关于TC442X芯片在高频小特斯拉线圈上的应用探索

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t79441

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rb-sama1 年前 -2016-03-31 23:14t79441
之前我在高压版块发过两个关于小TC的帖子,内容基本上是定性定量分析了一下大家喜闻乐见的自激特斯拉线圈驱动电路的特性。
之后我一直在考虑,这么大的线圈,只能出这么小的电弧吗?按照电流密度来计算,这个小线圈至少能承受百W下的功率输出。
于是我开始搜集关于这种自激小TC的技术资料。在国内外各大爱好者社区搜索最后得到的结果可以总结为两类
1:多级放大型
2:专业芯片放大型
1型放大器目前尚无一个能定型下来,并且被论证的经典电路。且多级放大与电路元件的功率耗散以及工作点调节有关。
需要示波器多点监控,分级匹配。普通爱好者要达到制作一次成功的目的,相对来说比较困难,由于2型电路相对元件较少。
故本帖子重点讨论2型电路在小TC上应用的特性和规律,并且分享我自己做实验过程中产生的一些有意思的思考。
基于自激特斯拉线圈的特点,可以从科创论坛帖子代号:74008、73754中详细了解。
其中能总结出设计这种小TC的特征。
1:要对频率为LC谐振频率的频率分量进行选频
2:放大电路本身要有特定放大带宽
3:输出必须阻抗匹配
基于以上三点,可以以伊朗Electroboom网站中的下图图做基本实验模型来尝试。
261988


  • R1 = 2 Ohm
  • R2 >= 22kOhm
  • D2 = 1N4148, or 1N400x (x is a number)
  • U1 = MIC4452 (MIC4452YN is the through-hole version)
  • Q1 = 2SK2542 (This is an obsolete part. You can replace it with similar N-CH, >=500V, RDSon<2Ohm, >40W power)

可以看到这张电路图对比于“杀手励磁器”电路元件只多了2个,可以认为需要调试的地方不多。
且能够在制作的时候,较容易的保持一致性。
对本图简单的分析如下:R2 D2为U1提供基础电压偏置,由于R2阻值选择较大。所以由次级线圈Ls与分布电容Cs产生的谐振电压能够被U1内部的钳位二极管变成与LC谐振频率相同的方波。而由U1输出一个低阻抗,高电平的驱动信号,经过R1驱动Q1的栅极,并且通过单端激励将能量通过耦合传递给次级线圈Ls。这个过程不断增强,从而维持电路的稳定震荡,并且在Ls高端输出高频高压,从而产生美丽的紫色电弧!
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为了让大家看清楚,特意拆掉了TC4422。这个PCB反面我全部覆铜,用来方便标准传输线理论计算。
由于机智如我QwQ,我成功的完成了在一面上布线的艰巨任务!反面是则紧贴散热片方便散热。
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焊好后是这样的,因为没有地方放退耦电容,所以我的蓝色瓷片和电解电容是搭棚焊接的。
这一点不利于批量生产,但是又不知道怎么解决高度问题,所以尚待解决。
电解电容是16V 470uF,瓷片电容220p。得益于此,这个小TC的声音很安静。
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然后随意的切了几片亚克力,初级线圈使用100*0.06的丝包紫铜线。这是为了避免趋肤效应带来的线圈发热,事实证明这是必须的。
放电端用了一个带尖端的机米螺丝。这样一来整个小TC的骨架就搭好了。
261992


然后绕个小线圈,把骨架插♂进去。事实证明配合得还不错,然后用亚克力胶固定密封。
这样一台小线圈就完成了!
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时间线倒回PCB板刚做好的时候。
PCB板刚刚焊接好的时候,发现一个问题。也就是不能顺利启动。
这个问题很奇怪,困扰了我一天,表现的情况就是,有时候插电能够启动,有时候会慢慢变暗直到电弧熄灭。
这令我百思不得其解,所以我怀疑到了是否由于我加了谐振栅极驱动而导致的。
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在我的设计中,我尝试使用高频磁环来匹配Q1的栅极产生谐振。以便于防止U1的输出变成无功功率。
事实证明这个改动是十分必要的。
由于原作者对于这个电路的驱动频率建议是不高于1MHz,而我的线圈大约工作在2.2MHz。
所以可以通过L1匹配Q1的栅极电容,使得Q1输入为纯正弦波。这时驱动幅电压最高,能够避免Q1工作于线性区而导致大量发热。
最开始我对L1的取值为2.4uH,这个电感量与我的MOS中Cis参数刚好匹配。
但是出现了启动之后不稳定的情况,后来我对Q1的栅极驱动波形作了测试,才发现问题的根本所在。


对整个电路进行分析,可以发现电路中存在两个影响信号通路的因素。
其中为L1 Cis谐振选频电路,Ls与Cs谐振选频回路。其中L1负责对Cis进行无功功率补偿,而Ls与Cs为主线圈回路,其电流信号兼作反馈。
而当电源上电,产生了可以认为是拥有全频谱频率分量的阶跃信号。最终增益则为A=A1+A2 A1与Ls Cs相关 A2与L1 Cis相关。
而A1与A2同时与固有谐振频率有关,简单分析看来,若满足f=1/(2π*√LsCs)=1/(2π*√L1Cis)。则选频回路能够达到最大特定频率增益。


然而由于实际制造因素,这两个选频回路的频率绝对不可能一致。从频谱的角度上分析,也就是说存在一个微小的频率差△F。
这个△F表现在物理学上的最基本因素,是拍频。由于我计算得比较精确,所以这个差频会随着时间的变化,而缓慢影响最终增益A。
从而导致最终会存在一个最小点,这个最小点的值为0db。
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这个原理我也是在测量的时候观察到栅极驱动波形存在以上的变化情况,才推测出这个原因。
所以我的这个小特斯拉线圈开启后,会产生慢慢变弱到0的状态!QAQ


