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再議LCD 箝位技術(shù)

眾所周知: LCD(電感,電容,二極管)也是箝位電路的一種,類似于RCD,或者有源箝位,其作用都是箝住MOSFET DS 端關(guān)斷時的電位,以防止Vds 過高而把 Mosfet 擊穿.
  但以前往往認(rèn)為用RCD箝位會較LCD差些,因為RCD是將變壓器的漏感能量完全消耗在電阻R上,對電源效率有影響.而LCD是無損吸收箝位,其可以將變壓器的漏感能量通過LC諧振回饋至Bulk Cap,其工作情況真的會如此嗎?
下圖即是LCD箝位電路的簡單路,附件為我對其工作波形的具體分析,并提出LCD也不是種無損吸收箝位(或者只是鄙人的愚見),
所以在此請各位有志大俠繼續(xù)討論下去,并提出有效的參數(shù)設(shè)計.
以往LCD Clamp電路 工作狀態(tài)都會被這么認(rèn)為:

1.在Q1 Turn Off 時,變壓器的漏感電流流經(jīng)C2, D1對C2進行充電.
2.在Q1再次 Turn On 時,C2上的能量將流經(jīng)MOS(Q1),地,D2,L1 , 并將能量轉(zhuǎn)移到L1 .
3.當(dāng)Q1 再次Turn Off 時,重復(fù)1動作,同時L1將剛才得到的能量由D1,Bulk Cap  , 地 , D2, L1支路將能量回送至Bulk Cap(C1) .
4.以后將以2 , 3 , 周期性工作 .

而真正的LCD Clamp 電路工作原理具體如下:

1.當(dāng)Q1第一次 Turn Off 時,變壓器的漏感電流流經(jīng)C2, D1對C2從初始狀態(tài)進行充電.
2.當(dāng)Q1再次 Turn On 時,C2放電電流流經(jīng)MOS(Q1), 地, D2, L1 ,并與L1發(fā)生諧振,將部分能量消耗在MOSFET 與采樣電阻上,并保留另一部分能量 (1/2C2 UC終^2) ,也就是說此過程中C2的能量并不是完全放完,L1也不存儲能量( 因其在Ton 時IL 就已經(jīng)為零 ) .
3.當(dāng)Q1 再次Turn Off 時,重復(fù)1動作,但此時C的能量是由2中剩下的能量開始上充,電容兩端電壓同時發(fā)生突變,且會發(fā)生諧振,其中過程是C2與Llea的諧振 .
4.以后將以2 , 3 , Cycle 性工作 .

