Приветствую друзья, не все так однозначно у меня происходит с этой статьей. поскольку работая над своим супер-зарядным устройством, а оно нестандартно в плане типовых решений, приходится использовать и нестандартные подходы или решения в том же выпрямителе. Да и как иначе тут быть, сами статьи занимают очень много времени, это сложная рутина и приходится писать статью несколько дней подряд, а потом бывает выключился свет или компьютер, и все статья пропала, переписывать заново. Все статьи приходится писать попутно с работой над своим проектом, и кроме всех житейский сложностей, когда в очередной раз часть статьи прошло ушла в никуда, уже просто руки не поднимаются закончить начатое, а это очень обидно...
Но сегодня выдался выходной день, я решил уже приступать к ней с новой силой. За это хотелось бы выразить благодарность Максиму Горшенину из IMAXAI
Хотелось бы отметить, что Максим Горшенин топит за отечественную Российскую микроэлектронику и ни только. Поскольку в одном из роликов упомянул обо мне - этим он простимулировал заняться статьей. У него есть свой канал на Youtube RuTube VK Дзен Telegram. При желании вы можете легко найти его данные.
Что же касается меня, то на данный момент я занимаюсь разработкой устройств, в том числе зарядного устройства для аккумуляторов, которая отличается от философии современных зарядок, а вместе с ним и топологией. С одной стороны есть претензии претендующие на вызов основным законам термодинамики, с другой - эти законы термодинамики подобные устройства не отменяют. Причина состоит в том, что энергия. которая рассеивается в виде Джоулева тепла весьма ничтожна, собственное внутреннее сопротивление современных Литий-Ионных аккумуляторов крайне ничтожно. Но чтобы уйти в рассуждения и философию - это дело отдельных статей, а мне бы хотелось поговорить о некоторых частный случаях, с которыми я, как любитель, столкнулся и пытаюсь на данном этапе разрешить посредством симулятора LTSpice.
А теперь к существу вопроса.
Мне сейчас приходится использовать некоторый узел, содержащий реактивный элемент в виде катушки индуктивности. которая замыкаясь на источник ЭДС накапливает в себе энергию в виде магнитного поля. далее обмотка размыкается и сбрасывает энергию в конденсатор. Схема приведена ниже.
Но вот тут оказался нюанс. На резисторе R1 или обмотке L1 в момент сброса LTSpice показал выброс. Я долго пытался разобраться отчего он может происходить, поскольку сейчас у меня лишь кусок схемы, оказалось, что причина в диоде D1. и что-то мне подсказывает. что в модели диода заложено свойство кристалла диода иметь некий переводный процесс, связанный с восстановлением проводимости ведущее к закрытию самого диода.
Я обозначил такой выброс красным квадратиком. Поскольку у меня специфические требования, мне этот выброс кране нежелателен. и у меня встал вопрос о том, как от этого избавиться. да и по всей своей сути я перфекционист и очень медлительный человек. И кроме врожденной медлительности я еще пытаюсь залазить очень глубоко в какие-то процессы, которые к тому же отбирают дополнительное время, а еще найти решение, которое просто идеально подходило под мои идеальные требования.
Оказывается, что для модели в LTSpice задача решалась уже давно известным способом. На самом деле я применил ключ, который в момент срабатывания диода включался, поскольку сам Mosfet не имеет напряжения P-N перехода, а лишь сопротивление канала, что идеально подходит к моему случаю, как раз это сопротивление крайне ничтожно и теперь ток начинает протекать через это сопротивление открытого канала. А это дает в свою очередь возможность или время на восстановление диода и его закрытию. Это подтвердил LTSpice на своем графике.
Некоторые соображения относительно супер-выпрямителя или синхронного выпрямителя можно найти много интересных статей.
Однако меня заинтересовала вот такая статья
Что будет если MOSFET транзистор заменит выпрямительный диод в источнике питания?
Что будет если MOSFET транзистор заменит выпрямительный диод в источнике питания?
В самой статье была указана следующая схема:
Суть самой схемы состоит в том, что сам Mosfet является диодом, снимая потенциал на этом диоде сигнал поступает на компаратор, который сравнивает сигнал и включает или выключает ключ.
