Конструируем дуальный тиристор (атрибутивный ключ ZVS-преобразователей)

[thickman]

14 минут назад, Гость_Григорий_Т. сказал:

сам писал в соавторстве со многими сказочниками

Так приведите пожалуйста ссылку.Поближе к теме, а именно - эффективное  выключение биполярного ключа.

1 час назад, Vslz сказал:

Моделирование работы полумоста показывало очень быстрое нарастание коллекторного напряжения с использованием ширпотребных MJE13007. До 50 нс.

Время нарастания напряжения на коллекторе недостаточно  информативно, правильнее смотреть спад Iк.

 Спайс-модели биполяров довольно примитивны и не учитывают оч важных моментов, не стоит им доверять.  Например, в жизни вынос избыточного заряда из области коллектора зависит от напряжения на коллекторе. А симулятор это дело игнорирует – при нулевом напряжении на коллекторе заряд под действием какой-то нелёгкой силы рассасывается всё равно быстро! И таких чудес, увы, немало при моделировании переходных процессов в биполярном ключе.

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем thickman

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Vslz]

13 минут назад, thickman сказал:

симулятор это дело игнорирует

может быть, значит модели врут. Но врут красиво 

Мне нравится, как оно работает именно в практической реализации, а не только в симуляторе.

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем Vslz

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[thickman]

Реальный процесс  выключения транзистора 13009 по алгоритму предложенному автором (активное запирание только после опустошения коллекторной области от избыточных носителей). Синим  - ток коллектора, масштаб  2А/дел. Желтым  напряжение на коллекторе, 200V/дел. Спад тока – десятки наносекунд при плавном нарастании напряжения на коллекторе.  Динамические потери при выключении отсутствуют. Спад тока при плавном нарастании Uкэ не затягивается по той простой причине, что заряда в коллекторной области уже нет на момент активного выключения. Если выключать транзистор "сразу", как рекомендует выпускник МЭИ, тогда процесс спада Ik по времени  растягивается на порядок, до сотен наносекунд. Если, конечно, ключ при этом не сгорит :)

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем thickman

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Vslz]

24 минуты назад, thickman сказал:

по алгоритму предложенному автором

скачал модельку по ссылке - вижу вот это. Динамические потери.

И вот это, о чем ранее сказал.. Это мощность источника сигнала управления. 10 ватт (сине-зеленый), из них 8 Вт на резисторе (зеленый). Предполагаю, что это будет раза в 4 больше средних тепловых потерь на ключе. И это только один ключ (о топологии схемы речи не шло пока). 

[Гость_Григорий_Т.]

35 минут назад, thickman сказал:

Спад тока – десятки наносекунд при плавном нарастании напряжения на коллекторе

Ну и? Ток ведь не испарился в никуда? Он просто с транзистора перешёл в диод и стал греть его.

[Кыс]

3 часа назад, z_vip сказал:

56 мкС? По графикам начало запирания 96,37 мкС - конец 96,41 мкС - разница  0,04 мкС  или 0,05 мкС

Посмотрите какой сигнал управления формирует источник.

[thickman]

28 минут назад, Гость_Григорий_Т. сказал:

Ну и? Ток ведь не испарился в никуда? Он просто с транзистора перешёл в диод и стал греть его.

Простите, но после таких вопросов и умозаключений  делаю вывод, что желаемых  ссылок (за язык Вас не тянули) на статьи от Выпускника МЭИ, видимо, не будет.

34 минуты назад, Vslz сказал:

скачал модельку по ссылке - вижу вот это. Динамические потери.

Для облегчения понимания автор движется последовательно и неторопясь Пока демонстрирует лишь принцип, как я понял.
Этот же метод , но дополненный эмиттерной коммутацией:

А вот так эмиттерная коммутация, типовая и продвинутая, выглядят у меня в железе:

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем thickman

[Гость_Григорий_Т.]

19 минут назад, thickman сказал:

Простите, но после таких вопросов

А чем вам вопрос не понравился? Или ответ неудобный?

[thickman]

2 часа назад, Гость_Григорий_Т. сказал:

Ток ведь не испарился в никуда? Он просто с транзистора перешёл в диод и стал греть его

Примерная схема, с которой снимались приведенные осциллограммы. Который диод?  Ткните пальцем. Покажу ток и потери в нем при выключении транзистора.

[Гость_Григорий_Т.]

А где тут 

2 часа назад, thickman сказал:

по алгоритму предложенному автором

? Автор показывал схему ключа с резистором.  Её выше @Vslz продублировал. А что ещё вы там решили показать, здесь экстрасенсов нет.

