Чтение |
На главную |
|
Балбес 14-05-2006
11:06 [133] Участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Поймал. Посмотрел. Действительно, с 50U заметно
лучше -- меньше потери проводимости (2.0В против 2.3В, что
соответствует паспортным данным), и гораздо меньше потери
выключения, т.к. ток через ключ падает до нуля, а не остается на
уровне несколько ампер, как у 60PD1, что также выглядит несколько
более правдоподобно.
Возможно, проблемы с моделью 60PD1, но
это на совести IRF.
|
Правка
| Удалить |
|
Andrey_G 14-05-2006
11:39 [153] Активный участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Балбес Самое плохое, что от этого
"хвоста" у 60PD1 не избавиться. Хочется надеяться, что с моделью
что-то не так, иначе пролетел с приобретением (клинические испытания
покажут). Кстати, обнаружил косяк в схеме со снаббером ( http://a.foto.radikal.ru/0605/4f185c02a7c3.gif
выкладывал выше) - на малых tи, при КЗ или малом токе, потери сильно
возрастают и появляется сквозной ток через диоды
снаббера. |
Правка
| Удалить |
|
Nik 14-05-2006
12:49 [208] Активный участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
При использовании в выходном выпрямителе диодов с
достаточно большим временем обратного восстановления последовательно
с диодами включают для ограничения броска тока (КЗ) насыщающиеся
дроссели . Непонятно: Чем отличается дроссель насышения от
обычного , если рассматривать его как индуктивность на этапе
уменьшения тока в цепи содержащей данную. Или все дело в конкретном
применении. Токи текущие во встречном направлении взаимно
уничтожаются (как: "без шума и пыли" , частью энергии выделяемой на
активных сопротивлениях пренебречь.)
|
Правка
| Удалить |
|
Балбес 14-05-2006
13:57 [133] Участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Проблема с малым током (х.х.) хорошо известна и
решается путем внесения соотв. изменений в схему управления
(уменьшать коэф. заполнения при увеличении выходного напряжения). В
косом это имеет смысл делать всегда, т.к. наличие паразитных
емкостей на стороне первички может привести к одностороннему
подмагничиванию трансформатора при отсутствии нагрузки
(размагничивание начнется только после того, как все паразитные
емкости -- включая снабберные -- полность перезарядились).
Желательно также увеличить индуктивность L5 (по твоей схеме)
до микрогенри эдак 80 (это столько у меня стоит, что под рукой было)
-- во-первых, это уменьшит нагрузку на ключ, разряжающий снабберный
кондер, и -- второе и самое главное, -- при небольшом заполнении это
не позволит снабберному конденсатору полностью перезаряжаться, тем
самым ограничивая время заряда при выключении ключей на малом токе
(т.е. чем меньше ток -- после некоторого предела -- тем меньше
заполнение, тем меньше размах напряжения на снабберном конденсаторе,
и меньше время заряда). В противном случае снабберный к-р не
позволяет трансформатору размагнититься (ток в тр-ре не спадает до
нуля, см. выше).
Да, чуть не забыл. Ессно, крайне
желательно, чтобы емкость снабберного к-ра не была сильно большой --
потери потерями, а трансформатору размагничиваться нужно. Если (2 *
Cs * Vcc_min**2) > (Lleak * Ip**2) (т.е. энергия, накопленная в
индуктивности рассеяния, меньше энергии, необходимой снабберному
кондеру для полной перезарядки), снабберный кондер сначала радостно
съест всю энергию рассеяния (большой ток заряда), а затем продолжит
медленно и печально перезаряжаться током намагничивания (ток на
порядок меньше), и, пока это безобразие не закончится, трансформатор
размагничиваться и не подумает. В RCD снабберах это обычно не
проблема, т.к. конденсатор слишком мал, а в регенеративных за этим
лучше проследить. Примечание: ввиду неидеальности выходных диодов и
проч проч, реально снабберный кондер может взять несколько больше
энергии, чем накоплено в индуктивности рассеяния, но все равно лучше
не злоупотреблять.
