Q-Switched Nd Yag 1064nm

Интересно получается. Если поставить IRFP460 хорошие (настоящие), то до 3 Гц всё пыхает хорошо. Но стоит поднять частоту выше - всё, сгорают транзисторы. Видимо, максимальный ток 30 А из импульсного для них превращается в средний. А средний (постоянный) допустим только 20 А. Странно это. На 3 Гц три зарядки в секунду по 60 мс. Это всего 180 мс в секунду работает зарядка с ограничением 30 А (или работает с бОльшим током, если дроссель всё-таки насыщается).

 

Я то-же могу заподозрить, что дроссель насыщается. Это приводит к перегрузке транзисторов. Но на малых частотах, разрушения не происходит, тепло от кристаллов отводится. А на большой частоте уже не достаточно. Скорей всего в самом начале заряда конденсатора дросселя чуточку не хватает. Не очень важно, какие транзисторы, от работы на КЗ большинство из них сдохнет.
Надо увеличить зазор в дросселе и добавить витков. Обычно, проставки из текстолита 1.5мм толщиной, хватает.

 

Эм... Зазора в дросселе нет вообще. Я вот такого типа (фото из инета) дроссель поставил на 34 мкГн:



Только мой дроссель большой и был намотан литцендратом (я смотал до 34 мкГц). И почти не греется.
Ещё удивительно, что после пробоя выгорает резистор 10 Ом по затвору (антизвонный). То есть, пробивает даже затвор и он замыкается к истоку и стоку. Хм...
Так же у меня не очень хорошие фронты примерно в 500 нс. Но тут как я ни подбирал, меньше сделать пока не удалось. Транзисторы греются, но не критично.

 

Значит, чего у меня на затворах.

Без установленных транзисторов:





Теперь ставим транзисторы. Ёмкость затвора у них 2-3 нФ, если ничего не путаю.







Сразу видно, что фронты растянулись.

 

Схема ключа:



А вот что будет, если закоротить резистор R1=10 Ом (у меня) в цепи затвора.

Передний фронт ДО:



ПОСЛЕ:



Задний фронт ДО:



ПОСЛЕ:

 

Оценим ток.
У вас время открытого ключа составляет Т= 17мкс. Схема полумостовая, значит напряжение U= 150В. Ток в диагонали моста, определяемый индуктивностью дросселя за 17мкс достигнет значения I=UT/L (В первый коммутации), потом спадет вдвое.
I=150В * 17мкс/ 34мкГн = 75А. Ток линейно нарастающий, следовательно среднее значение 37,5А.
Установившееся значение будет половину, от этого значения. 18,75.
Ток будет снижаться по мере заряда конденсатора.
У примененных транзисторов максимальный средний ток 20А.
Очень маленький запас.

 

Я не так считал. Я не учитывал именно импульсный ток в момент коммутации. Я смотрел сопротивление дросселя на 25 кГц. Реактивное сопротивление дросселя R=w*L=2*ПИ*f*L=2*3.14*25000 Гц*(34/1000000) Гн=5,34 Ом. Значит, при 150 В средний ток будет 28 А. Так как заряд идёт 60 мс, то я полагал, что транзисторы выдержат.
Придётся, видимо, дроссель нарастить.

 

Лучше увеличить дроссель, и может, уменьшить число витков в первичке трансформатора, для увеличения коэффициента трансформации, и следовательно, повысить ток заряда конденсатора.

 

Увеличил дроссель до 50 мкГн. И закоротил резистор в затворе. В принципе, получилось 200 нс где-то. Должно быть нормально. Попробую запустить. Последняя пара транзисторов осталась. Дальше ждать только из ЧиД когда приедут.

 

Один Гц держит. Транзисторы, правда, греются. Даже с обдуваемым радиатором, радиатор нагрелся до 35 примерно. Это неправильно, наверное. За 60 мс заряжает батарею на 55 Дж. Мощность заряда получается 920 Вт.

 

А вот интересно, а что это за полочка такая?



Это мёртвое время. Но с фига ли там уровень сигнала 5 В! Это же приоткрывает транзисторы! Такого быть не должно! Эта полочка должна лежать в нуле. Почему же она там не лежит?

Схема у меня такая:

 

Это типичная проблема при управлении транзисторами через трансформатор. Что-бы избежать такого добавляется схемка.

 

Помнится, эта полочка живет в конденсаторе С7 (в приведенной схеме). Когда оба драйвера выдают 0В, зарядившийся на предыдущем такте конденсатор начинает разряжаться на обмотку трансформатора, создавая "полочку" на выходе.
Обычно там можно поставить парочку электролитов встречно емкостью 20мкФ, ли керамику, сейчас она есть на десятки микрофарад.
Например: 22мкФ 25В X5R SMD-1206
https://www.chipdip.ru/product0/9001437124
Если емкость маленькая,то она зарядится до большего напряжения, которое вы увидите на полочке.

