Добрый день.
Не могу найти/понять рассчет снабберной цепочки для своего случая. См. рисунок.

Мне нужно быстро (до 2.5МГц) включать/выключать чисто-активную нагрузку. Один такой канал потребляет 2,7А в импульсе. Всего на питающем кабеле висит 10 таких каналов. Длина этого кабеля в общем случае неизвестна. На первой версии модулятора (без снабберной цепочки) выяснилось, что напряжение на конденсаторе С подрастает аж до 30В. Плавает от частоты и скважности управляющих импульсов. Это как-то совсем не радует нагрузку..

Я думаю что снабберная цепочка у верхнего ключа должна решить проблему, но с выбором номиналов возник ступор. Чтобы совсем не вызывать скачков напряжения в питающей цепи, полагаю, что сопротивление Rсн должно быть равным сопротивлению нагрузки - тогда при закрытии ключа ток будет плавно снижаться по мере заряда емкости Ссн. Но какой должна быть ее величина, чтобы резистор успел только поглотить лишнюю энергию и не перегревался лишнее время? Не хотелось бы делать его очень мощным.

Пожалуйста, подскажите как его рассчитать и какая мощность будет выделяться на резисторе.

Если у Вас меняется и частота и скважность, то возможность расчёта вообще под сомнением... Может, ограничители использовать, вроде TVS?

Как дополнительную защиту, можно и нужно поставить TVS. Но вот взять например P6SMB27A - у них Breakown Voltage гуляет от 25,7 до 28,4В при токе 1 мА. А максимальное напряжение отсечки при токе 16А достигает аж 37,5 В. Тоесть как я понимаю, при малом росте напряжения он будет проводить и небольшой ток. Он срежет острые высоковольтные пики, если они есть, но почти не помешает малому росту напряжения, которое мне надо побороть.
Но это все теоретические рассуждения. Надо будет проверить.

Думаю, что снаббер здесь не причём. Это скорее всего реакция источника на правом конце линии. Что такое: - это пачка импульсов и пауза? И ещё, что за конденсатор 320 мкФ - это электролит?

Никакой снаббер Вам медленный дрейф напряжения побороть не поможет. Если напряжение нужно стабилизировать, так это другая проблема.

Я так думаю стоит промоделировать для разных длин кабеля и тогда получите граничные значения по которым надо определятся.

Снаббер вам не поможет, у вас уже есть емкость которая не помогает. Надо делать либо ограничение стабилитроном(ТVS) на конце линии, либо вставить в линию дополнительные сопротивления чтобы снизить добротность индуктивности.
Самое правильное поставить отдельный стабилизатор рядом с конденсатором. Но тут придется выбирать - либо потери на резисторах, либо цена стабилизатора.

Но, подозреваю что проблема в разводке - слишком длинные провода(индуктивность) между конденсатором, нагрузкой и транзисторами.
Приложите фотографию монтажа - тогда будет видно.

Снизить добротность не помешает, только сопротивление надо вставить последовательно с конденсатором C. Т.е. сделать умышленно "плохой" конденсатор.

Это только ухудшит сглаживание. У автора эффект не из-за низкого ESR конденсатора, а из-за высокой частоты импульсного тока потребления.

Если автор не обманул насчет чисто активной нагрузки, увеличение напряжения может быть только за счет резонанса. Демпфирование фильтра увеличением ESR конденсатора - обычная практика:
http://www.ti.com/lit/an/snva538/snva538.pdf

По-моему, это значит, что конденсатор (электролит на 320 мкФ ?) просто уже не конденсатор на частоте 2,5 МГц. Отсюда и влияние индуктивности линии питания. Если в этой схеме конденсатор хорошо шунтирует частоту переключения - никакого выброса напряжения быть не может. Только просадка за счёт сопротивления проводов питания.
Поставьте параллельно ему (а может и вместо) керамику, работающую на этой частоте. Необходимую ёмкость рассчитайте по допустимому уровню пульсаций. Кроме того, эта ёмкость должна давать частоту резонанса с индуктивностью провода гарантированно много ниже ваших 2,5 МГц.