1141401409.pdf
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monikel
LV.5
2
2006-03-04 23:48
不知可否有哪位大師對此研究過,恕小弟愚見 !
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ddb006
LV.2
3
2006-03-05 21:48
@monikel
不知可否有哪位大師對此研究過,恕小弟愚見!
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ddb006
LV.2
4
2006-03-05 21:50
@monikel
不知可否有哪位大師對此研究過,恕小弟愚見!
請問您這款電源輸出電壓多少伏?整機效率多少?
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zjueexuye
LV.4
5
2006-03-05 22:47
其實關(guān)鍵是L1C2參數(shù)的設(shè)計,一定要保證L1中的電流諧振回零之前,重新開始下一個的turn off周期,那么此時L1中的能量就可以回饋回C1
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gandf
LV.3
6
2006-03-06 01:19
L1能量釋放是在Q1 Ton時
能量轉(zhuǎn)換:L1 * I1max*I1max = C2 * Vc2*Vc2
一般選取I1max與Q1 工作的最大電流近似.
I1max 太小 L1的能量無法在Q1 Ton階段釋放
I1max 太大 L1的能量消耗在Q1 和R1 上,即Q1尚未完全導(dǎo)通階段.
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monikel
LV.5
7
2006-03-06 23:55
@ddb006
請問您這款電源輸出電壓多少伏?整機效率多少?
六組輸出,標(biāo)準(zhǔn)PC電源,300W 功率,效率可達75% .
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monikel
LV.5
8
2006-03-07 00:32
@zjueexuye
其實關(guān)鍵是L1C2參數(shù)的設(shè)計,一定要保證L1中的電流諧振回零之前,重新開始下一個的turnoff周期,那么此時L1中的能量就可以回饋回C1
有如此考慮過,但是實驗無法做到(不管你怎么加大C2,L1),具體證明我還沒弄懂,有待請教,并再次深入考慮下.待回復(fù) !
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monikel
LV.5
9
2006-03-07 00:42
@gandf
L1能量釋放是在Q1Ton時能量轉(zhuǎn)換:L1*I1max*I1max=C2*Vc2*Vc2一般選取I1max與Q1工作的最大電流近似.I1max太小L1的能量無法在Q1Ton階段釋放I1max太大L1的能量消耗在Q1和R1上,即Q1尚未完全導(dǎo)通階段.
可我抓出來的L1max=1.30A 而Ids.max=6.6(Mos Q1 的最大電流),也就是L1max << Ids.max, 可結(jié)果是L1的能量確實是在Ton階段釋放,(且總共諧振時間<1/2Ton), 按兄臺的意思無法理解.
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zjueexuye
LV.4
10
2006-03-07 11:11
@monikel
有如此考慮過,但是實驗無法做到(不管你怎么加大C2,L1),具體證明我還沒弄懂,有待請教,并再次深入考慮下.待回復(fù)!
具體我也沒做過這個電路,但是個人感覺在Ton以后,L1C2有一個諧振過程,L1中的電流會以正弦的方式上升,但是由于D2的緣故,此電流不會反向.那么就應(yīng)該計算L1C2的諧振角頻率,也即他的諧振周期,使L1中的電流諧振回零之前,使MOS管Turn off.那么D1導(dǎo)通以后,L1中向上的電流,就可以通過D1D2把能量回饋回C1.如果MOS管Turn off前,L1中的電流就已經(jīng)諧振回零了,那么當(dāng)然就不存在可以回饋的能量了,還要在MOS和電阻上消耗掉一些能量
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monikel
LV.5
11
2006-03-07 19:39
@zjueexuye
具體我也沒做過這個電路,但是個人感覺在Ton以后,L1C2有一個諧振過程,L1中的電流會以正弦的方式上升,但是由于D2的緣故,此電流不會反向.那么就應(yīng)該計算L1C2的諧振角頻率,也即他的諧振周期,使L1中的電流諧振回零之前,使MOS管Turnoff.那么D1導(dǎo)通以后,L1中向上的電流,就可以通過D1D2把能量回饋回C1.如果MOS管Turnoff前,L1中的電流就已經(jīng)諧振回零了,那么當(dāng)然就不存在可以回饋的能量了,還要在MOS和電阻上消耗掉一些能量
有計算過,請如附件:
L1與C2的諧振頻率:F = 1 / 2Л√(LC) = 536.8 kHz ,  
         W0 = 2Л* F = 3.37 * 10^(-6)S
實際角頻率:W = 2Л * F實 = 2Л / 3.04 μS = 2.07* 10^(-6)s
如你的意思也就是要使得 Л√(LC)>Ton , 那我假設(shè)Ton=4uS, 則得出:LC>1.274*10^(-12),
假設(shè)C2取到偏大些4700pF, 會得到:L>271uH,當(dāng)C2取到2200pF時,則L>579uH,我有選取過L1=460uH,C2=3300pF測試,結(jié)果仍會在Ton未完時IL降為零,具體測試波形待轉(zhuǎn)出,其中原因我也沒能理解,還望賜教.
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monikel
LV.5
12
2006-03-08 20:37
@monikel
有計算過,請如附件:L1與C2的諧振頻率:F=1/2Л√(LC)=536.8kHz,          W0=2Л*F=3.37*10^(-6)S實際角頻率:W=2Л*F實=2Л/3.04μS=2.07*10^(-6)s如你的意思也就是要使得Л√(LC)>Ton,那我假設(shè)Ton=4uS,則得出:LC>1.274*10^(-12),假設(shè)C2取到偏大些4700pF,會得到:L>271uH,當(dāng)C2取到2200pF時,則L>579uH,我有選取過L1=460uH,C2=3300pF測試,結(jié)果仍會在Ton未完時IL降為零,具體測試波形待轉(zhuǎn)出,其中原因我也沒能理解,還望賜教.
今天有再次測試:選取L1=430uH,C2=4700pF
1.滿載(300W output 230Vac 50Hz Input)時得到如下波形.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點擊可放大。\n按住CTRL,滾動鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/39/1141820717.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
2.滿載(300W Output 264Vac 50Hz Input)時得到如下波形.

