[ksv] вот чистый класс E (во вложенном файле). Посмотри ещё класс F. Добавлено: Sat Apr 07, 2012 7:35 pm
|
[ksv] вот чистый класс E (во вложенном файле). Посмотри ещё класс F. Добавлено: Sat Apr 07, 2012 7:35 pm
|
neon, спасибо, понятно. В приложении к стриктору должно получиться что-то вроде этого (первая схема во вложении). Или, скорее, как второй вариант. Он же пойдет и для пьезиков. Минус такого решения, ИМХО, - необходимость высоковольтных транзисторов (при питании от сети). Хотя для низкочастотного ультразвука (десятки кГц) высоковольтные IGBT - не проблема. Зато есть и плюсы - высокий кпд, ZVS и синус на выходе. Ну что же. Это хороший повод подумать о классе Е в этом ключе подробнее. Ну и поэкспериментировать. Интересный вариант.  Добавлено: Sat Apr 07, 2012 8:25 pm
|
Начитался литературы про класс Е.  Даже нашел пару конкретных и довольно свежих статей по использованию инверторов класса Е для питания пьезокерамических излучателей. Вот ссылки - может кого-нибудь заинтересуют:
1. An efficient inverter circuit design for driving the ultrasonic welding transducer 2. A Simple CLASS-E Inverter Design for Driving Ultrasonic Welding System Но чем больше читаю, тем меньше понятен смысл использования инвертора класса Е на низких частотах. На ВЧ, где время переключения становится сопоставимым с периодом колебаний, вопросов нет. А на частотах десятки кГц? Чем одноключевая Е-хреновина лучше обычного полумоста, работающего в режиме ZVS, с НЧ-фильтром на выходе? Почему нужно писать кипятком при слове "класс Е"?  Может кто вразумит? Популярно...Добавлено: Sun Apr 08, 2012 9:44 am |
ksv писал(а): Чем одноключевая Е-хреновина лучше обычного полумоста Имхо. На НЧ в Е-классе должна быть немаленькая индуктивность L1 в приведенных выше схемах, а учитывая что Е однотакт, то на вменяемой мощности применяемость ограничена. Добавлено: Sun Apr 08, 2012 11:00 am |
[MEL], для ультразвука сотни Ватт - это уже вполне нормальный "промышленный" уровень. Поэтому "массогабариты" L1 вряд ли (ИМХО) будут существенным сдерживающим фактором. Я бы сейчас, наверное, поставил бы вопрос так. Является ли "инвертор класса Е" просто обычным однотактным резонансным инвертором тока с переключением в нуле напряжения (ZVS)? Или в нем все-такие есть какие-то хитрые особенности, которые от меня, к сожалению, пока ускользают? Стоит ли вообще о нем думать применительно к низким (десятки-сотня-другая кГц) частотам? ============================== PS 
Забавно, но только сейчас сообразил, что схема увлажнителя воздуха ("зашифрованного" как "гидроионизатор" в статье Белоусова в Radioamator №10,2007) о котором шла речь где-то в начале этой ветки, как раз и должна работать в режиме Е! Вот во вложении картинка, поясняющая это. Слева на картинке - оконечник увлажнителя воздуха из этой статьи. Обведенное красным - это стандартная эквивалентнная схема пьезоэлектрического элемента (один резонанс). Если мы подставим вместо пьезика его эквивалентную схему, то получим как раз базовый вариант инвертора класса Е (на картинке справа). Забавно, не так ли? ------------------------------------------------------ Ну вот, кажется с классом Е все помаленьку и улеглось. По крайней мере - для высоких частот. Заодно мы получили пример простой практической схемы применения класса Е для питания пьезиков. Мда-с... Пожалуй стОит повнимательней посмотреть на класс Е и такую схему включения (!) и на низких частотах. Что-то в этом есть!!! Ну вот на этом пока и все. Выходные прошли не зря... Добавлено: Sun Apr 08, 2012 1:28 pm
|
MEL писал(а): а учитывая что Е однотакт не обязательно. Практически все топологии можно подвести под данный класс. Я давно изучаю класс E и F, но чем больше изучаю, тем больше узнаю всё новое и новое. Добавлено: Sun Apr 08, 2012 4:49 pm |
[neon], ну а все-таки (в применении к инверторам (!)) что такое "инвертор класса Е"? Это резонансный инвертор тока с ZVS? Или что-то еще? Можно ли дать четкое определение? Добавлено: Sun Apr 08, 2012 4:58 pm |
