[Dmitry_Ternovsky 0]

Доброго времени суток, уважаемые форумчане.

 

Подскажите, пожалуйста по такому вопросу - как лучше организовать обратную связь в усилителе мощности D-класса.

 

На выходе нужно получить синусоидальный сигнал с заданной гармонической частотой в диапазоне 15-60кГц. (Частота может быть любой в этом интервале).

Входное напряжение 30В. Выходное - 400В (амплитудное значение). Нагрузка емкостная. Мощность 300ВА.

Работа непрерывная.

 

На данный момент планирую собрать следующую схему - полный мост с трансформатором.

Для компенсации емкостной нагрузки использовать дроссель в первичке или во вторичке.

 

Если во вторичку, то плюсом этого варианта будет:

а) повышающий трансформатор можно уменьшить за счет того что по нему идет бОльшая тактовая частота - 500кГц (правда придется поискать сердечник на такие частоты чтобы потери были не велики...пока N49 присмотрел, но он для меня темная лошадка - не использовал его ни разу),

б) дроссель для фильтра будет иметь меньшие размеры из-за того что ток во вторичке меньше чем в первичке.

 

Если поставить в первичку

а) вырастит по размерам трансформатор, но частота будет всего 60кГц, и не так сложно найти сердечник на такие параметры (феррит N87 подойдет ) и не такие большие коммутационные потери в феррите.

б) не будет проблем при работе на высоких частотах в магнитопроводе (скин эффекты и эффекты близости) для решения которых возможно придется искать литцендрат.

 

На вход могу подавать как ШИМ с контроллера, так и аналоговый сигнал - в зависимости от выбора типа обратной связи.

Тактовая частота ШИМ - так же могу выбрать любую, но ориентируюсь на 500кГц, хотелось бы использовать микросхему drv8432 - где два встроенных моста работают в параллель. В описании указана частота 500кГц, хотя думаю что можно и побольше задрать...но тогда повысятся коммутационные потери.

Частота среза пока не задана - все на стадии проектирования. На выходе приоритет линейности - отсюда и пляшу и именно поэтому требуется заводить обратную связь, а вот как это лучше сделать чтобы не было возбуждения и линейность в пределах 1-2% - не знаю...ну и стабильность по амплитуде желательна.

 

Поэтому обратился на форум с целью почерпнуть идеи: по какому параметру сравнивать и откуда брать, чтобы фазовый сдвиг не превысил 90 градусов. Если обходится LC-фильтром первого порядка, то это уже 45градусов набег фазы.

[тау 24]

Вы только не обижайтесь,

но задача поставлена неверно. Вам бы найти исполнителя толкового-оутсорсера для оптимального системного решения надзадачи и переформулировки требований в технически грамотном и реализуемом варианте. Среди Ваших коллег, кажется, такового нету.

То что Вы написали выше - можно долго обсуждать и критиковать , по частям и целиком , но лучше не тратить на это время.

[Dmitry_Ternovsky 0]

Вы только не обижайтесь,

но задача поставлена неверно. Вам бы найти исполнителя толкового-оутсорсера для оптимального системного решения надзадачи и переформулировки требований в технически грамотном и реализуемом варианте. Среди Ваших коллег, кажется, такового нету.

То что Вы написали выше - можно долго обсуждать и критиковать , по частям и целиком , но лучше не тратить на это время.

 

Какие обиды, что Вы! )

"Надзадача" такова - есть 30В постоянки, надо получить синус от 15 до 60 кГц, с амплитудой 400В, нелинейными искажениями 1-2% и кпд не менее 75%.

Реализацию допускается разбить на два усилителя - для двух диапазонов 15-40кГц и 40-60кГц.

Остальное - поиск решений...если что-то конкретное Вам кажется смешным или не реализуемым (в "надзадаче" или в реализации) - давайте обсудим :)

Если что-то не полно изложил - расскажу подробнее.

