2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Двухтактный преобразователь
Сообщение27.07.2022, 13:53 
Аватара пользователя


20/12/18

165
Приветствую, господа!
Я сам не электронщик, но возник вопрос, прошу помочь советом.
Итак, требуется: зарядить емкость от DC источника, после этого разрядить на нагрузку через согласующий трансформатор (частота примерно 800 кГц).
Решил выбрать двухтактный режим, на первом такте через ключ заряжаем емкость, на втором отключаем ее от источника и разряжаем на нагрузку. Естественно, поставил дроссель по питанию, это ограничило ток и позволило получить удвоенное U питания, что тоже хорошо. Ключи - пара mosfet встречно-полседовательно. Такие ключи избавляют от влияния паразитного диода, работают просто отменно. Дальше: управление от 1 канального генератора сигналов, драйверы затворов на готовом чипе, один подключается напрямую, второй через простой инвертор уровня. Стало понятно, что оба драйвера на одну землю сажать нельзя, т.к. истоки ключей под разным потенциалом, по сути они висят на разноименных обкладках. Пробовал мосфет нагрузки подключать через GDT, другой - напрямую к драйверу, вроде все работает, но проблема в том, что на затворе отвязанного мосфета какой-то странный переходный процесс первые тактов 10-15 от старта схемы, как будто весь уровень сигнала (импульсов) сначала очень сильно сдвинут в минус, и понемногу выравнивается к 15 такту. Хз что это такое вообще (осцилограмма не сохранилась, но могу снять еще раз если надо).
Есть навязчивое чувство, что один из ключей можно заменить на P-mosfet, куда-то переставить и тогда можно будет все сажать на общую землю, но пока не могу сообразить как это реализовать.
Может кто подскажет что тут можно сделать?
Изображение

 Профиль  
                  
 
 Re: Двухтактный преобразователь
Сообщение27.07.2022, 14:32 
Заслуженный участник


20/08/14
11776
Россия, Москва
Нарисуйте полную схему, с драйвером полевиков и GDT, пока непонятно что это такое и как включено и где именно странности.
Возможно они следствие накачки питания для верхнего плеча драйвера.

Можно правый (разрядный) ключ переставить в верхний провод (и в обоих ключах поставить P-channel полевики), тогда минус источника и кондёра назвать землёй и подавать сигналы относительно неё. Если максимальное напряжение на кондёре не превышает допустимого для затворов полевиков, то даже без схемы смещения уровней. Если превышает, то или защитный стабилитрон с закрывающим резистором и быстрым диодом ускорения выключения (быстро включать полевики нет необходимости), или промежуточный усилитель на биполярах с приведением потенциалов к безопасному уровню, или использовать драйвера верхнего плеча, причём накачку им делать отдельным преобразователем и включать драйвера лишь после появления номинального питания у каждого.

Я бы поставил диод последовательно с левым ключом, чтобы ток тёк только в кондёр, без возможных переколебаний. И в правую часть тоже диод.

 Профиль  
                  
 
 Re: Двухтактный преобразователь
Сообщение27.07.2022, 15:29 
Аватара пользователя


20/12/18

165
Как-то так)
Диоды от обратных колебаний не нужны, мосфеты стоят встречно-последовательно именно из-за этого. Работают в таком включении очень круто, сигнал чистый, никаких паразитных колебаний.
P-mosfet могу поставить только на заряд емкости. На разряде такие токи в пике, что потери на P канале будут очень большими, к тому же мне еще и fall time нужен там около 30 ns. Подобрал нужные ключи, но стоят не дешево, но это N.
Изображение

-- 27.07.2022, 16:31 --

Вообще-то можно упростить условие, на нагрузке достаточно иметь однополярные полупериодные синусоиды тока.
Может это как-то проще сделать можно?

 Профиль  
                  
 
 Re: Двухтактный преобразователь
Сообщение27.07.2022, 17:38 
Заслуженный участник


20/08/14
11776
Россия, Москва
shaxel в сообщении #1561236 писал(а):
Диоды от обратных колебаний не нужны, мосфеты стоят встречно-последовательно именно из-за этого. Работают в таком включении очень круто, сигнал чистый, никаких паразитных колебаний.
В таком включении ключ проводит ток в обе стороны. Потому если сигнал на его открывание не снимется точно в момент окончания тока через входной дроссель, конденсатор начнёт разряжаться через последний в источник питания вплоть до нуля: симуляция. Диод как раз запретит обратный разряд кондёра независимо от его состояния к моменту открытия ключа.
Плюс если не поставить защитный диод/стабилитрон, то выброс ЭДС самоиндукции дросселя в момент закрывания ключа может что-нибудь убить в схеме.
shaxel в сообщении #1561236 писал(а):
Как-то так)
При такой схеме управления ключами второй можно смело перенести в верхний провод.
Вот только обеспечить им общую землю (минус) невозможно.
Поставьте второй GDT на левый ключ и посадите драйвера на общий минус всей схемы (их и запитать тогда можно от той же батареи 12В).