На КЗ и проблем не вижу.
|
Правка
| Удалить |
|
Andrey_G 14-05-2006
15:30 [153] Активный участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Балбес
Желательно также увеличить индуктивность L5 (по
твоей схеме) до микрогенри эдак 80... Пробовал (хотел
доложить, опередил): L=70u, С=10n. На КЗ и малом заполнении вроде
все нормально, но возросли потери при включении ключа - ток через
эмитерный диод снаббера и конденсотор и как следствие общие потери в
ключах больше чем с RCD снабберами.
Ессно, крайне желательно, чтобы емкость снабберного
к-ра не была сильно большой -- потери потерями, а трансформатору
размагничиваться нужно... С этим тоже согласен, и во всем
этом свете не вижу преимуществ такого снаббера перед RCD,
ИМХО. |
Правка
| Удалить |
|
Балбес 15-05-2006
01:22 [133] Участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Я исхожу из предположения, что конвертер на ХХ
практически выключен и коэффициент заполнения на ХХ минимален --
скажем, 5%, -- что, на мой взгляд, выглядит достаточно разумно :-).
Исходя из этого предположения, тепловыделение на ключах
будет составлять единицы ватт в худшем случае, и, даже если потери
будут несколько выше из-за несколько большей паразитной емкости
регенеративного снаббера и ненулевого времени восстановления диода
D6 [по твоей схеме, не помню, как что называлось в моей], это не
имеет совершенно никакого значения.
Я бы лично смотрел на
потери ключа при 40%, 60%, 80%, и 100% загрузке (ну или при выходном
токе 100, 130, 160 и т.п.).
В общем и целом, рассмотренный
выше регенеративный почти эквивалентен так называемому "RCD primary
clamp" (удалите индуктивность L5 и диод D6 со своей снабберной
цепочкой и замените их сопротивлением, включенным параллельно D8 --
получится RCD primary clamp). В свою очерень, RCD primary clamp в
случае косого эквивалентен паре традиционных RCD снабберов на ключах
с конденсаторами удвоенной емкости(на самом деле, RCD primary clamp
работает чуть получше).
Т.е. принципиальной разницы в
принципах работы нет, единственное отличие -- в замене сопротивления
на снаббере индуктивностью с последоватльно включенным с ней диодом,
и, тем самым, избавление от потерь на резисторах снаббера, которые
отнюдь не нулевые и определяются значением снабберной емкости и
частотой переключения, часто вынуждая сильно занижать значение
снабберного конденсатора относительно его оптимального значения с
точки зрения потерь переключения ключей. Регенеративный же снаббер
позволяет выбрать оптимальное значение конденсатора практически
бесплатно.
Важное замечание: если что-то не работает с
регенеративным снаббером, значит, или значения индуктивности и
конденсатора выбраны неправильно, или та же самая беда проявится во
всей красе и с RCD снаббером.
Вывод: если RCD снаббер
работает приемлемо с точки зрения потерь ключей (т.е. емкость
снабберного конденсатора адекватна) и перенос потерь переключения с
ключа на резистор не представляет проблемы, то можно поставить и RCD
-- пуркуа бы и не па? -- хотя, на мой личный взгляд,
диод+индуктивность в мощном преобразователе всяко лучше могучего и,
желательно, безындуктивного (и тем самым весьма недешeвого)
резистора на 10-30 ватт. Но это, опять же, личное мнение частного
лица; что делать в каждом конкретном случае, ессно, определяется
разработчиком.
|
Правка
| Удалить |
|
ArcWeld 15-05-2006
05:13
[109] Участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
А вот еще вариант улучшения:
|
Правка
| Удалить |
|
ArcWeld 15-05-2006
05:14
[109] Участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
|
Правка
| Удалить |
|
Andrey_G 15-05-2006
05:44 [153] Активный участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Балбес
диод+индуктивность в мощном преобразователе всяко
лучше могучего и, желательно, безындуктивного (и тем самым весьма
недешeвого) резистора на 10-30 ватт. С таким доводом трудно
не согласится и на мой взгляд это единственное достоинство
регенеративного снаббера, что с практической точки зрения весьма не
маловажно. Но, если с RCD снаббером часть потерь "кушает" резистор
то в регенеративном эти потери оседают в ключах. Или не прав?
