Перейти к содержанию
    

Моделирование импульсных источников

А стоит ли городить огород с этим C14? Если внимательно посмотреть на схему, то очевидно, что вместе с D1 он образует ту же цепь RCD, разница только в том, что разряжается C14 не через резистор, как положено порядочному демпферу, а через обмотку трансформатора.

 

Если эта энергия уйдет не в тепло, а в нагрузку, то это уже большое приемущество.

 

Между прочим такое включение снаббера (демфера) можно патентовать (если его еще не запотентовали).

 

Интересно сообразить какая должна быть оптимальная индуктивность обмотки, к которой подключается С14...

 

Да, кстати индуктивность рассеяния действительно большевата она обычно составляет единицы процентов от индуктивности первички

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Да, кстати индуктивность рассеяния действительно большевата она обычно составляет единицы процентов от индуктивности первички

И у меня такое впечатление. Но в тоже время эта индуктивность - 1% от первичной, что вполне похоже на правду. Думаю такие мощные незатухающие колебания - исключительно из-за идеальности сердечника трансформатора. В реальности он работает как демпфер, активно гася высокочастотные колебвния напряжения (потерями).

 

Да, обнаружил ошибку у себя в "модернизированной" схеме - резистор Rw1 не в том месте стоит (но на процессы это влияние не оказывает). Тем не менее, поправлю и выложу файл.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Если эта энергия уйдет не в тепло, а в нагрузку, то это уже большое приемущество.

 

Между прочим такое включение снаббера (демфера) можно патентовать (если его еще не запотентовали).

 

Интересно сообразить какая должна быть оптимальная индуктивность обмотки, к которой подключается С14...

Увы - в нагрузку она не пойдёт (полярность напряжения не та), а будет банально рассеиваться в виде тепла.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

В реальности он работает как демпфер, активно гася высокочастотные колебвния напряжения (потерями).

 

На моей практике эти колебания тоже не очень-то затухают. Так что на правду похоже.

 

Увы - в нагрузку она не пойдёт (полярность напряжения не та), а будет банально рассеиваться в виде тепла.

 

А если вот так сделать ?

post-24044-1196276359_thumb.jpg

А обмотку включить так, чтобы ток, протекающий по ней работал для вторички как в схеме forward... слету что-то не соображу.

Изменено пользователем Mc_off

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Провел еще раз моделирование по схеме с конденсатором C14, скорректировав паразитную емкость и исправив цепь управления. На первый взгляд, красиво все до необыкновения.

post-2767-1196277534_thumb.jpg

Никаких паразитных звонов (почти), потери в ключе достаточно маленькие (1.6 Вт при 25Вт в нагрузке)

Однако, смущают меня некоторые вещи. Во-первых, процессы переключения достаточно корявые. Похоже, эта схема работает не совсем как снаббер.

post-2767-1196277834_thumb.jpg

Паразитные колебания она убрала, а фронты тока и напряжения не разнесла. В результате потери в ключе оне не уменьшила. И мгновенные значения мощности при переключении весьма большие.

post-2767-1196277922_thumb.jpg

 

К тому же у меня есть подозрения, что введенная емкость может здорово ухудшить динамику преобразователя.

 

Посмотрел на скачок выходного напряжения при двухкратном увеличении сопротивления нагрузки - вроде конденсатор не сильно влияет (синеий - без конденсатора, красный - с конденсатором)

post-2767-1196280321_thumb.jpg

Так что, был не прав, судя по всему, с динамикой все нормально.

 

Прикрепил файл со схемой Микрокап и сохраненными начальными условиями для установившегося режима.

flyback_MC8.rar

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Позволю себе пополнить коллекцию картинок

Глубоко уважаемые авторы! Если не жалко, то пожалуйста выкладывайте вместе с картинками исходные файлы. Кроме того, что щупать руками приятней чем глазами, еще как говорил классик : "мартышка к старости слаба глазами стала".

