|
ШИМ модулятор на LM3478MAX , SiC мосфете и диоде
| |
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2024-Ноя-15, 23:41 | Сообщение # 226 |
 опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Внутри DC/DC модуля стоит на 1000пф, так что, желательно бы точно такого же номинала для теста. Но, в качестве общего представления можете и 1500 попробовать
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 04:02 | Сообщение # 227 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Итак, сделал ФНЧ на сендасте (альсифере). Чуда, конечно же не произошло, но, стало лучше.
Кольцо использовал CGS467060 (на корпусе написано JCS467060), брал тут: https://aliexpress.ru/item/1005004572892240.html Размер 45х25х16мм. Намотал 10 витков, индуктивность получилась 16мкГн, магнитная проницаемость получилась 87. Для 620мкГн нужно было намотать 62 витка. Из отрезанного куска провода, толщиной 0.85мм получилось 64витка. Индуктивность вышла 570мкГн, то есть, надо витков больше мотать, может где-то около 70. Оставил 64 витка и 570мкГн.
Конденсатор сделал из 4-х плёночных серии CBB на 220 + 220 + 270 + 150нф, в сумме вышло 860нф. 4 кондёра в параллель, чтобы сделать максимально низкое ESR. ФНЧ Баттерворта 2 порядка, с полосой 10кГц, на Rвх 20Ом, Rвых 24Ом.
1. При 100В питании на модулятор и максимальной скважности, выходная мощность несущей передатчика вышла где-то 250Вт. Сендастовое кольцо - еле еле ощутимо тёплое, может, градусов 38-40. То есть, в нём гораздо, очень гораздо меньшие потери, чем на кольцах из распылённого железа, которые грелись градусов до 70. Так что, для себя принял решение и всем рекомендую мотать ФНЧ на выходе модулятора только на сендастовых кольцах.
2. Взял два Low ESR электролита на 2200мкФ 63В (Esr около 0.04 Ом) и включил их последовательно, чтобы выдержали высокое напряжение. Подключил их на вход силового питания модулятора. На фото они синие, слева вверху.
Сигнал на выходе модулятор до ФНЧ, без электролитов:
С электролитом:
Напряжение в тесте было 30В, но, такая картина на любом напряжении. Верхняя полка выровнялась и стала идеально ровной. На выходном НЧ сигнале это, конечно не особо сильно отразилось. Искажения субъективно снизились, может на 2-3% THD. Но, раз снизились, то, лучше делать модулятор с электролитами по питанию, чем без них.
3. Измерил "АЧХ" скважности. Выставил 100В питания для удобства измерения и подстроечным резистором на плате ШИМ-а менял скважность по 5%. У меня схема ШИМ построена так, что минимальную скважность можно выставить в 24%, поэтому график реальной АЧХ начинается с 25%. А на верхнем пределе уже сам осциллограф не хотел показывать скважность выше 80%, её можно было сделать ещё выше, но показания осциллографа сбрасывались на обратную скважность в 10-15%))).
В общем, вот такой получился график. По оси Х скважность, по оси Y напряжение на выходе модулятора после ФНЧ. Нагрузка - передатчик.
Таким образом, LM3478MAX обеспечивает идеальную линейность скважности, по крайней мере там, где удалось измерить, то есть от 25 до 80%.
В следующем сообщении покажу сравнительные графики самого НЧ сигнала на альсифер-сендаст кольце.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 04:16 | Сообщение # 228 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Теперь измерения НЧ сигнала после ФНЧ модулятора.
Методика такая же, как в прошлый раз. Выставил питание 96В, на ШИМ контроллер подавал НЧ синус разной частоты и, на каждой частоте увеличивал входное напряжение синуса, пока выходной сигнал не искажался до 10 и 20% THD.
