用“云豹”驱动板控制的SKP DRSSTC
全桥、驱动板、GDT、电容。
这些东西的组合,对特斯拉线圈爱好者来讲,可谓是老生常谈。
而skp模式,对于爱好者来说还是很新鲜的一个东西。
鉴于“云豹”驱动板已经开发完成,一来为了测试性能,二来是为了领略skp电弧的魅力。
——
于是系统连接如下
sys.png
次级线圈长这样
6.png
上电之后,2.5mS@150V
8.png
大概一倍弧次比,120A电流。
9.png
最开始的100uS左右,电流会有一定的过冲。
之后保持skp恒流,展现出和普通DRSSTC完全不一样的特性。
——
继续加大电压,到母线420V。
10.png
10ms@420V 250A的电弧,变得十分明亮。
这个电弧给人的感觉非常灼热,喷塑外表的仪器外壳,都被打出火星。
从慢放视频,可以明显看出电弧在仪器表面激起的等离子体。
慢动作视频,此时电弧一个shot的能量为140J左右。

KCHV BLACK SKP DRSSTC.mp4 827.36KB
我使用的是stm8s单片机控制的,串口灭弧。
11.png
所以能够很轻松设定灭弧模式,我设定一次灭弧10次,每次10ms。
可以看出,电弧沿着之前的电离通道反复击穿。
而到后面,储能电容电压下降的非常厉害,至于电弧越来越小。
这时候的电流波形就很规矩了。
12.png
可以看到除了最开始的一点过冲。
之后的电流波形几乎为一个矩形,这说明SKP模式正常工作了。
把DRSSTC本该不断振升的电流,限制在一个固定值。
也把IGBT的工作电流,限定在额定电流中,保障了IGBT的安全运行。
由于ontime大于普通ontime 的几十倍,所以电弧携带的能量也不可同日而语。
——
这次的测试,算是对SKP模式的第一次尝试和挖掘。
1:SKP模式真的很厉害,它能让四个TO247安全输出超过200J的电弧。
2:“云豹”驱动板使用的CPLD真的能运行在DRSSTC中,说明抗干扰性做得很好。
3:SKP模式的真正意义在于“恒流”特性,它的意义在于,使用SKP模式驱动的DRSSTC,将不再需要经过各种仔细的LC配比,计算,只需要设定好电流值。
输入电压稳定,输入电流稳定,那么输入了足够的能量。
出来的电弧绝对一致,这个特性大大简化了DRSSTC玩家的理论计算工作。
-对于入门级爱好者来说,SKP驱动模式非常安全,配合限脉宽功能,它能让你的IGBT续许多ms。
-对于普通爱好者来说,SKP驱动模式能够保证IGBT正品,桥功率布线OK的情况下,输入即所得,纷繁复杂的计算变成了简单的P=UI,想提高功率,只需要简单的提升电压,功率自然线性增加,再也无需考虑灭弧和LC或者Z阻抗之类的配合。
-对于骨灰级爱好者来说,由于“恒流”的特性,把skp参考值换做锯齿波、正弦波、指数波等波形,能够对槽路电流进行准闭环控制,这一点特性能够保证精准控制电弧功率,从而控制电弧的形状,将QCW的电弧调校得更直,而无需考虑z因子、谐振电压等其他的因素影响,因为这是一台准闭环的DRSSTC,它的输出特性可控,更像一台专业的开关电源。
——
无论如何,值得尝试。
这次skp drsstc的制作,让我也非常惊讶于之前玩过的单管全桥DR实在是委屈管子了。让管子工作在极限状态,不如控制它长期工作于稳定的状态。
别忘了功率是瞬间功率在时间上的积分,不得不说,这次实验,让我看到了很多不一样新的东西,我相信未来也会有更多新的玩法会被发现。

[修改于 4 年前 - 2017-03-24 01:43:34]