Однако (поправьте меня, если я что-то тут не понимаю), говорится о работе схемы с индуктивностью, как реактивным элементом. Но меня терзают ни только смутные интуитивные сомнения, так же LTSpice показывает, что тут вряд ли что-то будет толковое в условиях, когда к источнику переменного тока подключают диод и индуктивность, а сливать энергию ЭДС самоиндукции будет просто некуда.
для этих целей я поднакидал схемку. Диод взял первый попавшийся в библиотеке.
График зеленым мы видим напряжение на участке номер два, показанный стрелкой, а синим-первый участок цепи. Уж как-то непонятно. Но если сравнивать участок на резисторе зеленым цветом, наверное как-то с этим жить можно. Стоит ли? Не знаю. Это уже философия автора.
Далее мне удалось найти модели LM383 1N4007 элементов в библиотеке. Ссылки, если кому-то станет интересен этот вопрос я поделюсь чуть позже. А вот результатом того, что получилось - ниже.
А теперь, если же мы измерим напряжение на источнике ЭДС и ток через него, то мы увидим вот такую картину и хвосты, которые я обозначил красным. Тот хвост, который уж сильно меня насторожил.
Как мы видим, напряжение на затворе ключа совпадает с временем срабатывания ключа. И это собственно логично и очевидно.
Отсюда родилась немного иная схема
Первая часть представляет из себя усилитель
Вторая часть - это собственно сам компаратор с опто-драйвером HCPL3180
Шустрый ОУ AD8033 работающий до 80 МГц усиливает сигнал на шунте с 0,075 Вольт до 3 Вольт. далее сигнал поступает на компаратор и сравнивает значение. Здесь срабатывание установлено на 1.25 Вольт. В идеальном случае система должна была бы открывать и закрывать затвор в одно и то же время. Но увы, симулятор пытается. по всей видимости. указать на то. что LM383 срабатывает в течение 1-1.5 мкСек, далее подключается задержка в срабатывании опто-драйвера 200 наноСек и более. сейчас пока выдаю данные из даташита.
Но симулятор выстроил эту задержку. В принципе уже в этой схеме симулятор показывает, что проблема, которую я собирался устранить принципиально устранена. Но мне все же как перфекционисту это пока еще не нравится.
В поисках более интересного решения, я решил залезть вот сюда.
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/166967/AD/AD8613.html
Суть идеи заключается в использовании двух ОУ в качестве компаратора. Один компаратор срабатывает на низкий уровень сигнала, при этом создавая условия для открытия ключа, второй срабатывает на высокий уровень. Но и тут оказалось не все так просто, хоть данная система и позволяет использовать гистерезис в системе компараторов, к сожалению любая полуволна проходит два раза свой минимум и максимум по напряжению.
В поисках решений пришлось перевернуть интернет и LTSpice на предмет шустрых компараторов, и благо такое есть в библиотеке
Раскручивая клубок мысленных хитросплетений, нашлось вот это...
https://static.chipdip.ru/lib/222/DOC000222623.pdf
https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=627713
https://www.rlocman.ru/i/File/2017/07/06/AD8591_8592_8594.pdf
Выше по ссылкам на запрос в Гугл был найдена уже готовая схема и как раз пояснялись проблемы работы выпрямителей с использованием Операционных Усилителей.
Когда входной сигнал снова становится положительным, усилитель должен выйти из насыщения и отреагировать настолько быстро, насколько позволяют его скорость нарастания и время восстановления после насыщения. На реакцию требуется некоторое время, и к тому моменту, когда усилитель будет готов реагировать на положительный входной сигнал, этот сигнал может измениться
Собственно в предыдущей статье эта проблема была как раз освещена, и автор предложил весьма интересную идею - использовать в качествен диода микросхему AD8591 и усовершенствовать схему совместно с шустрым компаратором...
Однако я не могу сказать, что микросхема AD8591 меня сильно вдохновила. но все же...