1. THD 10%. Внизу частоты, слева напряжение в вольтах на выходе модулятора (Vamp) после ФНЧ.
Напомню:
ФНЧ Швондера - Баттерворта, 13кГц, 20/20 Ом, 4 порядка на 2 кольцах из распылённого железа Т130-52
ФНЧ мой - Баттерворта, 13кГц, 20/24 Ом, 4 порядка на 2 кольцах из распылённого железа Т130-52
ФНЧ мой - Баттерворта, 10кГц, 20/24 Ом, 2 порядка на 1 кольце из альсифера (сендаста)
2. THD 20%
Когда амплитуда достигала 100В, я прекращал увеличивать входной сигнал на ШИМ. При 3кГц и выше искажения получились 15%. Таким образом, ФНЧ на альсифер-сендасте - лучше, чем ФНЧ на кольцах из распылённого железа.
Теперь, специально для Швондера, наглядные графики по осциллографу НЧ сигнала после ФНЧ модулятора при разных THD. Питание модулятора так же 96В. Начальная скважность на ШИМ-е выставлена в 50%.
1кГц THD 10%
1кГц THD 15%
1кГц THD 20%
В следующем сообщении покажу 4кГц
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 04:35 | Сообщение # 229 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| 4кГц THD 10%
4кГц THD 15%
Выше 15% не поднимал, т.к. амплитуда уже достигла 100В, то есть 100й модуляции.
Методика измерения THD.
У меня есть USB осциллограф Instrustar isds220b. В его программе есть анализатор спектра, который алгоритмически вычисляет амплитуду основной частоты и амплитуды гармоник, а потом вычисляет коэффициент гармонических искажений и выводит его на экран.
Мне кажется, измерение THD более точно оценит форму сигнала, чем субъективное "ну, ровненький синус, ну, сойдёт"))).
Итоги и выводы.
1. ФНЧ 2 порядка для данного типа модулятора класса D лучше, чем 4, 6 и т.д.
2. ФНЧ на альсифер-сендастовых кольцах лучше, чем на кольцах из распылённого железа. Гораздо меньшие потери, меньший нагрев.
3. Low ESR электролит в 1000мкФ по питанию модулятора полностью выравнивает полку и на 2-3% THD снижает искажения НЧ сигнала на выходе модулятора.
4. Сравнивать уже нет сил и желания, но, думаю, что выходной конденсатор ФНЧ нужно брать не один, на указанную ёмкость, а делать из 4-5шт в параллель на меньшую ёмкость, чтобы снизить ESR и улучшить фильтрацию базовой частоты ШИМ. Как видно на моих графиках, этих "точек" в 100кГц на синусе вообще не видно.
5. Последний момент, который осталось или побороть, или "забить и смириться":
На частоте 1кГц мой сигнал, по внешнему виду похожий как у Швондера получается только при 10% THD. При этом, у Швондера этот 1кГц практически до уровня питания модулятора, у меня только до 46В.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 07:38 | Сообщение # 230 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| И вот ещё одно наблюдение.
1. Начальная скважность выставлена в 50%.
2. Напряжение на модулятор подано 96В
3. По графику "АЧХ" мы выяснили, что у LM-ки реальная линейность скважности практически идеальная.
4. При 50% скважности, на выходе модулятора 48В.
Вот эта зелёная линия, в 48В:
При слабом сигнале 1кГц, когда THD только 10% уже отчётливо видно, что верхняя часть синусоиды меньше по амплитуде, чем нижняя. Плюс нижняя более острая. Почему так происходит? Ну, никак не могу понять...
Ещё раз:
1. когда я подстроечным резистором менял скважность по 5%, то напряжение на выходе модулятора тоже менялось по 5%. Условно, если питание модулятора 100В и я ставил скважность 50%, на выходе модулятора было 50В. Если я ставил скважность 45%, на выходе модулятора было 45В, если я ставил 60%, на выходе модулятора было 60В.
2. НО. Когда подаю на ШИМ синус, у которого одинаковые по амплитуде половинки. То, на выходе модулятора верхняя половинка меньше, нижняя больше. ПОЧЕМУ так....
