm. Tím se také snížila rezonanční frekvence někam na 1,7 MHz.
      Bohužel jsem zjistil jednu velmi nepříjemnou věc, že se mi už při těchto malých výkonech přehřívá sekundární vinutí, díky použitému tenoučkému drátu s velkým odporem. Na to jsem přišel až později, kdy už byla patrná deformace lakovaného povrchu vinutí vlivem tepla. Jediná možnost, jak přehřívání zabránit a zachovat slušnou délku jisker, je snížit střední hodnotu příkonu snížením provozní střídy. Tedy použít ideu ISSTC - Interrupted SSTC (přerušovaná SSTC). Pro tento účel mám z můstku na konektor vyveden vstup enable obou budičů, kam stačí připojit TTL signál s danou střídou o frekvencí několik Hz až kHz. Tak jsem zvědav, jak to pomůže.

halfbridge circuitry halfbridge sparks at 48VAC


ISSTC budič ve třídě E

      3.8.2010 Letošní Teslathon se kvapem blíží a tak abych předvedl aspoň něco nového, rozhodl jsem se narychlo oživit projekt microTC s novým typem SSTC driveru ve třídě E. Tento typ zapojení pro mě není žádná novinka, už před lety jsem ho viděl na stránkách průkopníků Dereka Woodroffa a Richieho Burnetta, kteří úspěšně postavili Class-E teslák pracující na frekvenci 4 MHz. Byl jsem však příliš zahleděný do svého polomůstku, který kvůli problémům s GDT nefungoval zrovna nejlépe. Teprve po debatě s jedním slovenským kolegou, který také úspěšně postavil HF-SSTC ve třídě E jsem nabyl přesvědčení, že je to jediná správná cesta pro SSTC na takto vysokých frekvencích.
      Zapojení ve třídě E využívá měkkého spínání a rozpínání spínače při nulovém napětí, takže v ideálním případě jsou zde pouze vodivostní ztráty dané Rdson použitého MOSFETu. Vtipně se zde také využívá kapacity Cds, která se stává součástí rezonančního obvodu primáru (o tolik se zmenší použitá kapacita kondenzátoru Cr). Toto zapojení má navíc dvě praktické výhody - odpadá na vysokých frekvencích problematický GDT, resp. stačí laděný GDT pro přenos sinusového průběhu a odpadá druhý MOSFET, takže při havárii je škoda jen poloviční :) Nevýhodou může být to, že napětí na spínači dosahuje až 4-násobek napájecího napětí, takže pro provoz přímo z usměrněné sítě by bylo potřeba sehnat rychlý MOSFET s malým Rdson na 1300 V + rezerva, což asi půjde dost těžko. Je tedy potřeba nějaký napájecí zdroj s nižším napětím, asi 50 - 150V. Špičkový proud Id dosahuje asi 3,5-násobku střední hodnoty odebírané ze zdroje.

