H-мост до 1 МГц

[protector]

Звон есть, а почему амплитуда 5В?

[Реклама]

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

[shaxel]

На счет амплитуды у Кухтецкого где-то было грамотно расписано. Дело в том, что при трансформаторном управлении затвора площадь прямоугольника выше нуля и ниже нуля всегда равны. То есть, если в моем примере уменьшать заполнение импульса, он будет подниматься вверх. При заполнении 1% амплитуда будет практически равна амплитуде питания драйвера. Это можно иправить, если в цепь затвора (после трансформатора) поставить сначала последовательную емкость, а затем параллельный диод катодом к затвору. Но, у меня транзисторы начинают открываться при 1,7...2,0 В (в зависимости от температуры) и почти полностью открыты при 5,5.....6В. То есть мне обратное смещение ни к чему - это раз. А второе, звон после спадающего фронта (который вы заметили) находится ниже нуля потенциала, пусть там что угодно будет до предела 1,7 В - это по барабану. Так схема более стабильно работает, но это в моем случае с именно такими мосфетами.

Автор Кухтецкий С.В.:
Существует определенное предубеждение по отношению к однополярным трансформаторным гальваническим развязкам. На одном из российских форумов даже разгорелся жаркий спор на эту тему. Поэтому остановимся на этой схеме подробнее.

Проблема заключается в том, что трансформатор должен правильно передавать однополярный сигнал. Но для того, чтобы избежать насыщения сердечника, необходимо убрать возникающую при этом постоянную составляющую. Это легко сделать при помощи конденсатора C3 перед первичной обмоткой трансформатора. На выходе Tr1 мы получаем уже двухполярный сигнал, в идеале совпадающий с исходным, но смещенный в отрицательную область как раз на величину этой убранной постоянной составляющей. Такой сигнал нас вполне бы устроил, т.к. на затвор полевых транзисторов можно подавать отрицательный запирающий сигнал. Но здесь возникает вторая проблема, а именно: амплитуда импульсов на выходе развязки будет зависеть от коэффициента заполнения сигнала. Дело в том, что в верхней части нашего рабочего частотного диапазона (300 кГц) длительность «dead time» становится сопоставимой с периодом следования импульсов. Поэтому коэффициент заполнения (отношение длительности импульса к периоду) в нашем рабочем диапазоне (60-300 кГц) будет изменяться уже в довольно широких пределах (приблизительно от 20% до 50% для «dead time» 1.2 мкс). При различных коэффициентах заполнения амплитуда импульса на вторичной обмотке трансформатора будет тоже разная. Это происходит потому, что в стационарном случае вольт-секундная площадь катушки (за период) должна быть равна нулю (см. рис.5).
В результате в одной стороне рабочего диапазона сигнал окажется слишком малым для надежного открывания транзистора ключа, а в другом, наоборот, может превысить допустимый для транзистора предел (обычно 20 В). Поэтому проще восстановить постоянную составляющую нашего сигнала после гальванической развязки. Для этого можно использовать очень простые решения в виде так называемых «восстанавливающих» цепочек: конденсатора C4 и диода VD1 (рис.4). Резистор R1 необходим для разряда затворов транзисторов при выключении генератора импульсов, иначе на затворе транзистора может остаться заряд, и транзистор останется открытым.

Изменено 8 ноября, 2023 пользователем shaxel

[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

[protector]

15 минут назад, shaxel сказал:

если в моем примере уменьшать заполнение импульса, он будет подниматься вверх.

У вас однотактное управление трансформатором?

[Реклама]

Особенности хранения литиевых аккумуляторов и батареек

Потеря емкости аккумулятора напрямую зависит от условий хранения и эксплуатации. При неправильном хранении даже самый лучший литиевый источник тока с превосходными характеристиками может не оправдать ожиданий. Технология, основанная на рекомендациях таких известных производителей литиевых источников тока, как компании FANSO и EVE Energy, поможет организовать правильный процесс хранения батареек и аккумуляторов. Подробнее>>

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

[shaxel]

По входу. Наверное перед резисторами на 150 Ом, или вместо них. Я так понял, мне 2 задержки делать надо для каждого драйвера. Могу поставить или два инвертирующих, или прямой и инвертирующий.

