Làm thế nào để cải thiện toàn bộ thời gian khởi động cầu / nửa cầu?

Tôi đang cố gắng tìm ra cách cải thiện thời gian tăng / khởi động của mạch LC nối tiếp được đặt trong mạch toàn cầu (hoặc nửa cầu).

Đây là một sơ đồ đơn giản hóa. Mạch hoạt động rất tốt, điện áp trên cuộn cảm đạt 500V, tần số cộng hưởng là 100kHz +.

Hình A cho thấy những gì xảy ra với điện áp trên cuộn cảm khi cầu bắt đầu dao động (đầu vào PWM được kích hoạt).

Đối với các giá trị LC hiện có, giá trị này chuyển thành khoảng 0,5 ms thời gian xây dựng.

Tôi phát hiện ra những điều sau: Nếu cầu bị dừng và Q1 / Q4 được đặt thành bật trong khi Q2 / Q3 tắt thì tụ vẫn được sạc.

Nếu ĐIỂM A được nối đất ngắn (sử dụng một đoạn dây) thì khi tháo dây nối đất, tụ phóng điện vào cuộn dây, do đó tạo ra sự tăng điện áp tức thời trên cuộn dây - xem Hình B.

Điều này cho tôi thấy rằng trên lý thuyết có thể giảm thời gian tăng dao động xuống 0 nếu có cách xả năng lượng dự trữ trước đó vào bể LC khi khởi động.

Có ai biết để giải quyết vấn đề này?

oscillator h-bridge full-bridge

— Lũ
nguồn

Tôi sẽ xem xét khả năng sử dụng L1 làm thứ cấp của máy biến áp và hạ gục cứng sơ cấp [điện áp thấp] với xung chất béo tốt để khởi động, Hoặc là hoặc chạm vào L1, coi nó như một trình tự động định dạng, và có được cú đá bằng cách đập nó qua đầu điện áp thấp của vòi.

— EM Field

Không phải Q1 và Q2 lộn ngược?

— EM Field

Vâng, xấu của tôi. Tôi đã làm một sai lầm trong sơ đồ.

— Flo

Câu trả lời:

Điều này có vẻ hoạt động khá tốt, nhưng ...

$\style{color:red;}{ CAVEAT \ \ !}$

Mục đích của mô phỏng này là để xác định xem một cấu trúc liên kết mạch có khả thi hay không, và các thành phần đã được chọn để giữ cho chúng không bị nổ tung, nhưng ít liên quan đến tối ưu hóa.

Về cơ bản, bạn tạo ra một từ trường xung quanh L2 bằng cách bật ON ON, và sau đó khi dòng điện qua L1 đã tích tụ đủ, bạn đột ngột bật Q5 OFF và khởi động ổ MOSFET cùng lúc. L1 được liên kết chặt chẽ với L2, vì vậy khi dòng điện qua L2 dừng lại, trường bị phá vỡ nhanh chóng, chuyển phần lớn năng lượng của nó sang L1, một biến áp la flyback, ngay lập tức bắt đầu dao động ở biên độ cực đại và ở tần số được xác định bởi L1C1 và duy trì bởi ổ MOSFET, được điều chỉnh để hoạt động trên cùng tần số.

Đây là danh sách mạch LTspice chỉ trong trường hợp bạn muốn chơi với mạch:

Version 4
SHEET 1 1156 1956
WIRE -2976 -672 -3344 -672
WIRE -2064 -672 -2976 -672
WIRE -2976 -576 -2976 -672
WIRE -2064 -576 -2064 -672
WIRE -3024 -560 -3232 -560
WIRE -1824 -560 -2016 -560
WIRE -2976 -432 -2976 -480
WIRE -2752 -432 -2976 -432
WIRE -2528 -432 -2528 -512
WIRE -2528 -432 -2672 -432
WIRE -2320 -432 -2528 -432
WIRE -2064 -432 -2064 -480
WIRE -2064 -432 -2256 -432
WIRE -2976 -384 -2976 -432
WIRE -2064 -384 -2064 -432
WIRE -2752 -336 -2816 -336
WIRE -2624 -336 -2672 -336
WIRE -2496 -336 -2560 -336
WIRE -2416 -336 -2496 -336
WIRE -2224 -336 -2320 -336
WIRE -3024 -304 -3120 -304
WIRE -1936 -304 -2016 -304
WIRE -2336 -240 -2336 -288
WIRE -2496 -208 -2496 -336
WIRE -3344 -128 -3344 -672
WIRE -3232 -128 -3232 -560
WIRE -3120 -128 -3120 -304
WIRE -2816 -128 -2816 -336
WIRE -2336 -128 -2336 -160
WIRE -1936 -128 -1936 -304
WIRE -1824 -128 -1824 -560
WIRE -3344 0 -3344 -48
WIRE -3232 0 -3232 -48
WIRE -3232 0 -3344 0
WIRE -3120 0 -3120 -48
WIRE -3120 0 -3232 0
WIRE -2976 0 -2976 -288
WIRE -2976 0 -3120 0
WIRE -2816 0 -2816 -48
WIRE -2816 0 -2976 0
WIRE -2496 0 -2496 -144
WIRE -2496 0 -2816 0
WIRE -2336 0 -2336 -48
WIRE -2336 0 -2496 0
WIRE -2224 0 -2224 -336
WIRE -2224 0 -2336 0
WIRE -2064 0 -2064 -288
WIRE -2064 0 -2224 0
WIRE -1936 0 -1936 -48
WIRE -1936 0 -2064 0
WIRE -1824 0 -1824 -48
WIRE -1824 0 -1936 0
WIRE -3344 64 -3344 0
FLAG -3344 64 0
FLAG -2528 -512 VOUT
SYMBOL nmos -2016 -384 M0
SYMATTR InstName Q4
SYMATTR Value FDR4420A
SYMBOL pmos -3024 -480 M180
SYMATTR InstName Q1
SYMATTR Value FDR840P
SYMBOL voltage -3344 -144 R0
WINDOW 3 31 95 Left 2
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value 5
SYMATTR InstName V1
SYMBOL pmos -2016 -480 R180
SYMATTR InstName Q3
SYMATTR Value FDR840P
SYMBOL nmos -3024 -384 R0
SYMATTR InstName Q2
SYMATTR Value FDR4420A
SYMBOL voltage -3232 -144 R0
WINDOW 3 24 96 Invisible 2
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value PULSE(0 5 200u 500n 500n 5u 10u)
SYMATTR InstName V2
SYMBOL voltage -3120 -144 R0
WINDOW 3 24 96 Invisible 2
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value PULSE(0 5 200.5u 500n 500n 4u 10u)
SYMATTR InstName V3
SYMBOL voltage -1936 -144 R0
WINDOW 3 24 96 Invisible 2
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value PULSE(5 0 200u 500n 500n 5u 10u)
SYMATTR InstName V6
SYMBOL voltage -1824 -144 R0
WINDOW 3 24 96 Invisible 2
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value PULSE(5 0 200.5u 500n 500n 4u 10u)
SYMATTR InstName V7
SYMBOL ind2 -2656 -448 R90
WINDOW 0 -30 60 VBottom 2
WINDOW 3 -26 57 VTop 2
SYMATTR InstName L1
SYMATTR Value 500µ
SYMATTR Type ind
SYMBOL cap -2256 -448 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 5n
SYMBOL ind2 -2656 -320 M270
WINDOW 0 -29 55 VTop 2
WINDOW 3 -28 57 VBottom 2
SYMATTR InstName L2
SYMATTR Value 50µ
SYMATTR Type ind
SYMBOL voltage -2336 -144 R0
WINDOW 3 24 96 Invisible 2
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value PULSE(0 5 100u 10n 10n 100u)
SYMATTR InstName V5
SYMBOL voltage -2816 -144 R0
WINDOW 3 31 95 Left 2
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value 5
SYMATTR InstName V4
SYMBOL nmos -2416 -288 R270
WINDOW 0 -15 32 VRight 2
WINDOW 3 70 -35 VRight 2
SYMATTR InstName Q5
SYMATTR Value BSC16DN25NS3
SYMBOL diode -2624 -320 R270
WINDOW 0 -30 31 VTop 2
WINDOW 3 -34 33 VBottom 2
SYMATTR InstName D1
SYMATTR Value RF601BM2D
SYMBOL res -2352 -256 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 1000
SYMBOL diode -2480 -144 R180
WINDOW 0 24 64 Left 2
WINDOW 3 24 0 Left 2
SYMATTR InstName D2
SYMATTR Value RF601BM2D
TEXT -3328 32 Left 2 !.tran 500u startup
TEXT -2768 -384 Left 2 !K1 L1 L2  1
TEXT -1648 64 Left 2 ;EM FIELDS  01 MAY 2016