 Профиль  
                  
 
 Re: Двухтактный преобразователь
Сообщение28.07.2022, 09:20 
Аватара пользователя


20/12/18

165
Я ставил первоначально на заряд емкости один мосфет и диод. Форма напряжения на емкости не понравилась, была с какаим-то мусором, паразитными осцилляциями. Плюс падение на диоде велико, у меня токи большие. Запирание первой пары мосфетов происходит ровно в момент нуля тока, я подогнал это изменением зарядного дросселя, выброса нет от слова совсем.
Тут 2 проблемы: частота в районе 800 кГц, при такой частоте работать в принципе сложновато, паразитные факторы влияют. И второе: duty на зарядном ключе 75%, на разрядном 25%. Использовать GDT при заполнении выше 50% уже проблематично, там чем больше заполнение, тем сильнее сигнал на затворе уходит в минус, получается смещение вниз относительно нуля, я не знаю тонкостей, но это аксиома для GDT. Поэтому я пробовал развязать разрядный драйвер а зарядный подключить без развязки. Вроде бы все хорошо, нашел решение, но затворе развязанной пары мосфетов есть какой-то странный переходный период. То есть, сразу после старта системы сигнал на затворе сильно уходит ниже нуля, от 12В на затворе остается +2В или около того, остальное смещено в минус. С каждым тактом работы картина по чуть-чуть выравнивается и примерно к 10-15 такту приходит в норму. Я постараюсь снять осциллограмму сегодня-завтра. Если бы не этот момент - все бы было хорошо. В чем причина я не знаю и не уверен можно ли вообще от этого избавиться. Поэтому и спрашивал про способ посадить оба ключа на общую землю.

 Профиль  
                  
 
 Re: Двухтактный преобразователь
Сообщение28.07.2022, 13:52 
Заслуженный участник


20/08/14
11776
Россия, Москва
shaxel в сообщении #1561274 писал(а):
Я ставил первоначально на заряд емкости один мосфет и диод. Форма напряжения на емкости не понравилась, была с какаим-то мусором, паразитными осцилляциями.
Как раз с диодом их быть и не должно. Значит влияло что-то паразитное.
shaxel в сообщении #1561274 писал(а):
Плюс падение на диоде велико, у меня токи большие.
Напряжения небольшие, можно поставить диоды Шоттки, 0.4В от 12В всего лишь 3%.
Если очень хочется поэкономить напряжение, то можно отдельно управлять каждым полевиком в паре, чтобы один из них превращался в диод лишь в конце заряда кондёра и до следующего цикла, токи на границах цикла околонулевые, падение напряжения влиять уже не будет. Но это разумеется усложнение схемы управления.
shaxel в сообщении #1561274 писал(а):
Запирание первой пары мосфетов происходит ровно в момент нуля тока, я подогнал это изменением зарядного дросселя, выброса нет от слова совсем.
Это конечно прекрасно, вот только эта красота напрямую зависит от того успел ли конденсатор разрядиться на нагрузку. И если вдруг по каким-то причинам (а их немало) не успел, то время заряда сильно увеличится (уменьшиться приложенная к дросселю разность напряжений, что резко уменьшит ток) и кондёр так и не успеет зарядиться и ток в дросселе не упадёт до нуля к моменту отключения ключа. На недозарядку кондёра можно бы и наплевать, это наоборот балансирует процесс, а вот на размыкание тока дросселя плевать не стоит, тем более на больших токах, нужна защитная цепь куда быстро слить остаток энергии дросселя. Например поменять местами ключ и дроссель и добавить диод от их точки соединения на минус кондёра, чтобы при закрытом ключе дроссель сливался в кондёр, и открывать ключ на 95% номинального времени, остальные 5% ток будет сливаться через диод, даже 1В падения от 24В на кондёре это менее 5%, а ток при этом уже в десяток раз меньше пикового.
shaxel в сообщении #1561274 писал(а):
Поэтому и спрашивал про способ посадить оба ключа на общую землю.
Объединить внешние выводы ключей можно, но это не их земли, их земли у них внутри между полевиками, и вот их объединить никак не получится. А 24В на затворах мощные полевики обычно не допускают.
Учитывая что ключи фактически включены последовательно, то объединить их земли никак нельзя.