 

Изменено 8 ноября, 2023 пользователем shaxel

[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

[shaxel]

Тут кстати плату собрал для определения насыщения сердечников, для трансформатора дальше пригодится. Кому интересно, можно тут посмотреть

 

[shaxel]

Короче, решил наконец вопрос с Dead-time. На самом деле все очень просто.
Если имеется один канал опорного генератора для управления мостом, то я поступил так: берем 2 неинвертирующих драйвера (по 1 на каждую диагональ) и далее по схеме:


получилась такая плата


Если подстроечные резисторы выкрутить на ноль, мы имеем практически исходный сигнал.


Далее заваливаем фронт одного выхода


И второго


Мои драйвера срабатывают при примерно 1,6 В на входе. Видно что можно сделать задержку для каждого драйвера. Если поиграться с номиналами, ее можно сделать практически любую.
Важно, использовать можно только импульсные диоды на 150-200 мА, со срабатыванием по 4-6 нс.
Я пробовал ставить ультрафасты по 20-30 нс, диоды шотки. С ними работать не будет, т.к. завал идет выше порого срабатывания драйвера, я не знаю это обусловлено емкостью диода или временем восстановления. Скорее всего емкость.
Вот картинка с ультрафастом 25нс на желтом канале:


П.С.: понятно, что для большинства пользователей форума это элементарная задача, но это может помочь новичкам. Я много времени убил с этим dead-таймом, пока додумался до решения.

Изменено 11 декабря, 2023 пользователем shaxel

[shaxel]

Вчера приехали драйвера, протестил схему уже на плате.
Затворы без подключения питания.


Эффективные фронты по 15 нс, ну пусть под нагрузкой будут немного длиннее, считаю с применением GDT и такой частотой отличный результат.
Драйверы практически не греются, немного теплые при продолжительной работе. При повышении частоты примерно до 1,5-2 МГц начинают раскаляться.


Собрал схему от @protector которая была предложена для наглядного наблюдения дед-тайма на предыдущей странице. Выкрутил дед-тайм почти на максимум при имеющихся номиналах цепи задержки, получилось так:


Тут видно влияние емкости Миллера, по напряжению из даташита сходится. Отмеченный отрезок, судя по всему, и есть время задержки. Надо уменьшать. Но проблема в том, что схема визуализации с оригинальными номиналами через секунд 5 выходит на 150°C. Попробую кидать по импульсу с большим промежутком. В любом случае, дедтайм надо уменьшить. Далее буду пробовать в нагрузку поставить LRC последовательно, позже заменив R на трансформатор.

Изменено 13 декабря, 2023 пользователем shaxel

[drmodd]

А использовать нормальные драйверы? NSI6602, регулируется ДТ от 10нс.

Драйверов сейчас как грязи, любых.

[shaxel]

Можно, в принципе, и такой заказать. Но, тут же вопрос не в том, что мертвое время я не могу сформировать. Вопрос в том как его четко посмотреть осциллографом с общей землей каналов.

[IMXO]

22 минуты назад, shaxel сказал:

что смотрим на осциллографе с гальванически развязанными каналами.

с каких это пор ригол обзавелся гальванической развязкой?
смотри внимательно куда крокодилы цепляются...
ГР там у тектроникса  ток через нагрузку показывает.

[shaxel]

Итак, удалось поработать после праздников.
Напомню задачу: необходимо питать активную нагрузку 127 Ом синусоидой частотой 780 кГц мощностью в районе 50 Вт или больше. Топология - резонансный LLC мост с трансформаторным подключением нагрузки (вместо R1 - будет трансформатор).

1) Решено было попробовать сделать плату моста с симметричными плечами. Ранее было замечено что синусоида напряжения на емкости искажена (фото кривули не осталось), четверьсинусоида нарастания и спада напряжения, то есть течение тока туда и обратно заметно отличаются. Пришел к выводу, что пути тока по диагоналям моста должны быть примерно одинаковыми с точки зрения импеданса. Поэтому силовую шину переделал. Попробовал 2, даже 3 варианта, с параллельным расположением и расположением плечо над плечем. После этого проблема не наблюдалась, синусоида стала ровной.

