macolakg Dragoljub Aleksijevic Kragujevac
Član broj: 301424 Poruke: 3238 *.adsl.eunet.rs.
|
Evo mog tumacenja hipotetickog flyback (fl_b_drive.pdf) iz ove teme.
A izgleda da su ga (koliko sam procitao) realizovali @Papak01 i @Sleepwalkerbg, dok ovo pisem.
Za pocetak:
Ova moja shemica je hipoteticka. Nikad nisam probao bas ovakvu. Nastala je kao pokusaj
ispunjenja odredjenog broja zadatih ciljeva (zadao sam ih sebi).
Cak se nisam bavio nekim ozbiljnim racunima, vise sam se oslonio na iskustvo...
Poslao sam je kao pokazni primer @Papak01, koji ce proraditi na "prvu".
Bilo koja konstrukcija se moze resiti na neogranicen broj nacina
(i naravno uvek jos bolje :-), ali ovo mi je u tom delu vremena izgledalo kao moguce resenje.
Deo ovih ciljeva se moze ostvariti sa samo jednim tranzistorom (Q1), ali ne bas svi.
Svakako da se moze napraviti isto ovo, jos optimalnije, no ovo je jedno od bezbroj resenja.
--------------------------------------------------------------------------------------------
Ciljevi konstrukcije i razjasnjenja pojedinacnih detalja:
Cilj 1.): -sto manja kapacitativna udarna struja kolektora Q1.
Resenje:
Ako u impulsu vec moramo imati udarnu struju koja potice od: parazitnog kapaciteta primarnog
namotaja, recoverry punjenja snubber dioda i izlazne diode, zasto bi tome pridruzili i
energiju za pobudu baze Q1, i energiju punjenja kondenzatora za filtraciju napona napajanja
sekundarne strane optokaplera.
Naime, posto je prilicno dosadno motati jos dva namotaja (osim primara) na primarnoj strani,
vecina ovih samooscilujucih upotrebljava jedan, za drive baze, kao i za DC napon potreban
optokapleru za FB.
Napon za optokapler se mora negde sacuvati, da bi "potrajao" i za vreme pauze. Dakle,
moramo imati kondenzator koji se puni za vreme impulsa. To je jako nepovoljno,
jer se njegov kapacitet preslikava paralelno primaru (saglasno sa prenosnim
odnosom transformatora), pa se Q1 izlaze nepotrebnoj udarnoj struji koja se dodaje na
prethodno navedene.
Dakle, izabracemo da nam energija za drive baze potice iz energije pauze, sto nam diktira
obrnut polaritet namotaja za oscilovanje/napajanje sklopa na primarnoj strani. To automatski
povlaci potrebu za invertorom Q4, da bi imali pozitivnu povratnu spregu, tj, uslov za
oscilovanje.
Ili cemo motati dva namotaja, gde ce jedan sluziti za optimizovani drive baze (impuls),
a drugi za ispravljanje napajanja za optokapler (pauza, tj. suprotan polaritet).
Inace, moglo je ovo i sa jednim namotajem koji radi u impulsu, samo sto bi se negativan
napon(pauza) koristio za optokapler, a kontrola struje prilagodila tome (eto potencijalne
optimizacije).
Izabrao sam prvu metodu jer ne volim puno motanja, a i da ostavim mesta optimizatorima :-).
Cilj 2.): -"hickup" zastita, sto podrazumeva potrosnju kompletnog sklopa na primarnoj strani,
koja tezi nultoj dok se ne uspostavi oscilovanje.
Resenje:
R11, R14 i R3, "drze" pasivnim ceo sklop dok ne osciluje, zbog cega se neometano moze puniti
C5 do momenta starta pretvaraca. Posto pre starta nema napona na izlazu, FB kolo takodje
nema potrosnju, ni ono nece ometati punjenje C5.
Cilj 3.): -start sa potpuno definisanim uslovima za pobudu baze (dovoljna struja), cak i
vecom strujom baze od nominalne, jer je za prvo punjenje izlaznog elko potrebna maksimalna
snaga pretvaraca. Istovremeni pomocni cilj je da se kolo za start, po uspelom startu drzi
iskljucenim ili sinhronizovanim, da ne bi ometalo rad pretvaraca.
Resenje:
Potrebno je meriti narastanje napona C5, i kada postane dovoljan, obaviti pokusaj starta.