那么为什么固定频率驱动的ClassE线圈应用同样的栅极谐振原理,而不会产生这样的情况呢?
原因很简单,固定频率驱动,其中一个增益是固定的,不会随着反馈量的变化而变化。
而即使产生拍频,也会表现得不明显,也许是音质变难听,也许是高频啸叫。总而言之是因为定频驱动,这个问题并不明显。
但是对于这种自激振荡的电路来说,合理分析反馈环路的各种状态显得尤为重要。


那么如何避免呢?其实很简单,也很意外。也就是把这个选频回路调得与主谐振频率分离开来。
这样的原理其实就是增大△F的大小,事实证明效果很明显。虽然不能做到完全平静无声,但是能够稳定工作了。
由于△F变大,相当于在频率基础上加了一个△F的灭弧(大雾)。
总而言之,是在勉强的情况下在声音与效率中做了平衡。
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解决了上面的问题,我们可以开开心心的玩小TC了。
因为栅极驱动电路工作在12Vpp左右,所以MOS管在有散热的情况下,即使工作在2.5A@12V负载,表面温度也保持在40°C左右。
视频在这。

点击此处查看视频
原视频里的声音还是蛮大的,嘶嘶嘶......。貌似优酷因为转码的原因,把这个当噪音滤掉了?
261995


电弧形状看起来非常漂亮!很像一朵蒲公英,因为之前没做过这个频段的SSTC。所以也没有观察过这个频率下的电弧。
似乎电弧特性表现得不如4MHz那么集中,但是比1MHz 的多一种毛茸茸的感觉。
在这个状况下,TC442X芯片工作的温度依然很高。这个问题我没有解决,时间放长了,整个散热片都会被TC442X带得发热。
难道只能通过再加一级放大来实现稳定工作?


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因为这个小线圈的阻抗匹配的还不错,所以能用3S锂电池驱动。
我后来一次停电的时候,用这台小TC点荧光灯了,亮度还可以2333。就是别靠太近啦,可能会有电磁波照射风险!
261996

这台小TC小到能放进小盒子里,携带起来也非常方便。
下一步我打算给这台小TC加上音频,让它变得更有意思。


就小TC看,这个电路还是满成功的。可以作为单三极管SSTC玩腻的小伙伴,进阶大功率时的又一个选择。
但是需要注意的是,如果要驱动更小尺寸,也就是更高功率的SSTC,必须加入栅极谐振驱动回路。否则TC442X直接烧掉。
在调节谐振的时候,要注意避开拍频点。基本上能做到一次成功!


最后还是希望大家注意安全,玩得开心!
有什么问题和疑问我会在帖子里回复并保持跟进!
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最后提醒,如需转载请在文尾附上本帖地址。^^ 3Q
+1  学术分    1211   2016-04-02   理论结合实践并分享可靠经验

4964645051 年前 -2016-04-01 23:55814556
学习了

cool-co1 年前 -2016-04-02 00:16814561
推场馆???

王WZJ_971 年前 -2016-04-02 07:36814576
这电路我以前做过,简单而且成功率高

qwe1 年前 -2016-04-02 12:03814597
出售套件不

俗世怂人1 年前 -2016-04-02 14:46814616
我的线圈规模是40
mm*70mm,和你的思路不同,我是靠高压把功率推上去,效率非常高37V电流才0.12A我都怀疑数字表是不是坏了,重新机械表测量发现并没有坏,电弧相当可观,超过一厘米了,可以烧铜丝。。可以在PVC管上击穿出花纹并燃烧,关于散热,MIC有一款12A的我记得背面有铜的,还有个办法是把底面的磨了直接焊一块TO247的背板上去,

novakon1 年前 -2016-04-02 17:58814630
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上图是4422的输出特性。

262052


上图是楼主用的IRF530.


直驱的话,上升时间应该在20ns左右。加上50ns延时,共70ns。


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上图是TC442X输入端口特性。楼主的拓扑适用4422.
这里有一个25pF,电容充放电到门限的时间可以根据次级反馈电流和这个25pF计算。


总的来说,电路的这几个环节的时延都是比较容易计算的,因此我认为没有必要在栅极做LC震荡:整个电路本来可以一起震荡,现在却有了两个频率不同且受不稳定参数(Ciss不稳定)影响的振荡器需要调谐到同一个频率。


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上图是442X的consumption,楼主的工作频率是90mA左右,按100mA计,12V就是1.2W。


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楼主用的封装,117度/W,按照气温20度、发热1.2W计,结温至少160度。


故连续谐振状态下(开关频率 = 谐振频率),100%烧。
楼主串uH到栅极,实际上是降低了4422的平均输出功率(两个谐振频率不一致导致所谓“拍频”,功率减半,类似间歇工作),防烧。
后果是对IRF530驱动效果变差了(线性区时间更长),530发热。

解决方法:改回直驱,换其他散热更好的封装的4422。另外要检测530漏极波形,栅极开关快了,漏极容易有尖峰,要有一定的限制措施(栅极适当串几欧姆的电阻)。
改回直驱之后又会变为连续谐振,功率就大了。如果想在一半功率工作(省掉散热),可以通过添加合适的逻辑电路,实现跳脉冲驱动(即脉冲频率 = 谐振频率/2),降低平均功率(yanli对此深有研究)。从降低4422发热的效果上看,跳脉冲驱动和栅极串uH是一样的,但是直驱的话530的发热会更小。

以上是从电力电子的角度出发,提高效率、稳定性和成功率的一点意见。缺点嘛,当然是元件变多了。不过解释清楚楼主的工作模式还是很重要的,楼主应该上示波器实测波形图,帮助大家更好的理解那个栅极电感的作用。

rb-sama1 年前 -2016-04-02 18:33814633
引用 cool-co:
推场馆???
对 IRF520。

rb-sama1 年前 -2016-04-02 18:33814634
引用 qwe:
出售套件不
可以考虑哈!等大家完善了 弄个开源套件!