Конденсатор на 320мкФ - это потомучто я поделил суммарную емкость всех конденсаторов на плате на количество каналов. На самом деле на плате установлено 145 танталов 22мк х 35В и 15 керамик 1206 X7R 4,7мкФ х 50В. Эффективная емкость этой керамики при 27В - 1,9мкФ. Я не хочу сильно светить топологию, потомучто мне там гордиться нечем. Но там все проблемы понятно откуда берутся, кроме той о которой я решил тут поискать совета. И вот участок разводки от транзистора к нагрузке приведу. Толщина металлизации 105мкм.

И да, первая схема была выполнена на одном Р-канальном мощном транзисторе, который тягал сразу два канала. Драйвер этого транзистора от такого счастья начинал дымить уже при 300-400кГц. Вот схема этой части со всеми неуказанными ранее реактивностями:

По хорошему еще надо было привести осциллограмму, но ее я сейчас получить немогу - плата уехала.

Из предложенного в ответах - ставить стабилизатор перед каждым каналом, помоему, самое надежное, хоть и дорогое во всех планах решение. Правда быстродействие стабилизатора вызывает сомнения. Ухудшать ESR кондера - значит убить полочку импульса - будет спад, добавлять сопротивление кабелю - тоже проблемы с полочкой - надо будет компенсировать увеличением емкости.

Свой вариант со снаббером я всеже тоже промоделирую/протестирую. Мне кажется что он будет работать, т.к. конденсатор снаббера полностью разряжается при каждом цикле включения, т.е. это не просто добавка звена к фильтру.

По-моему, должно быть наоборот: 145 "керамик" и 15 "танталов".

"Участок" - это дорожка, что ли? Где транзистор, где нагрузка? Что шунтируют "танталы"? Где "керамика"?
Плата двухслойная и нижний слой - "земля"?
Что вы хотели объяснить этим "участком"? Ничего же не видно.

Единственное, что на этом "участке" видно - правая пара электролитов ничего не шунтирует - от "плюса" вправо отходит какая-то тоненькая дорожка непонятно куда.

в качестве стабилизатора , на ваших частотах, банальные ловдроп и прочие - не прокатят. придется делать чтото вроде эмитерного повторителя.

имхо, снабер вам поможет мало. попробуйте просто промоделировать. надо както стабилизировать ток потребления. впринципе ваша идея снаббера это и делает. он конечно снизит немного ВЧ пульсации, но основную гармонику он принципиально не уберет, и чтобы ее убрать вам надо в снаббере запасти энергию равную МощностьНагрузки*времяПаузы. это впринципе сработает если у вас частота стабильно, но вы же гворите - плавает широко.

Видимо радикально вопрос можно решить встроив степ-довн, выправляющий паразитный степ-ап 8)

В правой части затвор соединен с резистором 1206, под которым медь от правых конденсаторов соединяется с транзистором (квадратик по центру) по короткому, хотя и узкому пути. Керамика там какраз внизу рядом с транзистором - три штуки.

Этим участком я хотел показать расстояния между транзистором, нагрузкой (подключается через большие отверстия по бокам) и конденсаторами, чтобы можно было оценить индуктивность этих участков.

Я немогу подкрепить свои слова фото осциллограммы, но уж поверьте с этими индуктивностями все в порядке - выбросов нет (емкость 1000пик у нагрузки тоже помогает), полочка ровная (импульс короткий же). Эффект роста питающего напряжения вызван индуктивностью питающего кабеля или, как тут подсказали, резонансом фильтра, образованного Lкабеля и С1. И мне вот с этим ростом и надо побороться.

Всё уже "поборено" до нас - an88f.pdf ( алюминиевый электролит с плохим ESR параллельно C1 см. рис 4 ). Что более академично расписано в статье snva538.pdf , предлженной ранее.

Спасибо. Полезная апнота!

Уехала вместе с LTSpice и моделью чисто-активной нагрузки?

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

А от показанного провала напряжения, вплоть до нуля на заявленном бесконечном кабеле, нагрузка, насколько мы Вас поняли, находится в полном восторге, в пределе — до поросячьего визга.