C5 se puni kroz R16 i R17, ciju sumu mozemo smatrati strujnim izvorom jer je promena na C5
veoma mala u odnosu na napon napajanja (320VDC). Dakle, posto nam je cijna vrednost napona
na C5 15V za start, odbicemo od napona napajanja polovinu toga, jer bi to bila neka prosecna
vrednost. Dakle,(necemo puno pogresiti sa par volti manje-vise) 310V/R16+R17=oko 2,4mA.
Posto imamo strujni izvor, punjenje C5 ce biti priblizno linearno: 15V*220uF/2,4mA= oko 1,3
sekundi.
To nam je vreme prvog starta, dok ce nam vreme ponovnih pokusaja biti nesto krace zbog
zaostalog punjenja na C5.
Pad napona na R17 pri 2,4mA ce biti oko 16V, sto pri praznom C5 nece "dohvatiti" prag
okidanja Diac-a U2 koji je oko 32V.
Da bi Diac okinuo, na C7 ce nam biti potrebno 32V.
Dakle, Diac nece proraditi dok nam se C5 ne napuni na oko 16V, tim je ostvaren preduslov
vece bazne struje od nominalne za oko nesto vise od 50%, i ta "zaliha" ce nam potrajati
nekoliko perioda pretvaraca (odnos izmedju C5 i bazne struje pri 16V, gde ce napon na C5
opadati po eksponencijalnom zakonu ka nominalnoj vrednosti od 10V).
Nominalni napon na C5 ce biti odredjen kada se uspostavi stabilno stanje pretvaraca, jer
je L3 namotan kao normalan sekundar za 10VDC.
"Prihrana" kroz R16 i R17 nece biti od znacaja jer je potrosnja baze mnogostruko
veca (struja baze oko 0,6A), a posluzice za praznjenje 320VCD elko, koji moze "podmuklo"
da iznenadi ako je ostao napunjen na iskljucenoj napravi :-).
Odmah po startu, diac ce izgubiti uslov spontanog okidanja, jer ce napon na C5 opadati
sa 16 ka 10V, istovremeno ce i napon na C7 opadati od 32 ka nizem. Na C7 ce u radu
napon opasti znatno ispod ocekivanog(od strane onih koji povrsno posmatraju :-), jer ce
na L3, u svakom impulsu napon biti oko -30V, sto ce C7 kroz sada sinhrono okidani Diac,
drzati blizu nultog napona. Posledicno ce energija sadrzana u C7 biti veoma mala, pa
nece ugroziti diac, a istovremeno posto je RC konstanta R16 i C7 (sa sada pridruzenom
strujom kroz R16, jer je napon na C7 nizi nego na C5), duza od perioda pretvaraca,
na C7 ce promene biti male, a njegova praznjenja koja se dogadjaju sinhrono sa svakim
impulsom pretvaraca, ce biti pridodata energiji impulsa kroz L3.
Inace, Praznjenje C7 u prvom impulsu nece pokrenuti oscilovanje. Racunajuci na rasipne
induktivnosti L3 (a neizbezne su), po isteklom praznjenju C7, dogodice se negativan
overshut, koji ce kroz R12 i C6 zapoceti oscilovanje.
Cilj 4.): -ostvariti siguran rad tranzistora sa relativno udaljenim elko za 320VDC.
Resenje:
Dve snubber mreze.
Jedna za tranzistor, druga za primar, sto omogucava vece rastojanje za elko.
Dodavanjem feritne perle L5 (oko 2-3uH), smanjicemo efekat recoverry
struja svih dioda i struja poteklih od parazitnih kapaciteta, koje veoma kratko traju.
L5 ce se za krako vreme zasititi i nece uticati na preostali porast kolektorske struje.
Po zatvaranju Q1, ringing na L5 ce biti sprecen prigusnim R13.
Ublazavanjem brzine porasta pocetne kolektorske struje Q1, bice nam potrebna manja
strmina narastanja bazne struje (jer hfe Q1 pri velikim strujama jako opadne).
Bice nam potrebna (ali ne neophodna) i dioda D3, za sprecavanje negativne struje kroz Q1,
zbog zamajnog dejstva rasipnih induktiviteta i eventualno L5. Takodje ce njeno recoverry
punjenje pri uzlaznoj tranziciji na kolektoru Q1, premestiti deo discipacije sa tranzistora
na nju, i istovremeno delom usporiti narastanje napona na istom.
