©2004 Валентин Володин
Архив старого форума
Сайт Валентина Володина
Главная Справочник Схемы и описания Статьи Книги и журналы
Гостевая книга Старый Форум Программы Ссылки http://valvol.nightmail.ru/index.html
О себе Форум
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
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


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]