там не всё так просто. Класс E достаточно широкий и в 2-х словах не описать. Вот для примера смотри: http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/product...leOfContents.html там видно, что класс E бывает не только ZVS, но и ZCS. Если так интересно, то выходи на оперативную связь. Я тебя об этом просил ранее, но ты не ответил. Одно из определений смотри во вложенном файле. DRV писал(а): врятли кто станет вытачивать эти колбасы ты не видел других УЗ-излучателей? DRV писал(а): а стирать можно и вообще на звуковых частотах какое это отношение имеет к УЗ? Скоро дойдём до оптимального выбора звуковой композиции для стирки на звуковых частотах. Добавлено: Sun Apr 08, 2012 6:45 pm |
neon писал(а): там видно, что класс E бывает не только ZVS, но и ZCS. Книжка, судя по оглавлению, солидная. К сожалению не удалось найти ее для свободного скачивания. Но в других статьях по классу Е я встечал варианты отсечки не при нуле напряжения, а при нуле производной напряжения, т.е. в данном случае - ZCS. Действительно, возможность мягкого переключения (ZVS/ZCS) есть в любой резонансной системе. Так что - согласен. Этот момент в определении класса Е несущественен. Похоже, что характерной особенности класса Е является именно тот факт, что параметры контура изменяются в момент переключения ключей. Это я как раз вычитал в определении, которое приводит в своей статье Полищук. Наверное так и есть. Остальные нюансы присутствуют во всех резонансных системах. Будем считать, что в первом приближении главную особенность класса Е мы, наконец, выделили. Спасибо за вложенную статью. neon писал(а): Если так интересно, то выходи на оперативную связь. Я тебя об этом просил ранее, но ты не ответил. Вообще-то я ответил, но ответа на ответ не получил. Сейчас в моем профиле открыт e-mail. В большинстве случаев я отвечаю достаточно оперативно. Естественно, когда комп в онлайне. А что горит-то?
Добавлено: Mon Apr 09, 2012 5:26 am |
ksv писал(а): К сожалению не удалось найти ее для свободного скачивания есть аналогичные, но именно эту я тоже не смог найти. что самое главное, других топологий преобразователей с выходным каскадом в классе E на данном форуме я не встречал. Push–pull лично видел в одной безэлектродной лампе. С остальными сталкивался только в статьях и т.п. (мост и т.д.) Добавлено: Mon Apr 09, 2012 6:47 am |
neon писал(а): других топологий преобразователей с выходным каскадом в классе E на данном форуме я не встречал Ну так за чем дело стало? Давайте разовьем эту тему применительно к пьезокерамичесским нагрузкам. Я только начал знакомиться с классом Е. Еще совсем не экспериментировал с ним. Но сейчас этот режим заинтересовал меня двумя моментами (применительно к пьезикам): 1. Это практически единственный "бюджетный" вариант ухода в "мощный" мегагерцовый диапазон. 2. Меня все-таки сильно заинтриговала идея, о которой я писал вчера. Суть - в классической схеме класса Е использовать сам пьезик в качестве накопительного конденсатора и выходного фильтра. Забавно, но схема замещения пьезика как будто специально создана для класса Е! 
Вот единственное, что пока смущает - удастся ли "загнать" оконечник в режим Е? Всего два "свободных параметра" получается: L1 и C3, который можно подключить параллельно пьезику. Все остальное (C1, C2, L2 и R2) уже нам неподвластно. Эти параметры целиком определяются свойствами пьезика и механическими нагрузками, приложенными к нему. Резонансные частоты тоже заданы. Тут у меня пока мозга не хватает - нужно почитать как рассчитывается класс Е. Никогда с Е не работал. Чуть позже поразбираюсь. Сейчас чуток некогда. А Вы как думаете хватит этих двух "степеней свободы" (т.е. L1 и C3, красненькое на рисунке), чтобы "загнать" оконечник в режим Е? В расчетах нужно исходить из того, что все, что внутри пьезика (C1, C2, L2 и R2) уже задано, а резонансная частота должна быть равна резонансной частоте механической ветви. В данном случае - последовательного контура C2L2R2. Если интересно и нужны конкретные параметры - дайте знать. Расскажу. Добавлено: Mon Apr 09, 2012 8:38 am |
можно последовательно развивать тему. Документов, статей, книг на этот счёт у меня очень много (свыше сотни). 1. Есть несколько вариантов, например ещё класс F  Вот только я точно не знаю, можно ли отнести сюда резонансное управление затвором, при котором тоже можно достичь очень высоких характеристик.