2) Поставил по питанию емкость в 10 000 и разрядный резистор в районе 1к.
3) Т.к. еще не готов трансформатор, подключил для пробы проволочный резистор на 15 Вт номиналом 1 Ом. Дело в том, что исходя из теоремы максимальной мощности, трансформатор должен быть намотан так, чтоб в мост вносилось 1 с копейками Ом. Этот вопрос до сих пор для меня до конца не ясен, кто-то говорит, что теорему соблюдать не обязательно. Так до конца не понял чем руководствоваться при намотке трансформатора. Пробовал ставить дорогущий выводной резистор в корпусе ТО-220 с радиатором, но они жили по 10 секунд максимум, не знаю почему. Тем более не понятно на какое напряжение они рассчитаны, даташит не нашел.
4) Исходя из того, что для передачу в нагрузку 50 Вт, в первичной цепи должно болтаться 100 Вт минимум, произведя расчеты, выяснилось, что при моем напряжении источника в 12,5 Вт, нужна емкость в 200 нФ примерно. А для того чтоб выдержать частоту в 780 кГц при сопротивлении в 1 Ом, индуктивность не должна превышать 200 нГн. По расчету индуктивность дорожки плеча примерно 25 нГн.
То есть надо добавить 175 нГн. По факту же получилось, что даже без добавочной индуктивности резонанс оказался значительно ниже по частоте. Удалось добиться резонанса на 820 кГц при полном отсутствии добавочной индуктивности и емкости только в 90 нФ. Не знаю точно с чем связана такая большая погрешность. Скорее всего в моем случае на частоту сильно влияет сопротивление, я не учитывал сопротивление дорожек, импеданс источника питания, сопротивление самих мосфетов и т.д. Но факт остается фактом. Тестовая плата стала выглядеть следующим образом.

5) В схеме драйверов на первичной стороне заметна группа из 3 конденсаторов по 0,22 мкФ. До этого стояли по две SMD керамики в 0,47 мкФ, но их пробивало несколько раз, да и в общем с ними работало все фигово с какими-то непонятными проблемами постоянно. Пришел к выводу, что даже в цепь драйвера нельзя ставить SMD керамику, она для цифры да и только. Тем более драйвера у меня до 9 А в пике выдают.

Вот видео запуска.

Тут напряжение на емкости, видно как оно меняется при движении около резонанса (шаг подстойки стоял 10 кГц)
https://www.youtube.com/watch?v=n9UFGFbu-DY

Тут сигнал на затворах, то же самое, движение около резонанса. Видно какие помехи появляются в режиме хард свитч, видно зачем ставят снабберы, и насколько чистый сигнал в режиме безтоковой коммутации.
https://youtu.be/hikHClt5E0Q

Тут сигнал сток-исток нижней пары ключей (1, 2). Заметно что есть небольшой сквозняк менее 10 нС, потом подправлю, уже не было времени настраивать. Не понятно, почему есть время выравнивания сразу после закрытия ключа, не достаточно емкость в 10 000 мкФ? Тут вообще нет догадок почему так.

https://youtu.be/T69m4REPT60

Мосфеты во время работы греются слабо. На данный момент понятно, что при данном напряжении питания в 12,5 В я не получу 50 Вт на выходе. Придется питать от ноутбучного адаптера, имеется один на 90 Вт, но вытянет ли он предельную отдачу...
До сих пор не понятно, почему частота первичной цепи моста сильно завалена вниз от расчетной.
Делитесь мнением.

Изменено 16 января пользователем shaxel

[shaxel]

Вчера попробовал снизить R до 0,2 Ом. Частота резонанса сильно уплыла и выросла добротность первичного контура. Пока мосфеты не задымились, успел разглядеть, что напряжение на емкости выросло почти до 60В в следствие увеличения добротности контура и мосфеты стали преключаться в режиме хард свитч. После секунд 10 мосфеты раскалились и выгорели. В обычных резонансных преобразователях без снабберов никак абсолютно, это стало понятно, только на частоте резонанса при безтоковой коммутации их можно не использовать.
Я понял, что расчет надо производить немного по-другому чем я это делал, учитывая Q. Ща закуплюсь ключами и продолжу эксперименты. Правильный расчет примерно понятен, позже выложу.

[shaxel]

Короче, посчитал я тут кое-что.
Допустим, на нагрузку хочу передать 70Вт. Мосфеты у меня на 60В, безопасными вижу 40В амплитудного (28,4В действующего) в конденсаторе моста.
Тогда надо посчитать требуемый ток нагрузки, вносимое сопротивление, а также L и С моста.
Схема будет выглядеть так:


Зная требуемую мощность, требуемое и исходное напряжение, считаем вносимое сопротивление нагрузки и волновое (характеристическое) сопротивление LC контура моста.


Зная эти данные, а так же зная фиксированную частоту 782 кГц, на которой должна работать нагрузка, узнаем L и С используя формулу частоты реального контура.


