Вариант Источника питания для усилителя Д класса с синхронным двунаправленым выпрямителем на доступных деталях.

[sousmanster]

Рабочая схема SMPS по мотивам Hypex.
95кГц 600Вт номинально.
из особенностей - применения сверхдешевых готовых развязывающих трансформаторов (0,3$). Они очень мелкие, потому заряд затвора силовых транзисторов должен быть менее 30нК, а частота выше 75кГц.
Функционал:
- защита по току
-детектор сети (отключение при отсутствии)
-защита поперегреву транзисторов первичной стороны
-защелка по внешнему сигналу
-формирование STBY
-AUX +/-18В

Позволяет без дополнительных мер полумостовому усилителю клипировать на 10Гц без существенного перекоса напряжжения плеч (пульсации в таком режиме 3В RMS)/

Мощность ХХ 4Вт.

[thickman]

Насколько я знаю (точно не уверен, не помню номиналы) - в резонанснике Бруно, который разрабатывал "пенсионер-наемник", характеристическое сопротивление резонансного контура очень низкое, как и у автора топика. Я бы так не делал, но определённые достоинства в низком волновом тоже есть. В таком случае навесная Lрез со своими весьма ощутимыми потерями вообще отсутствует - об этом не сказал только немой). При секционировании обмоток (вторичные обмотки между двух слоев первички) во вторичных обмотках распределение тока в сечении проводника наиболее равномерное, снижается эффект близости. Поэтому обмотки можно крутить моножилой, а не литцендратом, резонанс тут тоже на руку - при гладкой форме тока высших гармоник немного, что резко снижает величину потерь в проводнике. Ещё, при таком подходе требования к резонансному конденсатору снижены, прокатывает лавсан, причем сравнительно низковольтный. При высоком волновом, напряжение Cрез велико даже при номинальной нагрузке (без кз и перегрузки), растут потери в конденсаторе и требования к диэлектрику - прокатит лишь качественный полипропилен либо хорошая керамика С0G (NPO).
Вообще, тема простая лишь на первый взгляд, тут много своей специфики и подходы к оптимизации могут быть разными.
Некоторых вводит в ступор весьма далёкая от синусоиды форма тока на осциллограммах автора темы, с пологим спадом. Так и должно быть в низкодобротных контурах (с малым волновым сопротивлением). Кстати, резонансная частота и частота собственных колебаний - не совсем одно и то же. В высокодобротных контурах частота собственных колебаний стремится к резонансной, при этом форма тока будет ближе к синусу.
Мелочь, но любопытно, никогда не обращал на это внимание - в высокодобротном контуре при работе строго на резонансной частоте (режим ПНТ) режим ПНН может быть обеспечен только током намагничивания, а в низкодобротном – ещё и дополнительным остаточным током за счет того, что частота собственных колебаний будет заметно ниже резонансной частоты.

[tomtit]

Да, ещё один аспект - реакция на нагрузку при низкой добротности будет гораздо лучше.
Прокачка энергии через индуктивность рассеяния происходит за счет повышения напряжения на обмотке из-за резонанса. А время накопления энергии в резонансном контуре пропорционально Q. Это эквивалентно неминимально-фазовой задержке. Для двусторонней передачи энергии вещь нежелательная.

Offтопик:

Я тоже обычно предпочитал делать добротность повыше исключительно из-за удобства применения параметрической защиты, так как не любил городить сложные многорежимные схемы ограничения тока с учётом ОБР.

[BAFI]

Во-во - вводит в ступор) ибо смешение тока при fрез<f приведёт к потерям на втором транзисторе - так как ток повышен за счёт индуктивности резонанса. А здесь ТС меняет транзисторы следом в конечном итоге и частоту резонанса из за больших ёмкостей С-И и ничего - пила прямохода и усе тут) + плюс индуктивность резонанса = рассеиния вообще никто не мерит - больше похоже на гадание на кофейной гуще а не настройка резонанса, пардон. ТС - поставьте ТТ, запитайте от блока питание иип и закоротите выход иип - меняя частоту Вы выясните на какой частоте резонанс - если выяснится что разбег частот от 30-40 кГц - о каком LC резонансе может идти речь? Имхо.

---------- Сообщение добавлено 19:06 ---------- Предыдущее сообщение было 18:39 ----------

Что бы выяснить на какой частоте резонанс, следите за потреблением тока от лбп

[tomtit]

Некоторых вводит в ступор весьма далёкая от синусоиды форма тока на осциллограммах автора темы, с пологим спадом.