microTC class-E driver microTC class-E driver microTC class-E driver PCB bottom

      Na stavbu driveru jsem měl jen pár nocí, takže jsem nevymýšlel žádné složitosti a obvod jsem zadrátoval na kus univerzálního plošňáku. Jako spínač jsem použil obyčejný IRFP460 z šuplíkových zásob. Lepší by byl samozřejmě nějaký modernější typ, např. STW20NM50, který je rychlejší, má menší Rdson a výrazně menší kapacitu gate. Lze ho objednat v TME asi za stovku. Pro jeho buzení jsem použil osvědčený gatedriver TC4452 od Microchipu v robustním pouzdru TO-220, který jsem krmil z laditelného TTL generátoru do 14 MHz s 74HCT4046. Při buzení takto velkého MOSFETu se už kapánek zapotí, jeho chladič má kolem 45 - 50°C při napájení ze zdroje 15 V a odběru 0,46 A. I samotný MOSFET s větším chladičem se po chvíli trochu ohřál, což svědčí o značném budícím výkonu.
      Když jsem se podíval na gate MOSFETu digitálním osciloskopem, objevil jsem nelibě vypadající VF zákmity asi 100 MHz superponované na základní průběh, který ještě vcelku připomíná obdélník. Napadlo mě, zkusit je zabít feritovou perlou, kterou jsem kuchnul ze starého CRT monitoru, jenž byla navlečená na nožičce výkonového tranzistoru nebo diody. Navléknul jsem tedy perlu na gate IRFP460, ale za pár vteřin po zapnutí se zní začalo kouřit! Průběh byl ze začátku velmi zatlumený, něco mezi sinusem a trojúhelníkem, ale jakmile se ferit ohřál nad Curieovu teplotu (asi za 20 s), prudce klesla jeho permeabilita (a indukčnost spoje) a amplituda Ugs se vyhoupla přes 20 V. Amplituda rušivé frekvence se ještě mnohanásobně zvýšila. Nečekal jsem, že taková malá feritka tolik zvedne indukčnost. Dále jsem zkusil průběh zatlumit klasicky sériovým odporem napřed 0,82 Ω / 2 W a pak 2,2 Ω / 2 W, ale moc to nepomohlo, pouze se snížila rušivá frekvence, nikoliv však její amplituda. Zato však odpory náramně topily, až 102°C resp. 195°C. Když jsem se na průběh Ugs podíval doma na svém analogovém osciloskopu s šířkou pásma jen 50 MHz a sondou 1:10, žádnou rušivou frekvenci jsem tam neviděl. Takže jsem se nakonec na zatlumení vykašlal a nechal výstup gatedriveru připojený přímo na MOSFET.

Ugs-direct Ugs-with ferrite bead Ugs-with ferrite bead over Currie temperature Ugs-direct, analog scope
Ugs (přímo) Ugs (přes feritku, T<Tc) Ugs (přes feritku, T>Tc) Ugs (přímo, analog.)

Zde je schéma zapojení:

Class-E driver schematics

      Primár tesláku spolu s kondenzátorem Cr a nelineární kapacitou Cds MOSFETu tvoří paralelní rezonanční obvod, který je naladěn na rezonanční frekvenci sekundáru. Při frekvenci 2,25 MHz mi vycházel rezonanční kondenzátor 5,5 nF a po odečtení Cds 870 pF vyšlo 4,63 nF, takže jsem použil nejbližší hodnotu 4,7 nF v pulsním fóliovém provedení WIMA FKP1 na 1250 VDC. Vazební kondenzátor Cc pouze blokuje DC složku z napájecího zdroje a měl by mít dostatečně velkou kapacitu, aby na pracovní frekvenci byla jeho reaktance zanedbatelná. Použil jsem fóliák WIMA MKS 150 nF na 1000 VDC (Xc ~= 0,5 Ω). Tlumivka vytváří z hlediska střídavého obvodu zdroj přibližně konstantního proudu a filtruje zvlnění odebíraného proudu ze zdroje. Její velikost se volí tak, aby výsledné proudové zvlnění bylo asi 5 - 10 %. Já jsem sáhnul po nejbližší dostupné toroidní tlumivce z nějakého spínaného zdroje s indukčností 120 µH. Nejlepší by byla vzduchová tlumivka, ale lze použít i některé typy s železoprachovým jádrem, viz tabulka. Natrefil jsem zrovna na dobrý materiál jádra, takže se cívka za provozu vůbec nehřeje. U feritů se obávám, že bez vzduchové mezery v jádře by došlo k přesycení procházejícím (poměrně velkým) DC proudem. Podle výpočtu by mi pro 5% zvlnění mělo stačit 68 µH, ale když jsem to později zkoušel, osvědčila se mi spíše větší indukčnost.
      Při prvním testování jsem použil k napájení jednocestně usměrněný a vyhlazený výstup z reguláku (filtrace elytem 2,2 mF / 80 V) v sérii se 100W žárovkou jako omezovač proudu. Obvod ale odebíral příliš velký proud, takže žárovka svítila jak divá a výboje byly jen pár mm. Změřil jsem osciloskopem napětí Uds MOSFETu, zda-li odpovídá očekávání. Měla by tam být vidět zhruba půlsinusovka, jejíž druhá polovina má nulové napětí. Pokud je tam povlovný pokles, který nedosáhne nuly nebo naopak překmit do mínusu (u MOSFETu ho ořízne vnitřní substrátová dioda), tak je obvod přetlumený resp. nedostatečně tlumený a dochází k tvrdšímu spínání MOSFETu a jeho většímu proudovému namáhání. Správné tlumení lze docílit vyladěním činitele vazby primár - sekundár a počtem závitů na primáru, případně externím přizpůsobovacím obvodem jaký se používá u vysílačů. Průběh vypadal OK, takže jsem žárovku vyřadil. Malý výboj do vzduchu se zapálil už při 10 V. Další oscilogram z DSO je měřen při napájecím napětí 15 V a odběru asi 2,2 A. Proud primárem jsem měřil přes bočník 30 mΩ, dosahuje rozkmitu asi 13 App. Napětí Uds na MOSFETu je asi 50 Vpp a Ugs asi 24 Vpp (napájení gatedriveru jsem snížil na 12 V, protože jsem chtěl použít malý spínaný síťový adaptér 12 V / 1 A).

