最新特斯拉线圈驱动技术_跳脉冲驱动的原理 UD3.x for DRSSTC
这是一张真实的图片,图中的弧次比超过了3~4倍,电弧也比一般的DRSSTC明亮,而IGBT依然工作在相对安全的电流下。
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它是如何做到的?这就得请出本文的主角:跳脉冲驱动技术——DRSSTC驱动中的一颗新星!
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从DRSSTC这个名词被提出至今,双谐振特斯拉线圈的驱动技术,已经发展了好几代:
1:锁相环驱动 最初的DRSSTC驱动方法 实现了追频驱动
2:门电路过零检测自激振荡 实现了初步的灭弧跟随反馈边沿功能
3:RL网络移相+门电路过零检测自激振荡 实现了对大型IGBT模块以及高频TC的延迟补偿
4:对谐振回路电流进行检测,通过一定的逻辑机制,使谐振电流长时间维持在对IGBT安全的水平。

伴随着这一系列技术发展的,是Phillip Slawinski命名为“UD”系列的驱动电路。从大家耳熟能详的UD1.3b版本发展UD2.7A,该驱动系列一直是DRSSTC领域的事实标准。16年11月 Phillip Slawinski发布了最新的UD3.x驱动。上面图片中的TC就采用了“UD3.x”驱动,它工作在7ms的ontime下。

UD3.x系列驱动比起UD2系列的最大改动是增加了一种称为“Pulse Skipped”的工作模式。
“Pulse Skipped”这个名词在中文世界尚无与之对应的译名,根据它的工作原理,我将它翻译为“跳脉冲”驱动模式。

本文是关于跳脉冲技术的第一篇中文资料,在这里,我们对原理进行一些介绍,方便国内爱好者参考讨论,以起到抛砖引玉的作用。

UD1 UD2系列时代中,由于DRSSTC的串联谐振特性,电压和电流会不断增加。必须通过灭弧中断的方式对槽路电流进行控制,使之不能超过安全工作值。

但是由于槽路的低阻抗特性,这个工作时间(ontime)往往很短,只有100~200μs左右,使得每次电弧产生时携带的能量很小。

而UD3系列提出的一个颠覆性的概念是通过限制一个ontime周期里的脉冲数来动态限制槽路电流,使得ontime时间能够提升到10~20ms左右。这样相同条件下,UD3驱动下的DRSSTC单次电弧能量可能达到UD1 UD2驱动的50~100倍。

能够通过类似PDM的方式来将DRSSTC的实际功率提升十倍以上,而且这种模式是可控,安全的。
比起ontime仅100~200uS而offtime高达几十ms的工作模式,IGBT的利用率也提升了十多倍。
提升了单位体积内的功率密度。
以我画的简图为例
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可以看到黑线部分是槽路谐振电流,是随着时间推移不断增加的。
而红线部分则是OCD设定保护值。
当电流超过安全设定值时,OCD电路一定会产生相应信号。
而逻辑电路负责disable int signal就可以了。

这个逻辑和灭弧信号的实现方式很像,显然槽路电流超过的信号上升沿。
肯定对于槽路电流是随机的,而脉冲信号的disable必须发生在过零点。
否则会发生硬开关,这样会使IGBT爆炸。

从逻辑电路设计上看,直接利用D触发器74HC74能不能实现这个功能。
答案是只能实现一半。
由于74HC74是上升沿D触发器,所以当超电流信号发生的时候,必须等到下一个周期开始。
信号才会发生关断,而这样的坏处有两点
1:设定较低的电流阈值意味着更低的输出功率。
2:发生关断的长度一定是一个谐振周期,降低输出功率。
以上两点会使控制细度变低。

所以一般这种方式可以用双边沿D触发器来锁存超电流信号。
优点就是以上两点的改善。
不仅能提高平均输出功率,也能够提升控制精度。

所以版本号更新至UD3无可厚非,跳脉冲驱动实至名归是一种全新的控制方法。
(对于版本号UD3是移相驱动还是跳脉冲模式有一定争议,由于与技术无关,不予讨论)
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对于这种工作模式,我还有一个想法是,通过改变限制电流的大小。
甚至可以实现无前级QCW,这个想法暂时没有见到过国内外爱好者实验,未来几个月我会实验这种模式。

[修改于 2 年前 - 2017-01-24 17:46:12]

来自 特斯拉线圈
2017-1-22 18:45:30
1楼
如果我理解的偏差不大的话,就是从一个长ontime周期内抽掉几个驱动脉冲,让他自由震荡一会,然后再接着驱动,相当于把一个长ontime截断成许多个短ontime,和普通DRSSTC加大BPS的方式有点像,但是中断后下次震荡时电流还没有降到零,因此接着震荡的时候起点比较高。
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rb-sama(作者)
2楼
引用 rudolf:
如果我理解的偏差不大的话,就是从一个长ontime周期内抽掉几个驱动脉冲,让他自由震荡一会,然后再接着驱动,相当于把一个长ontime截断成许多个短ontime,和普通DRSSTC加大BPS的方式有点……
没错 但是与多个短ontime不同的是 电流不会下降到零
电弧也就不会断掉 这样单个电弧能量会更高 能生长得更长
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2017-1-23 08:00:24
3楼
问题是抽掉几个脉冲合适呢?如果有个检测机制的话会好些,能真正实现闭环控制。
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rb-sama(作者)
4楼
引用 ry7740kptv:
问题是抽掉几个脉冲合适呢?如果有个检测机制的话会好些,能真正实现闭环控制。
比较器有两个状态的 可以闭环
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5楼
在一个ontime周期,让TC工作在一个安全的范围内持续震荡来提高电弧携带能量,进而提高电弧长度。这是一个很优秀的想法。加入电流闭环控制,就能实现了。简直太赞。
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