2. Надо пробовать, но особых препятствий я для этого не вижу. Насчёт загнать в класс E. Надо отталкиваться от параметров УЗ-излучателя, а там по известным формулам смотреть. Про степени свободы затрудняюсь ответить сейчас. Добавлено: Mon Apr 09, 2012 8:56 am |
Сейчас измерю и положу здесь параметры как раз того пьезика, который у меня сейчас на столе и фотографии которого я здесь уже приводил. ====================================== PS Снял. Вот параметры пьезика (точнее - всей УЗКС на воздухе, т.е. как раз в режиме как в кино с левитацией). АЧХ - во вложении. Ее приложил как иллюстрацию о непростом характере ультразвуковых нагрузок.
У нужной (рабочей) продольной моды помечены резонанс и антирезонанс. На этом резонансе должен работать инвертор. ----------------------- Таким образом параметры задачи (обозначения согласованы с рисунком в моем предыдущем посте): Рабочая частота - 28.552 кГц. Электрическая ветвь: C1 = 10.6 nF Механическая ветвь: C2 = 0.085 nF, L2 = 366 mH, R2 = 120 Ohm Добавлено: Mon Apr 09, 2012 9:01 am
|
ksv, расскажи пожалуйста, как определял номиналы C2, L2, R2. Хочу определить таковые для имеющегося у меня УЗ-распылителя, чтобы можно было помоделить схему в ltspice. Добавлено: Mon Apr 09, 2012 11:11 am |
В общем-то процедура несложная. Итак, мы должны определить параметры вот такой схемы замещения пьезокерамической УЗКС. УЗКС - это ультразвуковая колебательная система: 
"По шагам" весь процесс определения параметров выглядит так. 1. Измеряем емкость пьезика C1 обычным С-метром. Естественно, предполагаем, что рабочая частота C-метра находится в стороне от резонансов пьезика. 2. На следующем шаге - нам нужно определить частоты резонанса и антирезонанса для которой строится схема замещения. Хорошо если есть возможность снять АЧХ автоматически. Если нет - то обычный осциллограф в помощь, карандаш и бумажка. Я обычно использую такую простейшую схему измерения: 
Важно!!! Частоту резонанса Fr и частоту антирезонанса Fa нужно измерять как можно точнее, т.к. в формуле они вычитаются. 3. По измеренным C1, Fr и Fa считаем емкость и индуктивность механической ветви (C2 и L2) по следующим формулам. Они элементарно выводятся из схемы замещения. Вот эти формулы: 
4. Определять R2 немного муторно. Здесь нужно учесть, что точно в резонансе (на Fr) в последовательном контре C2 и L2 скомпенсированы и эквивалентная схема выглядит уже так (без C2 и L2): 
Измеряем напряжение на шунте точно в резонансе Fr и по формуле (3) считаем R2. К сожалению, здесь еще нужно предварительно измерить внутреннее сопротивление генератора и его амплитуду. Поэтому я поступаю проще: вместо пьезика ставлю емкость максимально приближенную к уже измеренной C1, а параллельно ей - переменный резистор (ну как бы R2). Генератор ставим точно на Fr и крутим этот резистор так, чтобы амплитуда сигнала на шунте стала такая же, как и амплитуда резонансного пика пьезика на этой же частоте. Затем, измерив сопротивление этого переменника, получим как раз R2. =========================== Извиняюсь за некий сумбур - пора уже ехать, но в целом процедура несложная. Надеюсь изложил более-менее понятно. Если что - спрашивайте. PS Да. Вовремя вспомнил. Я в свое время собирался небольшую популярную статью на тему, связанную с согласованием пьезиков написать. Но как-то так и не сложилось - пока забросил. Но фрагмент черновика можно взять у меня на dropbox-е вот здесь. Там как раз эта тема описана поподробне и, возможно, даже попонятнее. Ну если что... Добавлено: Mon Apr 09, 2012 12:56 pm |
если организовать класс E с развязывающим трансформатором? Добавлено: Mon Apr 09, 2012 1:25 pm |
ksv, спасибо! Всё понятно. Добавлено: Mon Apr 09, 2012 3:20 pm |
Vcoder, Ok. ================= neon писал(а): если организовать класс E с развязывающим трансформатором? neon, вот в этом посте я приводил ссылки на две статьи почти одних и тех же авторов, где описан как раз такой вариант. Чтобы далеко не ходить - схему из статьи положил во вложение. Других статей (и других авторов) на низкочастотный класс Е мне больше найти не удалось. Возможно как раз потому, что для низких частот использовать класс Е в такой конфигурации не имеет смысла. Он будет работать не лучше того же резонансного полумоста, работающего на такую же нагрузочную цепь? Даже хуже - ибо проигрывает в максимальном рабочем напряжении для тех же марок ключей. К сожалению, я еще не на столько знаком с классом Е, чтобы как-то самому квалифицированно определиться с этим вопросом. Но практически полное отсутствие статей по такой конфигурации (за исключением указанных двух) смущает и говорит не в пользу. Короче - нужно разбираться с Е и взвешивать плюсы-минусы. Добавлено: Mon Apr 09, 2012 4:24 pm