+5  科创币    二甲基亚砜   2020-03-22   好赞!!
来自:高压与强磁 / 特斯拉线圈
 
rb-sama 作者
4年1个月前
1楼
13.png
这两张图分别是栅极驱动的波形和槽路电流波形。
这个时候我把skp电流设定在350A。
可以看见,左边的栅极驱动,每隔一段时间就会缺一点波形。
这个就说明SKP模式在起作用了,这个动作完全没有处理器的干涉,是由组合逻辑电路部分,对比较器的响应而产生的动作。
而右边的波形为槽路电流波形,是通过1:1000电流互感器采样得到的。
电流/电压比为1:100,可以看到电流是一个逐渐递减的过程。
最开始我也不得其解,后来才发现,是电容储能太小了(420V 4700uF),在ontime 10ms的时候。
电压已经被拉低到280V左右,这个时候电流下降得非常快。
由于电弧到导通到地,阻抗非常小,电容不足以维持槽路电流,所以产生了下降。
——
这个情况在制作普通TC的时候不容易被注意到,一般都是几十个us的ontime。
几个ms的offtime足够补充电容电压。
而由于阻抗的存在,在短时间,skp模式和QCW模式都可以观察到电容电压下降的情况。
所以这个时候电弧会减小,很多时候发现电弧声音尖细,我觉得大部分是这个原因,爱好者在试制的时候可以注意一下。
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rb-sama作者
4年1个月前
4楼
引用 rudolf:
效果非常赞,期待上模块的效果。
页面上的视频播放窗口有点问题,需要下载下来才能看到。
近期上CM300模块啦,可能要换个大一点的场地和次级线圈~
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rb-sama作者
4年1个月前
5楼
引用 虎哥:
赞扬,领先国外爱好者的作品,越来越先进了。老话,期待出套件。
视频能不能直接播放似乎与浏览器有关。
套件转化过来应该挺快的,可以出一批试一试嘛。
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rb-sama作者
3年9个月前
8楼
引用 littepoint:
瓦。超想要,那个淘宝上的是真的吗
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rb-sama作者
3年4个月前 修改于 3年4个月前
10楼
引用 3DA502:
可以用STM32F303CB取代FPGA,完全够用的
愿闻其详,F3系列有内置PGA,可以做过流保护。
但是1us时间数量级的方波信号上升下降沿同步,以及一些触发逻辑,用单片机的资源怎么实现呢?
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rb-sama作者
3年3个月前
12楼
引用 3DA502:
303里面一堆比较器,比较器输出可以用来控制定时器PWM

另外软件可以在SRAM里面无等待跑,结合5Msps高速ADC,纯软件做开关控制,1us可以保证,毕竟1us够跑70条指令了

ps:ST的集成PGA有点垃圾,IO口漏电太大了,不能按普通358那样用
这种控制逻辑需要跟随反馈波形上升下降沿、即使周期轮询或者中断响应,1/70=14.2ns。
还需要同步处理灭弧信号,最精简的写法也需要好几个周期。
而CPLD的门延迟为5ns左右,而且能做一些并行信号的处理。
我觉得从性能和成本以及开发难度来考虑,STM32F3都是不如CPLD用在这个项目上合适的。
还有一种我觉得比较可行的方案是Cypress的Psoc 6 系列内嵌一块小可编程逻辑单元,成本比较高。
IDE+debuger+sample成本都破千元了,所以最终还是没选择
如果要求复杂逻辑控制和并行处理要求,可以用MCU+CPLD的方案来做,也是比较主流的。
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rb-sama作者
1年1个月前
16楼
引用happybpbp发表于15楼的内容
60n65的标称的最大浪涌电压是180a,10ms250a真的没问题吗🙃

看这个帖子,https://www.kechuang.org/t/79848《设计入门:DRSSTC设计里IGBT应用的利与弊》

quote:

在这里首先可以给大家引入SOA的概念,中文是安全工作区间。

1.jpg



这张图是50UD的Turn-Off SOA,也可以叫RBSOA。其意义为IGBT关断时的电压电流在图片中扫过的点集合形成的曲线包络的面。
由于伏安乘积特性能够表示功率特性,所以可以通过厂商提供的这个曲线,和实测的波形。来判断IGBT是否工作于安全区间。其中我用黑色箭表示了RC吸收良好情况下的普通开关电源应用,IGBT承受的伏安曲线。
红色箭则标出了一台峰值电流约为400A小型DRSSTC的工作电流区间,是不是很惊讶?为何曲线都能大部分落在工作范围内。分析如下:


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rb-sama作者
1年1个月前 修改于 1年1个月前
17楼
引用happybpbp发表于15楼的内容
60n65的标称的最大浪涌电压是180a,10ms250a真的没问题吗🙃

60N65里面的180A浪涌值的取值方法是接近600V耐压的情况下,180A电流同时存在。(某些是斜线)

实际工作中,即使硬开关也不会出现这种情况,所以是类似上一楼黑色的箭头的伏安曲线。

而普通DRSSTC实现软开关之后,负载曲线会变得更“软”,遵循上一楼红色箭头的伏安曲线。

-

所以理解数据手册,一定要熟读RBSOA这个东西,具体的方法参考大部分IGBT设计应用书籍,有详解。

往往在RBSOA安全工作区包络内的移动被认为是安全的,

另外不能忽略的是,250A很多时候是一个峰值,平均值要乘上0.7左右,这才是符合直流RBSOA的解。

另一方面可以通过深度导通IGBT,改善散热,来获得更加超额的工作曲线,

-

这一点STEVE WARD早年用一块IGBT配合无输出的LC串联谐振回路做过测试,

驱动合理的情况下,很多IGBT往往能超出极限RBSOA边界曲线2-3倍,极个别能超出10倍的性能,

至于这种情况下不能说工作不稳定,但是IGBT的容错度相对来说会降低,

不过爱好者的funny就在于此了,

用50UD做1米电弧比较有趣,还是用CM600做1米电弧有趣。结果是显而易见的😂

只不过,前者需要更高超的整体设计,后者则容错度高,调试什么差一点也能出效果,所以都有受众。

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