rb-sama1 年前 -2016-04-02 18:35814635
引用 俗世怂人:
我的线圈规模是40
mm*70mm,和你的思路不同,我是靠高压把功率推上去,效率非常高37V电流才0.12A我都怀疑数字表是不是坏了,重新机械表测量发现并没有坏,电弧相当可观,超过一厘米了,可以烧铜丝。。可以在PVC管上击穿出花纹并燃烧,关...
不错啊 TC4452是不是也可以呢?
线圈规模大了,就不需要栅极谐振电阻了。
因为频率会降低,做起来相对要考虑的东西就没有那么多啦。
至于TO247 这个体积可能不是很允许,如果做成PCB+线圈的分体形式也许是个不错的选择~

qwe1 年前 -2016-04-02 18:50814639
引用 rb-sama:
可以考虑哈!等大家完善了 弄个开源套件!
还有我想知道那么细的线怎么绕的

rb-sama1 年前 -2016-04-02 19:09814645
引用 俗世怂人:
我的线圈规模是40
mm*70mm,和你的思路不同,我是靠高压把功率推上去,效率非常高37V电流才0.12A我都怀疑数字表是不是坏了,重新机械表测量发现并没有坏,电弧相当可观,超过一厘米了,可以烧铜丝。。可以在PVC管上击穿出花纹并燃烧,关...
而且貌似如果加大输入电压的话,初级线圈匝数需要增加。
如果按你说的参数来计算,也有40W左右的功率了,但是似乎耐压受不了啦。
这个电路如果用TO247封装的MOS,体积上要考虑放进底座。
不过就单纯设计电路来讲,我建议仔细选型Cis小于1nF的MOS。
输入40V,则耐压至少在6倍以上,且谐振栅极驱动的本质也会存在不小线性区。
所以需要导通电阻也较小,所以其实不是那么好均衡。加上图腾可能会好一点?

rb-sama1 年前 -2016-04-02 19:37814648
引用 novakon:
上图是4422的输出特性。



上图是楼主用的IRF530.


直驱的话,上升时间应该在20ns左右。加上50ns延时,共70ns。



上图是TC442X输入端口特性。楼主的拓扑适用4422.
这里有一个25...
破X基于数据图表的分析十分精彩,赞一个!
不过就这个电路来讲,如果TC4422直接驱动MOS管,工作不了一秒会直接烧掉。
似乎并不符合官方给出的数据表格给出的结果。破x能不能一起分析下是什么离散参数影响理论情况数据导致的?
至于会考虑用栅极谐振原因其实是,首先TC442X输出结构是一个图腾,对于方波输出,是一个纯容性的负载,而纯容性的负载往往会使得内部开关管承受应力增加。
分析到单个波形上就是,前半个周期给电容充电,后半个周期直接给电容短路,会形成电流尖峰。
而栅极谐振能增加电压驱动幅度的原理,实际上是利用槽路中LC谐振时会储存能量的原理,利用电压型谐振的特点,将Cis端驱动电压整体提高,使得线性区时间总体减少。来减小开关管的发热。对于TC442X芯片而言,此时实际上是每个周期给LC谐振电路补充线路电阻消耗的能量,这个能量的大小,远远小于直接给容性负载充放电的能量。
所以我在实际测试的过程中也发现,使用了栅极谐振驱动,驱动电压增加了。TC442X的发热得到了较大程度的控制,至于拍频灭弧,我同意对降低也是有贡献的,而且很明显。但是应该不是主要的原因。
所以综上几个因素,不能直接套用图表中直驱容性负载的曲线来计算,也不能这样来直接得出TC442X芯片的温度了。

至于去掉谐振驱动,我认为破X的想法是可以实施的,出于阻抗匹配的思路。在驱动的时候,串入一个栅极驱动电阻,使用门限电压较低的MOS,也能达到栅极驱动一样的效果。
因为MOS管处于线性区的时间也减少了,发热能得到有效的控制。但是相应的MOS管耐压可能会降低,对于这里面的选型要做一个平衡!
至于还有一种方法就是变压器阻抗匹配,这个我试过,但是没有成功起振。原因可能与电路的瞬态响应有关,但是具体原因未明。

所以说基本上要想超频率使用MOS,都是需要在栅极驱动谐振上下功夫。至于拍频带来的负面影响,如果不嫌麻烦,建议弄一个双谐振选频,能得到近似于一个平台的带通增益区。可以避免这个问题,另外就是加辅助驱动信号。

不过其实这些都偏离了简单易做小TC的初衷了,但是对简单事物的展开分析,对提升自己设计稳定电子线路的能力是很有帮助的!
希望版块里多一些这样的高质量回帖[s::lol]

rb-sama1 年前 -2016-04-02 19:38814649
引用 qwe:
还有我想知道那么细的线怎么绕的
上绕线机让窝妹子绕的QwQ

rb-sama1 年前 -2016-04-02 19:46814650
引用 novakon:
上图是4422的输出特性。



上图是楼主用的IRF530.


直驱的话,上升时间应该在20ns左右。加上50ns延时,共70ns。



上图是TC442X输入端口特性。楼主的拓扑适用4422.
这里有一个25...
另外貌似跳脉冲调制,盐神用CPLD实现过= =。
有啥小封装的CPLD可推荐吗,貌似EPM系列的都是那么大一坨,我怕放不进底座里啊。

如果仅仅是为了减小发热量,除了调好栅极谐振阻抗匹配之外,还有一招。
那就是在输入部分,使用二极管对TC442X logic输入端口形成一个线与非逻辑。
然后通过这个二极管灌入灭弧信号,也就是占空比较小的方波,我还没试过这么小的TC加灭弧是个什么样子呢。
至于灭弧信号,可以用一个3X3封装的STM8来生成。
不过这个电路貌似可开发的余量并不是很高,因为TC442x的Vcc最大只有18V。不然可以试着输入高压,应该能弄成类似DRSSTC那样的高频拓扑。
脑洞好大23333~

rb-sama1 年前 -2016-04-02 19:58814654
栅极驱动波形没拍下来= =。
用这篇论文凑合下。

摘要:
通过在功率MOSFET栅极驱动回路增加附加电感,利用栅极电容与附加电感的能量交换实现谐振栅极驱动,从而降低驱动功率损耗.
保证该电路可以在高频情况下正常运行.实验验证了该方法的正确性与实用性.
作者:
沈刚 王民华
作者单位:
西安理工大学