|
Ну что-же, ответ на поставленный вчера вопрос, оказался положительным. Моделирование в LTspice, показало, что вот такую схему оконечника (первая картинка во вложении) вполне можно "загнать" в режим Е подбором подходящей индуктивности L1. Т.е. одной "степени свободы" (L1) вполне хватило. Пример моделирования для пьезика, о котором шла речь - на второй картинке во вложении. Графики (сверху вниз): 1. Напряжение на затворе ключа (красный) 2. Напряжение на ключе (зеленый) 3. Ток ключа (синий) 4. Ток в нагрузке (магента) При индуктивности L1 = 1.7472 mH, ИМХО, вроде бы чистый класс Е получился. Похоже? Все бы хорошо, но импульс напряжения на ключе в 3.5 раза (!!!!!) превышает напряжение питания. Я-то по наивности думал - ну в пару раз как однотакты. Это еще как-то можно было бы пережить. Но в 3.5 раза - это уже перебор! От сети уже не запитаешь. Пора закапывать мысль в землю? 
Жалко. Красивое решение. А какие варианты? Добавлено: Tue Apr 10, 2012 4:40 am
|
Пьезик синусоидой кормить можно? Чем не устраивает решение как в РПДУ Е-класс, сигнал на антенну через П-фильтр? Добавлено: Wed Apr 11, 2012 10:00 pm |
ksv, увеличение напряжения вполне естественно - резонанс же. В данной схеме ключ подключен к средней точке последовательной резонансной цепочки, там напряжение вообще по идее в добротность раз может превышать питающее. Так что всё нормально. Просто эта топология - не для больших напряжений питания. Если так уж хочется питать напрямую от сети (хотя зачем? Электробезопасность и всё такое...), то можно либо делать последовательный контур и питать от мостового инвертора напряжения (классическая схема DRSSTC), либо параллельный контур и питать от инвертора тока. В случае с последовательным контуром мощность и напряжение на отдельных резонансных элементах будут огромные, вряд-ли тебе это нужно. В случае с параллельным по идее амплитуда будет равна питающему, но это требует проверки. В общем, не вижу смысла питать конкретно эту установку напрямую от сети. А твои эксперименты с E классом очень интересны, вполне достойно практической реализации. Добавлено: Wed Apr 11, 2012 10:24 pm |
MEL писал(а): Пьезик синусоидой кормить можно? Даже нужно! Это был бы идеальный вариант! В пьезике большое количество резонансов. А нужно возбуждать один. Причем, часто бывает, что он и не самый жирный. Поэтому меандр - вообще-то один из самых худших вариантов питания пьезиков. Но есть вторая проблема. Она заключается в том, что пьезик (с электрической точки зрения) представляет собой как бы две подсистемы. Одна электромеханическая подсистема - набор резонансов, которые представляются совокупностью последовательных LCR-контуров, как бы включенных параллельно электродам пьезика. Эта подсистема называется "механической ветвью". А вторая подсистема - самая противная - это нехилая емкость, включенная параллельно этим же электродам. Т.е. по сути это сама емкость пьезокерамики, которую мы измеряем С-метром. Она называется "электрической ветвью". Т.е. в общем случае пьезик - это вот такая хреновина: 
Поэтому просто так пьезик подключать плохо - это будет почти чисто емкостная нагрузка и в механические колебания (в механическую ветвь, которая справа на рисунке) энергии пойдет мало. Нужно согласовывать. В простейшем случае последовательно с пьезиком ставят компенсирующий дроссель. В результате емкость самого пьезика (C1) используется как часть последовательного LC-контура, настроенного на частоту, близкую к нужному резонансу. Но при этом в системе, естественно, начинает гулять большая реактивная составляющая. А у средней пьезокерамики тангенс угла потерь обычно довольно велик (порядка сотых долей). При больших мощностях все начинает нехило греться. Да и дроссель тоже. Вот и хотелось бы эту (собственную) емкость пьезика как-нибудь использовать бы с большей пользой, чем просто гонять по ней большую реактивку и переводить ее в тепло!