Заранее БОЛЬШОЕ СПАСИБО!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Позволю себе пополнить коллекцию картинок

Мощно. Аж глаза разбегаются :)

А коэф. связи не слишком большой? У реального транса, мне думается, он меньше.

Посмотрел - коэфициент связи явно завышен был.

Для наглядности несколько ихменил схему моделирования. Связь обмоток сделал 100% (коэф. связи K=1), а индуктивность рассеяния ввел в явном виде и, как и обещал, промоделировал прерывистый, краничный и непрерывный режим при индуктивности рассеяния в диапазоне 1-4% индуктивности намагничивания при наличии снеббера и без него. Отключение/включение снаббера проводится изменением емкости с 2р на 2n (чтобы не менялась топология ихемы и не надо дыло заново пересчитывать начальные условия)

Схема моделирования для прирывистого режима:

post-2767-1196333279_thumb.jpg

В ней задан степпинг (изменение с заданным шагом) индуктивности рассеяния Ls в диапазаоне 0.6u - 0.24u (u - обозначает "микро").

post-2767-1196333955_thumb.jpg

Результаты моделирования показывают, что общий вид процессов почти не меняется. Из-за того, что индуктивность намагничивания в этом режиме мала, то мала и индуктивность рассеяния (которая считается в % от индуктивности намагничивания). Энергии в ней запасается немного и она влияет лишь на процессы коммутации (фронты).

post-2767-1196334063_thumb.jpg

Но именно коммутационные процессы существенным образом влияют на потери в ключе, поэтому, несмотря на то, что общие процессы в схеме изменились совсем мало, потери в ключе заметно возрастают с увеличением индуктивности рассеяния (зеленые графики).

 

Введение снаббера в схему с перывистым режимом существенно уменьшает суммарные потери. Емкость успешно формирует траекторию переключения, заметно снижая потери в ключе, а энергия, запасенная в индуктивности рассеяния мала, поэтому потери в снаббере совсем невелики. Получается сумарный выигрыш.

post-2767-1196334340_thumb.jpg

Хотя только лишь из диаграммы токов и напряжений при выключении это совсем не очевидно.

post-2767-1196334472_thumb.jpg

 

При работе в граничном режиме (индуктивность намагничивания увеличина с 6мкГ до 12 мкГн) влияние индуктивности рассеяния уже заметна не только на фронтах - появились явно выраженные "звоны" при выключении ключа (снаббера пока нет)

post-2767-1196334659_thumb.jpg

Однако, несмотря на эти "звоны" и рост индуктивности рассеяния, потери в ключе получились в три раза меньше, чем в прерывистом режиме.

Процессы при выключении ключа при 1% и 4% выглядят следующим образом:

post-2767-1196334975_thumb.jpg

Снаббер также уменьшает потери (в смысле, суммарные потери в снаббере и в ключе порлучаются меньше, чем в ключе при отсутствии снаббера). Но этот эффект не так явно выражен, как в прерывистом режиме.

post-2767-1196335225_thumb.jpg

Хотя формы напряжения и тока при выключении ключа в этом случае гораздо красивее

post-2767-1196335300_thumb.jpg

 

И, наконец, непрерывный режим. Причем, весьма хорошо непрерывный (индуктивность намагничивания в 20 раз больше граничной - 250 мкГн.) Соответственно, индуктивность рассеяния получается 2.5, 5, 7.5 и 10 мкГн.

Такие большие индуктивности рассеяния очень сильно влияют на процессы в схеме.

post-2767-1196335797_thumb.jpg

Однако на первый взгляд, это не приводит к существенному росту потерь.

Думаю, это впечатление обманчиво и вызвано некорректностью расчета потерь. Дело в том, что при больших значениях индуктивности рассеяния подает выходная мощность (напряжение). Это вызвано фактическим сокращением эффективной длительности импульса из-за того, что ток в ключе при коммутации нарастаеи медленно (скорость ограничена индуктивностью рассеивания). При инуктивности рассеяния 10 мкГн и неизменных прочих параметрах выходное напряжение снижается с 5В до 3,3В.