Я долго смотрел на эту картинку с чувством дежавю. И наконец, вспомнил, что когда я экспериментировал с линейным МУ (магнитный усилитель) в автогенераторе на биполярных SIT транзисторах, примерно 27 лет тому назад, то решил посмотреть, что будет, если нагрузить выпрямитель прямо на ёмкость. И на максимальной мощности около 600вт получил вот эту самую ассиметричную горку и почти нулевые потери на ключах. Остаточная индуктивность насыщенного МУ как раз давала нужный резонанс с емкостями полумоста.

Offтопик:
К сожалению, на высоких частотах правила игры сильно меняются из-за эффекта близости и того, что индуктивность пропорциональна квадрату витков. Есть надежда, что ВЧ не проникнет в область высоких напряжений и мощностей из-за размеров компонентов и их паразитов, и кое что из этих архаичных технологий будет востребовано.

[thickman]

Основной вклад от паразитных емкостей транзисторов. в наличии были 26nq60, 13n60, irf840, на последних все опять заработало как надо.

Не только и не столько емкость транзистора. На первый план выходит эффект, о котором я говорил выше - влияет то, частота свободных колебаний несколько ниже резонансной. Не вынужденных! - обращаю внимание - рабочая частота при этом может быть равной резонансной или отличаться от неё в ту или другую сторону. Я тоже не сразу понял, откуда у Вас взялась положительная полочка тока при небольшом токе намагничивания трансформатора, хотя резонансная частота контура примерно равна fраб.
На картинке результат симуляции с разным значением Rds. Я не менял ключи - просто добавил последовательно с резонансным контуром резистор сопротивлением 0.1Oм (зеленые графики) и 2 Ом(синие). Показаны токи через ключ (верхние графики) и напряжение на нем (нижние). Заметно, что в "синем случае" на момент коммутации есть остаточный ток, который и обеспечивает режим ПНН. А в "зелёном случае" таких условий нет, хотя резонансная частота, частота преобразователя и параметры транзисторов одинаковы для белых и красных для синих и для зелёных.
При установке ключей с большим Rds (IRF840) может наблюдаться как раз этот эффект. Повторюсь, что такой занятный случай характерен лишь для контура с низким характеристическим сопротивлением, когда резонансная частота контура определяется лишь весьма небольшой Ls трансформатора (доли-единицы микрогенри) и, соответственно, резонансной емкостью большой величины (единицы-доли микрофарад).

[sousmanster]

Да, все подтверждается на практике.
сопротивление 840 в моем случает великовато, потому искал варианты. В прошлой итерации не получилось применить STF13n60, там втрое меньше сопротивлление канала и емкость.
добавление емкости не дало нужного результата. Тут все на все влияет.
Попробоовал с другой стороны - заменой ключей выпрямителя на более тяжелые, и это помоглло получить ПНН на рабочей частоте.
Но из-за мелкой Ls, в моем случае 2,2мкГн, это когда первичная вокруг вторичной обмоток, резонанс вышел почти точно х2 от частоты переключения - ток сильно заходил в отрицательную область, появились проблемы с софт стартом. Удвоил емкость добавочного конденсатора и все получилось. Ток ХХ упал до 3,3Вт. На рабочих режимах Почти ПНН и ПНТ. Кажется это хороший вариант. Видно, что и шумит сильно меньше, земля на прищепках, но почти без иголок картинки.
600Вт:

Почему кручу макет, так сказать, не совсем с правильной стороны. Сразу сделать железно рабочий вариант не выходит, плюс нужна адаптация к ширпотребным комплектующим производителя, и желательно, чтобы потом в серии не нужно было никаких настроек, если до этого дойдеет.

Никак не сделаю модель в микрокапле.

---------- Сообщение добавлено 14:13 ---------- Предыдущее сообщение было 14:02 ----------

Кстати, по резонансной емкости. Бруно применяет делитель. Тут возникла полемика - нужен ли второй коонденсатор воообще, или достаточно одного. Я скопировал у Бруно или того таинственного "штрейкбрехера", кто занимался БП. Но вот правильно ли это?

---------- Сообщение добавлено 14:25 ---------- Предыдущее сообщение было 14:13 ----------

По показометру потребляемой мощности из сети КПД при 250Вт выходит в районе 95%. Выпрямитель в охлажденнии не нужудается особо, 60С, транзисторы на 80см кв в районе 50С
Просадка напряжения основных шин при 250Вт 5%

[tomtit]

Кстати, по резонансной емкости. Бруно применяет делитель. Тут возникла полемика - нужен ли второй коонденсатор воообще, или достаточно одного. Я скопировал у Бруно или того таинственного "штрейкбрехера", кто занимался БП. Но вот правильно ли это?