Но схему замещения пьезика "не раздерешь" же на части. Вот и захотелось попробовать как-то "приспособить" ее в качестве емкости, включенной параллельно ключу в классе Е. Сюда вполне "встраивается". Пробовал и для класса DE. Но у пьезика эта собственная емкость весьма нехилая. Поэтому даже на модели ZCS+ZVS пока еще не получаются. Поэтому - пробую класс Е. ============================ Vcoder писал(а): В общем, не вижу смысла питать конкретно эту установку напрямую от сети. А твои эксперименты с E классом очень интересны, вполне достойно практической реализации. Vcoder, это у меня наверное сказывается "тяжкое наследие" от задач, связанных с индукционным нагревом. Я как раз с них начинал разбираться с силовой электроникой. Там интересное начинается лишь от уровня кВт и выше. Поэтому обычно используется питание от сети, а гальваническая развязка делается уже по высокочастотной части, на выходе инвертора.
Да. Для не слишком мощного ультразвука (до сотен Ватт) питание непосредственно от сети, действительно, совсем не актуально. Снимаем это условие!!!
----------------------- На практике класс Е я уже попробовал. Форум "ломался" - не успел положить сразу же во вторник. Вот практическая схема (первый снимок во вложении). Самый простейший вариант, что пришел в голову. Из того, что валялось под руку. Транзистор может быть любой (просто к этому уже проводки были припаяны), драйвер тоже. На следующем снимке во вложении - эта схема на макетке (справа). К ней подключен стержневой излучатель (тот самый, который я уже описывал здесь). А справа на снимке - цепочка шариков, левитирующих в стоячей УЗ-волне. Заработала сразу с первого же пинка. К сожалению в эксперименте строго в класс Е схему "загнать" не удалось. Как не менял индуктивность L1, но увеличить время отсечки до пи никак не получается. Вот осциллограмма на третьем снимке. Снизу (желтый) входное напряжение драйвера ключа, а верхний (голубой) - напряжение на сток-исток ключа. Т.е. выключение происходит не в нуле напряжения и не в нуле его производной. Интересно, в чем может быть дело? Почему отсечка не регулируется индуктивностью L1? В модели - она сильно влияла. Видимо не совсем адекватна моделька-то. Сегодня после обеда еще собирался повозиться с этой макеткой. Но пока - ни одной светлой мысли в голове... Добавлено: Thu Apr 12, 2012 5:57 am
|
скорее всего кривая модель, параметры которой снимали в статике. Добавлено: Thu Apr 12, 2012 7:01 am |
neon писал(а): скорее всего кривая модель, параметры которой снимали в статике. Все, конечно, возможно в этом мире. Но снималась не статика, снималась линейная модель (на синусоидах с амплитудой 4 В). Но допустим. Тогда в чем возможна эта кривизна?
В других топологиях (резонансный полумост с разными компенсирующими схемами) данная модель вполне адекватно работает (в том числе, именно с такими параметрами). Это говорит как бы в ее пользу. ИМХО, скорее всего, кривизна в самой реализации класса Е. Или - в недостаточности spice-модели самого Е-инвертора. Возможно, что-то важное (из реала) я туда "недоложил". ======================== PS Пока писал - понял, наконец, как можно все проверить. Все очень просто - я сделаю натурную модель пьезика из реальных конденсаторов (C1, C2), катушки (L2) и резистора (R2). И воткну эту хреновину вместо пьезика в свой макет. Что может быть проще?!!  Ответ должен быть достаточно однозначным...Добавлено: Thu Apr 12, 2012 8:46 am |
Добавлено: Thu Apr 12, 2012 9:20 am |
|
Лицензионное соглашение (c)Flyback.org.ru Российское общество любителей высоких напряжений. Использование материалов с данного сайта и форума возможно только с разрешения администрации. |