smith1 年前 -2016-04-02 20:39814663
1MHz ~ 4MHz的频率范围,不知道对手动使用搭棚或者万用表的焊接有没有限制(应该对信号完整性要求还好[s::lol]),如果不需要做PCB的话,这个确实是我们这些DIY微型TC又想进阶的福音

smith1 年前 -2016-04-02 20:41814664
伊朗Electroboom是不是那个经常在y2b投稿,视频经常逗逼搞笑的那个炮哥

rb-sama1 年前 -2016-04-02 20:49814667
引用 smith:
1MHz ~ 4MHz的频率范围,不知道对手动使用搭棚或者万用表的焊接有没有限制(应该对信号完整性要求还好),如果不需要做PCB的话,这个确实是我们这些DIY微型TC又想进阶的福音
[s::lol]
这个频率范围,4C/F长度有几十米了。只要接线不要太长,应该是没问题的。

只是接线的时候,要注意避免引入过多杂散参数,如果布线没弄好。
可能输入信号被分布电容短路到地,或者出现被分布电感衰减都是有可能的。。。
用PCB可能会比较保险一点。

rb-sama1 年前 -2016-04-02 20:49814668
引用 smith:
伊朗Electroboom是不是那个经常在y2b投稿,视频经常逗逼搞笑的那个炮哥
= =。对就是那个大叔 逗比一个

novakon1 年前 -2016-04-02 20:59814672
不过就这个电路来讲,如果TC4422直接驱动MOS管,工作不了一秒会直接烧掉。
似乎并不符合官方给出的数据表格给出的结果。破x能不能一起分析下是什么离散参数影响理论情况数据导致的?
官方数据表就是解释了直接驱动为什么会烧掉:因为2MHz下,发热量实在太高了,而你用的SOIC封装散热不好。一秒足够了。
按照数据表,如果换成有散热片的封装的4422,在2MHz下驱动500pF负载,是完全没有问题的。
你对开关应力的担忧纯属多余,这个片子设计是可以无压力直接驱动10nF的(当然频率就必须降低一些)。
这个其实等我有空了,可以做个试验,就用SOIC封装4422去推500pF的负载,信号发生器给1MHz,片上功耗大概是0.6瓦,芯片结温应该在100度上下,用风扇使劲对着吹,应该不会烧。


另外我刚刚想起来的是:板子电源退耦太糟糕了,你推500pF的栅极,结果4422电源瓷片只有220pF,这样不好,连基本的瞬态电流都提供不了(这很有可能也是秒烧的原因)。4422退耦应该用100nF + 10nF,而且要尽量近。

rb-sama1 年前 -2016-04-02 21:14814677
引用 novakon:
官方数据表就是解释了直接驱动为什么会烧掉:因为2MHz下,发热量实在太高了,而你用的SOIC封装散热不好。一秒足够了。
按照数据表,如果换成有散热片的封装的4422,在2MHz下驱动500pF负载,是完全没有问题的。
你对开关应力的担忧...
哦 所以我才加谐振驱动,避免直接损耗那么大的功率。
用散热片封装的,确实能稳定工作。但是我想试试用小IC加上合理的电路设计能否稳定工作。
现在做到了工作一分钟左右散热片烫手,但是不会烧掉。
如果用散热片封装的,加上栅极谐振应该能做到双重保险。

如果破x能做个实验就好了,这样就能直接利用参数来设计了。
除了1MHz情况下的发热,最好也测一下2.2MHz左右的发热。
可能会比想象的要高。不过如果要加风扇的话,那干脆做个分体驱动盒算了= =。

关于板子电源退耦的问题,确实是少了点。
这个电解电容的自谐振频率绝对小于100K,而我当时也考虑了这个原因。
实际上加大这个退耦电容,使用并联多个220PF来降低ESL。
直接驱动也是秒烧。

所以还可能还不是退耦没做好的问题。

novakon1 年前 -2016-04-02 21:18814679
另外layout有问题。

262069



绿线是楼主的layout。
橙色是我做出的修改。
理由有两个:
1. 驱动回路面积小了,等效电感小了,可减少ringing,美化驱动瞬态波形。对于这种9A驱动电流的芯片,这一点及其重要。
2. 工作电流会在外侧绿线上产生一个压降。将这个压降排除在驱动电压之外,可减少ringing。
ringing相当于驱动电流在驱动管上往复流动,会显著增加驱动功耗,结果可能不到1MHz就烧了。

我刚才没有仔细看PCB,后来想到TC4422驱动电流最大是9A,才检查了一下layout。楼主的layout在MHz开关频率下,是极容易导致芯片烧掉的。
这类电路的layout设计,可以参考我关于电动车控制器的帖子,里面提供了很多资料。

novakon1 年前 -2016-04-02 21:20814680
引用 rb-sama:
哦 所以我才加谐振驱动,避免直接损耗那么大的功率。
用散热片封装的,确实能稳定工作。但是我想试试用小IC加上合理的电路设计能否稳定工作。
现在做到了工作一分钟左右散热片烫手,但是不会烧掉。
如果用散热片封装的,加上栅极谐振应该能做到双重保险...
并联多个220pF,距离100nF还是有数量级的距离。

rb-sama1 年前 -2016-04-02 21:20814682
引用 novakon:
官方数据表就是解释了直接驱动为什么会烧掉:因为2MHz下,发热量实在太高了,而你用的SOIC封装散热不好。一秒足够了。
按照数据表,如果换成有散热片的封装的4422,在2MHz下驱动500pF负载,是完全没有问题的。
你对开关应力的担忧...
其实最后我觉得就是和你说的一样。
这个封装用在2MHz直驱500pF散热实在不够。就导致直接烧了。
但是用TO220封装的体积又放不下。

这样看来要DIY的话,要么就加电阻牺牲驱动速度。要么就栅极驱动吧。
现在综合看来,要进一步简单这个电路,要找到一款开启门限电压较低。
Cis小于500pF,导通电阻接近于IRF530的MOS。

