19.10.2005, 06:23 PM
Meine persönliche Meinung: alle zuletzt gezeigten Powerstages (einschl. meiner überkommenen BJT-Ausführung) wurden bisher mit asymmetrischen Signalen angesteuert, d.h. mit idealen massebezogenen Impulsen von teilweise überzogener Steigzeit (10ns!), so als würden wir einen (fast) idealen Oszillator simulieren.
Fakt ist aber nun mal: die Stufen müssen in einen Modulatorkreis eingebunden werden und frei schwingen.
D.h.: vor der Powerstage befinden sich bekanntlich diskrete oder integrierte Verstärker/Komperatoren zur Gewinnung der notwendigen OpenLoopVerstärkung bzw. zur Trägermodulation, unabhängig davon, ob ausschließlich mitgekoppelt (Sodfa)- oder teilweise gegengekoppelt wird (UcD, PWMA). Von diesen Schaltungen sind die schnellsten Schaltkreise (z.B. der von mir verwendete 3000V/µs ultraschnelle +/-15VUb- bzw. 200mA befähigte LM7171+Abkömmlinge) in der gesamten Rückkopplung jedoch weit von perfekten 10ns t,rise/t,fall-Ausgangsimpulsen für den Eingang der Powerstage entfernt.
Mit anderen Worten: unter Praxisbedingungen ist's Essig mit der idealisierten Ansteuerung der Leistungsstufen,
oder, drastischer: sämtliche vorher erreichten Powerstageeigenschaften bzgl. Wirkungsgrad sind Makulatur.
Ich würde euch daher empfehlen, eure Leistungsventile in irgendeiner festgelegten Rückkopplung mit gegebenen Steuersignalen zu optimieren um damit den zeitlichen Zusammenhang zwischen Modulatorausgang und Leistungsstufe nicht zu ignorieren. Ich habe nun mehrfach (leider erfolglos) den Versuch unternommen, darauf hinzuweisen, daß bei derartig hohen Trägerfrequenzen exaktestes individuelles Timing der Endstufe auf Grund der stark streuenden Mosfetschaltzeiten unumgänglich ist, um einen hohen Wirkungsgrad und möglicherweise geringen Klirrfaktor zu erreichen, so wie das bei diversen Treiber-IC's ja exakt so gehandhabt wird. Wenn man sich die Datenblätter ansieht, wird man jedoch keine sichere Spezifikation über 500kHz hinaus bemerken. Entweder ist das nicht machbar und unsere Ansprüche sind mit diesen integrierten Lösungen unerfüllbar, oder wir jagen tatsächlich einem allgemeinen Schaltzeitenphantom hinterher. Selbst bei 500kHz sehen die veröffentlichen Meßkurven dieser IC's alles andere als ideal aus, und mit 100ns auf der parasitären Platine wird es lange Gesichter geben.
Ok: ich habe hier eine für DSP-signaloptimierte Powerstage in der Simulation, welche tadellose 70ns-Pulse bei 10A erzeugt und komme damit auf 90% (!) Wirkungsgrad, die Illusion wäre perfekt, allein, es wird nicht sein können.
Zu Alfschs Schaltung: sie braucht sehr steile Eingangsimpulse mit gewissen hohen Strömen, wenn die nicht geliefert werden können, heißt es gehörig Abstriche machen. Was mir aufgefallen ist: neben dem potentialwandelnden Bootstrap, welches man ja schon öfters gesehen hat, begrenzt die Antiseriellschaltung der Zenerdioden zwischen Gate und Source die maximale Ansteuerung (8.2V+0.7V) und somit die Gateladung bzw. die maximale negative Entladespannung (4.7V+0.7V), so daß die Gateladung nicht unnötig negative Werte annimmt, um wieder aufgeladen zu werden. Die Idee ist Klasse, mit verschiedenen Zenerspannungen (z.B. 6.2V/4.7V) ist mir damit ein Wirkungsgrad von 84% mit IRF520/9520 gelungen, selbst bei Parallelschaltung von je zwei Exemplaren - der 9520 packt ja lediglich lt. Datenblatt 6A. Nehme ich jedoch einen einzelnen x-beliebigen 10- oder 15A-Typ mit insgesamt geringerer Gatekapazität, komme ich nie über 60%, trotz aller Manipulationen. Ein Problem sehe ich übrigens auch im niederohmigen 3R-Gatewiderstand: damit kann man zwar super schnell auf und entladen, aber wie die Praxis im Umgang mit Mosfets immer wieder zeigt, führt das garantiert zu Oszillationen des Schwingkreises der internen Gateinduktion/Kapazität, IR weist in ihren Datenblättern ausführlich darauf hin.
Davon abgesehen, daß die Schaltung anscheinend nur mit diesem Modell gute Ergebnisse liefert, ist die Empfindlichkeit gegen typische Mosfet-Streuungen hoch, was aber nicht i.e.L. der Schaltung, sondern den Mosfettoleranzen und der hohen Schaltfrequenz/hohen Ströme anzurechnen ist.
Da die Anforderungen mir nun bekannt sind, versuche ich in meiner Schaltung gegenwärtig den Weg zu gehen, der ein exakt justierbares Timing vor der Endstufe verfolgt, abgestimmt auf eine bestimmte Chargennummer der Mosfets. In der Summe aller Probleme habe ich mir allerdings 1MHz abgeschminkt. Wenn überhaupt, dann vielleicht mit neuartigen Mosfets (die Alfsch schon erwähnte), was jedoch von dieser Idee/Frequenz tatsächlich übrigbleibt, kann nur die Praxis zeigen - 4-Layer-Platinen kommen garantiert nicht in Frage
Fakt ist aber nun mal: die Stufen müssen in einen Modulatorkreis eingebunden werden und frei schwingen.
