|
Защита SiC мосфетов в усилителях класса Е + индикация Uстока
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2024-Май-16, 18:59 | Сообщение # 1 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 950
Статус: Online
| Конструируя передатчик класса Е увидел, что на стоке есть высокое напряжение, в сотни вольт. Чем больше питание и чем несогласованней антенна, тем это напряжение выше. Карбид-кремниевые мосфеты рассчитаны на 1200В С-И, однако, их всё равно нужно защищать.
Разработал вот такую схему:
1. Делитель R11, R10 подключается к стоку мосфета
2. Затем идёт индикатор напряжения на стоке, в трёх градациях, 300В, 500В и 700В, выполненный на транзисторах VT1-VT3. Такой индикатор будет полезен радиолюбителям, у которых нет КСВ-метра, или которые захотели бездумно поднять питающее напряжение с модулятора. Так же, этот индикатор будет полезен, если с антенной что-то случится и её КСВ уйдёт в недопустимую область.
3. Так же к стоку подключены супрессоры D4-D7 на общее напряжение 800В и резистор делителя R19. Это схема аварийного выключения передатчика, когда напряжение на стоке превысило 800В. Схема с супрессорами нужна для того, чтобы не только выключить передатчик, но и защитить сам карбид, если кратковременно оборвётся антенна, будет в ней замыкание и т.д. Кратковременный высоковольтный импульс погасят через себя супрессоры и резистор R19, а триггерная защёлка на транзистора VT4-VT5 выключит модулятор или передатчик.
Один супрессор на 800В лучше не использовать, т.к. супрессор, это по сути быстродействующий стабилитрон, у которого есть своя ёмкость. Чтобы ёмкость супрессора не влияла на сток, лучше их включить несколько штук последовательно.
Вот демонстрация в программе:
Для удобства наблюдения за светодиодами рабочее поле программы сделал чёрно-белым.
На видео постепенно повышал напряжение с генератора и фиксировал, как загорались по очереди светодиоды индикации напряжения на стоке. А затем загорелся и красный светодиод триггерной защёлки, когда напряжение превысило 800В.
Вот такой проект. Как мне кажется, будет очень удобно фиксировать напряжение на стоке при настройке антенн согласующими устройствами. Если всё будет нормально, то, планирую такой схемой отключать драйвер самого передатчика. А защита по току (о ней тут, на форуме уже говорили) будет выключать драйвер модулятора. Получится двойная защита.
Что скажете?
Сообщение отредактировал kotrad78 - Четверг, 2024-Май-16, 19:03 |
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2024-Май-20, 04:07 | Сообщение # 2 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 950
Статус: Online
| Рассчитал резисторы ещё для двух градаций.
1. Для слабого передатчика:
Зелёный светодиод (норма) - 100В
Жёлтый светодиод (внимание) - 200В
Оранжевый светодиод (опасно) - 300В
Красный светодиод (аварийной отключение) - 400В
2. Для мощного передатчика:
Зелёный светодиод (норма) - 400В
Жёлтый светодиод (внимание) - 600В
Оранжевый светодиод (опасно) - 800В
Красный светодиод (аварийной отключение) - 900В
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2025-Апр-11, 22:46 | Сообщение # 3 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 950
Статус: Online
| Год назад начал эту тему, сейчас решил продолжить. За это время получил практический и конструкторский опыт, поэтому разработал новую схему.
Схему буду делать на выводных деталях с "ножками". Тут всё просто, так что SMD особо и не нужно, хотя, потом может и сделаю.
Принцип работы:
1. R1-R6 образуют делитель, подключённый к стоку мосфета в передатчике класса Е(ЕШ). 5 100кОм последовательно, чтобы и грелись меньше, и по напряжению не прошило. R6.2 для защиты, если отгорит, отвалится, сгорит R6.1. Далее выпрямитель на любом диоде Шоттки и 5В стабилитрон, тоже для защиты. С1 фильтрующий, а чтобы быстро разряжался, вместе с ним 20-22кОм R7. Если R7 не ставить, светодиоды загорятся и не будут тухнуть, т.к. входное R компаратора очень велико.
