Probleme mit dem Spannungsverlauf des LTspice-Transformators bei niedriger Einschaltdauer

Ein paar Dinge:

1. Der Transformator dient dazu, das erforderliche Untersetzungsverhältnis bereitzustellen, aber auch, um die Schaltung von der Eingangsseite zu isolieren . Wenn Sie bemerken, haben Sie den unteren Anschluss von C2 (und alle anderen Beine dort) auf der Sekundärseite des Transformators geerdet. In gewisser Weise interagiert das also mit dem, was auf der primären Seite vor sich geht, und Sie haben keine Isolation.

2. Wie von Dave Tweed in seiner Antwort erwähnt, benötigen Sie einen LC-Filter, der Ihnen theoretisch die DC-Komponente Ihrer Welle auf der Sekundärseite liefert, wenn Sie die Spannung wirklich basierend auf dem Arbeitszyklus steuern möchten. Das sollte D * Vs sein, wobei Vs die Spitzenspannung ist, die Sie auf der Sekundärseite erhalten. Indem nur eine Kappe zum Filtern vorhanden ist, wird der Spitzenwert nach einigen Zyklen aufgeladen.

Ich weiß, dass sich LTSpice manchmal beschwert, wenn Sie keinen Erdungsreferenzpunkt zur Berechnung des Arbeitspunkts angeben. Eine Möglichkeit, mit Transformatoren umzugehen, besteht darin, eine Verbindung zur Erde über einen großen Widerstand (100 M, 1 G) hinzuzufügen. Es würde so aussehen:

Sieh dir das an

Beachten Sie den großen Isolationswiderstand auf der Sekundärseite.

Eine Sache, die Sie jetzt vielleicht nicht sehen, aber später relevant sein könnte. Beim Ansteuern der MOSFETs bei niedrigen Arbeitszyklen funktioniert die gesamte von Ihnen eingeführte Ausblendung (Totzeit) möglicherweise nicht wie erwartet. Damit meine ich, dass am Ausgang der H-Brücke idealerweise ein Abbild der Totzeit zu sehen sein sollte, also: +V (dauert Ton), dann 0V (dauert Tdead), und dann -V (dauert Tonne).

Wie auch immer Sie die MOSFETs ansteuern, Sie werden (mit Sicherheit bei leichten Lasten) +V und -V ohne dazwischenliegende Totzeit sehen, selbst wenn Sie die Totzeit in den Ansteuersignalen hinzufügen. Der Grund dafür ist, ohne näher darauf einzugehen, dass zur Totzeit alle Ihre MOSFETs AUS sind und die Drain-Source-Kapazität der beiden unteren entweder auf V + und V- aufgeladen ist (bei niedrigen Lichtlasten dauert es a längere Zeit zum Entladen). Ein besserer Ansatz besteht also darin, die beiden unteren MOSFETS zur beabsichtigten Totzeit einzuschalten (zwei obere AUS), und auf diese Weise garantieren Sie definitiv, dass zur Totzeit die Ausgangsspannung der H-Brücke 0 V beträgt. Dann können Sie mit einem geeigneten Filter (z. B. LC) die gewünschte DC-Ausgangsspannung auf der Sekundärseite des Transformators erhalten:$N\cdot D\cdot V_P$, wobei N das Windungsverhältnis des Transformators, D Ihr Arbeitszyklus und Vp die Spitzenspannung der Rechteckwelle ist, die aus der H-Brücke kommt. Keine Totzeit oder sehr nahe an keiner bedeutet (zusätzlich zum Durchschießen), dass sich D 1 nähert, sodass Sie nicht viel Kontrolle über die DC-Ausgangsspannung haben. Idealerweise könnten Sie also D ändern (durch Einfügen unterschiedlicher Totzeiten) und daher unterschiedliche DC-Ausgangsspannungen erhalten.

Ich hoffe es hilft.

FRAGE:

@Big6 warum werden nur die Kapazitäten der unteren Transistoren geladen? Auch nach dem Kirchhoffschen Gesetz würde, selbst wenn sie aufgeladen würden, einer auf +Vp und der zweite auf -Vp aufgeladen, sodass die Spannung an der Primärwicklung 0 V betragen sollte.

