Fuente buck mosfet high side calienta

[noctur]

Hola.
Estoy tratando de diseñar una fuente buck y arranqué con una de baja potencia para después realizar la que necesito.
Todo funciona perfecto. El único problema es que el mosfet calienta (mucho o poco no lo interpreto tomando en cuenta una carga que consume 25W solamente).
El primer esquema es el que puse a funcionar, la idea es armar otra buck mas grande.
Estoy manejando al mosfet fqpf13n60 con un IR2104 alimentado con una tensión de 15V para no tener pérdidas en Vg.
El disipador es una simple chapa de aluminio, no se si estará bien o ahí está mi error, consideré que otras fuentes que entregan mas corriente no calientan nada, estoy trabajando a 80kHz.
Que les parece los componentes?, algun cambio a realizar?.
El inductor lo armé con un descarte de otra fuente y tiene un GAP por si acaso saturara el nucleo.
Muchas gracias, en las imagenes están las referencias.
El 2 sería el que quiero realizar finalmente.

 

[mcrven]

Hola.
Estoy tratando de diseñar una fuente buck y arranque con una de baja potencia para despues realizar la que necesito.
Todo funciona perfecto.

Falso...

El unico problema es que el mosfet calienta (mucho o poco no lo interpreto tomando en cuenta una carga que consume 25w solamente).

Un cautín de 25 W es capaz de levantar temperaturas de hasta 400 ºC y más.

El primer esquema es el que puse a funcionar la idea es armar otra buck mas grande.
Estoy manejando al mosfet fqpf13n60 con un IR2104 alimentado con una tension de 15v para no tener perdidas en Vg.

Debes revisar con cuidado las características del componente...

El disipador es una simple chapa de aluminio no se si estara bien o ahi esta mi error,

Debes revisar con cuidado las características del componente...

considere que otras fuentes que entregan mas corriente no calientan nada, estoy trabajando a 80khz.
Que les parece los componentes?, algun cambio a realizar?.
El inductor lo arme con un descarte de otra fuente y tiene un GAP por si acaso saturara el nucleo.
Muchas gracias, en las imagenes estan las referencias.
El 2 seria el que quiero realizar finalmente

 

[noctur]

Falso...



Un cautín de 25 W es capaz de levantar temperaturas de hasta 400 ºC y más.



Debes revisar con cuidado las características del componente...



Debes revisar con cuidado las características del componente...

Hola. Ante todo. Gracias por tu tiempo y respuesta.

Puse que arranque con esta de baja potencia. Ya que no es lo mismo un diseño en 15v y otro en 311v. Los 311v DC no perdonan.

A tu criterio los componentes estan bien elegidos para esto o cambiarias alguno.
Despues estoy perdido con las formulas de disipacion y perdida de potencia en el mosfet.

 

[mcrven]

Número de Parte: 13N60A
Tipo de FET: MOSFET
Polaridad de transistor: N

ESPECIFICACIONES MÁXIMAS​

Pdⓘ - Máxima disipación de potencia: 116 W
|Vds|ⓘ - Voltaje máximo drenador - fuente: 600 V
|Vgs|ⓘ - Voltaje máximo fuente - puerta: 30 V
|Id|ⓘ - Corriente continua de drenaje: 13 A
Tjⓘ - Temperatura máxima de unión: 150 °C

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS​

|Vgs(th)|ⓘ - Tensión umbral entre puerta y fuente: 4 V
Qgⓘ - Carga de la puerta: 30.5 nC
trⓘ - Tiempo de subida: 10.5 nS
Cossⓘ - Capacitancia de salida: 50 pF
Rds(on)ⓘ - Resistencia estado encendido drenaje a fuente: 0.26 Ohm
Paquete / Cubierta: TO-220AB

Según sus especificaciones Vds está excedido, Id más que suficiente, Vgs según usted de 15V es baja y por ello puede estar funcionando en la rampa lineal; no satura el transistor y por ello calienta.

Para Vin de 15V debería utilizar un TR para Vds de 50V~60V y Vgs <20V.

No es posible hacerse una idea de la calidad de materiales que está utilizando. Quien los tiene en sus manos es usted y estamos muy lejos.

Para aventurarse a un diseño es menester enterarse de muchas cosas. Particularmente le sugiero buscar en el foro que hay mucho material tratando el tema. Hay mucho que léer, analizar, verificar y probar.