Моя же цель - избавиться от коммутационных потерь во время
переключения ключей, т.е. добиться "мягкого"
переключения. |
Правка
| Удалить |
|
Балбес 15-05-2006
10:26 [133] Участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Конечно же нет. Регенеративный снаббер так и
называется потому, что он энергию, накопленную в снабберном
конденсаторе, регенерирует (в отличие от диссипативного снаббера,
которые ее, соответственно, превращает в тепло). RCD снаббер
энергию, накопленную в момент отключения ключа, рассеивает на
резисторе (большей частью). Регенеративный возвращает энергию,
накопленную в снабберном конденсаторе, обратно в него же, меняя
полярность заряда. Давайте рассмотрим все очень внимательно
и подробно, медленно-медленно. Имеем традиционный RCD
снаббер: http://c.foto.radikal.ru/0605/f604972463b5.gif
Как он работает? При выключении ключа U2 ток отводится от U2
на снабберный конденсатор С1 через диод D5, заряжая С1 током Ip,
равным току через U2, от почти 0 вольт до напряжения шины Vcc (300
вольт в нашем случае). Заряд конденсатора постоянным током с 0 до
Vcc вольт, из закона сохранения энергии (0.5*Vcc^2*C =
0.5*Ip*Vcc*Tcharge), занимает Tcharge=(Vcc*C)/Ip секунд (около 30 нс
в нашем примере), облегчая на это время жизнь ключа. При этом С1
накапливает энергию, равную E(C1)=(0.5*Vcc^2*C) -- около 200 мкДж в
нашем случае. При открытии ключа конденсатор С1 закорачивается через
U2 и резистор R4 на землю. Энергия, накопленная в конденсаторе,
начинает медленно и печально выделяться в качестве тепла на
резисторе R4 (сопротивление ключа пренебрежимо мало по сравнению с
R4). Если постоянная времени 2.5*R4*C1 (8 мкс в нашем случае) меньше
Ton, то окончанию имульса напряжение на конденсаторе упадет как
минимум до (1-ln(2.5))*Vcc <= 0.08Vcc, и остаточный заряд
конденсатора составит менее 1%; все остальное уйдет в тепло на
резисторе R4. Выделение тепла на R4 составит P(R4) = E(C1)*Fsw = 200
мкДж * 50 кГц = 10 ватт. Внимание: SwCAD накалывается в
вычислении потерь. Потери, посчитанные им по одному импульсу, в
точности соответствуют расчетным, а вот по достаточно большой группе
от может очень сильно (до 30%) наколоться. Примечание 1:
энергия E(C1), съеденная снаббером -- это то, что иначе пришлось бы
рассеять ключу. Таким образом, RCD снаббер просто переносит потери с
ключа на резистор. Примечание 2: желательно, чтобы время
заряда Tcharge превышало время выключения ключа, т.е. C1 должен быть
достаточно большим. Примечание 3: с другой стороны,
мощность, рассеиваемая на снабберном резисторе, должна оставаться в
разумных пределах, что налагает ограничения на частоту переключения
и/или емкость C1. Примечание 4: резистор R4 выбирать сильно
маленьким не стоит -- он ограничивает ток разряда C4, который
добавляется к току импульса и тем самым осложняет жизнь ключа и
увеличивает потери проводимости. Примечание 5: наконец,
нужно помнить, что снабберный конденсатор заряжается током Ip только
до тех пор, пока он, этот ток, есть. А берется он из индуктивности
рассеяния и -- чуть-чуть -- из вторички (из-за ненулевого времени
выключения прямого диода). Если энергия, накопленная в индуктивности
рассеяния E(Lleak)=0.5*Ip^2*Lleak < E(C1) -- что может случиться
если Ip мало (н-р, холостой ход, малая нагрузка и проч., Lleak мало,
или С1 слишком большой, -- то С1 не зарядится током Ip до напряжения
Vcc, необходимого для размагничивания трансформатора. С1 продолжит
заряд током намагничивания, который обычно достаточно мал.