— Lĩnh vực EM
nguồn

Tuyệt vời, tôi sẽ thử cái này vào thứ hai. Chỉ cần làm sáng tỏ mọi sự nhầm lẫn, Q1, Q2, Q3, Q4 được tổ chức như thế nào khi bắt đầu đá được áp dụng? Và vâng, như ai đó đã đề cập đến điều này, Q1 và Q2 là các kênh P, giống như trong bản vẽ của bạn, không phải là N kênh; đó là sai lầm của tôi khi tôi vẽ sơ đồ.

— Flo

Trong bản vẽ của tôi, Q1 và Q3 là kênh P. Tôi không chắc chắn về giai đoạn, nhưng bạn đã có danh sách mạch như vậy - trước khi bạn cam kết với phần cứng - bạn có thể muốn dành một chút thời gian và chơi với mạch để tự mình tìm ra. :)

— EM Field

Có thể bạn sẽ chiên Q5 vì cống sẽ đi ở V = L * di / dt trong đó L có liên quan đến hệ số ghép giữa L1 và L2. Điều này ngay cả khi bạn đóng một vài công tắc vì năng lượng được lưu trữ trong L1 phải được chuyển sang L2 và C1. Hãy nhớ rằng Mosfets có điốt cơ thể sẽ cho phép lưu thông ngược dòng. Nhưng nếu bạn cần một trường cao trong cuộn dây, tại sao bạn không sử dụng trực tiếp mạch Q5 và L1 mà không có cầu?

— krufra

@Flo: Bản vẽ được chỉnh sửa của tôi cho thấy các điều kiện khởi động và pha của ổ đĩa MOSFET.

— Trường EM

Điều này có rất nhiều tiềm năng. Tôi đã tạo L2 bằng cách quấn một vài vòng quanh L1 (giữ tỷ lệ ở 1:10) và tôi có thể thấy rằng việc áp xung trên cổng Q5 tạo ra khoảng 150V trên L1, đó là cơ sở tốt để thực hiện quy trình khởi động thực tế. Mặc dù vậy, điều tôi quan sát được là trong quá trình dao động bình thường, điện áp trên L1 chỉ là 700V nếu tắt 5 và đầu kia của L2 không được gắn vĩnh viễn với V4 (trong trường hợp của tôi V4 thực sự là VCC). Nếu L2 được gắn với VCC, các dao động trên L1 được giới hạn ở khoảng 350V. Tôi đang suy nghĩ về việc sử dụng Kênh P làm V4, nhưng Nguồn của nó có thể phải đối phó với điện áp cao.

— Flo

Bạn nên bắt đầu với một mức dòng điện được xác định trước trong cuộn cảm hoặc một điện tích trong tụ điện để hệ thống bắt đầu với năng lượng được lưu trữ trong nó. Từ những gì bạn nói, bạn đang cố gắng để có được điện áp cao mà không cần máy biến áp. Trong trường hợp này tốt hơn là lưu trữ dòng điện cao và điện áp thấp trong cuộn dây. Sự thay thế có thể là một điện áp cao trên tụ điện. Điều này là do dòng điện và điện áp đang tăng chậm ("hệ số Q" của Google) trong cuộn dây nhưng nếu bạn khởi động hệ thống với dòng điện cuối cùng trong cuộn dây thì tụ điện sẽ lưu trữ năng lượng của cuộn dây và điện áp sẽ tăng nhanh. E = 1/2 L * I * I = 1/2 C * V * V. Vì vậy, trong mạch cộng hưởng, bạn có thể chuyển đổi nhanh dòng điện trong một điện áp và ngược lại.