这样就能简单的加个电阻,避免谐振驱动的拍频弊端了。

rb-sama1 年前 -2016-04-02 21:26814685
引用 novakon:
另外layout有问题。




绿线是楼主的layout。
橙色是我做出的修改。
理由有两个:
1. 驱动回路面积小了,等效电感小了,可减少ringing,美化驱动瞬态波形。对于这种9A驱动电流的芯片,这一点及其重要。
...
= =。你弄错我的layout了,具体请仔细查看TC4422datasheet的Pin图。
地线环路阻抗问题我特意考虑了的。

下面那根你认为是地线的line,实际上是+,那个端口连接至线圈A端。
而地线直接接至右端负电源输入端口,虽然会有影响,但是经过铺锡处理,影响亦可接受。

不仅仅是电动车电路中,许多强弱信号混合布线时都要注意接地问题。
其实在电流型开关电源电路里,对于地线环路阻抗的需求更高。往往需要差分放大才能满足一些高精度需求。

另外关于电源退偶的问题,我描述的不够清楚。
烧芯片我第一时间考虑的就是是否退耦不够,我还有一种黄色独石电容,标称104。
也并上去试过,还是不能直驱哦。

另外制作的时候,发现一个问题就是挂示波器在电源输入端。
如果不加电解电容,输入电压噪声会很大。在这个电路里,这个电解电容对稳定工作贡献其实更大。

novakon1 年前 -2016-04-02 21:33814686
引用 rb-sama:
其实最后我觉得就是和你说的一样。
这个封装用在2MHz直驱500pF散热实在不够。就导致直接烧了。
但是用TO220封装的体积又放不下。

这样看来要DIY的话,要么就加电阻牺牲驱动速度。要么就栅极驱动吧。
现在综合看来,要进一步简单这个电...
你刚才不是说灭弧嘛,重新layout一下,放一个贴片555应该是可以的。
你这个难layout是因为你没有在背面走线。我要再批评一下(别介意),100MHz左右的频率,并没有必要做传输线,但应该尽量减小电流回路的面积,以及一定要做好4422的退耦,100nF最好在PCB上直接放贴片。



总之,我会做实验的,到时让实验数据说话。

novakon1 年前 -2016-04-02 21:37814690
我不认为我有弄错你的layout。

262075

rb-sama1 年前 -2016-04-02 21:45814694
引用 novakon:
你刚才不是说灭弧嘛,重新layout一下,放一个贴片555应该是可以的。
你这个难layout是因为你没有在背面走线。我要再批评一下(别介意),100MHz左右的频率,并没有必要做传输线,但应该尽量减小电流回路的面积,以及一定要做好442...
你仔细看下,地线并没有太长环路。这个就算我用洞洞板做都是会考虑的。
既然如此在意地线环路电流问题给驱动信号带来的串模干扰。
其实论证的方法很简单。
串模干扰如果影响到TC442X的正常工作,那么能在驱动信号上看到非常明显的干扰信号。

另外不考虑传输线,按我layout中的走线来看,电感量为十nH级,电阻为十几mΩ级。
2MHz,约为2A的电流,能在这段普通导线上产生多大的压降呢?
用欧姆定律做一个乘法,当然要考虑进电感带来的复阻抗。
可能约为为几十mV,而TC442x这款芯片应用于MOS驱动,设计时是有一定容差度的。

但是在这个电路里,退耦没做到位,以及环路问题,似乎并不够支持成为TC442x损坏的证据。
如果说由于地线环路设计的不周到,导致TC442x工作不稳定导致的损坏。
这样的分析显然有点想当然,当然破x提的意见是非常重要而且有借鉴意义的。


不过对于商业电子产品来讲,设计时追求一个极致的稳定性,还是合理的稳定性。
也是一个一直在争执的话题。

rb-sama1 年前 -2016-04-02 21:52814697
引用 novakon:
我不认为我有弄错你的layout。
我来画张图补充理解一下吧。
262076




红色线经过的路径为驱动信号路径,兰色为功率电流路径。
在“重叠区”功率电流路径对驱动信号产生串模干扰,而这个穿模干扰是能够被量化的。
不论是测量,还是计算。


不足以影响TC442x工作稳定性至于直接损坏。
22L的帖中的layout方向是错的,你后来补充的这个没问题。

如果纠结这段大约2cm的镀锡铜线,请仔细看28L内容。

novakon1 年前 -2016-04-02 21:53814698
引用 rb-sama:
你仔细看下,地线并没有太长环路。这个就算我用洞洞板做都是会考虑的。
既然如此在意地线环路电流问题给驱动信号带来的串模干扰。
其实论证的方法很简单。
串模干扰如果影响到TC442X的正常工作,那么能在驱动信号上看到非常明显的干扰信号。

另外...
这个其实没有关系,到时候让实验来说话。按照规则,是不可以以资历作为论据的,那我只能亲自做实验来向你证明了。

另外,真的,上个波形图吧……这样比你说“波形没问题”更直观一些。

rb-sama1 年前 -2016-04-02 21:57814701
引用 novakon:
这个其实没有关系,到时候让实验来说话。按照规则,是不可以以资历作为论据的,那我只能亲自做实验来向你证明了。
如何设计实验呢?
实验为了验证什么呢?

