Комментарии 69
Спасибо, что делитесь плодами своего инженерного труда с обществом, это пример достойного поведения и вклад в общественное благополучие!
Спасибо! А в реальности собиралось ли устройство и если да то какой КПД получился? Думаю что потери на переключение транзисторов, перемагничивание дросселя и потери на R19 и R24 не дадут КПД достигнуть 99% в режиме с максимальной выходной мощностью и входным напряжением, скажем, 12-15 В. 97-97.5 ещё может получиться, а вот 99 - нет.
LTpowerCAD тоже говорит что при входном напряжении 12 В и выходном 30 В 10А КПД получится 97.58% и это если выбрать самые лучшие транзисторы на рынке.
Реально менее 97.4% с учетом потерь в проводниках платы. R19 можно зашунтировать.
Радиатор уже понадобиться. Но на плате все же предусмотрены монтажные отверстия для радиатора.
не считали сколько будет стоить такое устройство? при заказе например 100 штук
Переход в положение "включено" при этом не должен происходить мгновенно, поскольку это вызовет перегрузку по току.
Если по обе стороны ключа конденсаторы заряженные на разное напряжения и ток не ограничен дросселем, то ток в начальный момент будет в некотором приближении (V2-V1)/(ESR1+Rmosfet+ESR2). Мне на практике ни разу не удавалось при этом превысить импульсный ток мосфета. А в реальности ток еще меньше, т.к. мосфет не открывается мгновенно плюс сопротивление платы, индуктивность и т.п.
Сопротивление открытого канала — омическое, параллельное соединение уменьшает общее сопротивление.
Может имеются в виду динамические потери на переходных режимах? емкость затвора растёт, драйвер не тянет потери растут. Но это проблема драйвера.
Да, все верно.
И еще момент в том, что резкая подача напряжения может вызвать наносекундные осцилляции на шине питания. Особо резкое включение MOSFET-о может вызвать выбросы на шине питания в несколько вольт. Поскольку транзисторы пришлось купить с минимальным запасом по напряжению, то это очень критично.
И да, в статье вроде это объяснил, но потери на переключение транзисторов значительно превосходят потери на сопротивлении открытого перехода. Поэтому лишний транзистор только ухудшит КПД. Но это не закон для всех схем. Это зависит от тока, в данной схеме так. .
Это уже 4-я итерация. Все предыдущие были сделаны в железе.
Перегрузки по напряжению при резкой подаче питания очень частая причина выхода из строя электроники. К плате ведь еще на системную шину подключаются внешние девайсы. Так вот провода, которые идут к тем дивайсам, могут играть роль высокодобротных индуктивных контуров. Если не возникнет перенапряжения на этом конце, то возникнет на том. По жизни я попадал в такие ситуации когда платы выгорали только при определенной прокладке питающих проводов и только в момент включения.
ШИМ DC/DC работает от 200 до 400 Кгц, во всем диапазоне потери на переключение преобладают если ставть реальные MOSFET-ы доступные в продаже.
У вас проблема, как я понимаю, не в мосфетах, а в драйвере. Если при параллельном соединении мосфетов пропорционально увеличить ток драйвера сохранив тем самым все тайминги, то динамические потери сократятся точно так же, как и статические - пропорционально количеству мосфетов.
От звона при включении помогает снаббер и/или дроссель.
Если вы в симуляции используете индуктивность дорожек, но игнорируете сопротивление, то можете получить существенно завышенные прогнозы по выбросам.
Шикарно оформлена статья, прям как докторская диссертация. :-)
p.s. судя по используемой элементной базе, материал сложно отнести к хабам DIY или Сделай сам и Электроника для начинающих
Великолепная статья!!! Побольше бы таких.
А нет ли уже готовых аналогичных плат, но меньшей мощности? Например на 50 Вт или что-то в том же духе?
Именно таких нет.
В качестве чего-то подобного для меньших мощностей я использую вот такой китайский https://www.skyrc.com/iMAX_B6mini_Charger
На aliexpress покупал.