Для корректного сравнения надо было бы подбирать режимы, при которых выходная мощность осталасб бы неизменной (меняя коэфиициент трансформации). Но на это ушло бы много времени и я поленился это делать :)

Поэтому сравнение с предыдущими результатами возможно только при 1% индуктивности рассеяния, когда выходное напряжение изменилось весьма незначительно (с 5В до 4.8В).

post-2767-1196336316_thumb.jpg

 

Общий вид процесов при подключении снаббера

post-2767-1196336413_thumb.jpg

Однако для сравнения также можно использовать результаты с минимальной индуктивностью

post-2767-1196336491_thumb.jpg

В отличие от предыдущих схем, включение снаббера резко (в три раза) увеличило суммарные потери. Это вполне объяснимо - индуктивность рассеяния в 20 раз выше, чем в граничном варианте, соответственно, в снаббере рассеивается в 10 раз больше мощности (грубо). Но функцию ограничения мгновенной мощности и уменьшение "звонов" он выполняет успешно. Но за это приходится платить снижением КПД.

Процессы при включении и выключении (индуктивность рассеяния 1% - 2,5 мкГ)

post-2767-1196336584_thumb.jpg

 

Анализ полученных режимов показывает, что при выбранных допущениях самый эффективный с точки зрения потерь - граничный. Но он весьма требователен к величине сопротивления канала ключа, поскольку активная составляющая потерь весьма велика и при большом попротивлении канала выигрыша в потерях можно не получить.

 

Непрарывный режим менее требователен к велисине сопротивления канала, но налагает достаточно высокие требования на конструкцию трансформатора - индуктивность рассеяния для эффективной работы не должна превышать 1%.

 

Хотел бы еще обратить внимание на один момент. Если смотреть мгновенную можность (произведение тока на напряжения) на "стоке" транзистора и на копротивлении "канала" - то получаются радикально разные картинки (малиновый и коричневый график).

post-2767-1196337401_thumb.jpg

С одной тороны, это вполне очевидно - на "стоке" помимо собственно тока канала (а это и есть активная тепловая мощность рассеивания) протекают реактивные токи перезаряда паразинтных ескостей (затвор-сток и сток-исток).

Получается, что вычисленная таким образом мгновенная мощность имеет мало общего с импульсной активной мощностью на ключе, которая как раз-таки опредеяет потери при переключении и ОБР.

 

В у меня модели рассеиваемая мощность считается как интеграл от активной мощности канала.

Как я уже писал выше, она полностью совпедает с мощностью, вычисленной как интеграл от произведения тока и напряжения на стоке. Поэтому считаю такой подгож првильным.

Но возникает вопрос, как в реальной схеме с МОП-транзистором можно оценить мгновенную активную мощность? Поизведение тока и напряжения стока такой информации, ИМХО, не дает. Произведение тока истока на напряжение стока - тоже. Как практики ее измеряют? (я с полевиками работал очень мало, поэтому своего опыта у меня особе нет - всегда смотрел ток и напряжение стока и не задумывался о емкостных составляющих)

 

Использованные при расчетаз файлы (в формате mc9) - в прикрепленном архиве

Обращаю внимание, что во все эти файлв внедрена директива установки начальных условий для установившегося режима .IC ......

Поэтому при коррекции файла (изменении названи компонетов или их добавлении) появится соотщение об ошибке (начальные условия для новых компонентов не поределены директивно).

Для коррекции схемы эту внедненную директиву нужно удалить или закомментировать.

flyback__Ls.rar

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Что-то меня смущает звон тока в ключе при его выключении. Похоже что он приоткрывается напряжением, просачивающимся через емкость на затвор...

 

При использовании нормальных драйверов. я такого в реальных схемах ни разу не замечал.