И что мы видим, мне как-то говорили что источник питаниия в виде батареи на 12В создаст гемора, я и сам так думал, типа лучше повышающий DC-DC ставить и им мост питать. Оказывается LC контур моста и есть этот повышающий DC-DC. Амплитудный ток в мосте 3,48А. Какой мне понадобится феррит для 3,48А при частоте 782 кГц? Вот в ферритах вообще не разбираюсь, в расчете и их характеристиках. Есть 2 кольца М50ВН 32х16х8, они стопкой переварят, кто на вскидку скажет? Можно конечно еще напряжение поднять, но закупил целую пачку мосфетов неплохих на 60В по дешевке, хотелось бы их в дело пустить.
На выходных буду экспериментировать.

Изменено 19 января пользователем shaxel

[protector]

Если включить трансформатор вместо резистора, то там не получите нормальный синус. Синус будет только на емкости. Причем необходимая амплитуда - при постоянной нагрузке. 

[shaxel]

Е-мое, не расстраивайте меня...
Почему ровного синуса на трансформаторе не будет? Меня интересует выход трансформатора.
На счет нагрузки: это что-то типа антенны особой конструкции. Конечно, при накачке в антенну, потери будут расти, то есть, как-бы нагрузка тоже расти. Но, я смотрел вход антенны векторным анализатором, там 127 Ом активных, реактивной составляющей почти нет, и насколько я понимаю, эти 127 Ом будут постоянными при любых процессах в антенне, при любом излучении, при любом росте амплитуды тока в антенне. Я думаю, нагрузку стоит считать постоянной.

Изменено 19 января пользователем shaxel

[protector]

10 минут назад, shaxel сказал:

Е-мое, не расстраивайте меня...

Напряжение на резисторе смотрели? 

[shaxel]

Нет, понимал что это важно, но все сгорело пока руки дошли.
Сегодня куплю резистор железный на 50 Вт, 10 Ом и конденсаторов пленочных пачку. Посмотрю ток.
Сделаю такую же как последняя схему, только с номиналами близкими к тем что в расчете. Надо обождать, на выходных будут свежие данные. На крайний случай, если с током такая засада, можно трансформатор параллельно C подключить, только все переделывать и пересчитывать опять надо

Изменено 19 января пользователем shaxel

[protector]

2 часа назад, shaxel сказал:

можно трансформатор параллельно C подключить, только все переделывать и пересчитывать опять надо

Соберите вот это, только обязательно с нагрузкой.

В 26.10.2023 в 21:54, protector сказал:

Если мост будет нормально работать, то даже можно и без трансформатора обойтись. Здесь контур для 1МГц, пауза 100нс, но лучше ее увеличить. Но, как и в предыдущем варианте, нагрузочный резистор отключать нельзя.

 

 

 

[shaxel]

Приветствую.
По-моему заметил небольшую ошибку в расчете на первой картинке выше.
Я считаю Q=U/U₀ , где U - действующее напряжение на емкости контура, U₀ - напряжение питания.
U вроде бы надо брать амплитудное?

Ну да ладно, для начала поставил 5х1500 pF ,индуктор на 5,4µH и резистор на 10 Ом
Частота была ниже расчетной, напряжение на емкости тоже.  Резонанс я определял по максимальной амплитуде напряжение C. Частота получилась около 650 кГц.
С током действительно какая-то шляпа. Я интерпретирую что переключение идет не в нуле тока. А частота тока в схеме должны быть равна частоте напряжение на емкости вообще? Непонятно еще то, что подстраивая частоту, так и не удалось выйти на переключение тока в нуле, то есть не удалось получить ровную синусоиду на резисторе. Пока точно не понимаю что там происходит, надо почитать, подумать.
Тут на видео синий - напряжение на емкости, желтый - напряжение на резисторе

Далее я уменьшил емкость до 4х1500 pF и уменьшил индуктивность примерно на 30%. А так же вроде бы уменьшил R почти в 2 раза (тут уже не помню точно). Напряжение выросло до 40В. Но на резисторе так и не удалось получить ровную синусоиду гуляя по частоте вверх-вниз.
Тут наоборот, синий - напряжение R
Желтый - напряжение С

Дальше посмотрел напряжение на R (синий) и сигнал на затворе (желтый). Уже не помню с какими номиналами, менял или нет.

