Мягкая коммутация Опции

[ppchs]

Что это такое? Я хочу сделать неубиваемый сварочный аппарат. Мне сказали что в модных буржуйских аппаратах это используется. Где можно проконсультироваться или может имеются какие литературные источники? По идее не одному мне будет интересно если не секрет конечно...

[muravei]

Возможно, это называется - квазирезонансный инвертор.
Переключение тр-ров происходит при нулевом токе через них.
Последовательно с трансформатором имеется последовательный контур, ну и его индуктивность, после открывания тр-ра, ограничивает рост тока вначале , а конденсатор в конце полупериода. В результате напряжение напоминает синус, а тр-р рассеивает минимум мощности.

[Kolia]

Добрый день.

Здесь куча всяких схем по сварочном аппаратам
h**p://valvolodin.narod.ru/schems.html

и здесь какой-то полуавтоматик
h**p://radioam.nm.ru/vlad.html#sch_pic_svar

[ppchs]

Нет, это абсолютно определённо не квазирезонансный режим, это именно soft switching на буржуйском языке. На гугле много и по квазирезонасной и по soft switching - но это всё не ясно как применить на практике. Интересует конкретный расчёт на, скажем, 4 КВатт мощности. Вот видите, и вы я смотрю тоже впервые об этом услышали. У нас мужик в соседней лаборатории говорит что эта технология чуть ли не засекречена ввиду своей эффективности. Ну может кто нибудь всё же поделится практическим расчётом?

[exSSerge]

Цитата из семинаров Unitrode 2000 года:
Soft switching operation, also referred to as Zero Voltage Transition (ZVT) or Zero Voltage Switching (ZVS) is very popular in high frequency power converters to keep the switching losses under control. ......... In most cases, soft switching is achieved by utilizing the parasitic components of the power circuit, often with the aid of low power auxiliary circuits.

Так что квазирезонансный режим - по крайней мере один из способов обеспечения Soft switching.
По моим ощущениям пик интереса к Soft switching пришёлся на конец прошлого века, сейчас никого этим уже не удивишь, а сам термин превратился в buzzword и затаскан почти как "структурное программирование".
Ещё несколько ссылок по теме:
http://www.smps.us
The Colorado Power Electronics Center http://ece-www.colorado.edu/~pwrelect/
перечень публикаций Delta Power Electronics Lab http://www.deltartp.com/dpel/techjournalsdpel.html

[ppchs]

Где микросхемы именно для мягкой коммутации? Где расчёты, пусть и студенческие? Где массовость? А вы говорите о затасканности термина когда 99.99% специалистов в силовой электронике не понимают физический смысл получаемого преимущества перед жёсткой коммутацией. В жёсткой коммутации можно не соваться в киловатты - ключи горят как спички, как и продающиеся сейчас сварочники в магазинах. А ведь схема то усложняется не сильно - но как п-о-с-ч-и-т-а-т-ь эту схему?
В качестве примера достоверный случай. Японцы как узнали что на одном из полупроводниковых заводов России разрабатывают под этот случай микросхему, так завалили приглашениями в гости для "сотрудничества".

[slimjack]

Показали мне силовую часть 16 кВт преобразователя для инд. нагрева с частотой 40 кГц. Снаберные цепи выглядят как показано во вложении. Комментировать параметры я вряд ли смогу и как расчитываются тоже не в курсе. Думаю, что эта схема позволяет плавно отключать транзистор, но включение тут вряд ли будет плавным.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Omen_13]

Японцы как узнали что на одном из полупроводниковых заводов России разрабатывают под этот случай микросхему, так завалили приглашениями в гости для "сотрудничества".

