Квазирезонанс

[Obergan Alexey]

Думаю, что блоки питания подобного типа нужно выделить в отдельную тему, т.к. с резонансниками у них общий только корень в названии

По сути, квазирезонансный ИИП принадлежит к семейству обратноходов обыкновенных, но используется во благо такое паразитное явление, как резонанс выходной ёмкости ключа и индуктивности намагничивания, после того, как трансформатор(для граммарнаци "дроссель") отдаст накопленную энергию в нагрузку.

Итак, по совету thickman'а собрал сей агрегат на контроллере L6565.

Понадобился мне он для питания ламповой части гибридного усилителя, поэтому особой мощности от него не требуется, а вот создавать помех он должен по-минимуму. Поэтому в некоторых моментах пришлось идти на компромисы с собственной совестью.

Проблема №1, которая возникает при питании накала ламп - это их низкое сопротивление в холодном состоянии. Для 6н1п - это 1.6 ом. Две лампы параллельно - это уже 0.8 ом. Хотя в разогретом состоянии они потребляют 1.2 ампера(две параллельно) при 6.5 вольтах. В общем, задача стояла запустить этот БП с подключенной нагрузкой. Во-первых рассчитал его под больший ток.

Spoiler

Во-вторых, обмотку самозапита рассчитал так, чтоб напряжение питания контроллера было на грани максимально допустимого для него. У L6565 минимальное напряжение внутреннеого стабилитрона 18 вольт, при этом защита от пониженного питания срабатывает максимум при 10 вольтах. Поэтому некоторый запас есть, чтоб контроллер не выключился, пока лампы разогреваются. Но такая вольность лишила меня возможности сделать триггерную защиту на случай обрыва цепи обратной связи, которую я развёл на плате, но не запаял(ибо бессмысленно).

Далее я решил сделать отражённое напряжение побольше, что даёт два плюса. Во-первых, чем выше отражёнка, тем меньше обратка на вторичке. Т.е. хоть и советуют для высоких напряжений ставить две обмотки последовательно, я сделал одну и обошёлся одним диодом UF4007. Кроме того, чем выше отражённое напряжение, тем выше амплитуда паразитных колебаний, а значит есть возможность открывать ключ при низком напряжении на нём. Хотя в моём случае это не особо помогло и ключ открывается при 200 вольт на нём, давая эти мерзкие токовые выбросы до 0.5А(шунт у меня 3 ома) в момент открытия ключа

Spoiler

На этом плюсы повышенного отражённого напряжения заканчиваются. Во-первых, чем меньше индуктивность вторички, тем выше в ней пиковый ток. Хотя, 5-ти амперный диод Шоттки в корпусе SMB(SS54) нисколько не нагрелся за 10 минут питания двух 6н1п(1.2 Ампера). Во-вторых, чем меньше индуктивность вторички, тем быстрее дроссель отдаёт свою энергию в нагрузку. А нужно, чтоб это время было не ниже 3.5 микросекунд(т.н. blanking time контроллера), иначе ключ будет включаться не на первом колебании, а на втором и даже третьем. В принципе, на приведённой выше осциллограмме запас есть. Нагрузка была 2 6н1п по низковольному выходу и 15 килоом по высоковольтному(400 вольт). В общем, практика говорит, что можно было ещё поднять отражённое напряжение. Вот так кстати выглядит осциллограмма на высоковольтной вторичке

Spoiler

Чуть более 800 вольт от пика до пика. Конечно, с учётом небольшой осцилляции внизу возникает риск пробития диода, но пока до киловольта не дошло. Пульсации на выходе пока не измерял, но в целом это и не сильно критично, т.к. в любом случае будет ещё RC фильтр, ибо 400 вольт мне много, просто с запасом сделал. Загасить 50 вольт резистором при токе в 20 миллиампер расточительством не считаю.

Ну и теперь по запуску. В общем-то без плясок с бубном не обошлось, но все пляски заключались в том, что колбасило обратную связь. К своему стыду я не разобрался с темой по замедлению обратной связи, поэтому пришлось прибегнуть к бубну. В конечном итоге, решил заводить обратную связь не после дросселя, а до него, перерезав соответствующую дорожку и впаяв проводок.

Spoiler

В целом, я доволен результатом, хотя в симуляции при отражёнке в 300 вольт, колебания доходили практически до нуля. Видимо какой-то параметр не учёл в симуляции. Схему выкладывать смысла не вижу, т.к. она есть в даташите. Ну а номиналы подбирал под свою задачу. Думаю, врядли кого заинтересует БП с точно такими же параметрами. А так штука конечно же интересная.

По секрету скажу, что до этого пытался сделать квазик на супер "вумном" контроллере от Infineon с кучей защит и счётчиком паразитных колебаний, но оказалось, что для моей задачи он не годится, ибо куча защит и не дала ему запуститься на холодных лампах.