Cilj 5.): -ukloniti shunt za current mode sa putanje za drive baze. Razlog je sto bolje
definisana pobuda baze, jer kod standardnog umetanja shunta u kolo emitera, pri porastu
kolektorske struje, na shunt-u raste pad napona koji se oduzima od baze drive, a sto nam
je veca struja Q1, sve mu je manje hfe, sto je potpuno kontraproduktivno po discipaciju na
njemu.
Resenje:
izmestanje shunt "ispod" zajednicke tacke za drive baze, pri cemu je current limit resen
emiterskom pobudom BC639 (izvinjavam se sto sam zaboravio da stavim brojnu oznaku Qx).
Emiterska pobuda nije problem i pored niske impendanse kola, jer struje kroz shunt R8
imamo "na pretek". Blago modifikovano kolo sa BC639 ce nam omoguciti da povratnom vezom sa
optokaplera delujemo na bazu BC639, jer nam je struja optokaplera drasticno manja od struje
kroz R8, a zbirno dejstvo je isto kao u klasicnom slucaju. Prag strujnog limita ce zbog
padova napona na R10 i R9, i Vbe BC639 biti oko -1V, u konkretnom slucaju oko nesto
iznad 2A limita.
Cilj 6.): -"skolski" primer baze drive, sa koliko-toliko strujnom pobudom za impuls, i
definisanim negativnim talasnim oblikom koji ce ukloniti zaostale nosioce, i na taj nacin
znacajno smanjiti discipaciju turn-off tranzicije.
Resenje:
Posto se moze ocekivati i snaznija verzija pretvaraca, izabrana je struja baze (sustain)
od oko 0,6A, gde ce biti dovoljno hfe Q1 od oko 6 pri ocekivanoj mogucoj vrsnoj struji
od 4A.
Prilikom startup, dok su elko na svim izlaznim sekundarima prazni imamo obezbedjenu
znacajno vecu struju baze (iznad 1A), zbog pocetnog punjenja C5.
Posto invertor/komparator nije dovoljan da snabdeva bazu Q1, dodacemo mu folower Q2, koji
ce kroz R5, D4, C4, L4, pobudjivati bazu Q1, nalik nesavrsenom strujnom izvoru (bolje bi
bilo da je pravi strujni izvor, ali ovo je jednostavnija verzija :-).
Ovaj deo je prilicno jasan.
Ako zanemarimo prvi, pri svakom impulsu se se C4 napuniti na napon koji odredjuje D4,
a iznad tog napona ce baznu struju preuzeti D4.
Prilikom svake pauze, C4 ce se delimicno potprazniti kroz R3, L4 i Q3, i njegovo ponovno
punjenje pri impulsu ce obezbediti strmije narastanje i vecu pocetnu baznu struju,
sto je neophodno zbog znacajnih struja koje poticu od parazitnih pojava na primaru i
snubberima (vec sam ih opisao). Tu nece previse smetati L4, jer ce se pri impulsu brzo
zasititi (feritna perla je u pitanju, L oko par uH, i maleno jezgro).
Realno bi bilo bolje da sam L4 i R6 izmestio u emiter Q3, no pre par dana se
toga nisam setio :-).
Uloga L4 je vazna pri gasenju tranzistora, tako da sam mogao izbeci njene nuspojave na
ovom mestu prethodno opisanim potezom. Pri ukljucenju tranzistora delimicno i smeta.
No, sta je - tu je.
R5 ce ograniciti struju baze na oko 0,6A u stabilnom stanju pretvaraca.
Kada se pojavi razlog za provodjenje BC639, sto mogu biti velicina napona na shunt R8 ili
pak struja optokaplera (ovo ostalo necu opisivati jer sam siguran da ce tekstovi koji
prethode ovom to odlicno opisati), doci ce do "povlacenja" baza Q2 i Q3 na dole, i u
jednom momentu ce poceti da opada struja baze Q1, sto ce izazvati opadanje kolektorske
struje Q1. Onog trenutka kada pocne da opada struja Q1, polariteti svih sekundara ce se
promeniti u suprotne, sto ce munjevito "zakljucati" iskljuceno stanje
Q4(dejstvom kroz R12 C6) i Q2 (iskljucenjem Q4 i "povlacenjem" na dole od strane BC639,
jer struja primara jos nije opala, vec je samo pocela da opada), istovremeno ce BC639
cvrsto pobudjivati Q3 (naponom baze nizim od zajednickog voda, nazovimo ga "masa").
Emiter folower Q3 ce sa malim preostalim naponom "drzati" pozitivan kraj C4 na masi, pa
ce baza imati -3V9, sto je stanje prethodno napunjenog C4.