У всего должны быть разумные пределы. Три миллигенри - это конечно перебор. Я буду предъявлять заказчику требования по максимально-допустимой индуктивности (длине/сечению) питающих проводников и по качеству источника вообще.
Если выбирать кабель сечением 8кв.мм. максимальной длины 2метра - его индуктивность по рассчету составляет 2,82мкГн, а сопротивление - 4,17 мОм. Кабель сечением 2,5кв.мм теоретически имеет 3,06мкГн и 14,8мОм. Получается, мне выгоднее предложить использовать более тонкий кабель...
Да, как-то раньше не задумывался, что длина проводника гораздо больше влияет на индуктивность, чем диаметр.
А не подскажете, какая формула дает более правдивое значение для индуктивности проводника на печатной плате?

В данном случае нельзя моделировать источник питания, просто, источником ЭДС. Ели источник питания содержит выпрямитель (или хотя бы какой-нибудь диод ), то последовательно с источником ЭДС нужно поставить диод. Посмотрите какая тогда получится картинка.

Я тут немного посимулировал - пытался повторить наблюдаемый эффект - не удалось. Самое страшное что удается получить - это устойчивые осцилляции питающего напряжения при совпадении резонансной частоты фильтра и модулирующей частоты. Скорее всего повышенное напряжение питания, которое я наблюдал в жизни - это реакция блока питания на импульсную нагрузку.


Если после диода не ставить кондер, то получается почти в 2 раза выше напряжение, которое, если отключить нагрузку, так и держится на постоянном уровне. А если поставить выходной кондер блока питания - осцилляции возвращаются.

Ну я так давно уже и говорил

Просто через конденсатор (не обижайте его пренебрежительным именем http://dic.academic.ru/dic.nsf/efremova/17...%B4%D0%B5%D1%80 ) блока питания образуется путь для тока другого направления, и энергия дросселя делится между двумя конденсаторами. Для более точного диагноза хорошо бы побольше знать подробностей про реальный блок питания.

Блок питания Agilent(ныне Keysight) N8951A. Я грешен тем, что не использовал функцию Remote Sensing. Когда будет возможность - проверю с ней.

Бррр.... Спасибо. Пошел поднимать культуру среди коллег...

При больших расстояниях её использование может быть проблематичным, т.к. в цепь обратной связи добавится ещё одно реактивное звено.


А попроще ничего нет?

На 27В и хотя-бы 15А - чет не нашлось =(

Вобщем, начальник глянул на мои демпфирующие цепочки (а это было 120 конденсаторов с 10-омными резисторами впослед, и 30 "неиспорченных"), посмотрел симуляции и постановил, что заказчику будет рекомендовано располагать свой БП в непосредственной близи от нашего модулятора, и вообще самому заморачиваться насчет того чтобы этот БП нормально себя вел под импульсной нагрузкой.

Но мне даже както жаль - не увижу что получилось бы.

И тут по пути выяснился интересный момент, которым хочу поделиться. Смотрите прицепленную картинку.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Суть такова - (возможно для когото и не новость) щупы осциллографов со встроенным делителем 10:1 (проверял от Agilent и Rigol) при работе с напряжениями 20В и выше (а может и ниже) искажают сигнал. Какбудто вырастает собственная емкость. Хотя скорее даже проблема в осциллографах, т.к. на Agilent (DSO-X 4154A), при установке масштаба 2В/клетку и ниже, дорожка вообще улетает в небеса, будто там не 27 вольт, а все 100. Хотя при 2В/клетку можно накрутить offset до 40В, такчто все должно было работать штатно. Максимально-допустимое напряжение там вообще 300В.

На картинке "красивая" полочка имеет черный цвет, т.к. была сохранена в память, а сам модулятор я к тому времени уже сжег в поисках максимальной частоты, с которой он бы справился. Ну и выброс там вначале - значит снаббер неверно посчитал. (Традиционный снаббер в нижнем плече, а не свой гениально-бредовый)

Всем спасибо за внимание.

Наблюдал такой же эффект на DSO7104B, интересно, с чем это связано. Именно при переходе от 5В/дел на 2В/дел. При большой амплитуде сигнала (40-50 вольт) offset не помогает, полка сигнала улетает в небеса.

Дело видимо в том, что высокоомный делитель, из за наличия паразитных емкостей резисторов и ёмкости соединительного кабеля к осциллографу, на больших скоростях изменения напряжения ведёт себя как емкостной делитель. Нет возможности посмотреть обсуждаемые делители, но в старых отечественных делителях был "винтик" подстроечного переменного конденсатора, которым можно было откорректировать описанный эффект.