Говорить о работе с такими задержками как 1-5 МГц, куда хотелось бы залезть в будущем своими шаловливыми ручонками, если они окажутся не такими уж кривыми явно не будет иметь смысла. 100-200-300 кГц навскидку - ДА. Но перфекционизм куда сильнее..
Но вот теперь такая мысль пришла в голову, если уж городить огород, то почему бы и нет?
Если посмотреть внимательно, то можно увидеть. что Зеленый сигнал на пересечении линий эпюр напряжений на конденсаторах за счет задержки заставляет подумать о том, что если начинать срабатывать сигнал прямого хода, когда индуктивность запасет энергию магнитного поля, как раз это расстояние во времени можно подобрать с времени задержки управляющих элементов. Сигналы между точками на графике как раз и дают нам время срабатывания усилителей. компараторов, драйверов и самих ключей, чтобы момент открытия канала Сток-Исток MOSFET-а rпришел в строго в нуль напряжения, тогда когда срабатывает диод. через который индуктивность сбрасывает свою энергию в конденсатор.
Но у решения типа RC-цепочка есть один недостаток - нужно конденсаторы разряжать, следовательно отсюда приходит на ум вывод - все это приведет к усложнению схемы. Но ведь мы хотим иметь что-то максимально простое, при этом нам нужно смещать фазу сигнала. Отсюда вопрос - что это делает эффективно? Эффективно линия задержки или LC с сосредоточенными параметрами. примерно то же самое. что делает ВЧ-сигнал в коаксиале.
W = (kLя/kСя)1/2 = (Lя/Ся)1/2, Тз = k(Lя • Ся)1/2
Комментарии (22)
diakin
04.08.2023 11:55+1Чтобы статья не пропадала ее надо писать в Worde и сохраняться на каждый абзац. Или в Яндекс документах (там сохраняется автоматом). А уж потом переносить на Хабр.
diakin
04.08.2023 11:55Наверное какой-то бред в модели LTSpice. Они что, хотят сказать что диод закрывается быстрее, чем спадает ток , и на высоком уже сопротивлении закрытого диода остаточный ток создает выброс?
Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55Вначале я так думал, поскольку изначально LTSpice пытается показать, что он не сразу закроется. Но я уже выложил часть статьи. которая ОЧЕНЬ похожа на то. то я пытаюсь сделать. автор в статье указывает на то, что основные тормоза создает Операционный Усилитель...Конечно же реальность покажет сама практика. Хотя когда я не подключал модель в LTSpice к нагрузке - она работала шустро))) с чем это связано - не могу пока сказать. но то, что операционник типа LM383 имеет задержку, как бы очевидно...
Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55Приветствую, перечитал вопрос еще раз!!! На самом деле диод , как и должно ему так работать не может закрыться сразу. а выброс происходит из-за индуктивности, которая подключена к этому диоду!!!
diakin
04.08.2023 11:55Не должно там быть выброса. Индуктивность гонит через диод ток, и падение на диоде определяется этим током и ВАХ диода. Диод же не закрывается сигналом извне, он закрывается, когда ток через него становится (почти) равен 0.
Можно попробовать смоделировать схему без конденсатора, тогда на диоде будет -0.7В после размыкания ключа S1.
Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55Приветствую, не знаю как обращаться...сейчас еле дополз домой, хочется написать дополнение к статье, посидеть за формулами. Я думаю. что в ближайшие дни я смогу добраться к реальной схеме, или попрошу добраться своих товарищей, чтобы снять реальную картину в виде осциллограмм. Тогда сама дискуссия у нас сможет принять какой-то реалистический и практический оборот. сейчас я не уверен. что даю верную интерпретацию. То. что диоду нужно восстановление - это факт. Возможно - пока доберусь до реальной схемы, придёт что-то адекватное в голову...
VT100
04.08.2023 11:55-2Во-первых - именуйте цепи. Вам совершенно очевидно о чём идёт речь, нам - понять это без воспроизведения модели затруднительно.
Во-вторых - не ошиблись ли с ресурсом? Тут намного больше программистов, чем схемотехников.
В-третьих - в чём же загвоздка? Что Вы хотели получить от схемы №1 и почему выброс настолько неприемлем?
Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55Приветствую, не совсем понял о чём речь в плане именования цепей. Вроде бы все сдесь сделано через моделирование в LTSpice. Если вопрос касается линии задержки, то пока успеваю, но думаю тему развернуть, на все требуется время. Учитывая, что линии
По поводу ресурса-практика покажет, Первое знакомство с Забором у меня началось через статью о магнитном редукторе, то же как бы не программирование. Но общаться, завести круг людей у которых есть чему пручиться-было бы неплохо.
Выброс очень неприемлем, потому что генерация сигналов или их сумма требует определенную форму, а вот такие пики очень не кстати. Может звучит как шутка, нонапряжение не параллелим ;-) а включаем последовательно.
Поскольку на работе, отвечаю мимолетом, мог что-то упустить, поэтому прошу простить и понять)
VT100
04.08.2023 11:55не совсем понял о чём речь в плане именования цепей.
Выброс очень неприемлем, потому что генерация сигналов или их сумма требует определенную форму, а вот такие пики очень не кстати.
Поясните, пожалуйста. Я по прежнему не понимаю, что Вы хотели получить от схемы №1 и почему выброс настолько неприемлем?
Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55Приветствую - это вот эта точка
Здесь зеленым показана точка указана стрелкой, розовым - напряжения на заряжающемся конденсаторе.
Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55Теперь вопрос. относительно критичности возможного выброса. он для меня критичен потому что на индуктивности как реактивном элементе будет формироваться напряжение или ЭДС. В системе будет использовано несколько источников ЭДС на условно высокой частоте, которые включены последовательно и вкупе должны формировать определенную форму низкочастотного сигнала. Расхождение формы НЧ сигнала с тем. что формируют ВЧ звенья должны быть сведены к нулю. Во всяком на данном этапе своих опытов.
Выброс на участке, где находится индуктивность, о котором упрямо говорит LTSpice нужно устранить. В схеме, ключ. который стоит параллельно диоду устраняет эту проблему. Надеюсь добраться о реальной схемы и тогда станет понятно где правда. а где лож.
VT100
04.08.2023 11:55Всё равно, Ваша идея осталось непонятной.
Что касается насыщения ОУ в схеме активного выпрямителя и вызванных этим задержках, то есть более элегантный метод их снижения. Замыкание вокруг ОУ местной петли ООС при его подходе к насыщению. Например - ускорение работы активного детектора на LM358 при частоте 10 кГц (вероятно, где-то есть неявный конденсатор параллельно R2).
Моделирование в TINA Вот ещё вариант с транзисторами, в блоке переключения CC-CV.
Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55Спасибо, хоть и с работы, почти 10 вечера...все нарисовали предельно доходчиво и ясно. буду пробовать вашу мысль покрутить в LSpice завтра, на свежую голову плюс оформить мысль с линией задержки. Еще раз спасибо.
vadimk91
04.08.2023 11:55+1зеденым мы вили
наверное как-то с этим жить можно. Стоит ли? Не знаю.
Вам бы перечитать текст и поправить его, к сожалению с телефона невозможно это отправить в личку.
А по существу - я бы не взялся за проектирование силовых цепей, основываясь только на результатах компьютерных моделей, в даташитах производителей активных компонентов обычно есть типовая рекомендуемая схема, от нее и отталкиваться.
Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55Приветствую, наверное Вадим зовут Вас? Но тут вопрос вот в чем - вы реально говорите здравые вещи. К примеру LTSpice меня очень сильно подвел в симуляции длинной линии. В Самом LTSpice есть два вида моделей - линия без потерь, линия потерями. В перо случае - задаем время задержки и импеданс. Вторая LCR параметры. для стандартного случая - все верно, они все показывают верно. На вход генератор, на выводе сигнал с задержкой во времени. Но сигналы вдоль линии они показывают неверно. Только коаксиальный кабель, в реальных условиях показал верную картину, пришлось полностью и фундаментально залазить в тему линий задержки. построить линию задержки на LC цепях и только потом сравнивать картину и приходить к приближенной картине.