Za "ciscenje" slobodnih nosilaca je u pocetku gasenja tranzistora potrebna i znacajna
struja, gde ce cak i sruja emitera Q1 postati suprotna.
U tim prvim trenucima znacajnu ulogu ima BC639 podrzan strujom (jos uvek bliskoj
maksimalnoj) kroz shunt R8, dajuci dovoljnu pobudu za Q3.
L4 koja je sada od bitne vaznosti, je nakupila izvesnu kolicinu energije (ne veliku, ali
potrebnu), i pri opadanju bazne negativne struje, tezeci da nastavi tok u istom smeru,
izazvace maksimalan negativan napon baze, koji ce biti "uklampovan" probojnim zener
naponom Veb od Q1. Nakupljena energija u L4 nije dovoljna da prediscipira BE spoj Q1, a
obavice nuznu kratkotrajnu potrebu za maksimalnim negativnim naponom baze. Po isteku
njene zalihe energije, preostace negativan napon sa C4, i posto je prestao tok negativne
struje baze, njegovo praznjenje ce se monotono dogadjati kroz R3, cim ce se obezbediti
prostor za ponovno punjenje pri impulsu pretvaraca, sa ciljem vece i strmije pocetne
struje baze Q1.
Optimizacija L4 je od sustinskog znacaja, i to se radi prema osobinama svakog modela
pretvaraca konkretno. Ciljna linija je sto manja energija turn-off Q1.
Ovde je data kao primer.
Posto za kratko vreme opada potreba za negativnom strujom baze, nesto kasnije ce opasti
i struja kroz R8 (kolektorska struja ili struja primara). Korisno pull-down dejstvo BC639
ce nestati, ali njegovu i sasvim dovoljnu ulogu za ostatak trajanja pauze ce preuzeti R14.
Sve vreme pauze Q4 je duboko zakocen dejstvom kroz C6 i R12.
---------------------------------------------------------------------------
Baker klampovi na Q4 i BC639 sluze za standardno ubrzanje njihovog rada. Nisu na pravi nacin
kako cika Baker kaze izvedeni, ali i u ovom obliku znacajno pomazu, drzeci te tranzistore van
dubokog zasicenja.
Izvodjenje pravog Baker klampa zahteva jos nekoliko dodatnih otpornika koji bi obezbedili
sigurno pasivno stanje tranzistorima, no posto necemo pretrpavati shemu, a ovakav vid je i
vise od dovoljnog, stavio sam ovaj jednostavniji. (ovo izvodjenje moze imati istu efikasnost
kao pravi Baker klamp, stavljanjem sotki dioda za D6 i D10)
Baker klamp bi mogao bitno ubrzati Q1, i takodje mu smanjiti discipaciju, no posto ovo
treba da radi na 30-tak KHz, nije nuzno njegovo izvodjenje (mada bi vredelo).
Naprava ce imati current limit (koji je inace posledica current mode rada) za vreme dok ne
nestane energije za pobudu baze Q1 za vreme kratkog spoja na izlazu (nekoliko perioda), a koja
se nalazi u C5.
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
Eto nekih detalja za koje mislim da mogu biti korisni.
Udruzeno sa ostalim (onim ispravnim) objasnjenjima, moze sve to zajedno biti korisno
stivo.
Ovo je moj opis rada onih detalja koji nisu na prvi pogled vidljivi,
hipoteticke naprave izvedene iskljucivo simulatorom iz glave.
Nadam se da ce raditi kao sto sam ga opisao (ne mora, jer postoji sansa da sam nesto prevideo
ili zaboravio, zbog cega je neophodna prakticna provera), ali posto ga dva vredna momka
@Papak01 i @Sleepwalkerbg sastavljaju, imacu tu radost da svoje tvrdnje u ovom slucaju
indirektno proverim u praksi.
Verujem da ce se iz ovog opisa shvatiti vaznost dobre "vizuelizacije" dogadjaja,
pogotovo "sitnica", a sto se stice posmatranjem sklopa istovremeno sa vise aspekata.
Bitno je izbeci "podrazumevane" i "zanemarujuce" dogadjaje, a ne zaboraviti
nesavrsenost bilo kog elementa, ukljucujuci i same zice.
Pozdrav svima!
A @Papak01 i @Sleepwalkerbg zahvaljujem na sjajnom "provodu", jer se ovaj neobican
udruzeni eksperiment, sa aspekta radoznalih elektronicara, moze tako nazvati.
02.02.2013. 02:54h
|