 

Забавно, но в статье об этом ни слова. И на осциллограммах полочка в нуле. А я не помню, когда я раньше собирал мост с GDT, была ли там эта полочка. Возможно, её величина зависит от частоты и от феррита...

Вообще, про GDT написано такое:

Общие рекомендации с форума радиокот.ру :

1. Мотать ТГР нужно на ферритах с большой проницаемостью, от 2000 и более. Тогда ток намагничивания этого трансформатора не будет зря грузить микросхему ШИМ.

2. Импульсов величиной 10-12 вольт, которые будут на затворах при намотке 1:1:1 и питании 12В, более чем достаточно для нормального открывания транзисторов. Ещё лучше будет, если контроллер будет питаться 24-вольтами (или выше - до 36 вольт), и, соответственно, соотношение витков будет 2:1:1 (или 3:1:1 для 33-36 вольт). Это уменьшит нагрузку ШИМ-контроллера по току и сделает более низким смещение во время "полок" дед-тайма, что повысит гарантию того, что транзисторы всё это время будут заперты.

3. Если у вас питание ШИМ-контроллера 12 вольт, то ТГР надо мотать 1:1:1 (равное число витков во всех обмотках). Для лучшей связи обмоток можно мотать лентой в 4 провода 1:2:1:2, а первичку потом соединить паралленьно. Если у вас питание 24 вольта, то ТГР надо мотать 2:1:1 (в первичной обмотке должно быть в два раза больше витков), мотаете так же лентой в 4 провода 1:2:1:2 для лучшей связи, а первичку потом соединяем конец одной с началом второй, последовательно.

4. «Горб» в начале меандра - выброс энергии из трансформатора во время dead time. Сильно шунтирует процесс - это определяется по длительности "выпуклости" после переднего фронта, чем короче - там быстрее энергия идёт "в утиль".
Причина: в любой индуктивности при прохождении по ней тока накапливается энергия. При переключении полярности эта энергия сначала отдаётся в источник питания через диоды, потом опять накапливается через транзисторы драйвера или микросхемы. Вот и получается ступенька. В первой половине напряжение на обмотке больше питания, во второй меньше.

У меня феррит на 2000. +
Импульсы 12 В +
1:1:1 +
"Горб", как я понимаю, и есть этот выброс на полочку. К сожалению, фото в статье нет, поэтому о чём идёт речь я точно не знаю.

В принципе, эти условия выполнены.

А вот мой случай:



У меня спад 5 В. Значит, мало витков. Ну что ж, добавлю через неделю.

Не очень понял, куда именно она добавляется.

 

Вторая причина , остаточная намагниченность сердечника трансформатора.
По этому, лучше управлять двумя раздельными трансформаторами на диагональ моста.
Коммутировать обмотку трансформатора одним сильноточным транзистором, сейчас полно маленьких (ампер на 10 и более) транзисторов на 30-50В. Первичную обмотку мотать сразу в два провода. Второй провод будет рекупирационной обмоткой. И применить схемку с биполярным транзистором в затворе, которую приводил недавно.
Я использовал КТ973А, R1=470 Ом. На входе добавлял резистор от "звона" 10 Ом.
Звон возникает из-за малого выходного сопротивления драйвера , индуктивности дорожки от драйвера до затвора транзистора и емкости затвора транзистора. Резистор обеспечивает согласование этой цепи.
Если вам важен передний фронт, можно выбрать меньшее значение резистора.

 

Схемка добавляется на вход силовых ключей моста (полумоста).

 

Делая трансформатор управления, следите за индуктивностью первичной обмотки.
Сначала рассчитываете минимальное количество витков для заданной длительности импульса и напряжении питания. А далее оцените получающуюся индуктивность первичной обмотки и посчитайте до какого уровня дойдет ток. Часто бывает, надо делать в 1.5 раза больше витков, для снижения тока и устранения завала верхней полки импульса.

 

Кстати, в вашем случае 5В полочка очень вредоносна!
Это напряжение выше порогового значения примененных транзисторов:
Ugs(th)=2-4В.
Это значит, что у вас будет гарантированно протекать ток утечки в паузах (во момент "мертвого времени") через ключи.

 

Так я об этом и написал выше. Только надо понять, от чего она зависит, и убрать её.

 

Самое надежное, это применить два раздельных трансформатора.
По определению, полочки не будет.