Формат LTSPICE кстати принимают и другие средства моделирования например Xpedition/PADS PRO имеет встроенные средства для анализа AMS и поддерживает как форматы LTSPICE так и pspice, но конечно не в смешанном режиме
Altium Designer тоже очень качественно импортирует проекты из LTSpice и еще интегрируется c SIMetrix/SIMPLIS
Правда я не догадался импортировать из LTSpice и запустить через SIMetrix/SIMPLIS.
Я имею в виду что можно именно модели от LTSPICE использовать, только если они некодированные. С кодированными проблемы конечно есть вне самого LTSPICE
Я имею в виду что можно именно модели от LTSPICE использовать
А в чем преимущество такого подхода?
Преимущество очевидно - вам не нужно делать 2 разных проекта один тот что пойдёт в layout и второй отдельно для моделирования AMS. Вы моделируете все что нужно прямо в схеме, используя VHDl- ams, pspice, LTSPICE, AMS (внутренний формат), затем эта же схема идёт в layout.
Я делаю вывод, что PADS делает такой же по сути импорт, как и Altium.
Файлы LTSpice нельзя использовать как исходники для разработки платы, поскольку там не те графические обозначения элементов и нет привязки к посадочным элементам.
С другой стороны если бы я надумал симулировать всю схему своего зарядника разом, то не дождался бы результатов до пенсии. Там ведь и микроконтроолер пришлось бы симулировать и его фирмваре(которое не написано ещё) и всю его периферию (а периферия таких SoC не симулируется никакими средами в полном объеме)
Это к тому что для симуляции в любом случае надо готовить отдельные схемы-фрагменты отдаленно напоминающие рабочую схему платы. На этих фрагментах должны будут присутствовать источники и нагрузки, которых нет на схеме для печатной платы, паразитные компоненты и прочие артефакты.
Делать плату и симулировать по одной схеме на мой взгляд - призрачная мечта.
Вы меня видимо не поняли. Я говорю что можно скачать симуляцинные модели на ИМС в формате ltspice и затем эти модели назначить уже в схемном редакторе pads соотвествующим компонентам , которые в свою очередь уже размещены на схеме и символы и футпринт у них уже есть (так как они размещены из библиотеки) и там внутри запускать симуляцию ams. Затем этаже схема идёт в layout. Это и называется сквозное проектирование когда все можно сделать в одном иструменте и нет необходимости делать отдельные проекты тем самы делаю одну и туже работу два раза
Всю схему необязательно моделировать( но можно если нужно )
А так вы просто либо выделяете нужный участок схемы либо просто рисуете нужный блок на отдельном листке в проекте
Думаю понял вас.
Вы полагает что много времени уходит на рисование схемы в LTSpice.
И потратив некое время на перенос моделей в свою рабочую среду PADS (в Altium тоже так можно) вы потом сэкономите на перерисовке фрагментов схем используя Copy-Paste. Ведь вы же по любому рисуете отдельные фрагменты для симуляции в PADS, а не всю схему целиком симулируете.
Но в реальности получается не так. . Мне пришлось бы все время дополнять компоненты в библиотеке Altium. И я бы большую часть времени бесполезно тратил на перенос моделей компонетов. А скажем Analog Devices для микросхем сразу дает демо пректы в LTSpice. Т.е. новые схемы я с нуля не рисую, а только модифицирую. Так зачем мне это переносить в Altium или в PADS, как в вашем случае? Это не экономит время.
Схемы в LTSpice очень простые, их легче бывает нарисовать с нуля чем вытащить фрагмент из рабочей схемы. Из-за тех самых артефактов. Рабочую схему надо очистить от разъемов, разных лишних аттрибутов, технологических элементов. Это нецелевая трата времени.
В том то и дело что не нужно отдельно создавать ничего вы используете теже самые компоненты что используете для проектирования. просто когда нужно вы к нужным компонентам, которые уже на схеме размещёны, добавляете модели имитационные(если нужно можно сохранить компонент с уже назначенной моделью для повторного использования в других проектах). Дальше запускаете моделирование.