[Реклама]

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

[master144]

4 часа назад, Obergan Alexey сказал:

Проблема №1

Разве терморезистор последовательно с нитями накала не решит проблему:

[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

[Obergan Alexey]

5 minutes ago, master144 said:

не решит проблему

Как-то не думал раньше на эту тему. В принципе, если поставить терморезистор на 2.5 ом, то в нагретом состоянии его сопротивление существенно упадёт. Надо подумать в эту сторону в следующем экземпляре. Этот пока и так работает. Правда если оборвётся цепочка обратной связи, то пипец придёт всему

[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

[master144]

Сопротивление терморезистора в нагретом состоянии уменьшается не менее чем в 10 раз, вполне подойдёт для ограничения тока через нити накала без потерь,  по поводу цепочки обратной связи, надо продумать защиту.

[Obergan Alexey]

6 minutes ago, master144 said:

надо продумать защиту.

Она уже продумана. На плате я оставил такую возможность. Обычная триггерная защита. Идея взята из даташита.

Просто в текущей конфигурации она будет бесполезна, т.к. с самозапита приходит 18 вольт. Вот если получится снизить вольт до 14-ти, тогда уже есть смысл делать защёлку, реагирующую на 16 вольт.

 

[master144]

Понятно

[thickman]

6 часов назад, Obergan Alexey сказал:

есть возможность открывать ключ при низком напряжении на нём. Хотя в моём случае это не особо помогло и ключ открывается при 200 вольт на нём, давая эти мерзкие токовые выбросы до 0.5А(шунт у меня 3 ома) в момент открытия ключа

Вместо ультрафаста UF4007 можно втулить диод с trr=500-700us. Например FR308. Динамические потери в диоде будут больше, но помехи уменьшатся. Буду признателен, если попробуете и покажете осциллограмму на вторичке или на стоке силового ключа.

[Obergan Alexey]

47 minutes ago, thickman said:

можно втулить диод с trr=500-700us.

Есть RS1M. Как раз 500 наносекунд(надеюсь, вы имели в виду именно наносекунды ). Попробую на досуге его воткнуть, по результатам выложу осциллки.

С динамичискими потерями можно смириться, т.к. там где лампы, там бороться за КПД особого смысла не имеет. Думаю, амперный диод выдержит динамические потери

P.S. А есть ли смысл тогда поставить и более медленный диод в низковольтную часть для питания накала ? Например какой-нибудь шоттки, но на 100 вольт.

Изменено 16 декабря, 2022 пользователем Obergan Alexey

[thickman]

Да, очепятка, конечно наносекунды.

Использовал L6565 с регулировкой выхода в широком диапазоне. По этой причине питание контроллера пришлось организовать на прямом ходу, а детектор нуля приколхозить непосредственно к стоку силового ключа через RD-цепочку.

Так же полезно посмотреть an1657

34 минуты назад, Obergan Alexey сказал:

А есть ли смысл тогда поставить и более медленный диод в низковольтную часть

Пмсм, не стоит.

[Obergan Alexey]

6 minutes ago, thickman said:

детектор нуля приколхозить непосредственно к стоку силового ключа через RD-цепочку

Видел что-то подобное в апноутах к ККМ контроллерам, в схемах без вспомогательной обмотки на дросселе. Там правда была RC цепочка

Изменено 16 декабря, 2022 пользователем Obergan Alexey

[Obergan Alexey]

1 hour ago, thickman said:

Буду признателен, если попробуете и покажете осциллограмму на вторичке или на стоке силового ключа.

Попробовал

Нагрузка та же. 2 лампы по низковольтной части и 15 килоом по высоковольтной.

Осциллограммы

Spoiler

На стоке ключа

На вторичке

Как-то не заметил разницы.

Кстати, при подключении к сети напряжение переключения должно быть пониже. У меня разделительный трансформатор чуть повышает, т.к. 230 на нём должно быть при номинальной нагрузке. Щас у меня выпрямленное питающее напряжение составляет 340 вольт.

[thickman]

Раз так, я бы набрался наглости и поставил с еще большим trr.

[Obergan Alexey]

23 minutes ago, thickman said:

с еще большим trr.

Попробовал 1n4007. С ним вообще не захотел запускаться  А таких диодов, чтоб trr был выше 500 нс, но при этом ниже чем у медленных диодов, у меня нет.

Изменено 16 декабря, 2022 пользователем Obergan Alexey

[thickman]

Да, с двумя каналами получается не так просто. По шестивольтовому потребление больше, надо бы туда медленный диод. Однако, вместо Шоттки пришлось бы диод с p-n переходом применять, да ещё сравнительно медленный, а это за гранью разумного по статическим и динамическим потерям. Если оставить как есть, забив на "бескомпромиссный ПНН", тогда можно скорость включения снизить - увеличить номинал резистора в затворной RD-цепи. Ещё можно немного увеличить зазор в трансформаторе, там сейчас солидный запас, и поиграться номиналом резистора в цепи детектора нуля, чтобы попасть аккурат во впадину стокового напряжения.