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點擊可放大。\n按住CTRL,滾動鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/39/1141821630.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
由兩個波形可以看出,確實有部分能量回饋到Bulk Cap, 測試結(jié)果:
在1.條件下,以原先LC參數(shù)得到Pin(輸入功率)=402.7W
           以現(xiàn)在的LC參數(shù)可得到Pin=401.5W .
減少了部分損耗,所以參數(shù)的選取很重要啊,我們公司以往都是用現(xiàn)成的(L=40uH, C=1000~3300pF),所以沒體現(xiàn)出減少損耗的優(yōu)越性.但是應(yīng)用300uH以上的電感也較難,體積大(因為Al需用小的),不知選材方面可否做到簡單些?
以前有可能我選取的L是大Al值的,所以發(fā)生飽和現(xiàn)象,沒得到今天這樣的波形,今天也是換了個想法,沒想到真的可以得證,謝謝各位一直以來的支持!尤其是zjueexuye:大俠.
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monikel
LV.5
13
2006-03-08 21:09
@monikel
今天有再次測試:選取L1=430uH,C2=4700pF1.滿載(300Woutput230Vac50HzInput)時得到如下波形.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點擊可放大。\n按住CTRL,滾動鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/39/1141820717.gif');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">2.滿載(300WOutput264Vac50HzInput)時得到如下波形.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點擊可放大。\n按住CTRL,滾動鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/39/1141821630.gif');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">由兩個波形可以看出,確實有部分能量回饋到BulkCap,測試結(jié)果:在1.條件下,以原先LC參數(shù)得到Pin(輸入功率)=402.7W          以現(xiàn)在的LC參數(shù)可得到Pin=401.5W.減少了部分損耗,所以參數(shù)的選取很重要啊,我們公司以往都是用現(xiàn)成的(L=40uH,C=1000~3300pF),所以沒體現(xiàn)出減少損耗的優(yōu)越性.但是應(yīng)用300uH以上的電感也較難,體積大(因為Al需用小的),不知選材方面可否做到簡單些?以前有可能我選取的L是大Al值的,所以發(fā)生飽和現(xiàn)象,沒得到今天這樣的波形,今天也是換了個想法,沒想到真的可以得證,謝謝各位一直以來的支持!尤其是zjueexuye:大俠.
小弟找到一份有關(guān)LCD箝位技術(shù)中LC參數(shù)如何選取的文章,
但回路與本人的有些區(qū)別,請各位大俠參考,相互學(xué)習(xí)下!
1141823355.pdf
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2006-03-08 21:18
@monikel
可我抓出來的L1max=1.30A而Ids.max=6.6(MosQ1的最大電流),也就是L1max
能量沒有回饋到C1,只是在開關(guān)off時,Vds電壓上升的斜率減小了,off時的開關(guān)損耗會有減小!
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monikel
LV.5
15
2006-03-08 21:39
@king0072000127
能量沒有回饋到C1,只是在開關(guān)off時,Vds電壓上升的斜率減小了,off時的開關(guān)損耗會有減小!
能量沒有回饋到C1的情況下,OFF時Vds 的上升斜率會大些,且Vds 會高些,因為如果能量沒有回饋部分到C1,C2必將吸收掉L1的能量,所以在ON的后期C2上有個負(fù)的電壓,這樣在OFF時,電容丙C2兩端的電壓突變會更快,以平衡那個負(fù)壓再給C2充電,所以C2的正壓差也大.從測試結(jié)果也可看出,以前的正壓差可達:
271V,所以Vds=304(Vbulk)+271=575V ,(如第一貼的附件)
而今天有能量回饋的波形得到:C2的正差壓只有:241V,當(dāng)然Vds也會小些,所以參數(shù)設(shè)計合理,其對Vds 的作用也就不一樣.
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2006-03-08 21:41
@king0072000127
能量沒有回饋到C1,只是在開關(guān)off時,Vds電壓上升的斜率減小了,off時的開關(guān)損耗會有減小!
以鄙人之見,效率提高了,不一定是能量回收了,只是諧振回路的損耗減小了.主要在于你的LC材料上要有講究.你的諧振頻率在500KHz左右,你選的鐵心帶寬夠?qū)拞?你選的C的DF夠小嗎?電感我有選過低磁導(dǎo)率寬頻帶的CORE,電容我有用低DF的聚酯電容.
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monikel
LV.5
17
2006-03-08 21:47
@king0072000127
以鄙人之見,效率提高了,不一定是能量回收了,只是諧振回路的損耗減小了.主要在于你的LC材料上要有講究.你的諧振頻率在500KHz左右,你選的鐵心帶寬夠?qū)拞?你選的C的DF夠小嗎?電感我有選過低磁導(dǎo)率寬頻帶的CORE,電容我有用低DF的聚酯電容.
以前的設(shè)計參數(shù)不理想,以今天的參數(shù):L1=430uH, C2=4700pF,
諧振頻率將在:F0=112kH.
我今天選的也是低磁導(dǎo)率的,而且從電感電流在Ton結(jié)束時仍有>0,可以得證它是在以L1,D2, D1,C1回路流過,將部分能量回饋到C1,因為此時電容C2也是在充電過程中(1端電位在上升).
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2006-03-08 21:52
@monikel
以前的設(shè)計參數(shù)不理想,以今天的參數(shù):L1=430uH,C2=4700pF,諧振頻率將在:F0=112kH.我今天選的也是低磁導(dǎo)率的,而且從電感電流在Ton結(jié)束時仍有>0,可以得證它是在以L1,D2,D1,C1回路流過,將部分能量回饋到C1,因為此時電容C2也是在充電過程中(1端電位在上升).
是不是頻率降了,效率高了???
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monikel
LV.5
19
2006-03-08 21:53
@king0072000127
是不是頻率降了,效率高了???
沒有,效率是以同一個電源來評估的,只是切入兩組LC參數(shù).
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monikel
LV.5
20
2006-03-08 21:54
@king0072000127
是不是頻率降了,效率高了???
要不然就沒有可比性了,且電源之間相差1~2W是正常的.
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monikel
LV.5
21
2006-03-08 21:56
@king0072000127
是不是頻率降了,效率高了???
請問一下以你們的經(jīng)驗一般LC參數(shù)選取多少?
這個與開關(guān)頻率與Duty有關(guān)(相對應(yīng)來說).
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2006-03-08 22:00
@monikel
請問一下以你們的經(jīng)驗一般LC參數(shù)選取多少?這個與開關(guān)頻率與Duty有關(guān)(相對應(yīng)來說).
我是說LC的諧振頻率降低了,損耗小了,效率提高了.
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zjueexuye
LV.4
23
2006-03-08 22:01
@monikel
沒有,效率是以同一個電源來評估的,只是切入兩組LC參數(shù).
從你的波形來看,電感電流峰值在0.5A左右,那按照L*i^2=C*u^2,計算出來的電容電壓波動有150V左右,那為什么不考慮把電容值取得再大一些,一來電感可以取小,二來Turn off時候,Vds上被嵌位的電壓也可以更小