[Herz 4]

Не готов Вам дать чётких рекомендаций, но пару замечаний сделаю.

- сравнивать частоту 60кГц синуса и 500кГц меандра - некорректно, надеюсь, Вы сами это понимаете;

- трансформатор на 300ВА с коэффициентом трансформации более 10 и работающий с прямоугольником 500кГц не обещает быть ни простым, ни компактным. Паразитные ёмкости и индуктивность рассеяния изрядно огорчат, не говоря уже о потерях в сердечнике и скин-эффекте.

"Задирать частоту" посоветовал бы лишь после победы над более низкой. Без опыта я бы на такую задачу не замахнулся.

И непонятно, как Вы посчитали фазовый сдвиг на ОС.

[iosifk 3]

Поэтому обратился на форум с целью почерпнуть идеи: по какому параметру сравнивать и откуда брать, чтобы фазовый сдвиг не превысил 90 градусов. Если обходится LC-фильтром первого порядка, то это уже 45градусов набег фазы.

 

Для начала, давайте нарисуем ЛАХ хотя бы приблизительно.

На нем выделим 3 характерных точки.

1. Слева на "постоянке" получим точку, соответствующую ошибке в статике, т.е. для вашего случая речь шла о 1% погрешности, значит это не менее 40 Дб...

2. Через 0, ЛАХ должен пройти с наклоном -20 Дб/дек для того, чтобы не было возбуждений и колебательности... И по декаде влево и вправо от точки пересечения для запаса...

3. Как известно всем, но вы об этом забыли, не бывает " LC-фильтром первого порядка", а бывает только 2-го... А потому на частоте квантования загиб ЛАХа будет -20 и -40 = -60 Дб/дек... А по вертикали прямую с таким наклоном опускаем вниз до точки, которая покажет требуемое вам подавление частоты квантования в выходном сигнале. Например до 1%... Т.е. как минимум до -40 Дб...

 

Ну примерно так... И как только построите ЛАХ, то сразу будет видно, что "60 кГц" полосу пропускания при "500кГц" частоте квантования получить просто невозможно, т.к. отличаются они только на декаду, а этого не хватит для построения ЛАХ в -20 дб/дек...

 

И все остальные рассуждения о дросселях тоже начинайте с того, что эти дроссели "загнут" ЛАХ, а значит зарежут полосу пропускания...

Удачи!

[maksimp 0]

На данный момент планирую собрать следующую схему - полный мост с трансформатором.

Для компенсации емкостной нагрузки использовать дроссель в первичке или во вторичке.

 

Если во вторичку, то плюсом этого варианта будет:

а) повышающий трансформатор можно уменьшить за счет того что по нему идет бОльшая тактовая частота - 500кГц (правда придется поискать сердечник на такие частоты чтобы потери были не велики...пока N49 присмотрел, но он для меня темная лошадка - не использовал его ни разу),

б) дроссель для фильтра будет иметь меньшие размеры из-за того что ток во вторичке меньше чем в первичке.

 

Если поставить в первичку

а) вырастит по размерам трансформатор, но частота будет всего 60кГц, и не так сложно найти сердечник на такие параметры (феррит N87 подойдет ) и не такие большие коммутационные потери в феррите.

б) не будет проблем при работе на высоких частотах в магнитопроводе (скин эффекты и эффекты близости) для решения которых возможно придется искать литцендрат.

Неверно.

а) на трансформаторе при любом варианте будет присутствовать составляющая низкой частоты, поэтому уменьшить его не удастся.

б) дроссель для фильтра будет иметь одинаковые размеры в обоих случаях - во вторичке ток меньше чем в первичке, зато в первичке нужна меньше индуктивность.

Для начала, давайте нарисуем ЛАХ хотя бы приблизительно.

Правильно нарисовал?

[Dmitry_Ternovsky 0]

Для начала, давайте нарисуем ЛАХ хотя бы приблизительно.

...

Удачи!