Да, нужен делитель. По двум причинам.
Два конденсатора имеют меньшее активное сопротивление и соответственно меньшие потери.
Правильное расположение конденсаторов позволяет скомпенсировать ВЧ наводки на шины питания и пройти тест по кондуктивным помехам, что ещё важнее. Но так просто осциллографом это не увидишь, к сожалению.
З.Ы.
Поведение системы определяют комплексные корни полинома в знаменателе передаточной функции, а то что принято называть резонансной частотой - всего лишь мнимая часть, а есть ещё и действительная, которая начинает влиять при больших потерях в контуре. Правда я не понимаю пока, почему нельзя просто увеличить частоту переключения, чтобы получить тот же эффект в цепи с более высокой добротностью.

Ваши последние осциллограммы ближе к тому, что бы я хотел видеть.
Применение МОСФЕТов с меньшим сопротивлением канала увеличило добротность и ток стал более синусообразный.

[sousmanster]

Большое спасибо за объяснение и в целом!

[BAFI]

Не только для этого делитель - погрешности номиналов ёмкости приводят в конечном итоге подмагничиванию транса и насыщению, по уму применяют электролиты в паре компенсируюшими резисторами и от их средней точки уже запитыют через ёмкость транс - как это сделано в иип АТХ. В общем я понял что ёмкости эти поменяю и у меня будет - резонанс с хх зарядки телефона - угу все понятно).

[sousmanster]

Пробовал второй трансформатор с Ls=4,6мкГн,намонтаный обычным способом. но на нем никак не выходит каменный цветок. Не хочет стартовать, ток в начальный момент в отрицательной зоне, все время срабатывет защита по току, если хоть что-то подключить. на выходных попробую помоделировать.
Еще для интереса смотрел с отключеными транзисторами выпрямителя, ток в этом случае линейно увеличивается от начала импульсадо конца. Без намека на синусоиду.

[thickman]

второй трансформатор с Ls=4,6мкГн,намонтаный обычным способом

Если вторички намотаны поверх двухслойной первички, тогда это как раз "необычный способ". Компромиссный. Так Ls будет выше, оно конечно лучше подходит для резонансника, но потери в обмотках заметно подрастут.
Типичные ошибки при оценке Ls и полученной в итоге реальной индуктивности:
- при измерении Ls приведённой к первичной стороне нужно замыкать не все вторички, а только половину, потому что они работают поочередно в выпрямителе (вторая половина отдыхает в одном полупериоде, ток через неё не течет).
- нужно учитывать ещё индуктивность монтажа, физическую длину проводников от обмотки транса до фильтрующего конденсатора - именно на нем, проходя через открытый выпрямительный диод в рабочем полупериоде, замыкается ток проходящий через резонансный контур. Это доли микрогенри, но приведённые к первичке через квадрат коэффициента трансформации, доли превращаются в целые микрогенри – немалая часть в общем вкладе.
- не стоит сбрасывать со счетов потери, ту вещественную часть, о которой упомянул tomtit - частота собственных колебаний будет ниже расчетной резонансной. Намотав обмотки таким образом, вы привносите дополнительные потери. В двухслойной первичке (без секционирования со вторичными обмотками) резко растут омические потери. Во вторичках без секционирования тоже, даже в однослойных.
Помимо измеренной Ls=4.6мкГн, в реальную Lрез входит все упомянутое выше - придется уменьшить номиналы резонансных конденсаторов в делителе полумоста.

---------- Сообщение добавлено 11:25 ---------- Предыдущее сообщение было 10:33 ----------

экспериментировал с линейным МУ (магнитный усилитель) в автогенераторе

Offтопик:
На Паяльнике показывал картинки с рабочего макета. Жирный минус - дополнительный здоровенный агрегат под названием МУ. Размером с силовой трансформатор выходит, даже при использовании продвинутых нанокристаллических сердечников. Регулировочная характеристика получилась обнадёживающая в режиме Fрез<=Fраб, но пробовал лишь в ручном режиме, без замкнутой цепи ОС: https://forum.cxem.net/index.php?/to.../268/#comments

[sousmanster]

thickmanСпасибо, ценная информация

[thickman]