Если желание поэкспериментировать с абсолютным zvs-нулем не пропало, обратите внимание на самоуправляемый кламп от Georgy11(недавняя тема про дуальный тиристор) Это двухполюсник, внедрить его в схему будет не сложно.

[Serg76]

В 16.12.2022 в 16:49, Obergan Alexey сказал:

создавать помех он должен по-минимуму.

Уровень помех на выходе, если не сложно Алексей, пожалуй это самое интересное на таких контроллерах.

Квази ... это переключение ключей ... более правильно с мягкой коммутацией ... тема довольно объемная и она затрагивает не только обратноход. В параллельной теме вашей обсуждалось. На фиксированной частоте, в том же LC преобразователе, который по определению должен пахать на резонансной частоте при наличии сливой конфигурации удалось реализовать, и какие выводы ...

[Obergan Alexey]

2 hours ago, thickman said:

По шестивольтовому потребление больше, надо бы туда медленный диод.

Да на самом деле не больше. По 6-ти вольтам 7 ватт, по 400м почти 11. По идее, само применение ламп в радиоэлектронике это уже за гранью разумного, поэтому можно и попробовать. Тут другой нюанс есть - самозапит на грани допустимого. Если поставить диод с большим падением, то может тяжко стать стабилитрону в контроллере.

Как вариант, можно вольт на 100 поднять отражёнку. Но это надо трансформатор перематывать. Если отмотать вторичку, то будет слишком много. А первичка идеально вошла в два слоя. Я заказал ещё порцию сердечников типа ERL28, которые будут чуть подлиннее. Ключ у меня на 950 вольт, запас есть. На осциллке видно, что напряжение поднимается до около 650 вольт в момент отключения. Но тут есть нюанс. Если замкнуть обе вторички и измерить индуктивность, то получится пара десятков микрогенри. Снаббер вполне с ней справляется, не напрягаясь. А вот если замкнуть только низковольтную вторичку, то индуктивность рассеяния доходит до сотки. Когда работает только накал(в момент включения лампы холодные, через анод ток не идёт), выбросы будут поболее.

2 hours ago, Serg76 said:

Уровень помех на выходе

Будут. Не обещаю, что в ближайшее время. Щас просто уже всё поотключал, да убрал. Переключился на тему автогенов(наставник, готовьтесь, скоро будут вопросы в соответствующей теме  ). Тут ещё такой момент, что щупом в 100х точно не измеришь, а для 1х напруга великовата. Надо колхозить какую-никакую RC цепь, замыкающую выход.

Изменено 17 декабря, 2022 пользователем Obergan Alexey

[thickman]

3 часа назад, Obergan Alexey сказал:

Щас просто уже всё поотключал, да убрал.

Эх, на полпути остановились - до победного ZVS не добрались. Пожалуй, zvs-отладку  стоило начать раздельно, только с одним нагруженным каналом.

5 часов назад, Serg76 сказал:

Квази ... это переключение ключей ... более правильно с мягкой коммутацией ... тема довольно объемная и она затрагивает не только обратноход.

- дело говорите, нет принципиальной разницы между мягкой коммутацией в полумосте и в QR-обратноходе. Там и там нужен разряд выходной емкости до минимума перед включением силового транзистора. В полумосте обычно это достигается за счет энергии накопленной в индуктивности рассеяния или намагничивания трансформатора. А вот с обратноходом в граничном режиме интереснее. По алгоритму его работы, к моменту включения силового ключа вся энергия из дроссельтранса обязана перейти в нагрузку и условий для победоносного zvs нет.  Приходится довольствоваться малым. Кстати, очень важный момент - в обратноходе в неразрывном режиме работы, когда энергия из дроссельтранса не полностью выкачивается в нагрузку, режим zvs недостижим в принципе. Это не противоречит вышесказанному. Ток в индуктивности намагничивания обязан быть, но для разряда емкости  протекать он должен в обратном  направлении. Осталось за малым - придумать, как закачать немного тока в дроссельтранс в нужном направлении.

Изменено 17 декабря, 2022 пользователем thickman

[Obergan Alexey]

26 minutes ago, thickman said:

Эх, на полпути остановились - до победного ZVS не добрались.