D.h.: vor der Powerstage befinden sich bekanntlich diskrete oder integrierte Verstärker/Komperatoren zur Gewinnung der notwendigen OpenLoopVerstärkung bzw. zur Trägermodulation, unabhängig davon, ob ausschließlich mitgekoppelt (Sodfa)- oder teilweise gegengekoppelt wird (UcD, PWMA). Von diesen Schaltungen sind die schnellsten Schaltkreise (z.B. der von mir verwendete 3000V/µs ultraschnelle +/-15VUb- bzw. 200mA befähigte LM7171+Abkömmlinge) in der gesamten Rückkopplung jedoch weit von perfekten 10ns t,rise/t,fall-Ausgangsimpulsen für den Eingang der Powerstage entfernt.
Mit anderen Worten: unter Praxisbedingungen ist's Essig mit der idealisierten Ansteuerung der Leistungsstufen,
oder, drastischer: sämtliche vorher erreichten Powerstageeigenschaften bzgl. Wirkungsgrad sind Makulatur.
Ich würde euch daher empfehlen, eure Leistungsventile in irgendeiner festgelegten Rückkopplung mit gegebenen Steuersignalen zu optimieren um damit den zeitlichen Zusammenhang zwischen Modulatorausgang und Leistungsstufe nicht zu ignorieren. Ich habe nun mehrfach (leider erfolglos) den Versuch unternommen, darauf hinzuweisen, daß bei derartig hohen Trägerfrequenzen exaktestes individuelles Timing der Endstufe auf Grund der stark streuenden Mosfetschaltzeiten unumgänglich ist, um einen hohen Wirkungsgrad und möglicherweise geringen Klirrfaktor zu erreichen, so wie das bei diversen Treiber-IC's ja exakt so gehandhabt wird. Wenn man sich die Datenblätter ansieht, wird man jedoch keine sichere Spezifikation über 500kHz hinaus bemerken. Entweder ist das nicht machbar und unsere Ansprüche sind mit diesen integrierten Lösungen unerfüllbar, oder wir jagen tatsächlich einem allgemeinen Schaltzeitenphantom hinterher. Selbst bei 500kHz sehen die veröffentlichen Meßkurven dieser IC's alles andere als ideal aus, und mit 100ns auf der parasitären Platine wird es lange Gesichter geben.
Ok: ich habe hier eine für DSP-signaloptimierte Powerstage in der Simulation, welche tadellose 70ns-Pulse bei 10A erzeugt und komme damit auf 90% (!) Wirkungsgrad, die Illusion wäre perfekt, allein, es wird nicht sein können.
Zu Alfschs Schaltung: sie braucht sehr steile Eingangsimpulse mit gewissen hohen Strömen, wenn die nicht geliefert werden können, heißt es gehörig Abstriche machen. Was mir aufgefallen ist: neben dem potentialwandelnden Bootstrap, welches man ja schon öfters gesehen hat, begrenzt die Antiseriellschaltung der Zenerdioden zwischen Gate und Source die maximale Ansteuerung (8.2V+0.7V) und somit die Gateladung bzw. die maximale negative Entladespannung (4.7V+0.7V), so daß die Gateladung nicht unnötig negative Werte annimmt, um wieder aufgeladen zu werden. Die Idee ist Klasse, mit verschiedenen Zenerspannungen (z.B. 6.2V/4.7V) ist mir damit ein Wirkungsgrad von 84% mit IRF520/9520 gelungen, selbst bei Parallelschaltung von je zwei Exemplaren - der 9520 packt ja lediglich lt. Datenblatt 6A. Nehme ich jedoch einen einzelnen x-beliebigen 10- oder 15A-Typ mit insgesamt geringerer Gatekapazität, komme ich nie über 60%, trotz aller Manipulationen. Ein Problem sehe ich übrigens auch im niederohmigen 3R-Gatewiderstand: damit kann man zwar super schnell auf und entladen, aber wie die Praxis im Umgang mit Mosfets immer wieder zeigt, führt das garantiert zu Oszillationen des Schwingkreises der internen Gateinduktion/Kapazität, IR weist in ihren Datenblättern ausführlich darauf hin.
Davon abgesehen, daß die Schaltung anscheinend nur mit diesem Modell gute Ergebnisse liefert, ist die Empfindlichkeit gegen typische Mosfet-Streuungen hoch, was aber nicht i.e.L. der Schaltung, sondern den Mosfettoleranzen und der hohen Schaltfrequenz/hohen Ströme anzurechnen ist.
Da die Anforderungen mir nun bekannt sind, versuche ich in meiner Schaltung gegenwärtig den Weg zu gehen, der ein exakt justierbares Timing vor der Endstufe verfolgt, abgestimmt auf eine bestimmte Chargennummer der Mosfets. In der Summe aller Probleme habe ich mir allerdings 1MHz abgeschminkt. Wenn überhaupt, dann vielleicht mit neuartigen Mosfets (die Alfsch schon erwähnte), was jedoch von dieser Idee/Frequenz tatsächlich übrigbleibt, kann nur die Praxis zeigen - 4-Layer-Platinen kommen garantiert nicht in Frage