- если только на живых дураков посмотреть, пока в лес не убежали.
Плюсы мягкой комутации очевидны - включение и выключение транзистора при нулевом токе, т.е уменьшаются потери комутации
Минусы:
1. сами комутирующие элементы, а точнее их габариты;
2. потери в комутирующих элементах растут с увеличением частоты
3. магнитострипция - комутирующая катушка начинает верещать на 2-х частотах: собственного резонанса и частоте управления.
4. Данный способ более распространён для тиристоров.
Расчёт несколько отличается для источников тока и напряжения - что делаем?
(не путайте источник тока в режиме стабилизации напряжения с источником напряжения в режиме стабилизации тока)

[Omen_13]

Ещё минус
5. т.к. комутирующий контур паралельный то напряжение на комутирующих элементах будет около D*Ud (D добротность комутирующего контура, Ud напряжение подаваемое на инвертор)
Мощность маленькая, поэтому пусть будет источник напряжения, в принципе выкладки применимы и к источнику тока
1. пояснение к схеме: R1 сопротивление нагрузки (приведённых выкладках нагрузка чисто омическая!), L1 - комутирующая катушка (служит для ограничения амплитуды тока), C1 - комутирующий конденсатор, источник содержит в своём составе бесконечную ёмкость.
2. условие колебательности - R1/(2L1)<1/корень квадратный(L1*C1)
3. собственная циклическая частота комутирующего контура wk=корень квадратный ((1/L1C1)-(R1*R1/(4*L1*L1)))
4. волновое сопротивление комутирующего контура:
pk=корень квадратный(L1/C1)
5. режим работы с паузой, т.е. wk>wуправления, транзистор выключается только после начала комутации тока через диод
Теперь приступим, нам заданы частота, напряжение выпрямителя, сопротивление нагрузки и входная мощность, необходимо определить величины емкости и индуктивности:
Теперь комутирующуя емкость должна соответствовать:
С1=pi*Pd/(2*Uн*w*Ud)=pi*Id/(2*Uн*w)
Индуктивность можно определить из циклической частоты, но можно и так:
L1= 1/(C1*w*w)
Охотно допускаю что где-то допустил ошибку..

ПС выкидываем один из транзисторов и ставим тиристор - паринцип не изменится, они в этой схеме взаимозаменяемы

Сообщение отредактировал Omen_13 - Apr 4 2007, 21:34

Эскизы прикрепленных изображений

 

[muravei]

Ещё минус
5. т.к. комутирующий контур паралельный

Помоему, он последовательный.Кроме того , квазирезонансный способ -это только один из способов мягкой коммутации.Кстати , как там обеспечивается шим? Контур же захочет продолжить генережкой.
Что-то написано в:
http://www.platan.ru/shem/pdf/str17-19.pdf

Прикрепленные файлы

 passive_ss_inverters.pdf ( 202.06 килобайт ) Кол-во скачиваний: 275

 

[ppchs]

Slimjack: выша схема нерабочая. Вы пишите о 40кГц, а номиналы говорят о килогерце. Схема имеет патологию - она низкочастотная.
Omen_13, вы всё правильно написали, не спорю - но я открыл топик НЕ про квазирезонансный метод коммутации. В квазиренонансном способе ВСЯ коммутационная мощность прокачивается через реактивности резонансной цепи, что как вы правильно заметили может вызвать звуки и помощь для переноски такого оборудования. Сварочники не делают в квазирезонансном режиме ещё и потому, что как следует из названия квазиРЕЗОНАНСНЫЙ -> шим нельзя использовать -> отсутсвие удовлетворительного управления током.
Статьи Muravei помогают локализовать проблему, о которой я говорю. Например в очень хорошей русскоязычной платановская статье на эту тему на первой же странице есть рисунок. Посмотрите на первый(вот что меня интересует) и второй(ваши квазирезонансные) внимательно, особенно на номиналы реактивностей. Внимательный читатель сделает вывод, что в процессе коммутации энергии в первой схеме через её реактивности проходит на ПОРЯДОК меньшая мощность(и габариты со стоимостью) нежели в ваших квазирезонансных схемах на втором рисунке. Причём статья лишь СТАВИТ задачу но её не решает. Англоязычная сильно теоретизирована и беспрактичная - ничего не сказано о драйвере. Все эти и другие статьи для меня не новинки.
Локализую вопрос для тех кто наконец то понял о чём речь: КАК сделать драйвер или ГДЕ микросхемы для управления ПЕРВОЙ схемой. Ничего не понятно? То-то же, а вы смеялись на до мной. Я бы не стал так сходу убегать от японцев в лес