first light Uds scope all voltages scope
první zapnutí Uds @12V Ugs, Uds, Ip, Up @15V

      Při tomto CW provozu se MOSFET docela dost zahříval a sekundár tesláku doslova vařil (na povrchu laku se mi po chvíli vyfoukla bublina). Vyřadil jsem tedy filtrační kondenzátor a napájel pouze z jednocestně usměrněného reguláku. Při krátkodobém vytočení zhruba na 50 V to už dávalo solidní výboje přesahující výšku samotného sekundáru. Zkoušel jsem ze zvědavosti ladit generátorem níž a zjistil, že to docela obstojně pracuje i na poloviční budící frekvenci, dokonce i na f0/3, f0/4, atd. (výboje byly skoro stejné jako na f0, u hodně nízkých frekvencí už výrazně slabší), avšak toto experimentování skončilo proraženým MOSFETem. Tipuju, že to bylo nejspíš výkonovým přehřátím, protože na chladiči se pak už nedala udržet ruka. Zde je tabulka, kde to všude rezonovalo a jaký byl odběr ze zdroje:

f [kHz] Uav [V] Iav [A] P [W]
160 10,0 1,2 12
247 8,2 2,0 16
305 6,6 3,2 21
460 6,6 3,2 21
580 7,1 2,9 20
760 8,6 2,1 18
1190 9,7 1,2 12
2240 8,5 1,9 16

      Bylo jasné, že bez interrupteru to dál nepůjde. Nechtěl jsem se z časových důvodů pouštět do nějakého laborování a tak jsem sáhnul po staré osvědčené 555, kterou jsem už ve stejném zapojení použil v pulsním budiči induktoru se zapalovací autocívkou. Vstupní VF signál z TTL generátoru jsem pak jednoduše přes hradlo klíčoval modulačním NF signálem z 555. Na výstup usměrněného reguláku jsem opět vrátil filtrační kondík, jehož kapacita se ukázala nedostatečná, protože při ladění frekvence interrupteru docházelo ke vzniku záznějů se síťovou frekvencí 50 Hz a dvoucestné usměrnění jsem zas nemohl použít z důvodu galvanického spojení reguláku se sítí (oddělovací trafo nemám). Při nižších frekvencích kolem 10 Hz se to už neprojevovalo.
      Regulací střídy bylo možné krásně měnit sytost výbojů od tlustých po vlasově tenké. Při extrémně nízké střídě ale došlo k další nehodě - výboje se ztenčily a zkřivily jako u SGTC a vzrostla také jejich ochota přeskakovat na primár. Náhle mi prsknul výboj ze středu sekundáru na horní závit primáru a vrstva laku na jeho povrchu začala v místě průrazu okamžitě hořet. Bleskově jsem plamen sfouknul a vypnul zdroj. Pak jsem musel z povrchu sekundáru odstranit černé zuhelnatělé zbytky laku a znovu ho nalakovat. Rozumným nastavením střídy se značně snížilo zahřívání MOSFETu i sekundáru, přesto by ale nevydržel v chodu déle než pár minut, prostě s tím pidi-drátkem jsem to kapánek přehnal.