Во всех случаях резистор на 50Вт на ощупь был очень теплый, но не горячий, не знаю сколько на нем выделялось, но не думаю что 70 Вт. Руку можно было спокойно держать долгое время.
Кто что-нибудь дельное подскажет, посоветует?
 

Изменено 25 января пользователем shaxel

[protector]

1 час назад, shaxel сказал:

Кто что-нибудь дельное подскажет, посоветует?

Емкость нарастить до 10, параллельно емкости резистор 127 и, раздвигая витки индуктивности, добиться на емкости синуса необходимой амплитуды. Можно подстраховаться последовательным резистором в несколько Ом.

[shaxel]

Аналогично той схеме, которую Вы советовали ранее? Хорошо, попробую! Но хотелось бы развязать нагрузку гальванически. Если параллельно С я поставлю не 127 Ом (фактически нагрузка), а трансформатор с каким-нибудь вносимым, например 10 Ом, ничего же не поменяется, только номиналы?
Тут еще над расчетом подумать надо, хотелось бы уметь рассчитывать, хотя бы с какой-то точностью.
Но все же, почему напряжение на R в моей схеме имеет такую форму, и почему не получилось добиться синуса? Что там происходит все таки? Это напряжение эквивалентно току, или нет?

Емкость по питанию оставил 1 банку 10 000µ, дополнительно пленку 0,1µ и керамику 1 или 0,1µ, не помню точно. Вот на емкости сигнал.

[protector]

2 часа назад, shaxel сказал:

а трансформатор с каким-нибудь вносимым, например 10 Ом, ничего же не поменяется, только номиналы?

Если в конечном варианте будет использоваться все-таки резонанс, то для развязки лучше подойдет единичный трансформатор - и сопротивления равны и индуктивность рассеяния минимальна. Но резонанс - штука капризная и нужно сначала погонять схему в упрощенном варианте с целью убедиться или же разувериться  в надежности и стабильности метода.

2 часа назад, shaxel сказал:

хотелось бы уметь рассчитывать, хотя бы с какой-то точностью.

Для того, чтобы получить на резисторе синус амплитудой выше амплитуды прямоугольных импульсов источника ( для схемы, предложенной мной), требуется емкость с сопротивлением ниже чем резистора, причем отношение сопротивлений примерно равно отношению напряжений. Для красивого синуса необходимо принять сопротивление емкости на порядок ниже чем нагрузки, что в нашем случае удовлетворяется.

2 часа назад, shaxel сказал:

и почему не получилось добиться синуса? Что там происходит все таки?

Импульсы подаются прямоугольные, а не синусные, поэтому на последовательном резисторе будет что-то среднее.

 

Изменено 25 января пользователем protector

[shaxel]

2 минуты назад, protector сказал:

Импульсы подаются прямоугольные, а не синусные, поэтому на последовательном резисторе будет что-то среднее.

Я думаю не в этом дело. Есть же индуктивность, пусть будет прямоугольный импульс питания, индуктивность превратит ток в синусоиду, тут по сути последовательный контур в цепи постоянного тока будет. На счет того, что сигнал на резисторе у меня кривой, я думаю тут дело в низкой добротности, насколько знаю при сильно затухающих колебаниях, каждый последующий период будет растягиваться. Не понятно все же почему не удалось добиться переключения в нуле тока даже при сильной регулировке частоты, вот тут хз. Я рассчитываю на то, что на видео выше форма напряжения на резисторе повторяет форму тока...

7 минут назад, protector сказал:

Для красивого синуса необходимо принять сопротивление емкости на порядок ниже чем нагрузки, что в нашем случае удовлетворяется.

Имеется в виду омическое, или полное?

[protector]

34 минуты назад, shaxel сказал:

Я рассчитываю на то, что на видео выше форма напряжения на резисторе повторяет форму тока...

Это очевидно, что повторяет, но ток не синусоидальной формы.    

 

34 минуты назад, shaxel сказал:

я думаю тут дело в низкой добротности

Попробуйте пересчитать резонанс для большей индуктивности и меньшей емкости. (для вашей схемы). На красоту синуса еще влияет скважность - чем она больше, тем красивее; но тогда мало энергии.

Изменено 25 января пользователем protector

[aeternum]

""...Есть же индуктивность, пусть будет прямоугольный импульс питания, индуктивность превратит ток в синусоиду..."""

Вообще при прямоуголнике напряжения ток в индуктивности будет треугольным (пила)