[Vitёk]

Попробуйте поискать "soft switch" на сайтах производителей электроники. Например, ТИ по такому запросу находит 26 статей: http://focus-webapps.ti.com/general/docs/s...nput=New+Search
Если там (у нескольких производителей) ничего не найдёте, то, боюсь, придётся с этой мечтой распрощаться (как минимум на несколько лет).

[xemul]

... Например в очень хорошей русскоязычной платановская статье на эту тему на первой же странице есть рисунок. Посмотрите на первый(вот что меня интересует) и второй(ваши квазирезонансные) внимательно, особенно на номиналы реактивностей. Внимательный читатель сделает вывод, что в процессе коммутации энергии в первой схеме через её реактивности проходит на ПОРЯДОК меньшая
мощность(и габариты со стоимостью) нежели в ваших квазирезонансных схемах на втором рисунке. Причём статья лишь СТАВИТ задачу но её не решает.

Фантастика... Посмотрите на картинки 4, 5. И на вывод автора:

... использование резонансных инверторов напряжения в качестве звена промежуточной частоты в источниках питания является предпочтительнее.

(сохранена орфография статьи)
Я не слишком внимал. Так, слегка посмотрел на картинки.

Англоязычная сильно теоретизирована и беспрактичная - ничего не сказано о драйвере.

Англоязычная статья вообще бестолковая. Какая разница, куда прицепить кондюк или транс, который вообще по жизни и не нужен?

Все эти и другие статьи для меня не новинки.
Локализую вопрос для тех кто наконец то понял о чём речь: КАК сделать драйвер или ГДЕ микросхемы для управления ПЕРВОЙ схемой. Ничего не понятно? То-то же, а вы смеялись на до мной. Я бы не стал так сходу убегать от японцев в лес

Для управления и первой, и второй схемой можно использовать IR21571 (или IR2153 etc), реклама которой изображена в конце русскоязычной платановской статьи. Слегка меняется обвязка.
Или используйте любые подходящие High/Low Side драйверы и рулите ими хоть от TL494.
Или нужна схема электрическая принципиальная с точностью до последнего резистора? Ну так бы сразу и сказали.

[ppchs]

2xemul: платановскую статью за неимением лучшего скорее всего выдернули из работы какого нибудь аспиранта двоечника - ну как потери большого дросселя второй схемы могут быть меньше чем в 15 раз меньшего дросселя на первой схеме. Если в обоих случаях ток нагрузки одинаковый, а дроссели по индуктивности различаются в 15 раз, то напряжение большего дросселя будет в 15 раз выше а потери в квадрат больше, то есть в 225 раз больше. Ну и как так у них получилось что КПД верхней схемы хуже нижней? Непонятно как они его считали... если в натурных испытаниях то это значит что они не добились режима мягкой коммутации первой схемы. Могу так же доказать, что на графиках КПД враки и в случае учёта только коммутационных потерь в транзисторах в обоих схемах. Бездарная статья в отношении выводов.
Всем ответившим спасибо за ответы. Для себя я делаю вывод что народ не знает о существовании интересной разновидности мягкой коммутации.

[xemul]

2xemul: платановскую статью за неимением лучшего скорее всего выдернули из работы какого нибудь аспиранта двоечника

Если присмотритесь, статья выдернута из журнала "Схемотехника" №7, июль 2001 года. Автор, по-видимому, является сотрудником СПб ГЭТУ (ЛЭТИ).

- ну как потери большого дросселя второй схемы могут быть меньше чем в 15 раз меньшего дросселя на первой схеме. Если в обоих случаях ток нагрузки одинаковый, а дроссели по индуктивности различаются в 15 раз, то напряжение большего дросселя будет в 15 раз выше а потери в квадрат больше, то есть в 225 раз больше.