Вывод 1: нужно проследить за тем, чтобы во всех режимах
работы С1 заряжался до Vcc за время, не превышающее 0.5/Fsw. Обычно
этого легко добиться выбором времени 2.5*R4*C1, близким к Ton(max).
Тем самым при низком заполнении (и небольшом Ip) С1 не будет
разряжаться полностью, и накапливаемая им энергия во время
выключения, равная 0.5*С1*(Vcc^2-Vmin^2), будет всегда меньше
0.5*Lleak*Ip^2. Задача нахождения оптимума (зависимость Ip и Vmin от
Ton и нахождение оптимального значения конденсатора и резистора)
оставляется читателю в качестве упражения :-). Чем плохо
увеличение времени заряда снаббера? Если Tcharge>0.5/Fsw, то,
ввиду того, что конденсатор во время заряда "держит" напряжение
константным, с точки зрения трансформатора время положительного
импульса увеличивается, и времени размагничивания может не хватить
до спада тока через первичку до 0. А ненулевой ток через первичку к
моменту начала импульса означает 1) трудную жизнь для ключа и 2)
открытые размагичивающие диоды, что приведет к сквозному току
"ключ-трансформатор-встречный диод" на время восстановления диода.
Если индуктивность рассеяния мала, то быстрый рост сквозного тока
может сильно увеличить время восстановления диода (и, тем самым,
длительность сквозняка) и привести к интересным последствиям.
Другими словами, до этого лучше не доводить. См. "вывод 1"
выше. Это, наверное, все, что можно сказать про RCD снаббер
(надеюсь, ничего не забыл). |
Правка
| Удалить |
|
Балбес 15-05-2006
11:23 [133] Участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Ну, а теперь -- оптимизации. 1. Вместо двух
RCD снабберов на каждый ключ "сдвоим" их и перенесем на первичку:
http://c.foto.radikal.ru/0605/82c25b1a7209.gif
Получается RCD primary clamp. Работает точно так же, как RCD
снаббер на ключе (предоставляя альтернативный путь току первички на
момент выключения ключей), с той только разницей, что конденсатор во
время выключения заряжается до Vcc, а во время импульса
перезаряжается до (-Vcc) -- или насколько ему резистор позволит. Все
расчеты практически такие же, как и для RCD снаббера, но, ввиду
ухода напряжения в минус, емкость конденсатора нужно уменьшить
вдвое, а сопротивление резистора вдвое увеличить. Потери на
резисторе, ессно, вдвое больше, чем на каждом из двух резисторов RCD
снабберов. 2. А зачем нам перезаряжать снабберный
конденсатор, добавляя ток перезаряда к току обоих ключей? -- давайте
нагружать только один, скажем, только верхний: http://c.foto.radikal.ru/0605/8624ab8814fb.gif
Поскольку конденсатор снова перезаряжается от 0 до Vcc,
выставим все номиналы как у оригинального RCD снаббера. Заметим, что
потери снизились вдвое. 3. Ну, а теперь заменим резистор
индуктивностью, а чтобы разрешить транформатору размагничиваться,
последовательно с индуктивностью включим диод, и посмотрим, что из
этого получится: http://c.foto.radikal.ru/0605/ed0443a64976.gif
Имеем тот самый регенеративный снаббер, предложенный -- если
мне не изменяет память -- в 1998 году четверкой бразильцев (статья в
IEEE была на ужаснейшем английском языке, если бы не схема, в жизни
не понять). Что же происходит? Снабберный конденсатор С1 во
время выключения ключа зарядился до Vcc. При открывании верхнего
ключа снабберная индуктивность L5, напряжение и ток через которую
были равны нулю, оказалась подключенной к конденсатору C1 через ключ
U1 и диод D6 (который откроется), образуя колебательный контур с
периодом, как легко догадаться, 2*pi*sqrt(L5*C1). За полпериода
конденсатор перезарядится с +Vcc до -Vcc, а вот продолжению концерта
помешает диод D6, который закроется. Диод D5 давно уже закрыт и
останется закрытым до конца импульса, С1 останется заряженным до
-Vcc и полностью готовым к борьбе с потерями выключения.