Sie fahren zwei Transistoren gleichzeitig (diagonal). Es sind zwei Transistoren ausgeschaltet. Es sieht aus wie das:

Referenz

Ich habe die Drain-Source-Kapazitäten für jeden MOSFET von Hand gezeichnet. Wenn Sie bemerken, dass die Transistoren, die Sie ansteuern, ihre Kapazität kurzschließen und daher die Spannung über der Kapazität während dieses Intervalls 0 V beträgt. Schauen Sie sich die anderen beiden Transistoren an, die ausgeschaltet sind, die Potentialdifferenz über ihren DS-Kapazitäten beträgt etwa +V. Was nun passiert, ist, dass Sie zur Totzeit, wenn alle Transistoren abgeschaltet sind, nicht unbedingt 0 V an den Brückenausgängen erhalten, und das liegt daran, dass Ihr Brückenausgang eine Differenzmessung von den beiden unteren Drains ist (einer ist aufgeladen). auf +V und der andere auf 0V, also$V_+-0V=+V$). Wenn Sie während der Totzeit keine Last über den Brückenausgang haben, entlädt nichts diese Kappen aktiv. Unter normalen Belastungsbedingungen können Sie es möglicherweise nicht sehen, aber unter leichten Belastungen können Sie es sehen.

Schauen Sie sich diese Simulation einer H-Brücke ohne angeschlossene Last an:

Ich treibe diese Transistoren ähnlich wie Sie, beachten Sie, dass es eine 2 gibt$\mu$s Totzeit, um ein Durchschießen zu vermeiden. Dies ist die Ausgabe, die ich von der Brücke ohne Last bekomme:

Die 2$\mu$s am Eingangssignal eingefügte Totzeit I spiegelt sich nicht am Ausgang wider.

Wenn ich eine Last hinzufüge (5$\Omega$), so sieht es aus:

Sie sehen, dass die Last ausreicht, um diese Kapazitäten schnell genug zu entladen, damit ich die Totzeit im Ausgang sehen kann. Wenn ich den Lastwiderstand erhöhen würde, bemerken Sie, wie sich die Totzeit am Ausgang der Brücke widerspiegelt, aber Sie sehen die runden Ecken (als würde eine Kappe entweder laden oder entladen):

Jetzt fragen Sie sich vielleicht, warum das wichtig ist. Nun, die Totzeit verhindert nicht nur das Durchschießen, sondern ermöglicht auch unterschiedliche Impulsbreiten. Nachdem Sie den Ausgang der Brücke gleichgerichtet haben, sollten Sie alle diese Impulse im selben Quadranten und mit gewünschtem Abstand erhalten. Von da an sind die Dinge einfach, nach dem Filtern sollte Ihr DC-Ausgang nur das Tastverhältnis multipliziert mit der Spitzenspannung der Rechteckwelle sein.

Wenn Sie die beiden unteren Transistoren während der Totzeit einschalten, liegen die Knoten, von denen Sie den Ausgang der Brücke nehmen, mit Sicherheit auf 0 V, da jede Ladung auf diesen unteren Kapazitäten extrahiert wird. Es gibt hier viele wichtige Details über das Timing usw., die ich ausgelassen habe, aber ich wollte Ihnen nur eine allgemeine Vorstellung geben. Ein weiterer Vorteil des Einschaltens dieser unteren Transistoren besteht darin, dass der Strom, der durch die Induktivität fließt, zur Totzeit einen etwas einfacheren Weg hat, anstatt nur die obere MOSFET-Body-Diode zu fließen.

So funktionieren Transformatoren nicht. Wenn Sie ein Signal mit variablem Tastverhältnis mit fester Spannung auf die Primärseite legen, erhalten Sie einfach ein Signal mit variablem Tastverhältnis mit fester Spannung auf der Sekundärseite.

Wenn Sie dieses Sekundärsignal in eine variable Spannung übersetzen möchten, benötigen Sie eine völlig andere Art von Filter zwischen dem Transformator und dem Regler.