— krufra
nguồn

Hoàn toàn đúng. Đúng vậy, bắt đầu với I cao trong cuộn dây hoặc V cao trong tụ điện sẽ thực hiện thủ thuật - tuy nhiên, làm thế nào để bạn làm điều đó theo nghĩa thực tế, trong mạch thực tế?

— Flo

Nó không dễ dàng như vậy, nó phụ thuộc vào cách bạn bắt đầu nó và những gì bạn muốn từ mạch này.

— krufra

Nhưng nó sẽ khó khăn vì một công tắc kết nối với điểm A phải là đơn vị điện áp cao và dòng điện cao trong khi Q1 đến 4 là các đơn vị dòng điện cao áp thấp. Tôi đang giải quyết một vấn đề tương tự để điều khiển IGBT công suất cao. Bạn có thể sử dụng một bộ dao động bị chặn? Nó có thể cung cấp một điện áp cao rất nhanh.

— krufra

Với điện áp tối đa 500V, phép tính nhanh cho dòng điện tối đa 1.6A. MOSFE đáp ứng những con số này là phổ biến. Vì vậy, điểm A -> diode -> MOSFET-Q5 -> mặt đất. Bật Q1 và Q5 cho khoản phí ban đầu. Khi Q5 tắt, cống của nó sẽ được nạp vào điện áp cực đại dương, một diode là cần thiết để ngăn dòng chảy ngược.

— rioraxe

Ngoài ra Q4 nên được bật khi bạn tắt Q5. Chắc chắn, nhưng nếu anh ta cần một thang máy điện áp, một Mosfet đơn và cuộn dây đơn giản hơn có thể làm điều tương tự nếu công suất không quá lớn, không cần cầu.

— krufra

Đây là câu trả lời cho @EM Field. Giả sử cú đá bắt đầu hoạt động tốt và cây cầu hiện đang dao động đúng. Điều này có nghĩa là Q5 đã tắt và điện áp trên L1 (điện áp tại POINT A) ở khoảng 600V. Điều này chỉ đúng khi SW1 mở. Nếu SW1 bị đóng thì điện áp được giới hạn ở giá trị gần một nửa.

SW1 có thể được liên kết với V4 trong thiết kế của bạn. Dòng dưới cùng, để L1 dao động chính xác và cung cấp điện áp tối đa L2 phải có cả hai đầu bị ngắt khỏi mặt đất hoặc VCC hoặc kết hợp L1 + L2 khác biến thành một loại tự động chuyển đổi.

Tôi sẽ cố gắng thay thế SW1 bằng MOSFET P Channel.

Đây là điện áp hiển thị tại ĐIỂM A.

— Lũ
nguồn

Flo, tôi xin lỗi vì đã không quay lại với bạn sớm hơn, nhưng tôi đã ở dưới thời tiết, hồi phục sau phẫu thuật mắt. Phần 1: V4 trong thiết kế của tôi là nguồn cung cấp DC để cung cấp dòng sạc cho L2 và theo bất kỳ cách nào, không thể được đánh đồng với một công tắc. Vấn đề thực tế, đầu bên trái của L1 có thể dễ dàng được nối cứng với V1, đó thực chất là những gì bạn đã thực hiện trong thiết kế của riêng mình. Sự cô lập của L1 được cung cấp bởi D1 và Q5, điều này dễ dàng nhận thấy nếu bạn thăm dò cực âm của D1, dao động trong khoảng +200 đến -200V khi cầu hoạt động.

— EM Field

Flo, Phần 2: Sự cô lập thu được bởi vì khi catốt D1 ở mức + 200V, D1 bị lệch về phía trước và Q5 bị TẮT nên không có điện tích đáng kể nào có thể chảy qua L2, và khi catốt D1 ở mức -200V Diode cơ chất của Q5 bị lệch về phía trước trong khi D1 bị phân cực ngược, điều này cũng ngăn dòng điện tích đáng kể qua L2.

— EM Field