Спасибо, за комментарий, который помог мне пойти в правильном направлении. Сейчас разбираюсь с этим вопросом, поскольку плаваю в вопросах построения частотозависимых обратных связей, теперь понятно откуда ноги растут.

 

Не готов Вам дать чётких рекомендаций, но пару замечаний сделаю.

...

- трансформатор на 300ВА с коэффициентом трансформации более 10 и работающий с прямоугольником 500кГц не обещает быть ни простым, ни компактным.

Согласен. Отказался от идеи использовать повышающий преобразователь на таких частотах и мощностях.

Решил пойти другим путем - сделать повышающий источник с 30В до 400В (резонансный или на микросхеме ккм), и мостовую схему.

Тогда амплитуду синусоиды на нагрузке можно контролировать напряжением DC-DC преобразователя, а вот как быть с коэффициентом нелинейных искажений - пока не ясно.

 

...

Без опыта я бы на такую задачу не замахнулся.

...

Неужели на заре своей карьеры Вы брались только за задачи, которые были Вам досконально ясны?

А как же разработчику поднять свой уровень?

Время есть - буду пробывать! (а форум позволит сэкономить время, разобраться во многих вопросах, не наступить на какие-то грабли и повысить квалификацию, за что ему (форуму) большое спасибо!)

 

Спасибо за помощь! :)

[Stas- 0]

Автор топика, может быть вам стоит рассмотреть вариант непосредственного питания моста +300В напрямую? То есть, без трансформатора. Но, тогда высоковольтную часть нужно отвязать оптикой от низковольтной. Я, было дело, делал такую штуку - работает без всякой обратной связи и КНИ меньше процента. Вот схемка, взгляните. Тут, разумеется, нужно заменить мегу на ваш формирователь ШИМ. И, для заявленных вами частот, оптопары нужно взять более быстрые.

 

Но, вопрос сам по себе очень интересный. Я тоже хотел бы узнать, каким образом правильно делается обратная связь в усилителе класса D. Искал на эту тему много, но ничего толком не нашел.

 

ПС: Ну и, да, может эта схема мимо - у меня была задача сделать гармонический сигнал с частотой от 10Гц до 1кГц. Может, на десятках килогерц тут действительно чего-то полезет, не знаю.

 

ППС: А интересно, зачем вам пулемет синус на частоте десятки килогерц с КНИ менее процента?

mydriver.pdf

Изменено 22 марта, 2013 пользователем Stas-

[Herz 4]

Неужели на заре своей карьеры Вы брались только за задачи, которые были Вам досконально ясны?

А как же разработчику поднять свой уровень?

Конечно нет! Но поднятие уровня должно быть ступенчатым. Это я сейчас понимаю...

[Stas- 0]

Конечно нет! Но поднятие уровня должно быть ступенчатым. Это я сейчас понимаю...

Так и как же все-таки "правильно делается обратная связь в усилителе класса D"? Объясните, хотя-бы первое действие? Какое оно?

 

Ну вот, в тупняка предположу: компаратор сравнивает выходной сигнал со входным и дает команду ШИМ генератору повысить или понизить скважность (нелинейный элемент детектед, но зато втупаря). Дальше предполагаю, что если не включить сюда интегратор - то вся система заглючит, т.к. попытается "отыгрывать" весь выход без корректировки/накопления событый (мгновенно), а там, на этом выходе - все сложно, то есть много не особенно важных для корректироки выхода с КНИ <1%, но быстро и беcсистемно повторяющихся событий. О! Я вспомнил такие слова, как ПИД регулятор, наверное проканает.

 

Тогда: откуда взять производную, и сам сигнал и в каких пропорциях их замешать с интегралом? (я не учил ТАУ, я по специальности - геофизик).

 

И сам способ с компаратором - ну что за шняга. Как сделать всю эту процедуру линейно, то есть "правильно"?

Изменено 22 марта, 2013 пользователем Stas-

[iosifk 3]

Правильно нарисовал?