Если честно, я вообще не рассчитывал на полный ZVS. В апноуте видел графики, там полный ПНН был при питании в 100 вольт. Думаю, ещё можно попробовать увеличить затворный резистор. Это должно немного разгладить токовый выброс. В симуляторе по крайней мере работает. Сейчас стоит 150 ом, но для затвора в 12 нанокулон и этого маловато. Учитывая, тот факт, что преобразователь работает не в CCM режиме, медленное открытие не создаст слишком большие динамические потери. Но потом. Хочу успеть за завтрашний день автоген запустить, т.к. потом снова будни, снова работать, снова не будет времени

Изменено 17 декабря, 2022 пользователем Obergan Alexey

[thickman]

Самоуправляемый кламп в зарядном айфона на контроллере L6565: https://adamw88.github.io/ такая метода принуждает QR-флай фунциклировать в режиме бескомпромиссного ПНН.

[Obergan Alexey]

11 hours ago, thickman said:

в режиме бескомпромиссного ПНН.

Вообще, если посмотреть на проблему в общих чертах, то в момент, когда сердечник отдаст всю свою энергию в нагрузку, то колебательный контур, который образуется, состоит из индуктивности намагничивания, выходной ёмкости ключа, а также их активного сопротивления. В симуляции добротность получалась довольно-таки неплохой - колебания практически не затухали. Небольшие затухания начинались, когда я ставил активное сопротивление первички в 100 ом. Причём RCD клампер был применён и в симуляции. Но что-то в железе очень сильно влияет на добротность. У меня в клампере сейчас стоит медленный диод RS1M. Есть смысл воткнуть туда US1M или даже ES1J ?

Изменено 18 декабря, 2022 пользователем Obergan Alexey

[thickman]

Медленный диод в клампе хорошо работает, если ток в в дроссельтрансе разрывный или режим работы граничный. Проблема может быть при неразрывном токе, но такой режим исключен благодаря применённому контроллеру. Последовательно с кламповым диодом желательно включить дополнительный резистор. Он греется, но зато хорошо подавляет паразитные осцилляции, возникающие при жестком восстановлении медленного диода.

1 час назад, Obergan Alexey сказал:

если посмотреть на проблему в общих чертах, то в момент, когда сердечник отдаст всю свою энергию в нагрузку, то колебательный контур, который образуется, состоит из индуктивности намагничивания, выходной ёмкости ключа, а также их активного сопротивления

Лучше эту проблему рассматривать не в общих чертах, а в частном порядке - возможные начальные условия в резонансном контуре перед включением силового ключа. Эти условия могут быть разными в зависимости от того, есть ли ток в этот момент в индуктивности и каково его направление.  Например, при работе "айфонного"клампа по ссылке выше, этот ток есть и он протекает в полезном направлении, но расплата за это - дурной ток циркуляции через кламп.

Изменено 18 декабря, 2022 пользователем thickman

[gyrator]

2 часа назад, thickman сказал:

дурной ток циркуляции через кламп.

В начале века, когда был бум ваяния самопальных сварочников, тема всякоразных кламперов-демпферов, обеспечивающих мягкую коммутацию ключей обсуждалась очень интенсивно, в частности на старых Мастерах. Модного термина "квазирезонанс" тогда не употребляли, обходились более общим-мягкая коммутация.  А уж она включает: диссипативные демпферы, рекуперативные, использование ДНЗ и т.д и т.п.

Однако, при наличии двух ключей, вверху и внизу, гораздо пользительнее, ИМХО, юзать топологию однотактного прямоходового мостика с мягкой коммутацией, поскольку в нём нет долбёжки импульсным током по выходным конденсаторам и отсутствует тот дурной зазор, что усугубляет "вихри враждебные" в проводах обмоток. Да и разделение СТ и накопительного дросселя очень способствует "размазыванию" тепла. Тем не менее, возможен и мягкий обратноход на однотактном мостике, ежели две мотки напрягают, но он менее эффективен, чем прямоход. Понятно, что вышеупомянутое актуальнее для сильномогучих питальников киловаттного диапазона, хотя и в мелких вполне себе работает на снижение уровня помех и повышение кпд.

Нащёл в хламе такую картинку: мяфкая коммутация.pdf

Изменено 18 декабря, 2022 пользователем gyrator

[OSS]

Интересно а какой уровень помех гуляет по питанию. Если сделать например замер на минусовом проводе ,в двух отдаленных точках подключения.

[Obergan Alexey]

Сложно будет такие помехи измерить. Щуп осциллографа сам по себе является антенной, а с пружинкой в слишком удалённые точки не тыкнешься

[Serg76]

22 часа назад, thickman сказал:

как закачать немного тока в дроссельтранс в нужном направлении.

Это вообще возможно в такой топологии? Первое что приходит это к примеру магнитосвязанные обмотки на магнитопроводе или регенеративный снаббер. Но он в "лоб" решает проблему выбросов от паразитной Ls и уже нет нужды в клампере который переводит эту энергетику в тепло. Да, лишнего тока немного достается ключу в первичке, но это уже мелочь по сравнению с основным. На приложенном скрине gyratora как раз вида работа регенеративного снаббера в прямоходе, или ошибся?