破x别激动,消消气,我相信破x 的电子设计资历。

我其实并没有否认你说的这个封装不能直驱500pF。
我相信TO220是能直接驱动500pF负载的,也相信你如果做这个实验,加强散热没问题。

我的意思仅仅是为了说,在我的这个案例里,直驱失效原因并不是退耦没做好的问题。[s::lol]

rb-sama1 年前 -2016-04-02 22:05814706
引用 novakon:
这个其实没有关系,到时候让实验来说话。按照规则,是不可以以资历作为论据的,那我只能亲自做实验来向你证明了。

另外,真的,上个波形图吧……这样比你说“波形没问题”更直观一些。
话说真的虽然规则里面不能以资历为论据。
但还是请相信我,我绝对用黄色独石104做过退耦,真烧。

这段线也不足以影响到TC442x正常工作,如果超级强迫症。
我下次做个实验,把这根线连根切断,然后飞一根粗线到MOS的S极。

然后最短距离并联104+103。如果还是直驱烧。
就是破x你之前分析的,这种封装耗散功率太小的原因。

俗世怂人1 年前 -2016-04-03 06:57814745
引用 rb-sama:
而且貌似如果加大输入电压的话,初级线圈匝数需要增加。
如果按你说的参数来计算,也有40W左右的功率了,但是似乎耐压受不了啦。
这个电路如果用TO247封装的MOS,体积上要考虑放进底座。
不过就单纯设计电路来讲,我建议仔细选型Cis小于1n...
我是经典图直接换三极管初级不变把电阻弄到51K,电流小电压大,,我那个是0.12A怎么会算出40W。。。。。。

俗世怂人1 年前 -2016-04-03 07:00814746
引用 smith:
1MHz ~ 4MHz的频率范围,不知道对手动使用搭棚或者万用表的焊接有没有限制(应该对信号完整性要求还好),如果不需要做PCB的话,这个确实是我们这些DIY微型TC又想进阶的福音
表示完全可以乱搭的。。。。。

novakon1 年前 -2016-04-03 10:30814776
引用 rb-sama:
如何设计实验呢?
实验为了验证什么呢?

破x别激动,消消气,我相信破x 的电子设计资历。

我其实并没有否认你说的这个封装不能直驱500pF。
我相信TO220是能直接驱动500pF负载的,也相信你如果做这个实验,加强散热没问...
我只是想说,你的直驱驱动烧掉有两个原因共同作用:一个是驱动回路寄生电感过大,脉冲边沿作为激励时,会和栅极电容共同产生一个100-200M左右的高频振荡,高频电流往复流过驱动管,导致损耗变为标称值的2-4倍,另可能导致latch-up;第二个原因是,即便你通过栅极电阻将驱动边沿变缓,消除了高频振荡损耗,减少了电压尖峰,但只要开关频率不变、每次栅极充入电荷量不变,4422上的损耗和不使用栅极电阻时,是一样的。

因此,要避免超额使用,既需要栅极电阻的帮助,也需要layout的完善,也需要降低频率使用。我希望通过实验向大家证明,只要这三个条件满足,4422推到极限驱动频率1MHz,驱动500pF,是可以完全正常工作的,不会烧掉。届时还希望可以用定频1MHz 25%占空比的方波,向谐振系统注入2MHz成分,实现和楼主一样的效果。

novakon1 年前 -2016-04-03 10:33814778
引用 rb-sama:
你仔细看下,地线并没有太长环路。这个就算我用洞洞板做都是会考虑的。
既然如此在意地线环路电流问题给驱动信号带来的串模干扰。
其实论证的方法很简单。
串模干扰如果影响到TC442X的正常工作,那么能在驱动信号上看到非常明显的干扰信号。

另外...
10nH上面,按照4422开关时的 di/dt,是可以产生很高的感生电压的。这里不适合用平均工作电流来计算压降。

warmonkey1 年前 -2016-04-03 11:48814799
昨天black提到PCB导热问题。铝基板有双面pcb的,价格比较贵。用极薄的PCB可以实现类似效果。再不行可以用氧化铝基板。
关于FPGA,可以选择Actel的产品。抗干扰没问题,最小封装QFN48。

另外black的板子上,环路面积实在是太大了。
假设MOS的S极到插针的电流是2A,蓝线长度2cm,4424-G-S-插针 这个环路面积1cm2
B=u0I/(2πR) u0=4*pi*1e7; 在区域Z对B积分,Z为环路区域(简化为0.5*2cm长方形)
0-r范围内的磁通phi[r]=Integrate[B[rr],{rr,0,r},r>0]=log[r]*u0*I/(2*pi)
总磁通w=0.02*(phi[0.005]-phi[10^-30])=5.1e-7T (挖去r=0的点)
假设电流变化率是2A/0.5us,感应电动势V=dw/dt=5.1e-7Wb/0.5us=1.02V
因为这绕的一圈,G上面有1V的感应电压,太坑爹了。。。

对于如此变态的应用,强烈建议尝试GaN器件。虽然价格贵一点,但是用一个就能解决问题啦。

rb-sama1 年前 -2016-04-03 20:30814910
引用 俗世怂人:
我是经典图直接换三极管初级不变把电阻弄到51K,电流小电压大,,我那个是0.12A怎么会算出40W。。。。。。
抱歉 计算错了。。。这么说来只有3W左右,电弧能达到1cm?
是不是测量有错误

rb-sama1 年前 -2016-04-03 20:31814911
引用 俗世怂人:
表示完全可以乱搭的。。。。。
额 貌似不能这样吧。
按猴子和破x的计算结果来看,我的电路的退耦以及地线环路放置问题。
可能直接导致了直驱失效,如果乱搭会不会出问题。。。

rb-sama1 年前 -2016-04-03 20:36814915
引用 novakon:
我只是想说,你的直驱驱动烧掉有两个原因共同作用:一个是驱动回路寄生电感过大,脉冲边沿作为激励时,会和栅极电容共同产生一个100-200M左右的高频振荡,高频电流往复流过驱动管,导致损耗变为标称值的2-4倍,另可能导致latch-up;第二个...
破x说的很有道理!
确实我只考虑到环路串模,对于你说的问题在我的电路里是完全有可能存在的。
下一版我会重新按破x你的建议,把地线接至MOS管的S极,以减少尖峰带来的损耗增加。

期待实验的实施,另外x说的这种模式应该可以认为是跳脉冲驱动。
如果能实现和本帖中一样效果,那么小型TC的驱动电路完善就能更进一步了![s::lol]

rb-sama1 年前 -2016-04-03 21:12814922
引用 warmonkey:
昨天black提到PCB导热问题。铝基板有双面pcb的,价格比较贵。用极薄的PCB可以实现类似效果。再不行可以用氧化铝基板。
关于FPGA,可以选择Actel的产品。抗干扰没问题,最小封装QFN48。

另外black的板子上,环路面积实在...
哦哦明白了 QFN48确实已经很小了。
超薄pcb的工艺一般pcb打样厂好做吗?

