logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
REKLAMA
REKLAMA
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Sterowanie rezonansowego falownika półmostkowego series-LC

nsvinc 11 Lut 2012 13:04 4513 23
REKLAMA
  • #1 10528353
    nsvinc
    Poziom 35  
    Witam,

    ostatnio się dokształcając na temat półmostków QR, trafiłem na stwierdzenie, że topologia series-LC słabo utrzymuje regulację wyjścia dla małych obciążeń, gdyż częstotliwość kluczowania rośnie w miarę ze spadkiem obciążenia; a żeby utrzymać regulację bez obciążenia, ta częstotliwość powinna być teoretycznie nieskończona.

    Powyższe jest oczywiste, aczkolwiek:
    Czy nie da się utrzymywać regulacji po prostu pomijając cykle? Przecież nigdzie nie jest narzucone, że kluczowanie musi być ciągłe.
    Przy okazji żadna znaleziona literatura nie wprowadza żadnych informacji o tym, czy stosuje się pulse skipping lub dlaczego się go nie stosuje - w skrócie, nic o tym nie wiadomo.

    Jeśliby zastosować histeretyczną stabilizację prądu/napięcia na wyjściu, gdzie kontroler oprócz PFM wystosowywałby jeszcze pulse skipping dla małych obciążeń, całość powinna mniej lub bardziej działać...

    W dobrą stronę kombinuję?
    Chciałbym zastosować series-LC do układu, ze względu na prostotę budowy toru mocy, jak i kontrolera; a LLC to dla mnie teraz trochę za duży temat do ogarnięcia...
  • REKLAMA
  • #2 10530799
    Father
    Poziom 26  
    nsvinc napisał:
    Czy nie da się utrzymywać regulacji po prostu pomijając cykle? Przecież nigdzie nie jest narzucone, że kluczowanie musi być ciągłe.

    Da się. Kontrolery rezonansowe ST (L6599) mogą pracować w trybie "burst" przy małych obciążeniach...
  • #3 10531480
    nsvinc
    Poziom 35  
    Czyli sądzę, że bez problemu można zbudować przetwornicę series-LC z stabilizacją wyjścia, wykorzystując tryb burst dla wszystkich obciążeń mniejszych od nominalnego, nawet nie zmieniając częstotliwości pracy...

    Ogólnie nie chodzi mi małe straty przy dużych mocach, tylko supermałe gabaryty samej przetwornicy o niewielkiej mocy (rzędu 20W).
    Chcę wykorzystać QR aby z w miarę rozsądnymi stratami przełączać przy 300kHz ,co pozwoli na przepchnięcie przez malutki EE13 teoretycznie ponad 30W.
    Cóż, układ musi być cholernie mały...
  • #4 10532251
    Father
    Poziom 26  
    nsvinc napisał:
    Czyli sądzę, że bez problemu można zbudować przetwornicę series-LC z stabilizacją wyjścia, wykorzystując tryb burst dla wszystkich obciążeń mniejszych od nominalnego, nawet nie zmieniając częstotliwości pracy...

    Można też pracować w trybie burst z obciążeniami nominalnymi, tyle, że tętnienia na wyjściu będą większe...
    nsvinc napisał:
    Chcę wykorzystać QR aby z w miarę rozsądnymi stratami przełączać przy 300kHz ,co pozwoli na przepchnięcie przez malutki EE13 teoretycznie ponad 30W.

    To trzeba sprawdzić już empirycznie... Na pewno w takim układzie już na starcie straty na kluczach będą bardzo małe, straty w indukcyjnościach też będą mniejsze (prąd sinusoidalny), ale zacznie dominować naskórkowość, tak więc wszystko będzie zależało od konstrukcji elementów indukcyjnych...
  • REKLAMA
  • #6 10533546
    sebazaz
    Poziom 14  
    Polecam taki układ z kilku powodów:
    -brak problemów z czasami martwymi
    - zwarcioodporność bez żadnych czujników prądu
    - nie ma żadnego dzwonienia i przepięć
    Zrobiłem kilka takich przetwornic o mocach do 15KW i jestem zadowolony z efektów.
    Pozdrawiam.
  • #7 10533602
    nsvinc
    Poziom 35  
    Kozak jesteś z tymi 15kW ;]