 

Почти правильно, за исключением "пустяков"...

Там, где начинается LC фильтр, ЛАХ не загибается "плавно" на -40 Дб/дек, а в месте изгиба делает как бы "горку". И этот подъем ЛАХ зависит от добротности. А поскольку в этом месте ЛАХ уже должен находиться ниже 0 Дб, то этот подъем может пересечь 0 Дб, и тогда будет возбуждение. А значит надо сделать так, чтобы ни при какой нагрузке, ни при каком питающем напряжении и ни при каком токе нагрузки этого бы не произошло... А единственное, что можно делать - это увеличивать зону, где наклон -20 Дб/дек...

И еще одно место. Там, где написано "подъем можно увеличить". Это называется "фазоопережающая каррекция"... Берется сигнал по переменке с выхода и добавляется в суммирующую точку. Но солько беда в том, что там же сидят пички и пульсация на частоте квантования. И они благополучно забивают усилитель сравнения...

 

И на далее в дело пойдут многофазные схемы. Например 6 фаз по 50 ВА - эквивалентно поднятию частоты квантования в 6 раз... Кстати, ШИМ обычно фильтруют по выходу, но при этом забывают, что по входу он будет дергать на всю катушку. А вот многофазник в этом отношении более чистый!

Или многоканальные схемы, если энергия ВЧ части спектра Ваших сигналов ниже, чем НЧ часть спектра. Я делал такую конструкцию в 80 годах. "Аналоговый" усилитель с полосой 200 кГц создавал на нагрузке сигнал, а "импульсный", который был к нему включен параллельно, сводил к нулю ток "аналогового"... И таким образом все вместе имело частотные характеристики почти как у "аналогового", а КПД - почти как у "импульсного"...

[Plain 168]

получить синусоидальный ... Нагрузка емкостная

Эти слова логично ведут к обыкновенной резонансной схеме — весовым индуктивностям и т.п.

[Tiro 0]

Неплохо бы для начала узнать емкость нагрузки, а лучше - коэффициент мощности нагрузки в требуемой полосе частот.

 

На выходе нужно получить синусоидальный сигнал с заданной гармонической частотой в диапазоне 15-60кГц. (Частота может быть любой в этом интервале).

Входное напряжение 30В. Выходное - 400В (амплитудное значение). Нагрузка емкостная. Мощность 300ВА.

Работа непрерывная.

 

На данный момент планирую собрать следующую схему - полный мост с трансформатором.

Для компенсации емкостной нагрузки использовать дроссель в первичке или во вторичке.

- Мост годится.

- Широкополосный усилитель нужно проектировать с учетом работы на нескомпенсированную нагрузку, забудьте про компенсирующий дроссель.

 

Подскажите, пожалуйста по такому вопросу - как лучше организовать обратную связь в усилителе мощности D-класса.

- Сигнал обратной связи нужно получать из импульсного сигнала через ФНЧ первого порядка.

- Дроссель и трансформатор нужно спроектировать так, чтобы вносимые ими искажения были незначительны и не охватывать их ООС.

 

а) повышающий трансформатор можно уменьшить за счет того что по нему идет бОльшая тактовая частота - 500кГц (правда придется поискать сердечник на такие частоты чтобы потери были не велики...пока N49 присмотрел, но он для меня темная лошадка - не использовал его ни разу),

б) дроссель для фильтра будет иметь меньшие размеры из-за того что ток во вторичке меньше чем в первичке.

- Через трансформатор в любом случае пойдет усиливаемый НЧ сигнал вместе с тактовой частотой и комбинациями, расчет проводится на усиливаемую частоту.

- Дроссель тоже должен быть рассчитан с учетом подмагничивания током НЧ.

 

 

 

 

Реализацию допускается разбить на два усилителя - для двух диапазонов 15-40кГц и 40-60кГц.