15 минут назад, thickman сказал:

при выключении транзистора.

А что так? Он что, больше не включится?

[thickman]

Зачем экстрасенсы? Выложена схема работающая по тому же алгоритму (активное выключение после выноса заряда из коллекторной области).  Предоставлены осциллограммы. Если Вам нужен *asc модели - не вопрос, тоже могу выложить.  Но в ответ сыпется высокомерное  - "успокойтесь уже, мои наработки не для форума", или:

3 часа назад, Гость_Григорий_Т. сказал:

и сам писал в соавторстве со многими сказочниками и знаю что это такое и для чего написано.

- где, бляддь, ссылки на Ваши  многочисленные статьи по теме?

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем thickman

[Гость_Григорий_Т.]

@thickman вы, наверное, слишком молоды, чтобы помнить, что в начале 80-х эта помойка ещё не была доступна в СССР . Так что, могу только послать вас в библиотеку ОКБ МЭИ, если вас туда пустят.

[thickman]

Про помойку не понял. Кстати, по теме ("необычная" эмиттерная коммутация) пользуюсь трудами МЭИ, 1988год, вып 178, стр82-85. Авторы:  Бузыкин С, Голиков Ю, Горянский И  … и ни одного Григория.  Интересующимся рекомендую поискать авторские свидетельства и статьи этих авторов,  там есть что почитать на тему эффективного выключения силовых биполяров.

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем thickman

[max-ti]

@thickman , этот Гость... весьма искусный провокатор, так что не стоит тратить на него нервы и время, попуржит здесь да свалит в поисках нового объекта для срача.

[Georgy11]

16 часов назад, z_vip сказал:

2. Напряжение на коллекторе Q1 растет, при определенном уровне напряжения должен пойти ток в базу Q2, который открывается и блокирует база-эмиттер

 Не совсем так. Диод д2 представляет собой  нелинейную ёмкость (емкостной ключ).  При малом напряжении на нём,  его импеданс маленький, проводимость большая.  Совместно с сопротивлением R5  образуется дифференциатор.  Когда скорость  возрастания напряжения на коллекторе транзистора Q1  становится достаточно большой ( так происходит при выходе транзистора из режима насыщения),  на сопротивлении R5 выделяется напряжение, больше порогового 0,7 вольта.  И тогда происходит то, о чём Вы сказали.

 

16 часов назад, z_vip сказал:

что будет если диод D2 заменить небольшой емкостью 180-470 пФ?

 Смотрите, что тут Важно.  Чем больше ёмкость, о который Вы говорите,  тем чувствительнее схема,  тем больше ток идёт в базу транзистора Q2, тем лучше транзистор Q2  коротит база-эмиттерный переход Q1,  обеспечивая его форсированное  запирание.  
Выбрали большую ёмкость.  Но, когда открываем транзистор Q1,  эта ёмкость разряжается с потерей энергии.  То есть выбирать большую ёмкость нельзя.  Потому выбираем емкостной ключ (нелинейную ёмкость).  Это барьерная ёмкость p-n перехода.
Правда, если у нас преобразователь  в режиме рис ZVs,  то возможно то, о чем Вы говорите. Но параллельно сопротивлению R5 нужно поставить Диод.  Более того. Этот конденсатор может играть роль демпфирующего.

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем Georgy11

[Georgy11]

6 часов назад, Vslz сказал:

скачал модельку по ссылке - вижу вот это.

Это не совсем моя моделька.
Транзистор Q2 в моей модели легко обеспечил амплитуду тока  5 А:

Вы же взяли транзистор 2N2222A на максимальный ток  всего (0,8 А), т.е. почти на порядок меньше ! Он у Вас не работает, как надо.
Повторяю модельку. Пожалуйста, используйте подобные выбранным мной элементы.
Это очень принципиально. 

Test_Fall1.asc

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем Georgy11

[z_vip]

@Georgy11 Мастер мне доступен лишь 2SC5707  в качестве Q2 и 13007 остальные надо поискать проблемно это

Всем удачи и здравия

[Vslz]

2 часа назад, Georgy11 сказал:

Он у Вас не работает, как надо.

транзисторов взамен выбранного Вами, как выясняется, очень немного типов. Необычный очень. Высокий ток и высокая бета вместе с огромной граничной частотой. Не смог подобрать ничего лучше. 

Тем не менее. -3,5 ампер из базы. Разве это не форсированное запирание ? 