    Trochę popłynąłeś z tym "brakiem problemów z czasem martwym". Problem istnieje wszędzie tu, gdzie są dwa tranzystory po "przeciwnych" stronach zasilania. Niezależnie od tego, czy jest to sync buck, czy HB, czy QR-HB, czy jakakolwiek inna topologia tego typu.
    W series-LC problem jest większy, bo nawet najkrótszy cross-conduction spowoduje natychmiastowe usmażenie się tranzystorów, a nie tak jak w przypadku HB, dopiero po mikrosekundzie...
  • #8 10534538
    Father
    Poziom 26  
    Jeśli chodzi o "zwarcioodporność", to nie dotyczy ona topologii szeregowej. W tym przypadku trzeba zabezpieczać układ elektronicznie...
  • #9 10535703
    nsvinc
    Poziom 35  
    Istnieje podejrzenie, że jednak pewna zwarcioodporność układu series-LC istnieje.
    Źródło: http://www.trifolium.de/netzteil/kap10.html

    Cytat:
    Wenn die Bauteile diesen maximalen Strom dauerhaft vertragen, ist der Resonanzwandler prinzipiell Dauerkurzschlußfest. Dies ist ein großer Vorteil des Resonanzwandlers, denn die etwas schwierigere Strombegrenzung von Halbbrücken-Endstufen kann komplett entfallen.


    "Jeśli częsci są w stanie wytrzymać w trybie ciągłym ten maksymalny prąd, przetwornica rezonansowa jest z zasady odporna na ciągłe zwarcie wyjścia. Jest to duża zaleta przetwornicy rezonansowej, gdyż można pominąć dosyć trudne w realizacji ograniczenie prądowe dla półmostkowych stopni końcowych."
  • #10 10536879
    Father
    Poziom 26  
    Tak, w tym przypadku tak, gdyż zastosowano tu sprytny zabieg w postaci ogranicznika dobroci - diody D1,D2 (lub D3,D4 w zależności od schematu). Bez nich, czysty, szeregowy układ rezonansowy nie jest odporny na zwarcia...
  • #11 10536961
    nsvinc
    Poziom 35  
    No tak, czysty szeregowy układ nie jest zupełnie odporny na zwarcia. Zresztą w tekscie jest to też wyjaśnione.
    Przy czym nie widzę najmniejszej potrzeby rezygnacji z tych diod - to tylko dwie głupie diody, a skutecznie implementują zabezpieczenie przeciwzwarciowe. W moim projekcie te diody będą oczywiście obecne...
  • REKLAMA
  • #12 10538392
    sebazaz
    Poziom 14  
    Pominąłem jeden drobny szczegół. Miałem na myśli układ qasi-rezonansowy.
    To znaczy o pracy nie ciągłe. Cały cykl pracy przetwornicy przebiega w ciągu jednego pełnego okresu drgań obwodu rezonansowego. W jego trakcie jest przekazywana na wyjście określona porcja energii proporcjonalna w pewnym zakresie do napięcia wyjściowego. Regulacja polega na regulacji częstotliwości powtarzania cykli. Dla minimalnych obciążeń są to pojedyncze herce.
    W takim przypadku nie występuje "pompowanie" obwodu rezonansowego, co sprawia że prąd zwarciowy jest niewiele większy od nominalnego. W trakcie jednego cyklu przewodzi tylko jeden tranzystor i jedna dioda zwrotna a w następnym drugi tranzystor i druga dioda. Odstęp czasów przewodzenia tranzystorów jest większy niż pól okresu Fr. W ten sposób nie ma problemu z czasami martwymi.
    Tu falownik 9,6 kW:
    Sterowanie rezonansowego falownika półmostkowego series-LC
    Pozdrawiam.
  • REKLAMA
  • #14 10543330
    sebazaz
    Poziom 14  
    Steruję Atiny2313. Układ wymaga prostej skokowej regulacji.
  • #15 10654595
    nsvinc
    Poziom 35  
    sebazaz napisał:
    W trakcie jednego cyklu przewodzi tylko jeden tranzystor i jedna dioda zwrotna a w następnym drugi tranzystor i druga dioda. Odstęp czasów przewodzenia tranzystorów jest większy niż pól okresu Fr. W ten sposób nie ma problemu z czasami martwymi.


    Zbudowałem taki falownik, niby on działa, ale czegoś nie rozumiem. W literaturze podają, że przetwornica odda największą moc wtedy, gdy kluczowanie będzie się odbywać z częstotliwością rezonansową. I teraz tak: fr ustaliłem na 118kHz (wyniklo z elementów dostępnych "pod ręką"). Zakładając, że pracujemy w lekkim odstrojeniu od rezonansu w górę, aby zagwarantować ZVS/ZCS, fsw=120kHz, gdzie każdy tranzystor przewodzi przez 4us(+160ns dt). Trafo policzyłem dla Ton=4us.
    Falownik chodzi, ale problemy z czasem martwym są dokładnie takie same jak wszędzie indziej.