microTC class-E driver with 555 interrupter huge sparks with 555 interrupter

      8.8.2010 Provoz na Teslathonu to přežilo bez větší újmy i při napájení kolem 80 V, kdy to dávalo asi 7 - 8 cm dlouhé výboje, to je myslím slušný výsledek na takto malý teslák. Do teď jsem nevěřil, že by mohl s SSTC driverem takle pěkně sršet. Zjistil jsem také, že toto zapojení je téměř imunní vůči rozlaďování při přiblížení ruky, dokonce i při tahání oblouků. Frekvenci generátoru je potřeba jemně doladit podle aktuálního výkonu (napájecího napětí), ale pak už se to drží. Zde by asi pomohlo PLLko nebo přímé snímání budícího signálu anténkou zapojenou přes schmiťák. Časem bych chtěl tento budič předělat na normální plošňák a nacpat i se zdrojem a generátorem do nějaké kompaktní krabičky.
      Po návratu domů jsem na sekundáru zas objevil 1 nafouklou bublinku. Při pokusu o její odstranění jsem ale omylem přetrhnul vinutí sekundáru. Musel jsem pak s pinzetou pod lupou najít konce, 1 závit opatrně odmotat (při zahřátí drát celkem snadno prořízl vrstvu laku), odizolovat a spájet dohromady. Piplal jsem se s tím asi 2 hodiny a nakonec se to povedlo. Pak jsem celý povrch sekundáru nalakoval silnější vrstvou epoxidového lepidla, které snese vyšší teplotu. Tak snad to vydrží...


microTC II

microTC II photo

      1.9.2010 Tak bohužel to nevydrželo. Při delším chodu na malý výkon během měření průběhů osciloskopem se zavařil původní lak vespod, vznikly bubliny a vrchní epoxidová vrstva popraskala. Snažil jsem se lak s pomocí horkovzdušné pistole opatrně oloupat, ale zase se mi přetrhlo vinutí. Po asi hodině pokusů o spájení jsem to vzdal. Takto tenký drátek je opravdu zlo, velmi rychle se rozpouští v cínové pájce a tak se jeho průměr ještě zmenšuje. Spájený spoj je velmi křehký a při křivém pohledu se ulomí. Navíc se mi po odstranění laku uvolnily závity vinutí a dostaly se přes sebe. Nakonec jsem sekundár rozštípal kleštěma a vytahal jeho zbytky ze základny.
      Pro nový sekundár jsem zvolil silnější drát průměru 0,125 mm (s izolací asi 0,14 mm). Aby rezonanční frekvence příliš nestoupla, prodloužil jsem vinutí na 40 mm, ale i tak to vychází na 3,9 MHz i s toroidem. Drát jsem navinul ručně na plastovou trubičku stejného průměru. Šlo to docela dobře, asi za 3/4 hodiny bylo hotovo. Nový sekundár jsem rovnou nalakoval epoxidovým lepidlem a usadil do základny. Detaily vinutí jsou zde. Pomocí spektráku a rozmítaného VF generátoru jsem změřil kmitočtovou charakteristiku (s připevněným mini-toroidem). Jsou zde vidět i peaky od vyšších rezonančních módů. Podle změřené šířky pásma rezonanční křivky mi vyšlo Q na prázdno asi 94. Činitel vazby mírně poklesl z 0,42 na 0,38.