没想猴子计算出来有这么大的感生电动势,真是令我大吃一惊!
我不太明白为何驱动信号只与功率电路共用一段导线,却要用磁通感应的方式来计算。
因为即使按照V=L*dI/dt来计算,2A/0.5uS在10nH电感与10mΩ共同作用在导线上只会产生60mV的感生电压。
如果按猴子的计算方法,2A/0.5uS的电流变化率带来的磁通量变化率会完全作用于驱动信号环路。
但是两个单匝线圈之间似乎并不是共享所有磁通面积,用磁通模型来计算这个干扰电压在这个电路里是否有点不太准确?
另外毕竟我的电路背面全覆铜,并且紧贴铝散热器。这样高的磁通变化率应当会被这层铜层感应出电流而损耗吸收。
所以这种计算方法在这个pcb中应用,希望猴子仔细考虑下是否适合。

即使使用猴子的干扰模型,本电路中,感生电动势的相位与驱动芯片输出驱动电压信号同相。
也就是说,产生的干扰对于驱动电压幅度带来的影响是增加1V(按猴子计算值)。
而查表可知IRF530的Gate threshold voltage是2~4V。按比典型值高,为4V来推算。
除去内部压降,TC4422能输出最高电平约为电源电压12V的驱动信号。
而叠加干扰信号,则可能为13V~-1V的驱动信号。

13V应该能完全驱动MOS管的开关了。所以这段地线应当不会造成电路的失效。
所以我还是比较同意x说的是这个震荡电流经过驱动管,导致损耗增加,从而过热导致的损坏。

不过这版layout我肯定会改了,现在看来应当是要尽量缩小驱动环路面积了。
希望修正之后,能节约一个电感。


另外GaN我就别想别想啦,毕竟现在的工作情况还不坏。一般能通过改进电路结构来达到设计目的,我尽量不用更贵的器件。

俗世怂人1 年前 -2016-04-04 08:35814999
引用 rb-sama:
额 貌似不能这样吧。
按猴子和破x的计算结果来看,我的电路的退耦以及地线环路放置问题。
可能直接导致了直驱失效,如果乱搭会不会出问题。。。
但是我真的前期都是一坨解决的。。。

俗世怂人1 年前 -2016-04-04 08:38815000
引用 rb-sama:
抱歉 计算错了。。。这么说来只有3W左右,电弧能达到1cm?
是不是测量有错误
全部机械表测量,没有错,当时我刚测量的时候也是你的想法。。。但是真的测了好多次。。。而且我初次耦合最高要放在次级有效绕线高度最高的地方。。。这几天没法电脑登录KC,比翻墙的还慢。。。图请移步我小尾巴的店里。。。

rb-sama1 年前 -2016-04-04 11:12815011
引用 俗世怂人:
全部机械表测量,没有错,当时我刚测量的时候也是你的想法。。。但是真的测了好多次。。。而且我初次耦合最高要放在次级有效绕线高度最高的地方。。。这几天没法电脑登录KC,比翻墙的还慢。。。图请移步我小尾巴的店里。。。
如果3W左右的功率能出1cm的电弧,那效率确实很高的。
能不能发个帖子分享一下?

俗世怂人1 年前 -2016-04-04 12:26815025
引用 rb-sama:
如果3W左右的功率能出1cm的电弧,那效率确实很高的。
能不能发个帖子分享一下?
我们家最近上不了KC,我再爸妈店里上的,但是移动端上不了图,。。。。”。。

warmonkey1 年前 -2016-04-04 12:54815038
引用 rb-sama:
哦哦明白了 QFN48确实已经很小了。
超薄pcb的工艺一般pcb打样厂好做吗?

没想猴子计算出来有这么大的感生电动势,真是令我大吃一惊!
我不太明白为何驱动信号只与功率电路共用一段导线,却要用磁通感应的方式来计算。
因为即使按...
引线电感贡献了一部分电动势,电阻也是。我觉得这两项太小,所以没有加进去,主要计算影响最大的项目。
我那个计算是等效为变压器,计算十分粗略,相关的变量例如电流斜率都是取得尽可能小的值。
如果要更精确的分析,可以用siwave这类软件。


以前我不理解为什么ir2110要做那么大的封装,接地脚有2个(功率地,数字地),IR2184这些只有一个。
后来做了一次无极灯谐振驱动,我就明白了:和楼主遇到的情况一样,如果只有一个脚,主回路电流会干扰芯片的GND,导致数字信号/栅极驱动出现问题。因为只有一个脚,只能顾及栅极或者数字信号,没法两个兼顾。


楼主可以通过优化布线最小化影响,高压/大电流电路无论如何都没法规避。



推荐楼主使用STB16NF06L 60v 16a 90mR Qgd=7nC

rb-sama1 年前 -2016-04-04 15:44815058
引用 俗世怂人:
我们家最近上不了KC,我再爸妈店里上的,但是移动端上不了图,。。。。”。。
哈哈 没事 有时间了再发哈QwQ

rb-sama1 年前 -2016-04-04 15:54815060
引用 warmonkey:
引线电感贡献了一部分电动势,电阻也是。我觉得这两项太小,所以没有加进去,主要计算影响最大的项目。
我那个计算是等效为变压器,计算十分粗略,相关的变量例如电流斜率都是取得尽可能小的值。
如果要更精确的分析,可以用siwave这类软件。
...
猴子的计算方法让我受益很大,直接等效变压器可能不太好,假设全耦合铜层也等效1T线圈起屏蔽作用。
不过虽然实际耦合过去的能量应该没那么大,但是影响肯定还是存在的,下次我会特意考虑进环路感应因素来设计线路的 。

话说如果有两个脚的话,可以一个脚接地。一个脚接信号地?