Таким образом, энергия, накопленная снабберным конденсатором
С1 при выключении ключей была использована для того, чтобы
перезарядить его и приготовить к следующему циклу (в отличие от RCD
снаббера, где она была торжественно пущена на обогрев). В
реальности диод D6 закроется не мгновенно (сразу только кошки
родятся) и цикл перезарядки колебательного контура L5-C1 продолжится
несколько дольше, чем хотелось бы; на момент закрытия D6 ток в L5
будет отличным от нуля. Теоретически, колебательный процесс может
продолжиться и дальше -- в конце концов, закрытый диод (и
последовательно с ним достаточно заметная емкость) есть небольшая
паразитная емкость и не более того, -- но ввиду того, что емкость
эта небольшая, амплитуда и частота колебаний будут большими. Посему
мы энергию, оказавшуюся в L5 на момент закрытия D6 переправим в
тепло с помощью RC снаббера R4-C2, включенного параллельно D6.
Вот, собственно говоря, и вся теория напополам с
практикой. |
Правка
| Удалить |
|
Andrey_G 15-05-2006
14:12 [153] Активный участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Балбес Хорошо расписал, хотя считал, что
2.5*R4*C1 < Ton(min), но близким. В противном случае на Ton <
2.5*R4*C1 < Ton(max) имеем несколько большие потери.
По
регенеративному снабберу, признаю, заблуждался. Но не по недоумию, а
по невнимательности. Для анализа регулировочной характеристики
увеличивал Uп до 350В, соответственно снижал Ton, увеличивал, снижал
нагрузку, в результате получил то о чем писал выше - потери при
включении. Оказывается SwCad говорил таким образом, что диод D8 (в
моей схеме) не может быть 600В и напряжение приложенное к нему
гораздо выше, т.е. при включении верхнего ключа следовал пробой
этого диода и как следствие на осциллограме не слабый всплеск тока
через ключи...
Так что прошу прощения, регенеративный
снаббер действительно заслуживает внимания.
|
Правка
| Удалить |
|
Valentin
15-05-2006 15:59
[874] Админ |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Балбес
Имеем традиционный RCD снаббер Выдержка
по снабберам из http://valvolodin.narod.ru/schems/faq.html
Основной задачей RCD-цепочек R5C4VD3 и R6C5VD6 является
снижение динамических потерь на транзисторе в момент его выключения
(обычно время выключения транзистора на порядок больше времени
включения и поэтому потери в момент выключения гораздо больше чем
при включении). Исходя из сказанного конденсатор С4(С5) должен
шунтировать ключевой транзистор в течении времени спада тока.