в наличии были 26nq60, 13n60, irf840

С "обычными" мосфетами возможны отказы - пресловутый медленный паразитный диод с накопленным зарядом, мать его за ногу. А специально заточенные под режим ZVS - дорогие. Для режимов ZVS/ZCS часто предпочтение отдают IGBT. С ними "необъяснимого" выхода из строя на лёгкой нагрузке не бывает, а с дешевыми мосфетами такое случается иногда. Единственное возможное препятствие – у Вас защита при таком низком волновом сопротивлении контура, работает, пмсм, на грани фола, даже с шустрыми мосфетами. C тормозными igbt, возможно, придется вылизывать защиту. Кстати, в похожей топологии от Ямахи P5000S в резонансном полумосте применены igbt-ключи. Но ключи должны иметь встроенные или навесные боди-диоды. Без них рекуперации не будет, которая обеспечивается синхронными выпрямителями.

[sousmanster]

Да, сейчас настраиваю защиту по току. Для ИРФ 840 примерно 1 к 5 запускам на КЗ по выходу заканчивается вылетом ключей ПН. Пока жду детальки. Все из Китая приходится возить, скорости не обавляет.

[tomtit]

А как 494 контроллер работает во время софт-старта и ограничения тока? ШИМ с малой скважностью, режим икания?
Похоже, что у LLC контроллеров типа L6599, вообще нет шансов на успех. При малой Lres и высоком напряжении питания, традиционное задирание частоты даже до 1Мгц вряд ли будет что-то ограничивать.

Может уважаемый коллега thickman расскажет нам, как ведут себя резонансные автогенераторы в таких режимах? Есть ли смысл копать в этом направлении?

С "обычными" мосфетами возможны отказы - пресловутый медленный паразитный диод с накопленным зарядом, мать его за ногу.

13N60M2 и др из этой серии должны быть надёжными, ни разу не видел их сгоревшими в LLC источниках. Свой миниатюрный ИИП пытал неделями, иногда совсем без теплоотвода, случалась самораспайка, но увы, сжечь их не удавалось. За время испытаний, погубил три источника от невнимательности при перетыкании проводов.

Offтопик:
Интересно попробовать GaN, но без идеально-адаптивного DT придется шунтировать их диодами, во избежание пробоя индуктивным выбросом в выключенном состоянии. Может я неправ?
Сегодня вполне доступны китайские ГаН по цене в разы дешевле обычных кремниевых, причём доставка из Китая занимает 3 дня, а почта уже в пределах города, почему-то едет дольше.

[thickman]

у LLC контроллеров типа L6599, вообще нет шансов на успех.

Ага, при малой Lрез очень большая скорость нарастания тока при кз. Но у Бруно и в Ямахах работает как-то, и наверное надежно.

Offтопик:
Никогда не задавался этим вопросом, как по мне - лучше посчитать нужное волновое под параметрическое ограничение, смирившись с клубком недостатков, присущих увеличенной Lрез (Ls).

Offтопик:

Интересно попробовать GaN, но без адаптивного DT придется шунтировать их диодами, во избежание пробоя индуктивным выбросом в выключенном состоянии.

Не нужно, диода-паразита в них нет, но эффект обратной проводимости присутствует.

[IVX]

Нынче конечно уже не так дешево, но лет 5 назад, я делал коммерческие LLC SMPS на STM8S003 QFN20 3x3mm, были они по 1 юаню/шт($.15). Стабильно работает, хоть икание, хоть сужай импульсы на самой высокой частоте.
Так и было сделано, доберётся с 90кГц на полной мощности, до минимальной на 200кГц, а дальше сужает PWM. Даже шафлинг частоты для EMC сделал, не говоря об OCP, UVP и OVP ;)

[tomtit]

Offтопик:

Не нужно, диода-паразита в них нет, но эффект обратной проводимости присутствует.

А как будут вести себя GaN во время слишком длинного ДТ, когда на затворе всех ключей имеется запирающий потенциал? Даже в этом случае откроются, как боди-диоды?

[thickman]

Как только напряжение на стоке станет отрицательным и превысит пороговое по абсолютному значению – сразу откроется. Типа, сток меняется ролями с истоком.

Offтопик:
Автогенератор-резонансник применительно к данной ветке, с синхронным выпрямителем с обратной проводимостью, работает очень коряво. В режиме рекуперации ПОС по напряжению обрывается и он тотчас глохнет.

[tomtit]

Как только напряжение на стоке станет отрицательным и превысит пороговое по абсолютному значению – сразу откроется. Типа, сток меняется ролями с истоком.

Так ведь сильно греться будет от большого падения напряжения на таком «приоткрытом» ключе, особенно если заперт отрицательным на затворе для помехоустойчивости.