 

Предлагаю уменьшить емкость сток-затвор и можно параллельно затворовому резистору подключить диод анодом к затвору.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

... Для корректного сравнения надо было бы подбирать режимы, при которых выходная мощность осталасб бы неизменной (меняя коэфиициент трансформации). Но на это ушло бы много времени и я поленился это делать :)

Есть другой вариант - для проверки модели можно взять какую-нить апликуху (например, Power Integration), где приводятся параметры (кпд в т.ч.) и для непрерывного и для прерывистого режимов.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Специалисты, блин... :)

Почему меня до сих пор никто носом не ткнет в ошибку в модели. В реальности в МДП-транзисторе обязательно присутствует обратный диод. А в модели его нет. Думаю, именно поэтому токи при выключении не соответствуют реалиям. Сейчас проверю :)

 

Проверил. Влияние есть, но не кардинальное.

 

По поводу колебаний. Это чисто емкостные составляющие при ПОЛНОСТЬЮ ЗАКРЫТОМ канале. Никакие воздействия по затвору на них влияние не оказывает.

Проверить это просто - достаточно посмотреть ток канала (резистора Rkl)

Причем, эти колебательные процессы очень похожи не то, что я видел в действительности (только там они немного диодом порезаны были).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Кстати, щас обнаружил книжку (правда, довольно старую) по моделированию импульсных источников питания в PSpice. Ссылку кинул в раздел "Документация".

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Специалисты, блин... :)

Почему меня до сих пор никто носом не ткнет в ошибку в модели. В реальности в МДП-транзисторе обязательно присутствует обратный диод. А в модели его нет. Думаю, именно поэтому токи при выключении не соответствуют реалиям. Сейчас проверю :)

 

Проверил. Влияние есть, но не кардинальное.

 

По поводу колебаний. Это чисто емкостные составляющие при ПОЛНОСТЬЮ ЗАКРЫТОМ канале. Никакие воздействия по затвору на них влияние не оказывает.

Проверить это просто - достаточно посмотреть ток канала (резистора Rkl)

Причем, эти колебательные процессы очень похожи не то, что я видел в действительности (только там они немного диодом порезаны были).

 

емкость в 500р в моделе ключа - великовата лья такого блока питания.

если всзять IRF7478 (60В, 3.5А, 30мОм), то его емкость затвор-исток = 1740р, а эффективная есмкость выхода (сток-исток) порядка 410р (причем она изменяется в зависимости от напряжения на стоке от 220р до 1590р)

 

Кстати, а почему не использовать спайсовые модели именно MOSFET транзисторов ? Зачем эта городуля с ключем ?

http://www.irf.com/product-info/models/ - это ссылка на библиотеку от IRF (правда я не знаю как ее прикрутить к MC9, но знаю как к PSpice 5.0)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Кстати, а почему не использовать спайсовые модели именно MOSFET транзисторов ? Зачем эта городуля с ключем ?

Использование стандартных Spice-моделей - это будет следующий этап. Я ведь не зря спрашивал, наиболее типичные приборы.

Городьба с ключем помогает глубже понять процессы в схеме и их связь с паразитными параметрами. В спайс-модели паразитными параметрами не очень поварьируешь (можно, но сложнее). И некоторые эффекты не посмотришь. К примеру, в упрощенной модели я могу посмотреть именно ток "канала" отдельно, а емкостные составляющие - отдельно.

К тому же пока идет именно качественное моделирование (а не количественное). Т.е. пока рассматриваются основные принципы работы схемы.

 

По поводу приведенной по ссылке библиотеки. Она имеет организацию, не слишком удобную для импорта в Микрокап (модель каждого прибора - отдельным файлом). Если нужно подсоединить какой-то конкретный компонент из этой библиотеки - проблем нет. Если всё - то пока не придумал решение (точнее, оно есть, но оно трудоемко).

 

Кстати, не уверен, что эта библиотека более полная, чем встроенная в MC9. В МС9 только MOS-транзисторов от IRF больше тысячи (1084). А в этой библиотеке всех компонентов (диодов и транзисторов всех типов) 1057.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.

Гость
Ответить в этой теме...

×   Вставлено с форматированием.   Вставить как обычный текст

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отображать как обычную ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

×
×
  • Создать...