Схему же вы все равно в альтиум или падс будете рисовать(или тот блок что вы хотите анализировать). Так зачем ее ещё раз где то рисовать этот блок/схему?
Ну и далеко не всегда то что нужно промоделировать поставляется в виде готовой схемы. AMS предоставляет большие возможности не только для цифры и аналога , но в том числе и смешанное моделирование мехатроника, сервоприводы и тд
Так зачем ее ещё раз где то рисовать этот блок/схему?
Потому что это разные схемы.
Не может быть схема для симуляции такой же как основная схема.
Интересно как вы рисуете свои схемы. Как просто так копипастите их на другой лист для симуляции.
Как вы на основной схеме изображаете паразитные элементы?
Как вы одним махом заменяете ЦАП на идеальный источник?
И как целый DC/DC просто сам меняется на узел цепи Uref?
Теоретически могу представить такие схемы с кучей условных макросов и директив, даже может быть со скиптами.
Ну вот возможно поэтому вам и сложно представить, потому что вы в таком маршруте никогда не работали. Советую просто попробовать.
Это действительно одна и та же схема и одни и теже компоненты
На ютюбе есть вебинары можете посмотреть как это работает вживую у ментора https://youtu.be/rovnm2amubg
Паразитные параметры rlc могут извлекаются из layout прямо в процессе моделирования из схемы. То есть можно моделировать и идеальные условия и реальные с учётом паразитов извлечённых из конкретной топологии
В ролике по вашей ссылке нет маршрута как из рабочей схемы копипастят в симулятор. На экране видим чистую маленькую схему (можно даже сказать примитивную) для симуляции.
Паразитов типа индуктивностей, взаимоиндуктивностей, длинных линий, наводок от соседних цепей тоже не видно.
Можно, конечно, мистифицировать возможности Mentor-а. Но я хорошо знаю во сколько обходится моделирование полей даже для простых геометрических структур. И даже чтобы просто рассчитать сопротивление пятачка меди уходит 10 мин!
Т.е. уровень процеса далёк от реальности.
Я ж не против что там теже элементы кое где. Но это извините не то.
То что показывается в ролике это и есть рабочая схема для которой уже есть готовый layout из которого в процессе моделирования извлекаются ВСЕ паразиты и используются при AMS анализе. Здесь схема не большая ок , но это пример того что не нужен отдельный симулятор в виде ltspise в котором вы тоже самое ещё раз нарисуете. Вот другой пример , здесь другой проект https://youtu.be/VB_6Qy7Qdqs
Но суть не в размере проекта а в подходе , вы можете хоть всю плату так смоделировать если нужно. Обратите внимание что в первом ролике помимо текущего листа ещё листы а проекте.
Во сколько обходится моделирование полей ? Ментор как раз для извлечения матрицы паразитов использует 3D filed solver. Не вижу никакого противоречия
Я работаю в Philips, говорю исходя из конкретного опыта использования этого инструмента на больших и сложных проектах , в том числе многоплатных
Но суть не в размере проекта а в подходе
Э нет...
Количество всегда переходит в качество. Диалектика!
Маленькие схемки - это принципиально другое.
Еще момент в том, что на некоторые компоненты у меня нет моделей. ЦАП, АЦП, цифровые изоляторы, микроконтроллер в конце концов.
Но я уже писал про это. Боюсь разговор зацикливается.
Я работаю в Philips, говорю исходя из конкретного опыта использования этого инструмента на больших и сложных проектах , в том числе многоплатных
Я так и подозревал что у вас корпоративные рабочие процессы.
И рабочие станции соответствующие, и разделение труда.
Тогда да, у нас разное видение эффективного подхода.
Так а при чем тут это я говорю про инструмент только.
Потому что "сквозное" проектирование это лишь метафора.
Что за ней скрывается ясно только лишь поняв что значит сквозь и сколько людей занимаются проектированием и какие рамки проектирования у каждого.