Test_Fall1.asc

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем Vslz

[Georgy11]

2 часа назад, z_vip сказал:

мне доступен лишь 2SC5707 

Я ещё не вполне освоил LTspice. ( Спасибо Vslz  за то, что подсказал Как работать).  Когда, дней десять назад,  проинсталлировал LTspice,   библиотеки были очень маленькие.  Но нашёл, как пополнить.  Выбрал и скачал  в интернете файл с элементами, которые меня интересовали ( транзисторы и диоды), файл cmp.zip.  Разархивировал.  В папках D:\Documents\LTspiceXVII и D:\Programs\LTC\LTspiceXVII,  где у меня установлен LTspice,  нашёл папки lib,  сделал там копии папок cmp,  переименовал их  в cmp_Old.  Все файлы из скачанного  архива,  я добавил в оставшиеся папки cmp, возможно с заменой одинаковых файлов, т.к. спешил.  Когда перезапустил LTspice,  элементов было очень много. ( вернуться к старым библиотекам тоже можно,  переименовав  назад папки cmp).
Файл прилагаю.

А вообще, я проверял и с другими низковольтными, но на 4...7 ампер транзисторами Q2. Результаты похожие.

cmp.zip

 

2 часа назад, Vslz сказал:

Разве это не форсированное запирание

А вообще, я проверял и с другими низковольтными, но на 4...7 ампер транзисторами Q2. Результаты похожие. Время спада 0.9 -0.1 менее 19 нс не получается, даже с вариацией диода или емкости вместо  него.

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем Georgy11

[colorad]

45 минут назад, Georgy11 сказал:

А вообще, я проверял и с другими низковольтными, но на 4...7 ампер транзисторами

Как с языка сняли ( за неимением ВВТ ), главное принцип . И не очень понятно к чему это все . Это ведь работает на любых схемах . Лет 25 назад мне об этом немного рассказывал практикующий разработчик вхожий в научные круги .

4Q.asc

Заметьте  - при наличии "диода Миллера"  ускорящий конденсатор обязателен . Нижний красный график.

Изменено 19 сентября, 2022 пользователем colorad

[Georgy11]

Дорогие друзья.  Хочу поблагодарить всех за активное участие в  теме.  Благодаря вашим вопросам и,  особенно инициативам,  я сам узнаю больше о том, о чём намеревался докладывать вам.  Вот смотрите.  Тему я начал с необычного  автогенератора  из рабочей тетради.  Но смотрел на него, лишь как на игрушку, которая приведёт нас к дуальному тиристору. А Vslz  вдруг прилепил к этой игрушке диод с конденсатором  и нагрузкой,  и стал сожалеть о низкой нагрузочной способности.  Спасибо, что он продемонстрировал это на своей модели.  Я, привыкший во всём искать и видеть электронные ключи, сразу сказал, что для устойчивой автогенерации  необходим выпрямитель на диоде  с большим накоплением заряда,  то есть ключ, который надежно обеспечит коммутацию обратной волны. (Коммутация  только за счёт LC колебательного контура не обеспечивает устойчивость.)  И мы с Vslz сделали автогенератор, который легко отдаёт в нагрузку сотни Ватт. (Но этому автогенератору понадобилось примочка  для убийства Миллера,  тоже из рабочей тетради).  То есть игрушка стала немножко полезной. (Остаётся приделать к ней схему управления.  Может дойдут руки.)
 Теперь всех заинтересовала эта примочка из 3 элементов для убийства Миллера.
 И тут опять-таки Vslz  высказыват сомнения в эффективности зарядового управления транзистором  в предложенной тестовой схеме уменьшения времени спада (мол, большие потери в схеме управления).  Я вначале хотел отмахнуться.  Но ведь вопрос действительно интересный. 
 Давайте  задержимся и все вместе разберёмся  с зарядовым управлением транзистором,  и потерями в схеме управления. И сравним потери со штатными потерями из Даташит. (Скорее всего подобное уже было на форуме. Я не претендую на приоритет.)
Вот схема измерений и результаты.
Что имеем.  Напряжение питания за одну микросекунду возрастает до 500 Вольт. Транзистор Q1 при этом бы открылся,  за счёт его ёмкости коллектор-база,  но  благодаря барьерной емкости D2 открывается Q2 и не позволяет это сделать. На четвёртый микросекунде  поддаётся открывающий импульс, длительностью 10 мкс от источника V3  амплитудой 2 ампера, как это предусмотрено в Даташит. После окончания импульса транзистор Q1 открыт еще 15 мкс  за счет накопленного заряда (до 29 мкс шкалы времени). Из верхнего графика видно, что введенная цепочка из 3...4 элементов с транзистором Q2 (не только обеспечивает быстрое запирание силового ключа) но всегда препятствует его ложному открыванию, что бывает нередко в живых схемах. 
Теперь про потери на управление. В соответствии с Даташит открывающий импульс подавался бы не 10 мкс,  а около 24 мкс, а потом еще около 1мкс, подавался бы импульс с отрицательной полярностью. Итого, имеем экономию энергии управления в 2,5 раза. И это при заметно упрощенной схеме управления. 
По-существу, мы обеспечили ключу самоуправляемое запирание, после его выхода из режима насыщения. Такой ключ не должен при работе входить в активный режим. А, значит, он имеет повышенную надежность. Кстати, такое же базовое (атрибутивное) свойство имеет и дуальный тиристор. 
Проверьте сами, как работает схема при отключении D2.
Жду замечаний.