Сообщение отредактировал kotrad78 - Суббота, 2024-Ноя-16, 07:43 |
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 09:02 | Сообщение # 231 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Я кажется нашёл причину. Дело не в ФНЧ, дело в самой микросхеме LM3478, или в моей реализации её обвязки.
1. Даташит https://www.lcsc.com/datashe....907.pdf
2. В нём есть график выходной скважности, в зависимости от напряжения на выводе Isens (куда мы подаём смещение и синус):
3. Судя по этому графику, для того, чтобы получить 50% скважность, нужно подать смещение 125мВ. Смоделировал входную цепь:
3. И так же, судя по этому графику, для получения 0-100% скважности, напряжение на Isens должно меняться примерно в пределах 90мВ.
На нижнем выводе С3 стоит датчик напряжения, который показывает около 85мВ (rms), то есть предел для изменения скважности. На датчике, который стоит слева от выключателя, синяя стрелка, показано 677мВ пик-пик. Мой генератор как раз "выдаёт", точнее показывает в пик-пиках напряжение. И как раз это значение, около 670мВ я получил, чтобы получить 10% искажений THD на выходе модулятора, при сигнале 1кГц.
А как мы видели из прошлого сообщения, при 10% THD, амплитуда 1кГц сигнала на выходе получилась 46В. А 46В, это 50% скважность от 96В напряжения питания...
Таким образом, есть два варианта:
1. Либо я как-то неправильно подключил микросхему и её обвязку, что она в реальности, без искажений выдаёт размах только в 50% скважности.
2. Либо в даташите указана ошибка, и эти 100% на картинке, на самом деле 50% в реальности.
|
| |
| |
| melatonin | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 11:44 | Сообщение # 232 |
|
практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 110
Статус: Offline
| На входе драйвера можно иметь какой угодно идеальный меандр и ШИМ, но всё определяется самым "слабым" звеном - а это у нас силовая часть с мосфетом. Линейность на участке 20-80% не интересна - смотрите картинки Швондера - у него линейность в большом диапазоне. Нелинейность будет по краям - в диапазонах выше 95% / ниже 5% - самые проблемные места там, где силовой мосфет переключается с малым временным интервалом. 5% скважности - это импульс как у меандра частотой не 100 кГц, а 1 МГц
Ну и если вы хотите исследовать LM3478 - так исследуйте именно её - подключите выход к фильтру и смотрите то же самое. Невозможно узнать о работе LM по сигналу на выходе силовой части, которая вносит искажения.
Сообщение отредактировал melatonin - Суббота, 2024-Ноя-16, 11:45 |
| |
| |
| melatonin | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 12:44 | Сообщение # 233 |
|
практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 110
Статус: Offline
| Сделал для примера измерения. Передаточная функция платы драйвера+фильтра при питании 30 вольт, диапазон скважности на входе от 99,5% до 80% - шаг 0,5% (генератор у меня позволяет давать максимум 99,6% с шагом 0,1%)
Синия линия - реальные значения (реальная передаточная функция), красная линия - идеальная передаточная функция (такой как должна быть при идеальных элементах).
Наглядно видно то, о чем я толкую - драйвер не способен линейно передать малые напряжения. При приближении к нулю он начинает "не хотеть" этого. Это те самые: приплюснутости синусоиды у вас и Швондера, плато на малых напряжениях в ромбах и треугольниках у Швондера (конечно речь о модуляции 100% - если уменьшить глубину модуляции линейность вырастет, так как уйдем на линейную часть передаточной функции).
Если доснять целиком передаточную функцию - то я вам нарисую в Excel по ней то, как будет выглядеть по итогу сигнал любой формы - хоть синус хоть кракозябра.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 12:49 | Сообщение # 234 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Цитата melatonin (  ) Ну и если вы хотите исследовать LM3478
Вы эту микросхему и плату для неё уже заказали? Если да, то забудьте временно про выходной каскад. Он работает нормально. Изучите пожалуйста очень внимательно всё с 230 сообщения.