Например, для IRG4PC50U время спада tf =120nS(типовое значение при
температуре кристалла 150гр.С). Если инвертор работает на
индуктивную нагрузку (ток во время выключения практически не меняет
своего значения) и максимальный ток равен 46.7А, то емкость
конденсатора можно найти по формуле
C=Iмакс*tf/Uп=46.7*120*10-9/220=0.025мкФ (считаем, что Uп под
нагрузкой составляет 220В). В оригинальной конструкции уже стоял
конденсатор 0.03мкФ (3*0.01), который и решено было оставить без
изменений. Зная ёмкость конденсатора и частоту коммутации F можно
определить мощность рассеиваемую на резисторе R5(R6) -
Pr=F*0.25*Uс2*С=30000*0.25*220*0.03*10-6=11вт. Резистор выбирается
из соображения TRC=R*C<<0.5/F. При этом резистор должен иметь
достаточную величину, чтобы при открытии транзистора ток через него
не превысил максимально допустимый. Разумеется, RCD-цепочка
способствует уменьшению перенапряжений, возникающих в схеме при
неудачной компоновке и большой индуктивности рассеяния
трансформатора, но лучшим способами борьбы с перенапряжениями всё же
надо признать продуманную компоновку.
При самостоятельном
изготовлении источника, емкость конденсатора RCD-цепочки можно
снизить, что несколько увеличит потери на транзисторе, но уменьшит
суммарные потери в транзисторе и RCD-цепочке. В книге П.А.Воронина
"Силовые полупроводниковые ключи", для выбора ёмкости этого
конденсатора, рекомендуется следующая формула
C=0.22*Iмакс*tf/Uп=0.22*46.7*120*10-9/220=5600нф
|
Правка
| Удалить |
|
Multik
15-05-2006 21:35
[469] Завсегдатай |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Господа! Если основные потери, за которые мы
боремся - на выключение, не вспомнить ли, как боролись с ними во
времена застоя? Только современными средствами. Если затвор IGBT
соединить намертво с источником 12 В, а в эмиттер вставить
какой-нибудь IRFP064 с сопротивлением канала 0,008 Ом, то потери
будут сравнимы с потерями на хорошем RCD снаббере. И мгновенное
запиране транзистора. Какая-нибудь ёмкость в 1000 пФ сведет потери
на выключение на нет. Неплохо бы
промоделировать.
|
Правка
| Удалить |
|
Valentin
15-05-2006 22:45
[874] Админ |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Multik
какой-нибудь IRFP064 с сопротивлением канала 0,008
Ом, то потери будут сравнимы с потерями на хорошем RCD снаббере. И
мгновенное запиране транзистора. А что будет с затвором
IGBT :) Кто первый закроется, к тому и напряжение приложется, а
Vge<=20B! |
Правка
| Удалить |
|
Multik
15-05-2006 23:35
[469] Завсегдатай |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Valentin
А что будет с затвором IGBT :) Кто первый
закроется, к тому и напряжение приложется, а
Vge<=20B! Затвор привязан к источнику +12В, а эмиттер ,
наверное, выше затвора прыгнуть не может. |
Правка
| Удалить |
|
Andrey_G 16-05-2006
06:12 [153] Активный участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Multik
Затвор привязан к источнику +12В, а эмиттер ,
наверное, выше затвора прыгнуть не может Это если
биполярный транзистор. IGBT может. |
Правка
| Удалить |
|
GYGY 16-05-2006
09:02
[339] Завсегдатай |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Вот тут я не согласен. теперь снабер
не сдерживает напряжение на колекторе закрывающегося транзистора и
соответсвенно не уменьшвет потерь выключения, а начинает поглощать
энергию намагничивания,с которой успешно справляются диоды пассивной
диагонали моста. |
Правка
| Удалить |
|
Multik
16-05-2006 11:17
[469] Завсегдатай |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
Valentin Andrey_G
Это если биполярный транзистор. IGBT
может. Да, действительно, если подумавши, то может. И
никаких противоядий не придумывается. |
Правка
| Удалить |
|
Andrey_G 16-05-2006
12:24 [153] Активный участник |
Re: Повышение
эффективности Косого Моста |
GYGY Сдерживает, на время перезарядки
конденсатора. Как только напряжение на нем достигнет Uп начинается
сброс энергии намагничивания через разм. диоды.
|
Правка
| Удалить |
На главную |
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
| |