2. Измеряемый сигнал подаётся на все "-" входы компаратора. По расчётам, диапазон этого напряжения должен быть 0.9-4В при 200-800В на стоке. На "+" входы подаётся смещение, с подстроечников, которыми и можно будет выставлять порог зажигания светодиодов.
3. К последнему светодиоду подключён полевик, BS170 или 2N7000. Компаратор имеет выход с открытым коллектором, поэтому, когда на стоке нет 800В, на затворе полевика будет +5В. Резистор R16 шунтирует HL4, чтобы на затворе было +5В. Без резистора будет около 3..3.5В. Полевик открыт, своим каналом шунтирует вход триггерной защёлки. R17 подобрать по минимальному, но надёжному напряжению сработки защёлки.
4. Когда на стоке будет 800В (обрыв антенны, авария, высокий КСВ), загорается HL4. Напряжение на затворе Q1 падает до 0 и он закрывается. Его переход больше не шунтирует вход защёлки и она срабатывает. Защёлку можно подключить на вход драйвера передатчика, к модулятору или ещё куда-нибудь.
Вроде бы ничего не забыл. Если кому интересно, посмотрите, вдруг, где какая ошибка.
LM339N DIP-14 закажу азиатскую, т.к. стоит копейки. Надеюсь, будет работать норм. https://www.lcsc.com/product....24.html
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Суббота, 2025-Апр-12, 08:50 | Сообщение # 4 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 950
Статус: Online
| Разработал плату
Сначала входной делитель думал делать на выводных 1W резисторах, но, потом вспомнил, что у них же есть ощутимая паразитная индукивность, поэтому решил вместо них поставить SMD 2512. C1 и C6 так же решил поставить SMD, поскольку для этих конденсаторов критичен максимально низкий ESR. А у выводных жёлтых "капелек" с Али ESR сильно велик.
Вот, для сравнение, два кондёра на 100нф, ESR у "капельки" около 3.2Ом, диэлектрик, наверное X7R или ещё хуже:
А это SMD 1206 с диэлектриком C0G, ESR порядка 0.04 Ом
Разница в фильтрации пульсаций, а сл-но стабильность работы, полагаю более, чем очевидна. Рядом с делителем предусмотрел запайку 2см медного Г-обратного экрана. Это на всякий случай, чтобы исключить влияние 600-800В ВЧ напруги на работу компаратора.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Апр-13, 14:59 | Сообщение # 5 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 950
Статус: Online
| Цитата kotrad78 (  ) при 200-800В на стоке.
Думаю, нужно пересмотреть максимальный предел с 800В до 600В. Ибо ночью случилась авария. Тестировал отечественные сердечники https://radiorubka.at.ua/forum/17-321-1 И, естественно из-за дополнительного, тестируемого дросселя КСВ на выходе передатчика был высокий, около 3-4. Каждый испытуемый дроссель грел по 30 минут, в результате это привело к тепловому пробою транзистора:
Слева новый, справа пробитый и почерневший от нагрева, даже маркировку теперь еле видно. Во время тестирования подавал питание 100В, ток был около 1.37А, напряжение на стоке было порядка 550-600В.
Стал разбираться, почему он перегрелся, ведь стоял на медной шине + которую обдувал кулер. Вбил все данные в программу ( https://radiorubka.at.ua/forum/17-318-1 ) для расчёта нагрева, получилось около 30Вт
Хм, при прошлых экспериментах при аналогичной нагрузке транзистор грелся градусов до 70-80 и чувствовал себя нормально. Так почему же сгорел? Искал, искал, искал и нашёл причину). Оказывается, у меня в передатчике от прошлых экспериментов стоял 80-й карбид. А в программу вбил данные для 160-го. Перебил данные на 80-й карбид:
Теперь всё стало понятно. Почти 50Вт это уже гибель для ТО-247 корпуса при моей системе охлаждения, что и случилось.
Какие можно сделать выводы из всего этого.
1. Индикатор и защиту стока разработать на 600В максимум, после чего защита должна срабатывать и отключать передатчик.
2. Если в передатчике класса Е(ЕШ) используется 80-й карбид, не подавать питание выше 80В!!
|
| |
| |
|