PS. Кроме того я вообще не понимаю как Вы работаете на 800кГц с тау 15.5мкс (0.33мкФ на 47Ом) по выходу драйверов управления. У Вас же этот кондёр перезаряжается фактически лишь на 10% амплитуды, соответственно и ток через GDT должен быть лишь 10% от максимального. И если драйвер питается тоже от 12В, то ток через кондёр и GDT ограничен 12В/47Ом=0.25А всего лишь, даже в пике (в самый начальный момент), а в процессе вообще жалкие пара десятков мА. Ну и стоило из-за них городить схему, столько можно прямо от цифрового выхода забрать и повысить до 12В с помощью GDT. Может быть те самые 15 периодов странностей как раз и есть постепенный заряд этого кондёра 0.33мкФ до 90% напряжения питания драйвера ...

 Профиль  
                  
 
 Re: Двухтактный преобразователь
Сообщение01.08.2022, 09:58 
Аватара пользователя


20/12/18

165
Цитата:
Это конечно прекрасно, вот только эта красота напрямую зависит от того успел ли конденсатор разрядиться на нагрузку. И если вдруг по каким-то причинам (а их немало) не успел, то время заряда сильно увеличится (уменьшиться приложенная к дросселю разность напряжений, что резко уменьшит ток) и кондёр так и не успеет зарядиться и ток в дросселе не упадёт до нуля к моменту отключения ключа.

Я думал время заряда определяет полупериод колебательного контура образованного LC и не зависит от приложенного напряжения. Вы точно уверены в своем утверждении?
Цитата:
PS. Кроме того я вообще не понимаю как Вы работаете на 800кГц с тау 15.5мкс (0.33мкФ на 47Ом) по выходу драйверов управления. У Вас же этот кондёр перезаряжается фактически лишь на 10% амплитуды, соответственно и ток через GDT должен быть лишь 10% от максимального

Там переменный на 47Ом, выкручен практически на ноль, им я лишь немного корректирую звон на затворе.
Вот, перерисовал схему более-менее красиво. Вечером постараюсь найти время и снять осцилограммы того странного переходного процесса, который наблюдается на затворах развязанной пары мосфетов.
Изображение

 Профиль  
                  
 
 Re: Двухтактный преобразователь
Сообщение01.08.2022, 10:58 
Заслуженный участник


20/08/14
11776
Россия, Москва
shaxel в сообщении #1561606 писал(а):
Я думал время заряда определяет полупериод колебательного контура образованного LC и не зависит от приложенного напряжения. Вы точно уверены в своем утверждении?
Нет, видимо от остаточного напряжения на кондёре период тока в дросселе не зависит, зависит направление тока (от источника или в источник) и амплитуда тока, но период постоянный, тут Вы правы. Надо было мне запускать нормальный симулятор, а не эту онлайн поделку. :-(

 Профиль  
                  
 
 Re: Двухтактный преобразователь
Сообщение01.08.2022, 12:42 
Аватара пользователя


20/12/18

165
Подскажите, в такой схеме пуш-пул какая форма напряжения на нагрузке будет? Синусоида?
Я так понимаю, если правильно рассчитать входной конденсатор, индуктивность первичной полуобмотки и вносимое сопротивление, то можно получить синусоиду при заданной частоте?
Например, на нагрузке надо получить синусоиду частотой 300 кГц. Пусть L первичной полуобмотки будет 20µН, вносимое сопротивление 0,5 Ом, тогда входной конденсатор должен быть 14nF? Опять же, частота будет определяться периодом C и L полуобмотки с учетом вносимого сопротивления? Или тут что-то не так?
Изображение

 Профиль  
                  
 
 Re: Двухтактный преобразователь
Сообщение01.08.2022, 13:17 
Заслуженный участник


20/08/14
11776
Россия, Москва
shaxel в сообщении #1561622 писал(а):
Подскажите, в такой схеме пуш-пул какая форма напряжения на нагрузке будет? Синусоида?
Зависит от метода управления полевиками и нагрузки (и последнее обычно плохо).
Почитайте про (квази)резонансные преобразователи, например здесь, это именно они.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 10 ] 

Модераторы: Karan, Toucan, PAV, maxal, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group