microTC II spectrum-wide microTC II spectrum-narrow

      2.9.2010 Večer mi to nedalo a otestoval jsem novou microTC se stávajícím driverem. Pouze jsem snížil kapacitu Cr na 560 pF (správně by mělo být 390 pF, ale neměl jsem ho po ruce). Napájení jsem použil jen 35 VDC, ale i tak jsem dostal pěkné 3,5cm výboje. Zkoušel jsem taky přeladit interrupter na vyšší BPS až se tavil hrot ocelové jehly, vinutí však zůstalo studené. Do vyššího napájecího napětí se pustím až po výměně tranzistoru za rychlejší STW20NM50, který už mám objednaný z PS Electronic.

      26.9.2010 Po výměně MOSFETu IRFP460 za nový STW20NM50 s menší kapacitou Cg poklesl odběr budiče více než o polovinu a průběh napětí na gate opět začal připomínat obdélník, viz tabulka:

MOSFET Iav [A] P [W]
IRFP460 (IR) 0,77 9,24
IRFP450 (Intersil) 0,33 3,96
STW20NM50 (ST) 0,32 3,84
Vdrv = 12 V, f = 4,72 MHz

Ugs-IRFP460 Ugs-IRFP450 Ugs-STW20NM50
Ugs (IRFP460) Ugs (IRFP450) Ugs (STW20NM50)
(úroveň 0 V je na 2. čáře odspoda)

Tím však výčet pozitiv končí. Když jsem zapojení ladil s osciloskopem v CW režimu, napájené z 12V stabilizátoru 78S12, tak se mi po chvilce z ničeho nic MOSFET šlehnul. A po výměně po pár minutách i druhý kousek. Vůbec nechápu, jak je to možné. Napětí na gate určitě nepřekročilo 20 V (je navíc limitované 2W zenerkou, která zůstala v pořádku, ani se nehřála). Napětí na drainu nevylezlo přes 100 V a střední proud dodaný stabilizátorem byl krátkodobě max. 2,4 A, než začla zabírat jeho vnitřní tepelná ochrana. Chladič MOSFETu byl teplý, ale ruka se na něm dala udržet, takže na překročení max. teploty to taky nevypadá. Když 200W trand nevydrží pouhých 20 W, tak je něco špatně. Navíc se v obou případech prorazil jaksi polovičatě, mezi G-S jsem naměřil asi 1 kΩ a mezi D-S asi 1 Ω. Byl jsem zvyklý na hladký průstřel 0 Ω mezi všema elektrodama.
      Další padl za oběť IRFP450 od Intersilu (oproti verzi od International Rectifier má menší Cg a je rychlejší), nutno ovšem podotknout, že až při provozu na 35 V s interrupterem. Další vhodné MOSFETy (kromě IRFP460) jsem už v zásobě neměl a tak jsem udělal tu blbost, že sem tam strčil chudáka IGBT IXGH40N60C2D1, který jsem měl v páru koupený jako záložní náhradu do polomostu. A zasvěcení už vědí, že IGBT znamená "It Goes Bang Too", což se také při trápení regulákem stalo. Možná se latchnul. Celá tahle večerní "střelnice" mě tak přišla asi na 4 stovky. Při pitvě jsem nezjistil, že by byl křemík uvnitř pouzder nějak ošizen co do velikosti čipu. Problematicky však vypadá průběh Uds, rezonanční obvod je přetlumený a Uds tak neklesne včas k nule. S tím budu muset něco udělat.

Uds-STW20NM50 Uds-IRFP450 pitva mrtvolek MOSFETů
Uds (STW20NM50) Uds (IRFP450) pitva mrtvolek MOSFETů
(úroveň 0 V je na 2. čáře odspoda)



Zpět

aktualizováno 7.10.2010 v 0:41

Sportovní potřeby a vybavení pro sportovce