Это во многом и зависит от инструмента проектирования не только от подхода и распределения ролей. Сколько роли не распределяй если например layout нельзя проектировать одновременно 10м инженерам в реальном времени, то распределение ролей это не изменит. Ну и опять же иметь 10 различных инструментов и вендоров для разных задач это означает дополнительные нагрузки как на инфраструктуру, так и риск потери данных при конвертации между форматами и сапрами. А когда есть единый маршрут проектирования в котором можно и схему и плату, и тепло, и SI, PI и dfm/dfa/dft + сквозное проектирование систем на платах.
Это просто разныей уровень и проектов и инструментов
Может кто знает. Как прикрутить к spice-симулятру импорт S-параметров? Видел несколько разных примеров, но они нормально не работают.
Вы меня слышите ? Я говорю я работаю в Philips и мы используем этот подход на практике !
Ни один 3D solver не переварит большое проект. Во первых и пользуюсь распарелилиапние в том же hyperlynx можно обсчитать большую плату на нескольких нодах если нужно!
Но в 3D никто и никогда всю плату не считает, там считают только критические области
И в связке с xpedition AMS даже мэшинг не нужно настраивать извлечение происходит автоматом только тех цепей что нужны и все , вся плата не считается конечно! Об этом я и не говорил
В xpedition AMS не будет шифрованных моделей из LTSpice? Чем их заменять? Судя по роликам, просмотр графиков через EZwave. Это чудовище на java. Как оно себя поведет, если мне нужно посчитать софтстарт и/или потом переходной процесс DCDC? Не подавится от осциллограммы в несколько гигов? Конденсаторы будут со всеми паразитами, т.е. шаг по времени очень частый. Даже LTSpice превращается в тыкву и лучше всего сохранять временный файл на ramdisk. Опять же судя по ролику, проект автоматически разбивается на куски и куски отдельно считаются в 3D solver. Но так разбить не всегда возможно. Или даже на кусок памяти не хватает. Речь не про 10мм^2 вокруг переходных отверстий PCIe. Речь про посчитать входные токи многофазного DCDC. Больше пары см^2 у меня не получается с нужной точностью.
Шифрованных конечно не будет я об этом сразу и сказал. На то они и шифрованные. Но если не шиырованные в формате LTSPICE то проблем нет никаких.
У вас полная каша в голове и путаница между стандартным si/pi анализом и цифро аналоговым моделированием.
Ezwave справляется со всем на ура. Попробуйте просто) не нужно верить роликам рекламных это правда.
Я попробовал ещё много лет назад и слезть никак не могу
1) В LTSpice нет S-параметров. S-суррогаты нормально dc не моделируют.
2) В xpedition AMS не будет моделей и Spice с уклоном в питание, а не hspice
3) В «отдельном» 3D solver не будет удобного импорта и работы с большой платой. Я не говорю считать. А просто назначить модели, выбрать нужную область. Т.е. один большой проект, но выделять и считать маленькие области. Т.к. при многократном ручном импорте маленьких кусков легко ошибиться и повторяемость будет никакая.
Пяточек меди 10 минут?)
Ну тут зависит от вводных много. Какого размера пятачек, какой выбран meshing, какой диапазон частот и какое у вас железо.
Но не знаю о каких 10 минутах вы говорите если в видео все считается в real time
Пяточек меди 10 минут?)
Да! Движок CST STUDIO SUITE
Не думаю что он чем то уступает Ментору.
Считалось на i9 с кучей памяти.
Не советую доверяться рекламным роликам.
Ещё раз вы можете конкретные вводные привести о которых я говорил , а именно размер пятачка, количество слоев, мэшинг, диапазон частот?
Я вам говорю что я работаю в филипс и мы тут используем ментор для анализа и проектирования. При чем тут рекламные ролики? Я говорю исходя из опыта
В моей статье описан этот пятачок.
А в репозитарии весь проект платы.
Или Ментор не умеет импортировать платы из Altium?
Тогда я не знаю как передать данные.
Altium, например, умеет импортировать платы из Ментора.