 

[DJ T3]

Por empezar, deberías colocar "el por qué" de la necesidad de realizar una fuente desde cero.

Por otro lado, en el foro tienes de todo, CC-CC y CA-CC, entre otros.

Si no quieres empezar con algo en 110Vca o 220Vca, te sugiero alguna fuente para 12Vcc, la salida la podrás calcular o usar la sugerida en el post, por ejemplo;
SMPS Dc-Dc + PCB

Si quieres empezar de lleno con voltajes peligrosos, entonces puedes buscar alguna SMPS, como por ejemplo esta;
SMPS Half-Bridge Compacta + PCB

Todos tienen sus riesgos, obvio que la de la te sión de red es mas peligrosa, pero si en la salida tienes mas de 50Vcc, ya se considera peligroso, por mas que la alimentes con 12Vcc

 

[noctur]

Número de Parte: 13N60A
Tipo de FET: MOSFET
Polaridad de transistor: N

ESPECIFICACIONES MÁXIMAS​

Pdⓘ - Máxima disipación de potencia: 116 W
|Vds|ⓘ - Voltaje máximo drenador - fuente: 600 V
|Vgs|ⓘ - Voltaje máximo fuente - puerta: 30 V
|Id|ⓘ - Corriente continua de drenaje: 13 A
Tjⓘ - Temperatura máxima de unión: 150 °C

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS​

|Vgs(th)|ⓘ - Tensión umbral entre puerta y fuente: 4 V
Qgⓘ - Carga de la puerta: 30.5 nC
trⓘ - Tiempo de subida: 10.5 nS
Cossⓘ - Capacitancia de salida: 50 pF
Rds(on)ⓘ - Resistencia estado encendido drenaje a fuente: 0.26 Ohm
Paquete / Cubierta: TO-220AB

Según sus especificaciones Vds está excedido, Id más que suficiente, Vgs según usted de 15V es baja y por ello puede estar funcionando en la rampa lineal; no satura el transistor y por ello calienta.

Para Vin de 15V debería utilizar un TR para Vds de 50V~60V y Vgs <20V.

No es posible hacerse una idea de la calidad de materiales que está utilizando. Quien los tiene en sus manos es usted y estamos muy lejos.

Para aventurarse a un diseño es menester enterarse de muchas cosas. Particularmente le sugiero buscar en el foro que hay mucho material tratando el tema. Hay mucho que léer, analizar, verificar y probar.

Perfecto. Entiendo que me estas diciendo que use un transistor de menores umbrales.

Ahora si quisiera hacer la fuente del esquema 2 adjunto al principio. De Vin 311V y Vo 80V aprox y una potencia de 230W que transistor me recomendarias?. 13N60 o IRFP22N60K o algun otro?. Y cual seria la Vgs correcta para manejar esas tensiones?. El IR2104 esta bien o uso otro driver mejor ej IR2127?.
Muchas gracias.

Por empezar, deberías colocar "el por qué" de la necesidad de realizar una fuente desde cero.

Por otro lado, en el foro tienes de todo, CC-CC y CA-CC, entre otros.

Si no quieres empezar con algo en 110Vca o 220Vca, te sugiero alguna fuente para 12Vcc, la salida la podrás calcular o usar la sugerida en el post, por ejemplo;
SMPS Dc-Dc + PCB

Si quieres empezar de lleno con voltajes peligrosos, entonces puedes buscar alguna SMPS, como por ejemplo esta;
SMPS Half-Bridge Compacta + PCB

Todos tienen sus riesgos, obvio que la de la te sión de red es mas peligrosa, pero si en la salida tienes mas de 50Vcc, ya se considera peligroso, por mas que la alimentes con 12Vcc

Hola. Gracias por responder como siempre.
Me habia ido por el lado de las buck ya que me parecen de pocos componentes y tambien por el hecho de aprender un poco los calculos que casi siempre toco de oido.

Voy a ver lo enlaces que me pasaste igualmente. Esas topologias tambien son potentes e interesantes.

 

[mcrven]

El Vgs es una característica del Transistor, nada que ver con las tensiones o corrientes que va a manejar.

 

[noctur]

El Vgs es una característica del Transistor, nada que ver con las tensiones o corrientes que va a manejar.

