去年我问过这块板子的设计者为啥用扫频的方式,他说扫频主要为了用高压包来点火,对于高压包来讲,高频时更容易引弧,一旦拉弧了,低频时发热少效率高。
另外,那么小的板子还具有高温自断保护功能,问了设计者也没细说,还是说我理解能力不行,到现在我还没搞清怎么实现的。
近期正在研究关于变压器(高压包)的一些驱动方法。之前本人曾尝试过ZVS驱动,其开关管工作在零电压状态,因此效率较高,但是缺点是难以控制。而H桥驱动器似乎是一个结构简单且较好控制的拓扑。
限制于本人的经验和技术能力,这里我打算先分析和研究一下市面上的驱动板,以便为后续自己设计打下一定基础。
此处我们购买一个淘宝上的市售高频全桥驱动板来进行分析。
观察板子可以看到,输入是 DC直流电 ,我选择供入 11V 电源;输出端的丝印两个写的都是 “变压器”,应该是输出高频交流电。
我们使用示波器两路 C1/C2 分别测量两个输出端对地 (输入电源负极) 波形。
观察示波器,可以发现输出为高频方波,但波形并不是标准的PWM,可能存在调频或者占空比变化。暂时不能直接得出结论。
我们点击 save ,把示波器波形导出为 .mat 格式,在电脑上进一步分析。
本次采集两组数据:
空载:输出端完全空载的情况
带载:连接高压包后的情况
方便对照在连接负载的情况下驱动策略是否会有变化。
先看空载在同一小时间窗内的 C1/C2 波形:
上图可以确认为互补桥臂波形。我们换几个窗口进行对比:
可以看到窗口的周期明显不同,说明输出不是固定频率。所以进一步绘制 “频率/时间” 曲线,便于查看频率的变化趋势。
频率-时间曲线:
这里我们发现驱动器的策略是扫频PWM,而非固定频率。单个扫频周期内,频率先单调递增,然后几乎垂直下落,开启新的周期。
我们不妨放大其中一个周期查看一些关键参数。
扫频重复率:105.017 Hz(周期 9.5223 ms)
频率最小值和最大值(1%~99%):57.31 ~ 173.91 kHz
扫频分为两个阶段,较慢速频率上升和较快速频率上升。
角点:t = 7.094 ms, f = 78.736 kHz
在带载工况下,用同样时间窗观察 C1/C2:
带载后局部边沿/噪声有变化,但互补切换关系仍成立。
同样绘制带载情况下的频率-时间曲线:
可以看到似乎带载和空载波形差不多。我们把空载和带载的曲线放在一起对比。
两条曲线基本完全重叠,说明空载和带载的驱动策略保持不变,而非根据负载动态调节频率。
通过对这款市售全桥驱动板的空载/带载波形进行采集和分析,可以得到以下结论:
输出桥臂为标准互补切换关系,整体工作模式符合全桥高频驱动特征。
驱动并非固定频率 PWM,而是以约 105 Hz 的重复率做周期性扫频。扫频范围约为 57.31 ~ 173.91 kHz。
空载和带载波形一致,说明是预制策略,没有动态控制。
目前猜测使用这种预制扫频的主要目的,是为了可以适配多种不同的高压包。通过主动覆盖一定频率来“撞上”最佳工作点,且无需复杂电路和控制,降低成本。
去年我问过这块板子的设计者为啥用扫频的方式,他说扫频主要为了用高压包来点火,对于高压包来讲,高频时更容易引弧,一旦拉弧了,低频时发热少效率高。
另外,那么小的板子还具有高温自断保护功能,问了设计者也没细说,还是说我理解能力不行,到现在我还没搞清怎么实现的。