是的,这个版本在现在看来确实不是最优解,地线环路在这种情况下能小一点是一点。
这版我用了谐振栅极驱动,影响其实没有那么强烈,但秉着精益求精的思路,下版肯定得改。。。

谢谢猴子,抄收了。我看能不能申请几片样片来试试效果!

Miller1 年前 -2016-04-05 19:59815181
262355

经典电路图我并联了三个d1499三极管,在电源并联了独石电容,加了电源调制的简单灭弧,开到65V电流1.5A有这个效果,线圈9CM多高
用mos管的话我个人感觉直接让mos自激就好了,不用加芯片驱动
262356
这个图你可以试试

rb-sama1 年前 -2016-04-05 21:23815185
引用 Miller:
经典电路图我并联了三个d1499三极管,在电源并联了独石电容,加了电源调制的简单灭弧,开到65V电流1.5A有这个效果,线圈9CM多高
用mos管的话我个人感觉直接让mos自激就好了,不用加芯片驱动
这个图你可以试试
这个电路对线圈规模要求应该较高才对?
有没有用这个电路试过这么小体积的TC能不能驱动。

Miller1 年前 -2016-04-05 21:49815191
引用 rb-sama:
这个电路对线圈规模要求应该较高才对?
有没有用这个电路试过这么小体积的TC能不能驱动。
第二张图是用mos管直接自激驱动的,那个频率理论上能接近mos本身的极限开关频率,我自己用原始三极管的那张图大概就是说频率低一些更可靠,虽然三极管极限10MHZ但是试过小线圈频率5mhz的发热巨大效率特低

Miller1 年前 -2016-04-05 21:50815192
引用 rb-sama:
这个电路对线圈规模要求应该较高才对?
有没有用这个电路试过这么小体积的TC能不能驱动。
你可以试试那张图,很容易成功,irf5xx 6xx都行

rb-sama1 年前 -2016-04-05 23:50815210
引用 Miller:
第二张图是用mos管直接自激驱动的,那个频率理论上能接近mos本身的极限开关频率,我自己用原始三极管的那张图大概就是说频率低一些更可靠,虽然三极管极限10MHZ但是试过小线圈频率5mhz的发热巨大效率特低


这张图我在这个帖子里发过,http://bbs.kechuang.org/read/74008 帖子链接
不同的是,我加了两个齐纳二极管来限压,反馈回电压过高,可能会把栅极击穿。
实际上测试这个电路的时候,我发现电压低了蛮难完全驱动。
你应用在65V的场合确实可能比较合适,低压的话就不知道了,如果有好的经验可以发个详细帖子交流下[s::lol]

xhzz1 年前 -2016-04-06 08:36815221
mark,经典论证讨论

俗世怂人1 年前 -2016-04-06 10:47815232
那个MILLER是盗图狗,原图是德国佬做的,盗图可耻

Miller1 年前 -2016-04-06 12:07815242
引用 俗世怂人:
那个MILLER是盗图狗,原图是德国佬做的,盗图可耻
差评,我又没说是自己做的,图右下角标着作者

[修改于 1 年前 - 2016-04-06 12:17:08]


Miller1 年前 -2016-04-06 12:16815244
262422

这张图原作者说效率也是很高的,楼主也可以试试,而且这种设计支持的频率比较宽泛

Miller1 年前 -2016-04-06 12:18815245
引用 rb-sama:
这张图我在这个帖子里发过,http://bbs.kechuang.org/read/74008 帖子链接。
不同的是,我加了两个齐纳二极管来限压,反馈回电压过高,可能会把栅极击穿。
实际上测试这个电路的时候,我发现电压低了蛮难完全驱动。...
我挺奇怪的一点是用mos管在很低的电压就会被击穿,而用三极管却没事....

rb-sama1 年前 -2016-04-06 16:38815258
引用 Miller:
这张图原作者说效率也是很高的,楼主也可以试试,而且这种设计支持的频率比较宽泛
这个电路能否追频?有两个绕组感觉有点麻烦。
贴个原作者网址吧。

楼主位中的电路做高频基本上封顶2MHz了。
不过低频支持的很好。

三极管因为是电流型的PN结,所以压降基本可以认为固定。
而MOS管输入阻抗很高,很容易就击穿了,所以还是要加钳位二极管比较保险。

Miller1 年前 -2016-04-06 18:09815271
引用 rb-sama:
这个电路能否追频?有两个绕组感觉有点麻烦。
贴个原作者网址吧。

楼主位中的电路做高频基本上封顶2MHz了。
不过低频支持的很好。

三极管因为是电流型的PN结,所以压降基本可以认为固定。
而MOS管输入阻抗很高,很容易就击穿了,所以还是要...
http://teslaundmehr.de/2016/01/27/electrical-torch-hfsstc-plasmaflamme/得翻墙

Miller1 年前 -2016-04-23 18:53817004
楼主,请教个问题,如果要用pnp型的三极管来做励磁器的话,电路图大概应该是什么样的?我自己尝试进行了一些修改但是不成功

rb-sama1 年前 -2016-04-25 15:33817292
引用 Miller:
楼主,请教个问题,如果要用pnp型的三极管来做励磁器的话,电路图大概应该是什么样的?我自己尝试进行了一些修改但是不成功
为什么必须要用PNP型三极管来做?

Miller1 年前 -2016-04-25 18:19817303
引用 rb-sama:
为什么必须要用PNP型三极管来做?
并不是必须用pnp来做,有一些性能特别优秀的音频功放管是pnp管,在npn管里找不到那样参数的....

rb-sama1 年前 -2016-04-26 12:29817379
引用 Miller:
并不是必须用pnp来做,有一些性能特别优秀的音频功放管是pnp管,在npn管里找不到那样参数的....
曾经看过用PNP的图。隐约记得应当是通过电流镜的方法来做放大。
最终的实现方式实际上还是NPN型,因为NPN驱动的时候直接对0电位地提供信号就行。
但是PNP的因为有线圈阻碍,类似一个RFC,所以驱动电路往往比较特殊。
线圈可能要在放在低电位端。

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