Даташит:
ON CHARACTERISTICS
Collector–Emitter Saturation Voltage
(Ic = 5 Adc, Ib = 2 Adc)    VCE(sat) =  1 Vdc
(Ic = 10 Adc, Ib = 5 Adc)  VCE(sat) = 5 Vdc
(1) Pulse Test: PW = 300 µs, Duty Cycle 2%
====
SWITCHING CHARACTERISTICS    
Resistive Load (Table 1)                        
Baker Clamped (Ic = 5 A, Vcc = 250 V,  Ib1 = 2 A, Ib2 = -2 A, Rb2 = 3 Ohm, PW = 25 us, Duty Cycle < 2%)    

Delay Time                       td    —    85    200    ns
Rise Time        tr    —    900    2000    ns
Storage Time    ts    —    4500    9000    ns
Fall Time        tf    —    200    400    ns

 

Energy loss_Drive_.asc

Изменено 20 сентября, 2022 пользователем Georgy11

[Кыс]

20 часов назад, Vslz сказал:

транзисторов взамен выбранного Вами, как выясняется, очень немного типов. Необычный очень. Высокий ток и высокая бета вместе с огромной граничной частотой. 

это BISS transistors

 

[Vslz]

даже среди biss, подобных немного. 

[thickman]

19 часов назад, Georgy11 сказал:

После окончания импульса транзистор Q1 открыт еще 15 мкс  за счет накопленного заряда (до 29 мкс шкалы времени)

Нужны объективные экспериментальные данные, не из симулятора. Возможно, что в режиме, когда значительную часть времени открытого состояния ключа обеспечивает убывающий заряд в базе, статические потери будут неприемлемыми. Это особенно актуально для высоковольтных биполяров с большим сопротивлением тела коллектора, с остаточным напряжением при малом насыщении (убывающем избыточном заряде), там полный швах.
 По этой причине я намеренно сокращал этот временной интервал за счет форсированного выключения путем обрыва эмиттера, и он сократился аж до 300 наносекунд, поэтому вклад в общие потери незначителен.

Изменено 21 сентября, 2022 пользователем thickman

[Georgy11]

4 часа назад, thickman сказал:

Возможно, что в режиме, когда значительную часть времени открытого состояния ключа обеспечивает убывающий заряд в базе, статические потери будут неприемлемыми.

Эксперимент подтверждает Ваши слова: 

По данным рабочей тетради Tf  для КТ839 составляло 50нс.  Роль барьерной емкости диода играл демпфирующий конденсатор Сд. Функцию добавочного транзистора исполнял КТ908.  При этом его эмиттер был подключен не прямо к земле, а через КМ 2,2 мкф, который, играл роль  -Есм., и, в свою очередь заряжался током  Сд (т.е. необходимо было еще 2 диода для выпрямления). И при работе на 2,2 мкф вырабатывалось отрицательное напряжение 1...6 В. 
При токе коллектора 2 А , напряжение на коллекторе было 4 В, а при 4 А, аж 10 В. Без отрицательного смещения на 2,2 мкф спад увеличивался до 100...200 нС. Небольшой выигрыш в нагревании был,  но он явно не оправдывался затраченными средствами.
Зато с КТ847  Tf   составляло менее 50нс без всяких дополнительных примочек (в виде 2,2 мкф), и с маленьким напряжением на коллекторе, которое было сложно померить, записал 1...2 В.
Кстати, по Вашей осциллограмме видно, что напряжение на ключе на интервале 300нс заметно повышается. Не могу оценить, % увеличения потерь.

Изменено 21 сентября, 2022 пользователем Georgy11