- Разбиение неудачное. Желательно разбить на диапазоны с одинаковым перекрытием по частоте. В Вашем случае лучше поддиапазоны 15-30 кГц и 30-60 кГц.

 

Решил пойти другим путем - сделать повышающий источник с 30В до 400В (резонансный или на микросхеме ккм), и мостовую схему.

Тогда амплитуду синусоиды на нагрузке можно контролировать напряжением DC-DC преобразователя, а вот как быть с коэффициентом нелинейных искажений - пока не ясно.

- Повышение напряжения электропитания хороший ход, но тут важен компромисс между упрощением трансформатора и усложнением усилителя из-за динамических потерь. Во-первых, элементная база с ростом допустимых напряжений становится "тормознее", во-вторых, динамические потери в емкостях ключей пропорциональны квадрату импульсного напряжения. Реальностью можно считать мостовой ключевой усилитель с напряжением электропитания 100-120 В и тактовой частотой полумоста 100-200 кГц на MOSFETах с максимальным напряжением 200 В. При фазовом сдвиге по тактовой частоте в 180 градусов получается двухканальная ШИМ с эффективной тактовой частотой 200-400 кГц. Возможно, Вам потребуются более быстрые транзисторы и меньшее напряжение электропитания, но хороших транзисторов с максимальным напряжением 150 В в свое время я не нашел.

[тау 24]

Какие обиды, что Вы! )

"Надзадача" такова - есть 30В постоянки, надо получить синус от 15 до 60 кГц, с амплитудой 400В, нелинейными искажениями 1-2% и кпд не менее 75%.

Реализацию допускается разбить на два усилителя - для двух диапазонов 15-40кГц и 40-60кГц.

Остальное - поиск решений...

Я предполагал что надзадача у Вас , отчасти озвученная в предыдущих темах, это раскачка пьезопреобразователей в относительно узкой полосе , порядка 5% от центральной. Причем , как мне показалось , сам сигнал раскачки не широкополосный , а полоса определяется разбросом параметров пьезиков из партии , т.к. излучаетель Вы собирались делать из 6-ти штук. И даже если сигнал нужен в полосе 5% (узкополосный шумоподобный) , то оптимальные решения , имхо, находятся не на пути реализации усилителя D класса с повышенной частотой квантования.

 

- Широкополосный усилитель нужно проектировать с учетом работы на нескомпенсированную нагрузку, забудьте про компенсирующий дроссель.

С учетом некоторых высказываний ТС в других темах , октавная широкополосность ему не актуальна, т.к. нагрузка - пьезик и поэтому , имхо, решения могут быть совсем иные , тем более , вероятно, и без ООС с выхода LC фильтра.

Изменено 23 марта, 2013 пользователем тау

[Dmitry_Ternovsky 0]

Я предполагал что надзадача у Вас , отчасти озвученная в предыдущих темах...

 

С учетом некоторых высказываний ТС в других темах , октавная широкополосность ему не актуальна, т.к....

...

Нет, что Вы!

то уже "дела давно прошедших дней, придание старины глубокой" :rolleyes:

 

это другая задача, расчет ведется на другую антенну и другие частоты и нагрузки.

Что было в тех темах - останется только там ) Хотя и тут и там есть общие задачи - такие как: обеспечение обратной связи для уменьшения коэффициента нелинейных искажений и поддержания напряжения в заданной полосе частот в заданных пределах.

 

Почему важно обеспечить малый коэффициент нелинейных искажений? потому что в ряде применений во время излучения идет и прием сигнала, тогда излучая на частоте Х мы можем в приемном тракте вырезать эту частоту Х и смотреть что принимается на других. А если будут большие нелинейные искажения, то полезут другие частоты (так и хочется написать - "нечистоты" )).

 

Почему важно обеспечить поддержание амплитуды напряжений в заданной полосе частот? причина та же... хотя это не так критично, но ТЗ спустилось ко мне сверху и у меня не так много степеней свободы чтобы что-то менять :(