Тут у меня не вызывает даже сомнения мысль проверять все на столе, но тут вопрос риторический. я хоть и любитель, я привык залазить в любую тему как можно глубже - если почему-то модель в спайсе. которым я пользуюсь как инструментом мне показывает что-то я пытаюсь проверить. если не так - разораться что не так, чтобы с одной стороны понимать реальную картину. с другой стороны понимать как таким инструментом как LTspice пользовать. с одной стороны - это убивает много времени. с другой стороны. это позволить в будущем легко масштабировать девайс, если он покажет положительные результаты на уровне концепта.
Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55По поводу текста, чтобы ответить на вопросы - уже 23-00 почти ночь, завра в 5 утра подъем, работаю при полной загрузки, поэтому могу что-то упускать, но рад, что здесь в сообществе возникает обратная связь. просто если что-то не так - скринте, так будет легче мне понять что и как нужно переделать...
Chelidonium
04.08.2023 11:55вероятно можно попробовать комбинации из разных встречно/параллельных диодов.
если наверняка, то лучше глянуть спросить у danyk.cz может можно всё ещё проще.Ilyaschastlivchik Автор
04.08.2023 11:55Привет - я посмотрю, спасибо...просто всплыл вопрос, я всегда пытаюсь его рассмотреть с различных вариантов и ракурсов. Сайт посмотрю,
sim31r
Обычно проблемы высоковольтного всплеска решают снабберами, супрессорами.
Синхронные выпрямители как вариант, но там немного другой подход, управляются они не напряжением, а схемой которая заранее транзисторы открыть может в оптимальное время. В статье как я понял будет запаздывание
Что в итоге может породить выброс больше, чем выброс напряжения из-за задержки открытия и индуктивности диода.
Ilyaschastlivchik Автор
Приветствую. решение, предложенное вами - вполне можно рассматривать. но меня сейчас интересует вариант использования МОСФЕТА, поскольку статью делаю в условиях, когда времени в полный обрез, да и со здоровьем есть вопросы. пришлось часть выходных пролежать в кровати и так далее, сложно сразу выдавать крупномасштабно и фундаментально. Но все решаемо, как раз я и стал описывать в дополнении что хотелось бы с МОСФЕТОМ...причина - сопротивление канала, крайне низкое, хотя согласен, что проще было бы открывать микроконтроллером, но пока СТМ-ку в плане CUBE и MIX скачивал зимой и только просматривал, в общем пока не силен, поэтому хотелось бы что-то аналоговое и есть мысль сообразить на боле шустрых вариантах, чтобы немного прокачаться в схемотехники. буду рад, если вы посмотрите дополнение и может что-то посоветуете интересное. Я учусь в момент разведки боем))) То есть сейчас для стенда - хочется аналоговых выкрутасов, а потом, если все будет удачно - к микроконтроллерам.
sim31r
Не совсем так, это когда он полностью открыт низкое. Но в ИБП транзисторы греются все равно. Потому что они не всегда открыты или закрыты полностью, есть переходные процессы когда транзистор в промежуточном состоянии и через него идет ток. И при этом нельзя транзистор быстро открыть и закрыть, так как будут большие помехи на соседние цепи и на сам транзистор. Поэтому ищут компромиссы. Обычно хватает резистора 10 Ом в затворе. То есть сам транзистор защищают от выбросов. Но защитить полевым транзистором другие цепи такого решения я не видел, вероятно он не успеет сработать просто. Там счет на десятки ns.
Ilyaschastlivchik Автор
я не уверен. что я точно понял Вашу мысль. вопрос у меня стоял о том. чтобы убрать причины выброса диода. который должен восстановиться. У меня это критично. Хотя в очень мощных системах выпрямителях используют МОСФЕТ, там ведь только активное сопротивление, оно может достигать единиц милли-Ом. %0 ампер умножим на 5 мОм получим 0.25 вольт*50=12.5 Вт рассеянной мощности. Если диод выдаст 2 вольта на этом Ампераже, получим 2 Вольта на 50 А=100 Вт...Уже вечер, могу где-то насчитать не того, но похоже не ошибся, если что-поправьте