Si esta claro. Me refiero a una tension correcta para que quede totalmente saturado. Vi que a algunos driver le ponen 14 o 15v para ello.
Ahora hay transistores tipo IRL que saturan con 5v.

Que tension considerarias para saturar bien un mosfet que tiene a la entrada 311V?. No se si me explico bien la pregunta.
O que tension me recomendas darle al driver 12V, 15V o 20V?.

Arriba me pusiste que un transistor de 600V estaba excedido para trabajar con 15V. Que usara uno de 50 a 60V Vds.
"Vgs según usted de 15V es baja y por ello puede estar funcionando en la rampa lineal; no satura el transistor y por ello calienta."

 

[el_patriarca]

Has visto el datasheet?

 

[noctur]

Has visto el datasheet?

Yo necesitaria alguna recomendacion de alguno que haya hecho algo asi. Tengo varios mosfet en mente y no se cual me conviene para manejar esa tension y potencia. Vin 311V Vo 80V Po unos 320W.
El datasheet tendria que ser del transistor elegido. Tenia en mente el IRFP22N60.
Pregunto recomendaciones si es posible.

El datasheet del 13N60 lo vi, por desconocimiento por ahi no veo algo que vos si ves y seria bueno que me indiques, si ves que no tome en cuenta algo.
Gracias.

 

[DJ T3]

Mirá, los MOSFet tienen una forma de trabajar particular, siendo que depende de la corriente, tensión y demas, aplicada a cada uno de sus pines, se puede comportar como una resistencia, sería lo que se conoce como "zona óhmica".
Fuera de esa zona, están el corte y la saturación.

A todo esto lo podes ver de forma gráfica en el datasheet del mismo, allí te dirá lo máximo y mínimo para cada cosa y según su carga.

No recuerdo si en digikey o mouser tienen filtros de transistores según especificaciones, o sino en la página de alltransistors...

En todo caso debes tener en cuenta la carga inicial de los capacitores de salida, aparte de la carga (creo que se llama in-rush), por lo que conviene sobredimensionar un poco la corriente soportada.

Algo mas a tener en cuenta, y es el voltaje inverso cuando el transistor desconecta, éste puede ser incluso mas alto que el voltaje aplicado, por lo que se debe "amortiguar" de alguna forma, mayormente con capacitores, diodos, resistencias, y/o una mezcla de todo eso...

 

[noctur]

Mirá, los MOSFet tienen una forma de trabajar particular, siendo que depende de la corriente, tensión y demas, aplicada a cada uno de sus pines, se puede comportar como una resistencia, sería lo que se conoce como "zona óhmica".
Fuera de esa zona, están el corte y la saturación.

A todo esto lo podes ver de forma gráfica en el datasheet del mismo, allí te dirá lo máximo y mínimo para cada cosa y según su carga.

No recuerdo si en digikey o mouser tienen filtros de transistores según especificaciones, o sino en la página de alltransistors...

En todo caso debes tener en cuenta la carga inicial de los capacitores de salida, aparte de la carga (creo que se llama in-rush), por lo que conviene sobredimensionar un poco la corriente soportada.

Algo mas a tener en cuenta, y es el voltaje inverso cuando el transistor desconecta, éste puede ser incluso mas alto que el voltaje aplicado, por lo que se debe "amortiguar" de alguna forma, mayormente con capacitores, diodos, resistencias, y/o una mezcla de todo eso...

Muy claro todo!.
Muchas gracias. Ya estoy leyendo del tema:
Nota de aplicación del circuito de control de compuerta MOSFET

 

[vrainom]

En mi opinión el calentamiento es normal debido a la Rds del 13N60, con un promedio de 2.5A a la salida y una eficiencia supongamos del 80% rondaría los 3A conducidos, con una resistencia interna de 0.26 supera 2W de disipación, y la resistencia térmica de 60° por Watt de los TO220 explica perfectamente el calentamiento.

Si tienes a la mano un IRF44 o similar ponlo en el circuito y observa si aún se calienta, quizá ya indicaría otro problema.

 

[FET341]

Qué tal?...

El condensador que usas entre los pines de Vb y Vs es electrolítico?, normalmente el condensador de boostrap se usa cerámico y de valores entre 100nF - 470nF (a menos que el datasheet diga otra cosa, claro) si estas usando electrolítico la ESR podría estar impidiendo que se cargue completamente o bien que tenga tanta capacitancia, 2.2uF, por lo que podría no estar alcanzando los 12-15v del VCC, si no está habiendo un mínimo de voltaje en el gate explicaría una rdson mayor que sería la razón del calentamiento.