    Albo ja zupełnie nie rozumiem zagadnienia, a Ton tranzystora ma być równy całemu okresowi częstotliwości rezonansowej, albo to tak ma być, że przy 100W mocy wyjściowej w każdy tranzystor idzie kilka W ciepła (dobry tranzystor, SPP11N60C3).
  • #16 10660452
    sebazaz
    Poziom 14  
    Witam.
    http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/SGSThomsonMicroelectronics/mXyzxvt.pdf
    Na dole 4 strony jest wszystko wyjaśnione.
    Jest to układ z rezonansem równoległym. Ja mam doświadczenia tylko z układem szeregowym ale zasada jest taka sama. Impulsy sterujące powinny być nieco dłuższe niż na rysunku. Powinny się zawierać w zakresie pomiędzy połówką okresu a pełnym okresem z bezpiecznym odstępem. Ja ustawiam 3/4 pełnego okresu jeśli jest to możliwe. W tym czasie przewodzi dioda, więc nie jest to tak krytyczne.
    Ważny jest natomiast minimalny czas powtarzania impulsów sterujących. Nawet jeśli będzie za krótki jak na następnym rysunku to i tak nie będą na raz przewodzić obydwa tranzystory.
    Pozdrawiam.
  • #17 10660734
    nsvinc
    Poziom 35  
    Znam ten dokument...
    W każdym razie analizuję go jeszcze raz, więc wyciągając wnioski mogę stwierdzić, że Ton tranzystora powinien być w zakresie 1/0.5fr do 1/0.75fr, a tranzystory włączają się naprzemiennie co czas znacznie mniejszy niż 1/fr (fig. 8). Z tego wynika, że transformator trzeba liczyć standardowo dla Ton równego czasowi otwarcia tranzystora...
    Dobrze zrozumiałem?
    Według fig. 6 jednak można wywnioskować, że największy rms prąd przez trafo popłynie gdy każdy z tranzystorów będzie otwierany na czas 1/0.5fr co czas 1/0.5fr "bez deadtime"; a wtedy dodatkowo i on, i off tranzystorów będzie w zerze prądu...
  • #18 10663289
    sebazaz
    Poziom 14  
    nsvinc napisał:
    Znam ten dokument...
    W każdym razie analizuję go jeszcze raz, więc wyciągając wnioski mogę stwierdzić, że Ton tranzystora powinien być w zakresie 1/0.5fr do 1/0.75fr

    Tranzystor przewodzi tylko w czasie pierwszego półokresu. Załączany jest impulsem sterującym i wyłącza się sam, gdy prąd zmienia kierunek. Ważne jest tylko utrzymanie impulsu sterującego w tym czasie. Lepiej gdy jest on nieco dłuższy.

    nsvinc napisał:
    Znam ten dokument...
    Z tego wynika, że transformator trzeba liczyć standardowo dla Ton równego czasowi otwarcia tranzystora...

    W układzie szeregowym trafo trzeba liczyć dla częstotliwości fr/2 a w równoległym to nie jestem pewien.
    Najlepiej zbudować układ i przetestować na małej mocy a oscyloskop prawdę Ci powie :)
  • #19 10663915
    nsvinc
    Poziom 35  
    sebazaz napisał:
    W układzie szeregowym trafo trzeba liczyć dla częstotliwości fr/2 [...]

    Częstotliwość kluczowania trafa jest mało istotna. Ważny jest czas, przez jaki uzwojenie trafa "widzi" dane napięcie w cyklu. Więc z tego co napisałeś, dla fr=120kHz, trafo liczymy dla 60kHz, więc Ton=8.3333us... To mi się trochę kłóci z logiką, bo w tych 8.3333us zmieszcza sie dwa pełne okresy rezonansowe, a imho powinien być jeden...

    W dokumencie z Twojego linka, fig. 8, widać tu wyraźnie że prąd przez trafo płynie "prawie sinusoidalnie", a Ton dla trafa mozna przyjąć równy Ton'owi tranzystora... A zdawałoby się, że układ ma pracować właśnie tak, jak widać na fig. 8 (punkt 5.2)

    sebazaz napisał:
    Najlepiej zbudować układ i przetestować na małej mocy a oscyloskop prawdę Ci powie

    Jak zdobędę sondę prądową, to sam sprawdzę czy to działa jak trzeba, czy nie ;] Na razie chce mieć pewność, czy design trafa jest prawidłowy względem częstotliwości rezonansowej i Ton tranzystorów. Głównie chodzi o zoptymalizowanie wielkosci/mocy trafa.
  • #20 10665191
    sebazaz
    Poziom 14  
    nsvinc napisał:

    W dokumencie z Twojego linka, fig. 8, widać tu wyraźnie że prąd przez trafo płynie "prawie sinusoidalnie", a Ton dla trafa mozna przyjąć równy Ton'owi tranzystora... A zdawałoby się, że układ ma pracować właśnie tak, jak widać na fig. 8 (punkt 5.2)

    Rysunki 7 i 8 przedstawiają źle dobraną częstotliwość obwodu, co skutkuje twardym przełączaniem. Zauważ, że na rys.6 dwie połówki prądu sąsiadujące z czasem martwym mają ten sam kierunek. Dla maksymalnej mocy czas martwy dąży do zera więc......



    nsvinc napisał:

    Jak zdobędę sondę prądową, to sam sprawdzę czy to działa jak trzeba, czy nie ;] Na razie chce mieć pewność, czy design trafa jest prawidłowy względem częstotliwości rezonansowej i Ton tranzystorów. Głównie chodzi o zoptymalizowanie wielkosci/mocy trafa.

    Ja mam sondę z rdzenia E20. Pierwotne to jeden zwój blachy miedzianej 0,5mm a wtórne 100 zwojów DNE 0,3mm i rezystor 1ohm. Rezystor złożyłem z 10 sztuk dziesięcioomowych dla zmniejszenia indukcyjności. Na oscyloskopie mam 100 A/V.
    Taka sonda ma oczywiście ograniczenie pasma od dołu ale przy kilohercach działa nie gorzej od aktywnych.
    Nie można ograniczyć optymalizacji układu do samego trafa. W zamian za wydłużenie czasu "ładowania" rdzenia mamy inne korzyści ale o tym to można pisać tygodniami.
    Powiem tylko, że na dwóch tranzystorach IXGH39N60BD1 i trafie oraz dławiku na rdzeniach kubkowych 42mm można wycisnąć 900W przy fr około 200kHz. Układ nie posiada żadnych gasików i może pracować ciągle bez wentylatora.
    Pozdrawiam.
  • #21 10665383
    nsvinc
    Poziom 35  
    Okej...;]
    Ale nadal nie rozwiałeś niestety wątpliwości co do liczenia trafa. Z tego co napisałeś
    sebazaz napisał:

    Zauważ, że na rys.6 dwie połówki prądu sąsiadujące z czasem martwym mają ten sam kierunek. Dla maksymalnej mocy czas martwy dąży do zera więc......

    Z tego jednoznacznie wynika, że Ton trafa ma być jednak równy połowie okresu fr...
  • #22 11403417
    kobi
    Poziom 22  
    nsvinc napisał:
    ostatnio się dokształcając na temat półmostków QR, trafiłem na stwierdzenie, że topologia series-LC słabo utrzymuje regulację wyjścia dla małych obciążeń, gdyż częstotliwość kluczowania rośnie w miarę ze spadkiem obciążenia; a żeby utrzymać regulację bez obciążenia, ta częstotliwość powinna być teoretycznie nieskończona.


    Tego efektu pozbawiona jest przetwornica LLC. Tyle że liczenie trafa jest bardziej kłopotliwe bo oprócz indukcyjności obwodu rezonansowego trzeba jeszcze uwzględnić indukcyjność magnesującą rdzeń trafa.
  • #23 11403950
    nsvinc
    Poziom 35  
    Obliczanie nie jest "kłopotliwe". Kilka godzin roboty i powstał bardzo prosty sofcik w Qt który sam oblicza wszystkie potrzebne parametry transformatora i kondensatora...

    Zdecydowanie większym problemem jest fizyczne wykonanie odpowiedniego trafa - przesuwanie pozycji szczeliny w rdzeniu wydaje się być zadaniem niewykonalnym, nie dysponując precyzyjną szlifierką i rdzeniami, gdzie kolumna środkowa jest dłuższa niż wysokość połówki rdzenia;
    dodatkowo, nie znalazłem w internecie dokumentów traktujących o wyliczaniu pozycji tej szczeliny. Za to w większości not aplikacyjnych do kontrolerów QRHB jest napisane, że tą pozycję się 'dobiera'...;/ Czyli metoda prób i błędów: trochę wiedzy + trochę doświadczenia + trochę szczęscia + odpowiedni sprzęt i rdzenie + dużo czasu...
  • #24 11404454
    kobi
    Poziom 22  
    Ja spotkałem się z zasilaczami ( zasilanie wzmacniaczy) gdzie szczelina zawsze była po środku, rdzenie to przeważnie ETD lub EE. Zasilacze bazowały na LLC tyle, że dławik obwodu rezonansowego był zawsze oddzielnym elementem a nie zintegrowanym w trafie. Czy możesz się podzielić tym softem. Sam od niedawna zgłębiam tą wiedzę.
REKLAMA