Ментор умеет импортировать альтиум об этот тут даже статья есть ) но речь не об этом.
Я вам просто говорю что существует другой подход настоящего сквозного проектирования в отличие от альтиум.
Просто попробуйте и сравните я вам ничего не навязываю)
Да дело в том что я пробовал и Mentor.
С некоторых пор у меня уверенность, что в области EDA нет каких-то чудо лидеров, обладающих уникальными технологиями.
У всех приблизительно одинаковые возможности на максимальных конфигурациях.
Покажите хотя бы как в Менторе симулируется DC/DC с транзисторами Infineion 4-го уровня детализации, а то LTSpice улетает от них в ступор, т.е. бесконечные расчеты.
Так вы и не увидите никакого копипаста в симулятор потому что редактор схемы = симулятор это одна и также среда и окружение это то что я вам и пытаюсь объяснить
Я как бы понимаю, поэтому и написал "в другом окне", а не в "другой среде"
Тогда совсем уж в лоб просьба. Дайте мне модель STM32H753 хоть в Spice хоть в vhdl, хоть в чем нибудь. Или просто назовите цену такой модели. Или просто скажите где такие модели водятся и кто их делает.
Так а при чем тут даже LTSPICE это совсем разный подход я вам говорю можно все в одном проекте иметь ₽))
1) Оптимизация КПД (выбор частоты, ключей). Точность моделирования выходных конденсаторов практически не важна.
2) Оптимизация переходного процеса при изменении тока нагрузки. Нужно задать все паразиты у конденсаторов, желательно хоть с минимальным учетом топологии.
Вы хотите сказать, что это можно посчитать в рамках одной схемы? Когда схема обсчитывает сотню раз и моделировать нужно десятки мс. LTSPICE просто как пример оптимизированного под это дело сафта. Можно подставить любой другой симулятор.
А какая силовая индуктивность используется? Делал аналогичное на индуктивности 74435580680 от Wurth, оказалось что самый греющийся элемент - как раз индуктивность (при 24В/180Вт греется до 105грС, хотя с большим запасом - номинальный ток 28А, реальный 8А). Сейчас в производстве прототип на индуктивности помощнее и от EPCOS, но само по себе неожиданно.
У дросселя есть условный ток насыщения и есть ток вычисленный исходя из сопротивления обмотки постоянному току (возможны нюансы) и возможностей теплопередачи. Первый может быть больше второго, иногда в разы.
Но в реальном устройстве надо еще учитывать потери на гистерезисе сердечника. Если вы вкачаете в низкочастотный дроссель 100 МГц максимальной амплитуды, то он и от 1А RMS может перегреться и даже меньше.
Да, из предыдущих проектов знаю, что дроссель самый горячий элемент на плате.
При токе 6 А и напряжении 30.5 В на выходе дроссель 7443556260 нагревался до 80 град.
Могу это объснить только тем, что у дросселя охлаждающая поверхность раза в 2-3 меньше чем у SMD транзисторов на плате с хорошей металлизацией.
Отличная статья! Автору удачи в дальнейших разработках. Побольше бы такого материала, благодаря которому узнаешь больше нового и совершенствуешься как разработчик.
99% КПД? Это шутка или некомпетентность? Если делать супер-пупер универсальный комбайн на все случаи жизни - какая-то фигня получится, сложная, глючная и недоведённая до ума НИКОГДА. Надо выкинуть всё лишнее - модификации платы и ПО под разные применения не запрещены.
А что смущает?
Не учел потери в управляющнй части? Там будет около 0.3 Вт
Или в том что указанный КПД не показывает худшего случая?
Худший случай я назвать не могу пока не проведены испытания.
Тюнинг, модификация ПО, загрузчики, может быть даже AI от ST все впереди ещё.
Но проект по тому и открыт, что это не коммерческое предложение. Его судьба действительно не ясна.
Подбор резисторов в пару кликов за несколько секунд и с тюнингом :)
Картинка
Делаем встраиваемый полифункциональный зарядник