 

[noctur]

En mi opinión el calentamiento es normal debido a la Rds del 13N60, con un promedio de 2.5A a la salida y una eficiencia supongamos del 80% rondaría los 3A conducidos, con una resistencia interna de 0.26 supera 2W de disipación, y la resistencia térmica de 60° por Watt de los TO220 explica perfectamente el calentamiento.

Si tienes a la mano un IRF44 o similar ponlo en el circuito y observa si aún se calienta, quizá ya indicaría otro problema.

Hola. Muchas gracias por responder.
Creo que tengo algun IRFZ44 O 48. Lo pruebo y te comento. Gracias por responder.

Qué tal?...

El condensador que usas entre los pines de Vb y Vs es electrolítico?, normalmente el condensador de boostrap se usa cerámico y de valores entre 100nF - 470nF (a menos que el datasheet diga otra cosa, claro) si estas usando electrolítico la ESR podría estar impidiendo que se cargue completamente o bien que tenga tanta capacitancia, 2.2uF, por lo que podría no estar alcanzando los 12-15v del VCC, si no está habiendo un mínimo de voltaje en el gate explicaría una rdson mayor que sería la razón del calentamiento.

Hola.
Gracias por responder.
Si es electrolitico. Quizás en 80khz podría usar uno mas bajo. El datasheet no dice nada respecto a eso.
De todas maneras la tensión en el gate estaba estable en 13.5v aprox.
Pero podría probar cambiarlo. Vos decís un cerámico de 470nF o 2.2uF?.

 

[noctur]

Hola.
Paso el parte actualizado.

Para la fuente buck de Vin 15V, Vo 10V y Io 2.5A.
Con un IRFZ44n no calienta nada el disipador!!.
El microcontrolador que maneja el pwm tiene un limite de corriente a 2.5A. Asi que funciona todo perfecto.
Voy a cambiar igualmente el electrolitico del boostrap por un cerámico.

En estos dias actualizo como me fue probando la de Vin 311V y Vo 80V. Asi les sirve a otros de referencia.

Muchas gracias a todos por las respuestas!!.

 

[DJ T3]

En estos dias actualizo como me fue probando la de Vin 311V y Vo 80V. Asi les sirve a otros de referencia.

Me imagino que usaras o modificaras el circuito empleado, ya que no es lo mismo bajo voltaje que alto voltaje, en especial la entrada del mismo.

Puedes usar una configuracion de "loop abierto" o mas estable "loop cerrado". Este último se hace sensando la referencia a la salida y transmitirla al integrado regulador por medio de un optoacoplador (en su mayoria)...

 

[noctur]

Me imagino que usaras o modificaras el circuito empleado, ya que no es lo mismo bajo voltaje que alto voltaje, en especial la entrada del mismo.

Puedes usar una configuracion de "loop abierto" o mas estable "loop cerrado". Este último se hace sensando la referencia a la salida y transmitirla al integrado regulador por medio de un optoacoplador (en su mayoria)...

Si si totalmente.
Este de 15V tmb tiene retroalimentada la tension y corriente en "loop cerrado". Mas que nada tenia ese problema de temperatura en el mosfet.
Al igual el de 311V lo voy a hacer igual. Veremos como me va con los mosfet a probar y despues comento.
Muchas gracias

 

[mcrven]

En mi opinión el calentamiento es normal debido a la Rds del 13N60, con un promedio de 2.5A a la salida y una eficiencia supongamos del 80% rondaría los 3A conducidos, con una resistencia interna de 0.26 supera 2W de disipación, y la resistencia térmica de 60° por Watt de los TO220 explica perfectamente el calentamiento.

Si tienes a la mano un IRF44 o similar ponlo en el circuito y observa si aún se calienta, quizá ya indicaría otro problema.

Ya ve como TODO VA SUMANDO...
No se trata de UN DETALLE son todos los detalles y la sumatoria nos reporta los resultados.

 

[noctur]

Ya ve como TODO VA SUMANDO...
No se trata de UN DETALLE son todos los detalles y la sumatoria nos reporta los resultados.

Si totalmente. Y éstos detalles pueden venir por muchos factores encima.
Muchas gracias