5 баллов
Вы хотите сказать, что потери в дросселе тупо пропорциональны квадрату его индуктивности? И про какое напряжение Вы говорите? Про механическое, вызываемое магнитострикцией?

Ну и как так у них получилось что КПД верхней схемы хуже нижней? Непонятно как они его считали... если в натурных испытаниях то это значит что они не добились режима мягкой коммутации первой схемы.

А где в статье говорится про мягкую коммутацию для первой схемы, которая представляет собой классический полумостовой инвертор? И как Вы вообще это представляете?
В статье как раз сравнивается эффективность классического и квазирезонансного инверторов.

Могу так же доказать, что на графиках КПД враки и в случае учёта только коммутационных потерь в транзисторах в обоих схемах. Бездарная статья в отношении выводов.

Вы не иначе как 10-кВтные инверторы если не каждый день, так через день исследуете? Тады ой.

Всем ответившим спасибо за ответы. Для себя я делаю вывод что народ не знает о существовании интересной разновидности мягкой коммутации.

Если узнаете что-нибудь поподробнее, расскажете?

[Vitёk]

ppchs: коллега, с вашей базой знаний лучше не браться за изготовление импульсных ПН. Я вполне серьёзно. И основные потери потери у вас не на ключах, а на индуктивностях, и хотите добиться от схемы №1 мягкого включения, и много ещё чего... Начните с чего нибудь попроще, например с детекторных приёмников (шутка).

Что касается "мягкого включения": это не способ управления силовыми ключами, это идеология построения всего преобразователя - собственно, эту мысль и пытались довести до вас участники форума. А драйвера и пр. здесь ни при чём - для этого вполне подходят серийно выпускаемые не один десяток лет изделия. Выводы из этого делайте сами.

[ppchs]

2xemul: на счёт потерь при возрастании ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО напряжения на дросселе - да, я утверждаю, что потери в дросселе растут пропорционально квадрату напряжения в самом оптимистичном случае, а то и куб начинает подключаться. Если я не прав закидайте меня чем нибудь...

2Vitёk: не расстраивайтесь сильно, меня не задевает не аргументированная критика. Напротив, со стороны ваши высказывания как раз вас и компроментирует как специалиста, если вы таким являетесь, Витёк.

Лемма. В природе СУЩЕСТВУЕТ раздел в области силовой электроники, которым РЕШЕНА задача радикального продления срока службы транзисторных ключей произвольной структуры при прокачке МАКСИМУМ 15% коммутируемой энергии через вспомогательные реактивности с итоговым МИНИМАЛЬНЫМ КПД не менее 90% и без потерь в частотном диапазоне работы.

Доказательство смотрите в приложении.

Прикрепленные файлы

 ______________.pdf ( 270.09 килобайт ) Кол-во скачиваний: 115

 

[xemul]

2xemul: на счёт потерь при возрастании ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО напряжения на дросселе - да, я утверждаю, что потери в дросселе растут пропорционально квадрату напряжения в самом оптимистичном случае, а то и куб начинает подключаться. Если я не прав закидайте меня чем нибудь...

Мдя...

Возьмем две идеальных дросселя c индуктивностями, отличающимися в N раз, приложим к ним одинаковое напряжение произвольной формы.
Лемма 1.
Утверждается, что потери в дросселях будут равны.

Возьмем две неидеальных дросселя c индуктивностями, отличающимися в N раз, но с одинаковыми активными сопротивлениями катушек, индуктивностями рассеивания etc, приложим к ним одинаковое напряжение произвольной формы.
Лемма 2.
Утверждается, что потери в дросселях будут равны.

Если каждое подобное Ваше утверждение чем-нибудь закидывать, то никакого чего-нибудь не хватит.