У меня пока, к сожалению всё больше появляется убеждённость, что LM3478 может нормально работать, без искажений, только в интервале 50% скважности.
|
| |
| |
| melatonin | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 13:48 | Сообщение # 235 |
|
практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 110
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) LM3478 может нормально работать, без искажений, только в интервале 50% скважности
Да я изучил - поэтому и написал. Да, надо разбираться с LM3478. Но надо отделить мух от котлет. Разбираться с ШИМ надо на отдельном стенде - где ШИМ подключен к осциллографу, и вы смотрите, что там после ШИМ получается. Да, действительно, судя по графику, надо этот ШИМ загонять в линейный участок, подстраивая смещение.
А драйвер надо изучать отдельно. Т.к. у него уже другая функция - ему надо просто максимально идеально воспроизвести то что он получит от ШИМ-а.
А потом их уже стыковать. Тогда, если ШИМ работает корректно, вы получите нормальный синус в диапазоне примерно 5-95% - визуально он должен быть "правильным", а при диапазоне 10-90% искажения должны быть минимальны - т.е. и по приборам THD будут низкие. При размахе 0-100 в любом случае синус будет приплюснут снизу - это неизбежность.
Вы смотрели на свой драйвер, какие у него меандры при скважностях близких к краям?
Вот полная передаточная функция моего драйвера+фильтра на напряжении 30 вольт. Видно, что примерно с 10% вЫходное скважности начинается практически идеально линейный участок. А более или менее нормальная линейность начинается с 5% - это уже результат, с которым спокойно можно строить передатчик с качественной АМ глубиной 90%. Ну да - теперь надо разбираться с ШИМ. Микросхема пришла, буду собирать.
|
| |
| |
| raketayudin | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 15:15 | Сообщение # 236 |
 опытный
Группа: Модераторы
Сообщений: 586
Статус: Offline
| предлагаю сообществу такую схему модулятора на LM3478)
И с контролем по току
 .
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 15:31 | Сообщение # 237 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Цитата raketayudin ( ) предлагаю сообществу такую схему модулятора на LM3478)
1. Почему к выводу компенсации Comp ничего не подключено?
2. Смотрите предел напряжений для FB
Изначально я тоже делал так, чтобы модуляцию подавать на FB. Но, не заработало, ибо громадная чувствительность, генерация микросхемы срывалась, если просто руку к плате подносить.
Допустим, если 1.26В будет скважность 50%, то вверх лимит 21мВ, вниз лимит 18мВ. Если превысить эти значения, генерация микросхемы прекращается.
Вот, посмотрите, 130-е сообщение https://radiorubka.at.ua/forum/12-133-9
Сообщение отредактировал kotrad78 - Суббота, 2024-Ноя-16, 15:46 |
| |
| |
| raketayudin | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 15:47 | Сообщение # 238 |
|
опытный
Группа: Модераторы
Сообщений: 586
Статус: Offline
| 
Понятно. Тогда в топку. С такими МС (protection OVP) ничего хорошего не выйдет...
OPV придумано для случаев когда микросхема не справляется с стабилизацией, и отрубает генерацию вовсе.
Цепь компенсации ненужна, нужно охватывать широкий диапазон частота регулирования.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 15:50 | Сообщение # 239 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 606
Статус: Offline
| Цитата raketayudin ( ) Цепь компенсации ненужна, нужно охватывать широкий диапазон частота регулирования.
А можно чуть подробнее про эту цепь компенсации? Как именно она работает?
|
| |
| |
| raketayudin | Дата: Суббота, 2024-Ноя-16, 17:53 | Сообщение # 240 |
|
опытный
Группа: Модераторы
Сообщений: 586
Статус: Offline
| На переходных процессах, таких как подкидывании нагрузки к источнику.
https://www.ti.com/lit/an/snva067d/snva067d.pdf?ts=1731757638938
|
| |
| |
|