沒實際做過,隨便說說,
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monikel
LV.5
24
2006-03-08 22:06
@king0072000127
我是說LC的諧振頻率降低了,損耗小了,效率提高了.
你說的是也就LC大了,電流小了,假設(shè)回路阻抗是一樣的話,損耗也就小了,對嗎?(因為以頻率的來說了,你Mos開關(guān)一次,它就要諧振一次,應(yīng)該是不會有影響的),
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monikel
LV.5
25
2006-03-08 22:10
@king0072000127
我是說LC的諧振頻率降低了,損耗小了,效率提高了.
實際我今天做的LC諧振回路阻抗倒大了,因為L的圈數(shù)以前的30Ts變到86Ts,且線徑用得細(xì),有測量過,
以前的RL=0.03歐姆,今天的:RL=0.33歐姆.
不過這個損耗很難計算,我主要看L1的電流確實有回流到C1就好,既然有電流流過電容,當(dāng)然會對電容充電,也就有能量回收.不知這樣說兄臺是否同意?
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monikel
LV.5
26
2006-03-08 22:13
@zjueexuye
從你的波形來看,電感電流峰值在0.5A左右,那按照L*i^2=C*u^2,計算出來的電容電壓波動有150V左右,那為什么不考慮把電容值取得再大一些,一來電感可以取小,二來Turnoff時候,Vds上被嵌位的電壓也可以更小沒實際做過,隨便說說,
明白你的意思,但這個規(guī)格(500V以上)的大電容不易得到,22nF的就很少見了.
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zjueexuye
LV.4
27
2006-03-08 22:15
@monikel
實際我今天做的LC諧振回路阻抗倒大了,因為L的圈數(shù)以前的30Ts變到86Ts,且線徑用得細(xì),有測量過,以前的RL=0.03歐姆,今天的:RL=0.33歐姆.不過這個損耗很難計算,我主要看L1的電流確實有回流到C1就好,既然有電流流過電容,當(dāng)然會對電容充電,也就有能量回收.不知這樣說兄臺是否同意?
確實回流了,電感電流是線性下降的
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monikel
LV.5
28
2006-03-08 22:18
@zjueexuye
從你的波形來看,電感電流峰值在0.5A左右,那按照L*i^2=C*u^2,計算出來的電容電壓波動有150V左右,那為什么不考慮把電容值取得再大一些,一來電感可以取小,二來Turnoff時候,Vds上被嵌位的電壓也可以更小沒實際做過,隨便說說,
其實你那個公式L*i^2=C*u^2中的電感能量已經(jīng)是除去了回路阻抗上損耗的能量,由測試波形看就好,波動為:232-(-50)=282V,這才是它真正的電壓波動,且你要考慮電源AC ON 時Vds會有更大的電壓,也就C2的電壓波動會更高,所以應(yīng)該選500V以上的.
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monikel
LV.5
29
2006-03-08 22:20
@zjueexuye
確實回流了,電感電流是線性下降的
瞬間接近直線下降,因為有電壓突變.
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zjueexuye
LV.4
30
2006-03-08 22:24
@monikel
明白你的意思,但這個規(guī)格(500V以上)的大電容不易得到,22nF的就很少見了.
你用的是什么電容啊?一般的CBB電容可以用嗎?
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2006-03-08 22:26
@zjueexuye
確實回流了,電感電流是線性下降的
同義.你其實是在ON的時候,LC只諧振了一半(電感電流從0增加到最大);在OFF時,電感電流從最大降到0時,只能通過D1,D2回流到C1.
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