Лемма. В природе СУЩЕСТВУЕТ раздел в области силовой электроники, которым РЕШЕНА задача радикального продления срока службы транзисторных ключей произвольной структуры при прокачке МАКСИМУМ 15% коммутируемой энергии через вспомогательные реактивности с итоговым МИНИМАЛЬНЫМ КПД не менее 90% и без потерь в частотном диапазоне работы.

Если Вы читаете соответствующую периодику, то, вероятно, могли заметить, что этот раздел (ну не в такой категоричной формулировке) существует не в природе, а тонким слоем размазан по большому количеству лабораторий и фирм, работающих в области силовой электроники.
Кста, я только сейчас понял причину Ваших непоняток. Вы, по-видимому, считаете Ln в поминавшихся схемах вспомогательными реактивностями. Таки нет - это эквивалентная индуктивность силового трансформатора, а через него очень сложно прокачивать МАКСИМУМ 15% коммутируемой энергии.

Доказательство смотрите в приложении.

Извините, но представленное Вами приложение в очередной раз доказывает, что Вы очень избирательно воспринимаете информацию. Вы нашли в той конструкции какое-то откровение?
Мне не повезло, я нашел только обычный инвертор в режиме ЧИМ (который Вам так не понравился в квазирезонансных инверторах) с кучей наворотов для отлавливания моментов мягкой коммутации (что в квазирезонансных инверторах достигается существенно меньшей кровью) и с дополнительной вспомогательной реактивностью L1 для обеспечения current mode. Как, по Вашему мнению, соотносятся индуктивность L1 и эквивалентная индуктивность силового трансформатора? Кто из них должен быть больше и во сколько раз? Соответственно, прикиньте, куда идут массо-габаритные показатели. И потери в соответствии с Вашей теорией.
Ну и печатное качество схемы оставляет желать.
Кста, эту топологию можно было считать относительно новой лет 20-30 тому.

[Vitёk]

ПОка писал, опередили.

ppchs: Статья интересная, несомненно. Однако, если вы сравните её и платановскую статью, вы увидите, что:
- реализованы разные подходы "мягкого включения" (квазирезонансный и "токовый режим");
- первая схема из платановской статьи не реализует ни один из них (о чём там прямо сказано), и говорить о том, "КАК сделать драйвер или ГДЕ микросхемы для управления ПЕРВОЙ схемой" (ваши слова) как минимум бессмысленно.

Я готов взять обратно свои слова про вашу базу знаний, если вы аргументируете некоторые из своих высказываний:
- "я утверждаю, что потери в дросселе растут пропорционально квадрату напряжения в самом оптимистичном случае, а то и куб начинает подключаться";
- "Могу так же доказать, что на графиках КПД враки и в случае учёта только коммутационных потерь в транзисторах в обоих схемах. Бездарная статья в отношении выводов";
а так же докажете, что потери на реактивностях много больше, чем на ключах.
Пока что я забираю назад слово "коллега" из обращения.

Если каждое подобное Ваше утверждение чем-нибудь закидывать, то никакого чего-нибудь не хватит.

[ppchs]

2xemul: вы не понимаете сравнение платановских схем. Если ток в нагрузке(там нарисованы резисторы) одинаковый в обоих схемах то что, на обоих дросселях будет одинаковое напряжение?

"
Кста, я только сейчас понял причину Ваших непоняток. Вы, по-видимому, считаете Ln в поминавшихся схемах вспомогательными реактивностями. Таки нет - это эквивалентная индуктивность силового трансформатора, а через него очень сложно прокачивать МАКСИМУМ 15% коммутируемой энергии
"
Ответ: вы не понимаете зачем там целенаправленно устанавливают индуктивности если не хватает эквивалентной рассеяния.

"
Мне не повезло, я нашел только обычный инвертор в режиме ЧИМ (который Вам так не понравился в квазирезонансных инверторах) с кучей наворотов для отлавливания моментов мягкой коммутации (что в квазирезонансных инверторах достигается существенно меньшей кровью) и с дополнительной вспомогательной реактивностью L1 для обеспечения current mode.
"
Ответ: эта куча наворотов и призвана удерживать транзистор в Области Безопасной Работы. Это также ответ для Vitёk на вопрос о коммутационных потерях. Вот вам в приложении микросхемка, в которую засунули эти навороты. К сожалению она работает только до 100 Ватт. На большую мощность приходится вот так извращаться - появятся новые микросхемы перейдём на них.

"
Кста, эту топологию можно было считать относительно новой лет 20-30 тому.
"
Вопрос вам - расскажите поподробнее пожалуйста о такой старине: как и когда....

2Vitёk: вы ещё хуже понимаете эти схемы чем xemul - умоляю, не записывайте меня в ваши коллеги. Если в первой схеме платановской статьи есть параллельные ключам конденсаторы то это автоматически мягкая коммутация. В моей статье то что вы назвали "токовый режим" все остальные люди называют ZVS - переключение по нулю НАПРЯЖЕНИЯ.

Прикрепленные файлы

 SI9910_70579.pdf ( 96.42 килобайт ) Кол-во скачиваний: 66

 

[xemul]

... [skipped at all]

В огороде бузина, в Киеве дядька.
Я начал было отвечать по каждому пункту, но, к счастью, я не обладаю долготерпением господ SM или blackfin, чтобы пересказывать Вам в данном случае курс электродинамики (а без этого будет сложно).
Да, и попробуйте все-таки предварительно читать материалы, на которые ссылаетесь. Si9910 - очень старый драйвер, в котором нет никаких наворотов, и не более того. И в какое место Вы ему 100 Вт засовываете?

[Vitёk]

Одно из двух: или этот парень прикалывается с нас, тогда это немного затянувшаяся шутка. Или он действительно верит в то, что говорит, тогда это похоже на вот это (весеннее обострение).

ppchs: не будьте голословны, всё же попытайтесь аргументировать некоторые ваши высказывания. А мы послушаем. Слабо?

[xemul]

Одно из двух: или этот парень прикалывается с нас, тогда это немного затянувшаяся шутка. Или он действительно верит в то, что говорит,

Я пробежался по всем сообщениям господина ppchs - имхо, не то, и не другое.

ppchs: не будьте голословны, всё же попытайтесь аргументировать некоторые ваши высказывания. А мы послушаем. Слабо?

Без меня.

[ppchs]

Отсутствие вопросов и переход на личности верный признак нежелания двигаться дальше.
Тем не менее спасибо всем принявшим участие в дискуссии-семинаре.

[Vitёk]

Вопросы присутствуют, читайте выше. Если вы не можете отвечать за свои слова, хотя бы имейте мужество признаться в собственном бессилии и некомпетенции.

[xemul]

Отсутствие вопросов и переход на личности верный признак нежелания двигаться дальше.
Тем не менее спасибо всем принявшим участие в дискуссии-семинаре.

Вас этому на занятиях по НЛП научили? Или на курсах салес-манагеров? Вы следуете подобному шаблону во всех тредах.

[Omen_13]

muravei, действительно контур последовательный. Можно использовать и ШИМ и ЧИМ - это уже на любителя, смотря к чему стремиться (если комуто приспичит нарисую диаграммы токов и напряжений, но рекомендую почитать учебник ТОЭ для переменного тока). Из приведённой Вами платановской схемы 2 тоже можно получить квазирезонанс - только на очень низкой частоте (конденсаторы 5мкФ будут комутирующими, может придётся индуктивность пересчитать)
ppchs, настоятельно рекомендую порыться в старых учебниках по преобразовательной технике, основная теория и схемы были разработаны лет так 30 назад если не раньше (первые транзисторы и диоды мощностью не блистали). Приведённая вами статья насчёт комутации 15% мощности тоже не нова, базовая схема (и куча подобных) даётся в дисциплине "Силовая электроника" и "Преобразовательная техника" которые читались по советским учебникам. Так что не торопитесь с выводами.